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-Fortsetzung aus Galvanotechnik 3/2004-

Edelmetall-Hochleistungselektrolyte

In diesem Abschnitt soll aufgezeigt werden, in welcher Weise die theoretischen Grundlagen der Hochgeschwindigkeitsabscheidung bei modernen Hochleistungselektrolyten umgesetzt wurden. Die Optimierung der technologischen Eigenschaften der abgeschiedenen Schichtkombinationen spielten hierbei eine entscheidende Rolle, um die komplexen Anforderungsprofile der verschiedenen Produktgruppen erfüllen zu können.

Hartgoldelektrolyte

Als Endschicht auf Steckverbindern dienen überwiegend Goldniederschläge, die aus schwach sauren Hartgoldelektrolyten abgeschieden werden. Sie sind meist auf Citratbasis aufgebaut und enthalten Härtebildner, wie beispielsweise Nickel, Kobalt oder Eisen. Die erforderliche Abriebbeständigkeit wird durch Mitabscheidung von nur 0,1 bis 0,5 % der Legierungspartner erreicht, wodurch die Härte von etwa 85 bis 90 HV0,025 auf 130 bis 160 HV0,025 ansteigt. Untersuchungen haben gezeigt, dass nicht die Härte allein ausschlaggebend für die guten Abriebeigenschaften verantwortlich sein kann. Vermutlich sind es in die Schicht miteingebaute Cyanidkomplexe der härtebildenden Metalle, die bei Gleitbeanspruchung eine Art Schmierfilm erzeugen, der auch nach weiteren Steckzyklen aus der Schicht nachgeliefert wird. Nachfolgend beschriebene Elektrolyte wurden mit dem JetLab (Abb. 58), einer Strömungssimulations-Prüfzelle, im Labormaßstab getestet bzw. Einflüsse verschiedener Abscheidungsparameter ermittelt. In dieser 1-Liter Testzelle lassen sich annähernd alle Strömungsbedingungen marktüblicher Hochgeschwindigkeitstechniken nachstellen.

Eigenschaften des Metalls

Indium ist ein Schwermetall niedriger Härte mit silberweißer Farbe und glänzender Oberfläche. Es ist so weich, dass es mit einem Messer geschnitten werden kann. Die indiumhaltigen Mineralien Roquesite (CuInS2), Indite (FeIn2S4) und Dzhalindite (In(OH)3) kommen sehr selten vor. Das Metall ist sehr teuer und wird in geringen Mengen – von Tausendstel- bis Zehntelprozent – in den Abfall- oder Zwischenprodukten der Zink-, Blei-, Kupfer- und Zinngewinnung gefunden [1]. Indium hat eine hohe Plastizität, eine niedrige Härte, einen spezifischen elektrischen Widerstand von 0,084 mOhm·m und einen niedrigen Reibungskoeffizienten [2]. Das Standardpotential der Reduktion der dreiwertigen Ionen zum metallischen Zustand beträgt 0,34 V [3]. Indium findet keine Anwendung als Konstruktionsmaterial. Aufgrund ihrer spezifischen Eigenschaften finden Indiumüberzüge eine breite Anwendung als Schmierschichten für Gleitlager, insbesondere bei der Verwendung von Mineralölen, als Schmierschichten beim Ziehen von Aluminium, als glänzende Schichten zur Erhöhung des Reflexionsvermögens bei Spiegeln und Reflektoren, als Korrosionsschutzschichten in speziellen Medien sowie als Funktionsschichten in der Halbleitertechnik [2]. Die Nachteile des Indiums bestehen in seiner niedrigen Härte und dem engen Temperaturintervall seiner Anwendung – das Metall schmilzt bei 156 °C. Eine breite Anwendung finden auch Indiumlegierungen, bei denen die Nachteile des reinen Metalls eliminiert werden können [4].

In der Ausgabe 4/2003 des Volkswagen-Magazins stellt der Wolfsburger Konzern seine Roadster-Studie concept R vor – Untertitelt mit die pure Emotion. Ohne Übertreibung kann man versichern, dass Emotionen geweckt werden – auch beim Galvanotechnikfachmann, angesichts der prägnanten und brillanten Chrom- oberflächen. Hier hat sich die Branche endlich mit der ihr zustehenden Rolle ins richtige Licht gesetzt. Auch im Begleittext wird aus- und eindrücklich mit der Chromoberfläche geworben. Vor allem in Kombination mit Kunststoff wird in Verbindung mit den großen glänzenden und in sich gewölbten Flächen ein außerordentlicher Eindruck erweckt. Vor allem durch den Trend der Automobilindustrie hat der Bereich der Kunststoffgalvanik in den letzten Jahren einen ununterbrochenen Höhenflug erlebt. Aber auch die übrige Branche konnte in der letzten Zeit stets noch ein gute bis zufriedenstellende Geschäftssituation verkünden. Allerdings zeigt es sich immer mehr, dass ein entsprechendes Marketing notwendig ist, um bei Konstrukteuren und Designern auf das erforderliche Interesse und eine notwendige Akzeptanz für metallische Beschichtungen zu stoßen.

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Unter Umweltschutz versteht man heute insbesondere die Entlastung der Umwelt von Emissionen aller Art, d. h. schädliche Abluft, Gewässer belastende Stoffe und Abfälle, sowie die Schonung der Ressourcen. Beides lässt sich erreichen, wenn weniger und effizienter produziert, also auch weniger verbraucht wird. Dem steht die ohnehin prekäre Arbeitsmarktsituation gegenüber, die kaum eine weitere Belastung verträgt. Gelingt es jedoch, effizienter zu produzieren, so könnten niedrigere, d. h. global konkurrenzfähigere, Preise resultieren, die den Arbeitsmarkt sogar beleben. Hier greifen verschiedene Faktoren ineinander, die sich auf die Umweltschutz-Situation auswirken können. Zu betrachten ist dabei jeweils die globale Situation; denn wenn auf Grund effizienterer Fertigungsverfahren gesteigerter Export im Inland wieder zu erhöhter Produktion führt, so kann dennoch weltweit eine Umweltentlastung dadurch erreicht werden, dass umweltkritische Verfahren im Ausland durch umweltfreundlichere im Inland substituiert werden. Deshalb kann ein solcher Weg lohnend sein. Darüber soll in den nachfolgenden Ausführungen diskutiert werden.

Komplexbildner finden über leistungsfähigere Metallisierungsverfahren in der Oberflächentechnik ihren Weg in die Abwasserbehandlung zurück. Aufgrund der Komplexbildner versagt die klassische Behandlung mittels Chlorbleichlauge und Fällung auch bei der Verwendung von sulfidischen Fällungsmitteln. Im Artikel werden für stark Komplexbildner haltige Abwässer aus den Anwendungsbereichen Chemisch Nickel, Chemisch Kupfer, Cyanid und Zink-Nickel funktionierende Referenzanlagen vorgestellt. Dabei werden neben der Chemie der Ver- fahren auch technische Informationen über die Anwendungen gegeben.

Dank Galvanik und Elektronik ist unsere Technik im Laufe der letzten Jahrzehnte immer perfekter geworden. Es werden Genauigkeiten erreicht, die der Mensch mit der klassischen mechanischen Bearbeitung nie erzeugen konnte. Fertigungsgeräte wie auch Produkte des alltäglichen Gebrauchs, z. B. das Automobil, haben einen Perfektionsgrad und – zumindest für eine relativ lange Zeit – auch einen Zuverlässigkeitsgrad erreicht, der, verglichen mit den Erzeugnissen früherer Zeit, geradezu phantastisch erscheint. So hat man sich an einen neuen Qualitätslevel gewöhnt und ihn weitgehend zum Maßstab erhoben. Doch jede Technik hat ihre Grenzen, auch hinsichtlich der Gebrauchsdauer. Zwar wird heute teilweise die Gebrauchsdauer nicht mehr durch Störungen oder Verschleiß bestimmt, sondern zunehmend durch technisches Veralten. Doch ist man andererseits im Hinblick auf die limitierten Mittel durchaus bestrebt, Geräte möglichst lange in der Fertigung einzusetzen.

Viele Mikrobauteile weisen Kanalstrukturen auf; Mikroreaktoren sind ein Beispiel für solche Werkstücke [1-3]. Die Kanäle lassen sich auf vielfältige Weise erzeugen. Beispielsweise kommen EMM (electro-mirco-machining) und PCM (photo-chemical milling) hierfür in Betracht. Viele der elektrochemischen Mikroabtragverfahren erfordern den Einsatz von Photoresist, um nicht abzutragende Werkstückbereiche abzudecken [4-9]. Lediglich einige wenige Techniken sind bekannt, mit denen solche Kanalstrukturen ohne den Einsatz von Photoresist erzeugt werden können. Einerseits gibt es den Ansatz des laserinduzierten Ätzens [10] und andererseits Abtragverfahren mit Hilfe der Raster-Kraft-Mikroskopie bei der ein Atomic Force Microscope (AFM) im STM Modus eingesetzt wird [11-15]. Im letzteren Fall wird der Abtrag durch eine Ladung der elektrochemischen Doppelschicht hervorgerufen.

Am 4. Februar 2004 hat im Rahmen einer öffentlichen Veranstaltung mit etwa 400 Teilnehmern in der Sophie-Charlotte-Oberschule in Berlin Ministerin Edelgard Bulmahn das Rahmenprogramm des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) zur Förderung der Mikrosystemtechnik in den Jahren 2004 bis 2009 vorgestellt. Schon seit 1994 gibt es diese jeweils auf fünf Jahren Laufzeit angelegten Förderprogramme des BMBF. Allerdings werden die Programme nicht einfach fortgeschrieben, sondern die Ergebnisse der einzelnen Förderperioden jeweils kritisch evaluiert. So hat im November 2002 ein internationales Evaluierungsteam aus der Technopolis Group, dem Innovationsteam Mikrotechnologie der Deutschen Bank, der Hochschule für Bankwirtschaft und der Prognos AG den Abschlussbericht zur Bewertung der Förderperiode Mikrosystemtechnik 2000+ vorgelegt. Zentrale Aussagen der Evaluierung waren, dass durch die BMBF-Förderung Kompetenz mit nachhaltiger Wirkung aufgebaut worden ist, dass bei den Verbundprojekten die Projektziele in hohem Maß erreicht wurden, dass die KMU-Orientierung des Programms umfassend realisiert wurde und dass die Förderung einen Hebeleffekt für die privatwirtschaftliche Initiative hat. Es wurde allerdings auch ganz klar festgestellt, dass es noch Barrieren für die Innovations- und Verbreitungsprozesse in der Mikrosystemtechnik gibt und dass es sinnvoll ist, die staatliche Förderung – auf ausgewählte Schwerpunkte konzentriert – weiterzuführen.

Bericht über eine Weiterbildungsveranstaltung des ZAF

Das Zentrum für angewandte Forschung (ZAF), eine hochschulnahe Einrichtung der Hochschule Zittau/Görlitz, hat sich zum Ziel gesetzt, regelmäßig Weiterbildungsveranstaltungen auf dem Gebiet der Oberflächentechnik durchzuführen. Zielgruppen sind Ingenieure und Meister aus Beschichtungsunternehmen, Anlagenbauer und Anwender aus der Industrie. Die Organisatoren erwarten, dass die Teilnehmer nicht nur aus dem näheren Umfeld (Lausitz bzw. Region Dresden), sondern auch aus anderen Ländern Deutschlands kommen. Insbesondere wird, wegen der Lage von Zittau im Dreiländereck, eine Vertiefung der Zusammenarbeit mit Betrieben und Bildungsstätten der grenznahen Regionen von Polen und Tschechien erwartet.

Abschlussworkshop des Wachstumskernes noa am 11. Dezember 2003

Das vom BMBF im Rahmen der Förderinitiative Innovative Regionale Wachstumskerne [1] von Juli 2001 bis Dezember 2003 finanziell unterstützte Netzwerk für Innovative Oberflächentechnik und Anlagenbau – noa – zog am 11. Dezember 2003 auf einem Workshop Bilanz. Die Galvanotechnik berichtete an verschiedenen Stellen über das Netzwerk [2-4]. Tagungsort der Abschlussveranstaltung war die Seifhennersdorfer Windmühle in der schönen Oberlausitz. Der Einladung folgten insgesamt 47 Projektpartner aus Sachsen, Thüringen, Brandenburg und Berlin. In sieben Vorträgen und drei längeren Statements wurden die fachlichen Ergebnisse der Forschungsprojekte sowie der Arbeitsbericht des Netzwerkmanagements präsentiert.

Präzisions- und Gebrauchsoptiken aus transparenten Kunststoffen ersetzen heute an vielen Stellen optische Bauteile aus Glas. Von Vorteil sind das geringe Gewicht sowie die hohe Bruchfestigkeit, aber in besonderem Maße auch die Möglichkeiten zur Formgebung. So werden komplizierte asphärische Oberflächen im Spritzgussverfahren oder Fresnelstrukturen durch Heißpressen kostengünstig in hohen Stückzahlen abgeformt. Das Anforderungspotenzial zur Entwicklung leistungsfähiger Schichten für Kunststoffe ergibt sich aus dem steigenden Marktanteil der Kunststoffoptiken in den Bereichen der Augenoptik, der Kommunikationstechnik sowie der Display- und Beleuchtungsoptik. Die für High-End-Produkte immer häufiger geforderte optische Funktionalisierung, hauptsächlich die Entspiegelung, sowie verbesserte Kratzschutz- und Barriereeigenschaften können durch Aufdampfen von dünnen Schichten erzielt werden. Die Entwicklung von qualitativ hochwertigen Beschichtungen für Kunststoffoptiken (Abb. 1) ist zu einem wesentlichen Faktor im Verdrängungswettbewerb mit den klassischen Glasoptiken geworden.

Das Land braucht Eliten, verkünden die Lenker unseres Staates, um den technisch-wissenschaftlichen und gesellschaftlich-sozialen Herausforderungen der Zukunft gewachsen zu sein. Um diese zu schaffen, sollen Eliteuniversitäten gezielt ausgewählt oder aufgebaut werden. Eine begrenzte Zahl von Hochschulen, denen weltweit der Hauch des Elitären anhaftet, würde das unsere Probleme lösen? Oder brauchen wir eher ein noch breiter und umfassender angelegtes Bildungssystem als heute, oder vielleicht beides? Das Ziel, Eliten zu schaffen, wird international auf sehr unterschiedlichen Wegen verfolgt. In unserem Land wird häufig die These vertreten, dass mit einem umfassenden Bildungsangebot für alle, verbunden mit Befreiung von Kosten und Wegfall jeder Leistungskontrolle diese Eliten ganz automatisch entstehen. Vergleichbar dem Gärtner, der seine Kleewiese wässert und erwartet, dass auf ihr Rosen und Orchideen zu wachsen beginnen.

Magnesium ist eines der leichtesten Metalle mit einer Dichte von 1,7 g/cm3. In Anbetracht des günstigen Verhältnisses von Festigkeit zu Gewicht sind Magnesiumlegierungen für Leichtbaustrukturen in der Automobil- und der Luftfahrtindustrie interessant. Die Automobilindustrie fertigt bereits für bestimmte Fahrzeugtypen Sitzrahmen, Instrumententafeln, Türrahmen, Lenkräder, Lenksäulen und andere Bauteile aus Magnesiumlegierungen. Das Institut des Autors wurde mit diesem Werkstoff konfrontiert, als es darum ging, Verbesserungsvorschläge zum Korrosionsschutz von Magnesium-Getriebegehäusen für Hubschrauber abzugeben. Mit seinem Normalpotential von -2,37 V (gegen NHE) weist Magnesium in der elektrochemischen Spannungsreihe das niedrigste Normalpotential aller Konstruktionswerkstoffe auf. Aus diesem Grunde ist es erforderlich, Magnesiumoberflächen auf geeignete Weise vor Korrosion zu schützen. Grundsätzlich gäbe es auch die Möglichkeit, das Korrosionsschutzverhalten über die Zusammensetzung der Magnesiumlegierung positiv zu beeinflussen (Tab. 1). In vielen Fällen wird dies jedoch aus Kostengründen nicht möglich sein. Außerdem wäre dies alleine nicht ausreichend. Von herausragender Bedeutung für das Schutzverhalten sind deshalb der Oberflächenschutz und dabei in besonderer Weise die in ihrer chemischen Natur überwiegend anorganisch aufgebauten Konversionsbeschichtungen. Hierzu gehören im weiteren Sinne auch die Anodisierschichten. Diese dünnen Schutzschichten verhindern zum einen den Korrosionsangriff auf die Magnesiumlegierung, zum anderen bieten sie eine gute Verankerungsmöglichkeit für die nachfolgende Überlackierung und damit einen zusätzlichen Schutz.

Wie die Zukunft aussehen wird – nun ich weiß es nicht, aber glaubt man den Trendforschern so wird sie in jedem Fall wieder farbiger sein. Nicht nur im Automobilbereich werden neben den Grau- und Silbertönen wieder bunte Farben, wie Orange, Rot, Grün, Gelb und Blau an der Karosse zu finden sein. Auch im privaten Bereich, der Wohnung und in der Mode ist Farbe wiederentdeckt worden. Haben Sie sich schon mal gefragt wie denn eigentlich diese Farbtrends entstehen? Ein Grund dafür ist laut Axel Venn, Professor für Farbgestaltung in Hildesheim, dass man sich nach einer gewissen Zeit an den bekannten Farben satt gesehen hat. Gesucht wird dann oft nach dem Gegenteil des Bestehenden. Das bedeutet, auf bunte, grelle Farben folgen gedämpfte, unifarbene Töne und auf matt folgt glänzend. Ein weiterer Einflussfaktor ist die wirtschaftliche Lage. Ist diese eher gebremst, um nicht zu sagen schlecht, sind fröhliche und bunte Farben gefragt.