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Bericht über einen Workshop der Europäischen Forschungsgesellschaft Dünne Schichten e. V. am 7. April 2006 in Frankfurt am Main

-Fortsetzung aus Heft 8/2006-

Five years later, the aftermath of the destruction of the World Trade Center (WTC) buildings is indelibly etched in our memories. Human tragedy, international, national, and local political changes, economic loss, and environmental consequences are still related and debated by the global media. A relatively unpublicized activity associated with the WTC disaster was the approach to cleaning and recovering damaged electronic equipment housed in adjacent buildings. // 

Fünf Jahre nach der Tragödie hat sich die Zerstörung des World Trade Centers (WTC) unauslöschlich in unser Gedächtnis gegraben. Menschliche Tragödien, internationale, nationale und lokale politische Veränderungen, Wirtschaftsverluste und Umweltfolgen werden noch immer weltweit in den Medien diskutiert. Eine relativ unbemerkte Aktivität in Verbindung mit dem WTC-Desaster hat die Reinigung und Entsorgung der zerstörten Elektronikeinrichtungen der beiden Gebäude betroffen.

Unternehmen der baden- württembergischen IHK in Indien

Die baden-württembergische Industrie- und Handelskammer veranstaltet in Kooperation mit anderen Partnern vom 18. bis 25. November 2006 eine Unternehmerreise nach Indien, die nach Pune, Chennai und Delhi führen wird. Die Automobil-, Elektro- und Elektronikindustrie ist in den Regionen um diese drei Städte gut etabliert und befindet sich im Aufschwung. Chennai wird sogar als das Detroit Indiens dargestellt. Kunststoffgalvanik und Halbleitergalvanik sind Bereiche, in denen die Kapazitäten noch im Wesentlichen zu erfüllen sind, wenn man die mit diesen Industriebranchen verbundene Lohngalvanik betrachtet. Stahl-, Aluminiumguss und Eisenwaren für Möbel und die Bauindustrie sind weitere Branchen, die sich im Aufschwung befinden.

Drei Erdbebengebiete

Vor einigen Monaten ist die Existenz von drei Erdbebengebieten enthüllt worden und wir können be- merkenswerte Beben in allen von ihnen erwarten, die sicherlich einige Oberflächentechniker berühren. Wir wollen diese Störgebiete untersuchen.

Beben 1 – Stahl

Beben 2 – Flugzeugindustrie und Fluglinien

Erdbeben 3 – Automobilindustrie

Beitrag zur Expansion der Metallveredlung Döbeln GmbH, MVD

Die Gegend um Dresden hat sich als eines der großen Industriezentren Deutschlands einen Namen gemacht, wobei die Mikroelektronik in der Regel als Investitionsmotor genannt wird. In diesem Industriezweig sind trotz der geringen Baugröße der Einzelprodukte die Größen der Einrichtungen beeindruckend, so dass aus diesem Grund auch die Präsentation eines Unternehmens beeindruckend sein kann. Aber auch die Oberflächentechnik kann bei etwas kleineren Dimensionen doch beeindrucken. So hat sich die Firma Metallveredlung Döbeln GmbH im etwa 50 km westlich von Dresden liegenden Döbeln in den letzten 15 Jahren vom einfachen Handwerks- zum modernen Industriebetrieb entwickelt. Hierzu haben ein umsichtiges und langfristiges unternehmerisches Denken der Eigentümer ebenso wie eine engagierte Unterstützung der Mitarbeiter und ein sehr kooperatives Zusammenwirken mit den verschiedenen Anlagenbauer und Chemielieferanten beigetragen. Den vorläufigen Höhepunkt der Firmenentwicklung stellt eine neue Beschichtungsanlage für Zink und Zink-Eisen dar.

Bericht über die Firma Nicrola in Tettnang zur Inbetriebnahme der neuen Galvanikanlage von Atotech Deutschland GmbH

Während ein Großteil der deutschen Industrie in diesem Jahr erstmals wieder eine merkliche Investitionstätigkeit erkennen lässt, hat sich die Oberflächentechnik durch ein kontinuierliches Wachstum im Bereich zwischen 5 und 10 % positiv abgehoben. Zwei der Unternehmen, die zu dieser erfreulichen Ausnahmeerscheinung in der deutschen Wirtschaft beigetragen haben, sind die Firmen Nicrola GmbH & Co. KG in Tettnang und die Atotech Deutschland GmbH, Feucht. Das Dienstleistungsunternehmen Nicrola als Lohnbeschichter hat bei der Firma Atotech im vergangenen Jahr einen Galvanik- automaten für eine außerordentliche Prozess- und Produktvielfalt geplant und realisiert. Sowohl die kurzfristige Umsetzung des Projekts als auch die ausgezeichnete Ausstattung und Funktionsfähigkeit der Anlage animierten die Redaktion der Zeitschrift Galvanotechnik zur nachfolgenden Darstellung.

Bei ihrer dritten Auflage wartet die Surfacts mit über 50 Prozent mehr Ausstellern auf. Die Besucher der internationalen Fachmesse für Oberflächentechnik erwartet ein attraktives Angebot: Es deckt die gesamte Bandbreite der funktionalen und dekorativen Oberflächenbehandlung ab und bietet innovative Lösungen für die Anpassung der Oberflächenbeschaffenheit an individuelle Anforderungen. Die Surfacts mit integriertem Fachforum findet vom 10. bis 12. Oktober 2006 in der Messe Karlsruhe statt.

eit mehr als 80 Jahren finden Glanzchromüberzüge Verwendung in den unterschiedlichsten Bereichen der dekorativen Oberflächenveredelung. Ob im Automobilbau, der Möbel- oder Sanitärindustrie, dem Ladenbau oder der Haushaltsgeräteindustrie: Überall dort, wo sowohl Optik als auch Funktionalität eine entscheidende Rolle spielen, findet man verchromte Oberflächen. Die meisten dieser Glanzchromschichten werden heute noch immer aus chrom(VI)haltigen Elektrolyten abgeschieden. Und das, obwohl das Gefahren- potential sechswertiger Chromverbindungen schon lange bekannt ist. Mit der in naher Zukunft zu erwartenden Verschärfung der gesetzlichen Auflagen gerät die Beschichtungsindustrie immer mehr unter Zugzwang. Die sich abzeichnenden Alternativen sind dabei einfach zu benennen:

– Risikominimierung: Beachtung der strenger werdenden Auflagen, aber weiterhin Verwendung von Chrom(VI)elektrolyten, oder

– Risikovermeidung: vollständige Risikovermeidung durch den Einsatz alternativer Chrom(III)- verfahren.

Der Einsatz von Aluminium und dessen Legierun- gen nimmt insbesondere in der Automobilindustrie ständig zu. Grund dafür ist zumeist die Gewichts- einsparung. Teile aus Aluminium- oder Magnesium- legierungen müssen allerdings vor der eigentlichen galvanischen Beschichtung mit Strom [1] oder ohne Strom [2, 3] in so genannten Zinkatbeizen vorbehandelt werden, um haftfeste Schichten zu erhalten. Die Oberfläche von Aluminium-/Magnesiumlegie- rungen ist mit mehr oder weniger dicken Oxidschichten bedeckt, die entfernt werden müssen. Um eine erneute Ausbildung von Oxidschichten nach dem Abbeizen zu vermeiden und einen Haftverbund Aluminium/Zink herzustellen, werden die Teile in einer alkalischen oder sauren, zinkhaltigen Lösung – der Zinkatbeize – behandelt. Dabei werden Aluminiumoxid und auch Aluminium aufgelöst und Zink durch Ladungsaustausch abgeschieden. Die Summenformel gibt nicht alle möglichen Teilreaktionen wieder. Für Details sei auf [3] verwiesen.

The technology for plating on non-conductive plastics substrate has been applying actively since 1965, and we have been engaged in the investigation of this study since the initial stage of development. The main purposes of application of plating on plastics is:

– Lighter in weight than metal products,

– Cost-down,

– Added-value to the products such as higher grade goods.

As the plastics to be used, ABS resin is about 90 % in total usage ratio. And to the parts which are required mechanical strength, heat-resistance or chemical resistance, alloy of resins, engineering plastics or super engineering plastics have been applied. Today, plastics plating has been applying to various fields, and giving added-value of functional properties beside decorative purpose [1, 2]. // 

Die Technologie der Beschichtung nichtleitfähiger Kunststoffwerkstoffe wird seit etwa 1965 in größerem Umfang angewendet und das Unternehmen des Autors ist an den Untersuchungen hierzu seit den Anfängen beteiligt. Die Beweggründe für die Kunststoffbeschichtung sind vorwiegend:

– Gewichtseinsparung gegenüber metallischen Werkstoffen,

– Kostenersparnis,

– Wertschöpfung dieser Werkstoffe sowie höhere Güteklassen.

Der zur Anwendung kommende Kunststoff ist das ABS-Harz, das ca. 90 % des gesamten Verbrauchs ausmacht. Werden mechanische Festigkeit, Hitze- oder Chemikalienbeständigkeit gefordert, kommen Harzgemische, technische Kunststoffe oder speziell angefertigte Kunststoffe zur Anwendung. Heute deckt die Kunststoffbeschichtung ein umfangreiches Einsatzgebiet ab und bietet neben dekorativen auch funktionelle Eigenschaften [1, 2].

Der Maschinenbau von heute erfordert oft Metallbauteile mit komplizierten Konturen und tiefen Innenoberflächen wie etwa Grundbohrungen, engen Leitungen und dergleichen. In Bezug auf die Gleichmäßigkeit der Beschichtungen, bessere Kennwerte für Härte, Korrosions- und Verschleißbeständigkeit sowie den Reibungskoeffizienten werden ständig höhere Anforderungen gestellt. Im Bereich der Elektronik und Elektrotechnik erwachsen neue Zielgrößen zur optimierten Beschichtung sowohl von dielektrischen Baustoffen (Glas, Keramik, Polymere), Halbleitern, als auch von schwer beschichtbaren Metallsubstraten (Aluminium- und Magnesiumlegierungen, Titan, Wolfram, Molybdän und andere). Die im breiten Einsatz befindlichen galvanotechnischen Verfahren gewähren nicht immer den erwarteten Erfolg, so dass neue Wege zur Abscheidung von Metallschichten aus wässrigen Lösungen anzubahnen sind.

Bericht über die Hausmesse bei der Firma Helmut Fischer in Sindelfingen

Der bekannte Messtechnikspezialist Helmut Fischer GmbH + Co. KG bot einem interessiertem Fachpublikum am 28. und 29. Juni die Möglichkeit, sich im Rahmen einer Hausmesse über die Grundlagen und neuen Entwicklungen auf dem Gebiet der Analysentechniken für Schichten und Werkstoffe in Theorie und Praxis zu informieren. Die Veranstaltung umfasste Vorträge im modernen Fischer-Forum in einem vor einigen Jahren neu errichteten Firmenteil, sowie praktische Vorführungen der verschiedenen Messeinrichtungen. Hier konnten auch Probleme der Interessenten mit den Spezialisten des Hauses diskutiert und reale Musterteile der Kunden untersucht werden. Eröffnet wurde die an beiden Tagen identische Vortragsreihe von Helmut Fischer persönlich. Er gab in seinem mit zahlreichen interessanten und wenig bekannten Details ausgestatteten Vortrag einen Überblick über die Entwicklung der Messtechnik seit Archimedes.

A variety of sol-gel derived coatings have been developed at Sheffield Hallam University (SHU) [1, 2] to improve the corrosion resistance of steel and aluminium alloys and include inorganic forms [3] and organically modified hybrid formulations, e. g. Ormosil, an organically modified silicate material [4]. The inorganic form of this coating has the advantage of high hardness and wear-resistance but the disadvantage of long cure times and a limitation in the coating thickness; less than 1 µm for a single-coat system. These limitations are in part due to the build up of intrinsic coating stresses and the nature of the processing of these coatings, namely the requirements of a high-temperature heat treatment. In comparison organically modified hybrid coatings exhibit increased flexibility and thickness and can be cured at temperatures down to and including room temperature. However low-temperature curing produces coatings with lower hardness than the high-temperature cured inorganic counterparts. Furthermore the low temperature curing route also limits the level of corrosion resistance that can be achieved by the coating. // 

Eine Reihe von Beschichtungen aus der Sol-Gel-Familie wurden an der Sheffield Hallam University (SHU) entwickelt [1, 2], um die Korrosionsbeständigkeit von Stahl und Aluminiumlegierungen zu verbessern. Eingeschlossen sind hier anorganische Schäume [3] und organisch modifizierte Hybridverbindungen wie Ormosil, eine organisch modifiziertes Silikat [4]. Vorteil der anorganischen Variante der Schichten ist die hohe Härte und Verschleißbeständigkeit, allerdings mit dem Nachteil langer Aushärtezeiten und mit etwa 1 µm für ein Einschichtsystem begrenzter Schichtdicke. Diese Einschränkungen sind zum Teil auf die Eigenspannungen der Schichten und zum Teil auf die Natur der Schichterzeugung, besonders die erforderliche Hochtemperaturbehandlung, zurückzuführen. Im Vergleich dazu zeigen organisch modifizierte Hy- bridschichten eine erhöhte Flexibilität sowie Dicke und sie können auch bei Raumtemperatur ausgehärtet werden. Allerdings sind die bei niederen Temperaturen hergestellten Schichten weicher als die bei hohen Temperaturen ausgehärteten anorganischen. Zudem wird mit den bei niederen Temperaturen gehärteten Schichten eine geringere Korrosions- beständigkeit der Schichten erzielt.

Vor einigen Tagen hatte die Firma Audi AG eine der sehr wahrscheinlich ungeliebtesten Aktionen eines Automobilherstellers durchzuführen – eine Rückrufaktion. Bei einigen Modellen hat es Probleme mit der Entfaltung des Airbags gegeben. Obwohl ein Airbag auch einige galvanisch beschichtete Komponenten enthält, vornehmlich Sensorbauteile, dürfte die unvollständige Entfaltung des Airbags eher auf einen Fehler des Treibstoffes zur Erzeugung des notwendigen Gasvolumens zurückzuführen sein. Aber auch bei den Sensorbauteilen wird höchste Qualität eingefordert, ohne dass eine Funktion des Bauteils vor einem tatsächlichen Einsatz umfangreich geprüft werden kann – denn eine Prüfung entspricht hier dem eigentlichen Einsatzfall. Danach wird das komplette System Airbag ersetzt, soweit das Auto noch einsatzbereit ist. Nicht nur die sicherheitsrelevanten Bereiche eines Automobils unterliegen heute den höchsten Qualitätsansprüchen. Auch bei der Vergabe von Garantien beispielsweise gegen das Auftreten von Korrosion sind außerordentliche Leistungen von galvanischen Beschichtungen gefordert – und Beständigkeiten von bis zu 10 Jahren gegen Durchrosten sind heute fast schon Standard.

Ein Rückblick auf die Leistungen der Oberflächentechnik für den Umweltschutz

Schifffahrt

Das älteste, technische Transportmittel der Menschen ist das Schiff, mit dem man größere Lasten auf dem Wasserweg über längere Distanzen transportieren konnte. Zahlreiche Städtegründungen basieren auf ihrer Lage am Wasser als Basis für den Handel und den dazu nötigen Gütertransport. Boote mussten schwimmfähig sein. Da sich Holz oder Binsen und andere Naturfasern, die zum Bootsbau verwendet wurden, allmählich mit Wasser voll sogen oder durch die ständige Nässe zerstört wurden, musste man die Oberflächen wasserdicht machen. Dazu diente natürlicher Asphalt, wie er zum Beispiel in der israelischen Jordan-Ebene, in der Region der biblischen Städte Sodom und Gomorra, vorkam. Asphalt brachte diesen Städten großen Reichtum; sie exportierten das Naturprodukt bis nach Ägypten, wie archäologische Funde bestätigten. Oberflächenschutz als Basis für den Handel schon in der Antike bis hinein in das letzte Jahrhundert. Welchen Schutz Pech vermittelt, lässt sich bei der Betrachtung von Schiffswracks erahnen, die teilweise weit über 100 Jahre im Wasser lagen und bei ihrer Bergung noch relativ gut erhalten waren, wie zum Beispiel der so genannte Kaffen-Kahn, der in der Zeit um 1840 für den Transport von Lasten wie Ziegel etc. auf norddeutschen Binnengewässern verwendet wurde und vor seiner Bergung im Jahr 1987 fast 150 Jahre auf dem Grund des Flusses Havel lag (Abb. 105).

Cyanide und Metallcyanokomplexe sind toxisch und sie sind außerordentlich ökotoxisch. Der toxische Effekt besteht in der Verhinderung des Elektronen- transfers in Mitochondrien-Membranen. Die Cyanide reagieren mit dem Eisen(III)ion der Cytochrome-Oxidasen P450. Das freie Cyanidanion und der daraus abspaltbare Cyanwasserstoff sind Stoffe mit hoher akuter Toxizität, die durch die LD50-Werte beschrieben werden: LD50(Ratte) = 3 mg HCN/kg bzw. LD50(Ratte) = 6,4 mg NaCN/kg. Die biochemischen Toxizitätsmechanismen und Messmethoden hierfür sind ausführlich in der neueren Literatur [1] beschrieben worden. Cyanide gelten als stark wassergefährdende Stoffe mit der höchsten Wassergefährdungsklasse WGK = 3. Aus der Fülle verschiedenartiger Verunreinigungen industrieller Abwässer ist die Cyanidbelastung ein besonderes Problem in den Bereichen der Ober- flächentechnik (Metallabscheidungs-, Entmetallisierungsprozesse, Herstellung von Edelmetallüberzügen für Schwachstromkontakte/Mikroelektronik), der Härtung von Stählen durch das Salzbadnitrieren oder Gebieten der Sonderabfallaufarbeitung.

Unsere Wirtschaft lahmt und leidet unter dem Preisdruck des zunehmenden globalen Wettbewerbs. Ausgleich sollten Innovationen schaffen, Wettbewerbsvorsprünge, die aufgrund des deutschen Erfahrungs- und Wissenspotenzials denkbar wären – auch wenn man unberücksichtigt lässt, dass die Erfahrungsträger mehr und mehr in den vorzeitigen Ruhestand oder die Arbeitslosigkeit geschickt werden und der potenzielle Nachwuchs durch die Pisa-Studien gekennzeichnet wird. Es gibt dennoch tatsächlich eine Vielzahl an Innovationen. Deutschland steht neben den USA an der Spitze der Patentanmelder. Jede Patentanmeldung stellt eine geschützte Innovation dar. Es gibt sie also – sogar in großer Menge - wenngleich nicht jeder Patentschutz zu einem wirtschaftlichen Aufschwung führen muss.

Das amerikanische Internetmagazin Cientifica (http://www.cientifica.com) hat im Januar 2006 einen recht kritischen Beitrag zu Sinn und Unsinn der finanziellen Förderung der Nanotechnologie veröffentlicht und ihm einen entsprechenden Titel gegeben: Wohin ist mein Geld verschwunden? – Staatliche Förderung der Nanotechnik und die 18-Milliarden-Dollar-Hose. Dem aggressiven Titel entspricht der Vorspruch, in dem David Morgenthaler, der ehemalige Chef der National Venture Capital Association der USA zitiert wird: Wenn wir (gemeint sind Risikokapitalgeber) in Nobelpreis-verdächtige Forschung investieren, machen wir einen Fehler. Risikokapitalgeber sollten so gut wie nie in neueste Technologien investieren und ebenso wenig in risikoreiche Technologieentwicklung auf neuen Gebieten.