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Chemisch reduktive Verfahren werden zur Abscheidung von Nickel-Phosphor-Schichten vorwiegend für die Automobil-, die Elektronik- und die Telekommunikationsindustrie in weitem Umfang großtechnisch eingesetzt. Die Reduktionsabscheidung besaß lange Zeit verfahrensspezifische Vorteile wie hohe Härte und Verschleißfestigkeit als auch hohe Korrosionsfestigkeit der daraus hergestellten Schichten. Der Phosphorgehalt variiert typischerweise zwischen 2 und 15 %. Die Nachteile der Reduktionsverfahren waren und sind ihre Instabilität gegenüber Fremdpartikelkontaminationen, die zur autokatalytischen Zersetzung des Elektrolyten führen kann, sowie die aufwändige Elektrolytkontrolle. Am schwersten wiegt aber die geringe Abscheidegeschwindigkeit, die Prozesstemperaturen von über 80 °C erfordert, um überhaupt annähernd akzeptable Abscheidegeschwindigkeiten zu erzielen.

Hochpräzise Metallverarbeitung spielt in dem industriell-gewerblichen Bereich eine gewichtige Rolle – aber was wäre die Präzision wert ohne das Finish einer Oberflächenbehandlung auf dem aktuellen Stand der technischen Möglichkeiten, die weit über mechanisches Schleifen und Polieren hinausgeht?

Aluminiumbauteile werden seit Jahren erfolgreich mit Chrom(III)-haltigen Passivierungen behandelt. In der Produktion wird ein robustes Verfahren mit guter Reproduzierbarkeit gefordert. Hierfür ist es notwendig, den gesamten Prozess von der Vorbereitung der Oberfläche in Entfettung, Beize und Dekapierung über die Passivierung bis hin zur Trocknung zu verstehen und zu berücksichtigen. Das Verfahren ist etabliert und hat Einzug in verschiedene Normen gehalten, muss aber zugleich immer höheren Qualitätsansprüchen genügen. Gerade im Fall der korrosionsanfälligen und hochlegierten Aluminiumlegierung EN AW-2024 T3 wird deutlich, welche Rolle die einzelnen Schritte des Beschichtungsprozesses haben, und dass die Anwendungsparameter exakt aufeinander abgestimmt werden müssen, um ein zufriedenstellendes und auf die hohen Ansprüche zugeschnittenes Endergebnis zu erreichen.

Der etablierte CASS-Test kann Nickel-Chrom-Korrosionsschutzsysteme in Chrom(VI)-Verfahren prozesssicher auf Funktionsfähigkeit überprüfen. Mit dem Technologiewechsel zu Chrom(III)-Beschichtungsprozessen wurden Simulationsverfahren zur Anpassung des CASS-Tests durchgeführt. Dabei wurden auch Erkenntnisse über eine Chrom(VI)-freie Passivierung gewonnen, die die Korrosionsbeständigkeit von Chrom(III)-Verfahren weiter verbessern dürfte. Grundlagen des aktiven Korrosionsschutzsystems:Das Korrosionsschutzsystem Nickel-Chrom für Automobil-Exterieur-Anwendungen ist sehr komplex. Es basiert auf einer mehrlagigen Nickelschicht mit einer hellen Chromendschicht, die traditionell aus chrom(VI)-haltigen Elektrolyten abgeschieden wird.

Die gezielte Elimination von unerwünschten Kat- und Anionen aus Rohwassern zum Zwecke der Wasseraufbereitung erfolgt durch Abtrennung der Ionen mit Ionenaustauschern oder mit dem Membranverfahren. Als typisches Beispiel sei die Herstellung von VE-Wasser oder die Kreislaufführung von Spülwassern mit Ionenaustauscherharzen genannt. Die gezielte Elimination von unerwünschten Stoffen und von Schwermetall-Ionen aus Spül- und Abwässern erfolgt durch Fällung, Flockung, Schlammabtrennung und schließlich mittels Ionenaustauscherharzen. //

The target of eliminating unwanted kations and anions in raw waters for water purification purposes is based on ion separation in ion exchangers or the membrane method. A typical example is the production of VE water or the recycling of rinse water by means of ion exchange resins. The targeted elimination of unwanted materials and ions of heavy metals in rinse and waste waster is carried out by precipitation, flocculation, sludge separation and finally by ion exchanger resins.

Sie kennen doch sicher die Geschichte über die Bewertung eines halb gefüllten Glases. Der Pessimist sagt, das Glas sei halb leer. Der Optimist meint, es sei halb voll. Der Realist sagt, dass das Glas doppelt so groß sei, wie es sein müsste. Als uns unsere Kanzlerin, um den Faden weiter zu spinnen, in ihrer Neujahrsansprache auf ein schwieriges 2013 vorbereitete, war sie also ganz Pessimist....

Durch Umschmelzen lassen sich dünne, gleichmäßige und porenfreie (porenarme) Zinnschichtdicken mit geringer Fertigungstoleranz erzeugen, die auf Grund ihrer niedrigen Rauheit eine gute Prozessierbarkeit in der Umformtechnik gewährleisten. Darüber hinaus zeichnen sich die umgeschmolzenen Zinnschichten durch eine verbesserte Oxidationsbeständigkeit, einen hohen Glanzgrad sowie gute Löteigenschaften aus. Untersucht wurden verschiedene Charakteristika von zwei Zinnschichten, wie Substrat, Umschmelztemperatur, Aussehen, Elementzusammensetzung und -verteilung, Lötverhalten, Abscheidebedingungen oder Art der Nachbehandlung. Bei Verwendung einer Nickelzwischenschicht ohne Additiv sowie bei niedrigen Chloridgehalten wird zum Beispiel eine geringe Neigung zur Verfärbung der Schichten beobachtet. Mit steigendem Chlorid- und Additivgehalt nimmt die Unregelmäßigkeit in der Form der intermetallischen Phase mit entsprechendem Einfluss auf die Metalloberflächen zu. Beim Umschmelzen unter Stickstoffatmosphäre kann die Verfärbung vermieden werden.

Use of reflow melting allows the formation of thin and uniform tin coatings which are non-porous (or of low porosity) and can be produced to tight tolerances. Their low roughness and amenability to processing involving deformation are equally attractive features. In addition, such re-melted tin coatings exhibit improved resistance to oxidation, increased brightness and improved solderability. Two tin coatings were studied in terms of various characteristics such as substrate effects, re-melting temperature, appearance, elemental composition and element distribution as well as solderability, deposition conditions and the effect of post-treatment. Use of an additive-free nickel interlayer with low chloride concentration, for example, resulted in coatings with low propensity to tarnishing. With increased chloride and additive concentrations, an increase in non-uniformity was observed arising from an intermetallic phase with a corresponding effect on the metal surface. By using a nitrogen atmosphere for the re-melting process, tarnishing can be avoided.

ABS-Kunststoffe werden für dekorative und funktionelle Zwecke, d. h. zum Schutz vor Medien und mechanischen Einflüssen durch Kunststoffgalvanisieren oberflächenveredelt. Als Vorbehandlung zur Kaverenbildung erfolgt bei ABS-Bauteilen das Beizen mit Chromschwefelsäure. Cr(VI)-Verbindungen wurden allgemein als toxisch und krebserregend eingestuft und sind entsprechend der EU-REACH-Richtlinien aus allen Prozessen und Produkten zu eliminieren. Der Beitrag beschreibt ein Cr(VI)-freies Modifizierungsverfahren zur Kunststoffgalvanisierung von ABS ohne ein Beizen. In einem vorgelagerten Schritt wird das ABS-Bauteil oberflächenaktiviert, indem die oberflächlich zugänglichen Doppelbindungen der fein verteilten Phase aus Polybutadien oder Butadien-Acrylnitril-Copolymer des ABS in ein Oxiran überführt, d. h. epoxidiert werden. Anschließend wer- den diese Epoxy-Gruppen mit einem Polyamin modifiziert. Die folgenden Schritte werden wie im klassischen Galvanisierungsverfahren weitergeführt. Das so oberflächenmodifizierte Formteil wird in einem Bad z. B. mit Pd-Ionen behandelt, die anschließend zu Edelmetallkeimen reduziert werden. Als abschließender Schritt vor der stromgeführten Galvanisierung wird nach bekanntem Verfahren stromlos eine geschlossene Nickelleitschicht erzeugt. Der Gitter- schnitt-Test sowie der Klebebandabzug-Test belegen eine sehr gute Haftfestigkeit zwischen ABS-Substrat und Nickelleitschicht. //
ABS plastics are improved by plastic galvanization for decorative and functional purposes to protect the surface against the influences of media and mechanical damage. In a first step ABS parts are commercial- ly treated by an etching process with chromo sulfuric acid to form caverns. Cr(VI) compounds are commonly classified as toxic and carcinogen and have to be eliminated out of all processes and products concerning the EU-REACH directives. This paper presents a Cr(VI) free modification process for the plastic galvanization of ABS surfaces without an etch- ing process. First the ABS part is surface activated by transformation of double bonds of the fine distributed phase consisting of polybutadiene or butadiene-acry- lonitril copolymer of the ABS which are accessible on the surface into an oxirane group i. e. by epoxidation. Then these epoxy groups are modified with a poly- amine. The following steps could be continued like the classical galvanization process. The surface-modi- fied part was treated in a bath with e. g. Pd ions which were reduced afterwards to obtain noble metal seed. As final step before current regulated galvanization there was generated a closed Ni layer currentlessly with the well-known process. The crosscut adhesion test as well as the adhesive tape test had shown an ex- cellent bond strength between the ABS substrate and the Ni layer.

Dieses Kapitel gibt einen kurzen Überblick über die Grundlagen und Anwendungen der galvanischen Dispersionsabscheidung. Bei Dispersionsschichten handelt es sich um galvanische Überzüge, in die inerte Partikel während der Abscheidung eingelagert werden. Hierbei kann es sich um unterschiedlichste Partikeltypen, von hartem Diamant bis zu weichem PTFE, handeln. Die Größenskala der Partikel reicht von Makro (Millimeter) über Mikro bis hin zum Nanomaßstab (20 nm). Während es unzählige Kombinationsmöglichkeiten gibt entscheidet die jeweilige Anwendung, welches System zur Anwendung kommt. //
This chapter gives a short overview about galvanically deposited dispersion layers. A dispersion layer is a galvanic coating that has inert particles incorporated in its metal matrix during the deposition process. The particle types may vary from very hard (diamonds) to very soft (PTFE). The scale of the particles that can be incorporated ranges from macro (millimeter) over micro to the nanoscale (20 nanometer). With an enormous number of possible combinations, it is the application that will determine the choice of system.

Schon vor den Beschränkungen durch die REACh-Verordnung gab es Bestrebungen, Chrom(VI)- durch Chrom(III)-Anwendungen zu substituieren. Zwar waren die Ergebnisse nicht befriedigend, trotzdem arbeitet man konzentriert an alternativen Lösungen. Mitarbeiter der BIA-Gruppe informieren über den Stand der Entwicklung.

Kunststoffe werden im Galvanikprozess während der Konditionierung mit Chromschwefelsäure behandelt. Dabei löst das Chromtrioxid im Beisein von Schwefelsäure die Butadienphase aus dem ABS-Kunststoff. Die Verwendung von Chromtrioxid unterliegt aufgrund der REACh-Gesetzgebung seit September 2017 der Autorisierung durch die EU-Kommission [1]. Allerdings ist das Thema der Substitution von Chrom(VI)-Verbindungen selber nicht durch REACh initiiert worden, vielmehr ist dies ein genereller Punkt in der kontinuierlichen Optimierung von Prozessen in der Beschichtungsbranche.

Die Verknüpfung von Galvanischen- und Zinklamellenbeschichtungsanlagen erfordert eine sorgfältige Auswahl der eingesetzten Zink- und Zinklegierungen, Passivierungen und Topcoat Beschichtungen sowie deren Verfahrensparameter. Bei den gewählten Systemen zeigt sich, dass die Beschichtung der Topcoats spätestens 24 h nach der elektrolytischen Zinklegierungsbeschichtung erfolgen sollte. Eine Wärmebehandlung zur Wasserstoffentsprödung vor der Topcoat Beschichtung führt besonders bei Zink-Nickeloberflächen zu einer Verbesserung des Korrosionsschutzes. Auch der pH-Bereich der eingesetzten Passivierung war beim gegebenen System sehr viel enger als er es bei einer nicht nachgelagerten Topcoat Beschichtung ist.

In der Industrie ist der Einsatz von Wasser für die Produktion in vielen Bereichen zwingend erforderlich. Im günstigsten Fall, wie bei weichem Wasser, liegt die Leitfähigkeit des Stadt- oder Brunnenwassers im gewünschten Bereich. Sind die Anforderungen an die Prozesswasserqualität höher, ist gezielte Wasseraufbereitung unumgänglich. Wasseraufbereitung: In der Regel muss Stadtwasser bzw. Brunnenwasser vor dem Einsatz in der Fertigung aufbereitet werden. Hierzu stehen die folgenden Verfahren zur Verfügung: Wasserenthärtung: Bei der Wasserenthärtung wird die Wasserhärte (Ca2+ und Mg2+-Ionen) über Ionenaustausch an ein schwach saures Harz gebunden. Mit der Aufnahme von Ca und Mg werden im Gegenzug Na+-Ionen freigesetzt. Die Regeneration des Harzbetts erfolgt mit einer gesättigten Natrium-Salzlösung. Somit kann das Regenerat auch ohne eine weitere Abwasserbehandlung direkt in das Kanalnetz abgeleitet werden. Die Wasserhärte wird auf < 0,1 °dH reduziert. Der Salzgehalt bzw. die Leitfähigkeit bleiben nahezu konstant.

Zinnwhisker sind spontan wachsende, meist einkristalline Filamente mit einem Durchmesser von wenigen μm und einer Länge von bis zu mehreren mm. Sie entstehen vorwiegend auf galvanisch verzinnten Kupfersubstraten, die der vorherrschenden Technologie beim Verbauen integrierter Schaltungen entspricht. Aufgrund ihrer Dimensionen stellen Whisker ein ernsthaftes Problem für die Zuverlässigkeit solcher Bauteile dar, denn infolge der Miniaturisierung von Elektronik sind sie so groß, dass sie Kurzschlüsse und Ausfälle gesamter Gerätschaften verursachen können. Der Artikel, der in einem zweiten Teil fortgesetzt wird, zeigt, dass das Verhältnis zwischen Kristallerholungsprozessen und intermetallischer Phasenbildung das Whiskerwachstum bestimmt.

In der zweihundertjährigen Geschichte der Galvanotechnik ist bis jetzt keine ultimative Lösung für die Bestimmung der Stromdichteverteilung vorgeschlagen worden. Der Grund für das Fehlen eines effizienten Messsystems könnte die starke Trennung zwischen diesem Gebiet und den Bereichen der Elektro- und Messtechnik gewesen sein. Den Fachleuten der Elektro- und Messtechnik war das Problem der präzisen Bestimmung bzw. totalen Beherrschung der gleichmäßigen Stromdichteverteilung unbekannt. Auf der anderen Seite haben die Galvanotechniker sich damit abgefunden, dass das o. g. Problem unlösbar sei.

In the 200 year long history of electroplating, there has never been a definitive method for measuring current distribution in a plating tank. An explanation for this lack of an efficient measurement method can be attributed to a gulf between the disciplines of metal finishing on the one hand and electronics and measurement, on the other. Experts in the latter fields were unaware of the requirement for a technique capable of measuring current density in situ and the desirability of achieving uniform current density distribution. For their part, Metal Finishers had long concluded that these were insoluble problems.

Die Serie von Veröffentlichungen als Überblick über die Möglichkeiten der galvanischen Goldabscheidung wird mit einer Darstellung der nicht-cyanidischen Elektrolytvarianten fortgesetzt. Die Lösungen auf Basis des Gold-Sulfit-Komplexes gehören in dieser Gruppe zu den bedeutendsten Verfahren, die für Dentalanwendungen relativ weit verbreitet sind. Der vorliegende Beitrag zeigt typische Elektrolytzusammensetzungen, optimale Abscheidungsparameter sowie weitere Varianten dieses Elektrolyttyps auf. Eine kurze Darstellung der Forschungsansätze zu alternativ komplexierten Lösungen, auch für die Legierungsabscheidung, schließt sich an.

Spezielle Verfahren und Anwendungen (2): Teil 6 der Übersicht über die galvanische Abscheidung von Gold widmet sich noch einmal den speziellen Verfahren und Anwendungen. Hier: Pulse Plating und Entschichtung. Bereits in der vergangenen Ausgabe (Galvanotechnik 10-2012) beschrieben die Autoren Dispersionsschichten und Galvanoformung.

Zunächst wird für die Standard-Hullzelle aufgrund einfacher Modelle die so genannte Primärstromverteilung berechnet und mit Literaturwerten verglichen. Während das naheliegende Parallelstrommodell zu einem stark abweichenden Resultat führt, ergibt das Kreuzstrommodell eine gute Übereinstimmung. Eine allgemeine Berechnungsformel erlaubt, den Einfluss der Zellparameter auf die Primärstromverteilung zu studieren, was am Beispiel einer verlängerten Zelle mit sonst gleichen Dimensionen gezeigt wird. Die empirische Überprüfung anhand von Schichtdickenmessungen bei einer realen Abscheidung ist insofern mit Schwierigkeiten verbunden, als einerseits kein idealer Elektrolyt mit linear zur Stromdichte ansteigender Überspannung existiert, und andererseits die Konvektionsverteilung bei einer normalen Hullzelle inhomogen ist. Diese wird für eine Bewegungsvorrichtung mit Paddel berechnet. Eine homogene Konvektionsverteilung ist (näherungsweise) bei einer Hullzelle mit rotierender Zylinderelektrode möglich. Als Referenzelektrolyt für eine derartige Überprüfung wurde ein Glanznickelelektrolyt eingesetzt. Der Vergleich unterschiedlicher Elektrolyte (cyanidisch Kupfer, Glanzsilber, Gold-Kobalt) zeigt die Möglichkeiten auf, anhand der Schichtdickenverteilungen auf die (Makro-)Streufähigkeit zu schließen. Mit Hilfe einer als elektrolytspezifische Hullzellenstreufähigkeit bezeichneten Kennzahl kann man nicht nur verschiedene Elektrolyte auf einfache Weise miteinander vergleichen, sondern auch Abhängigkeiten von ausgewählten Parametern in Diagrammen darstellen und untersuchen.

Borsäure wurde am 2. September 2014 in die Kandidatenliste aufgenommen. Droht ihr jetzt ein ähnliches Schicksal wie Chrom(VI)? Der Ersatz von Borsäure durch alternative Puffersysteme in sauren Zink-Nickel-Elektrolyten dient nicht nur dem Ausweichen dieser Fragestellung sondern bietet Zugang zu verbesserten Eigenschaften der abgeschiedenen Schicht und neuen Optionen bei der Beschichtung.

Boric acid was included in the candidates‘ list on September 2, 2014. Is it now facing the same fate as Chromium(VI)? The replacement of boric acid by alternative buffer systems in acidic Zink-Nickel electrolytes is not only a way of evading this question but it provides access to improved properties of the deposited layer and new options for the coating.

Eine Auswertung der internationalen Fachliteratur 2017/2018

Traditionell in der Januarausgabe der „Galvanotechnik“ fassen wir die Fortschritte, die die Beschichtungstechnik im zurückliegenden Jahr gemacht hat, zusammen. Als Grundlage dienen dabei 45 internationale Zeitschriften aus 9 Ländern. In diesem Jahr wurden 442 Literaturstellen aufgelistet.//

Traditionally in the January issue of „Galvanotechnik“ we summarize the progress that coating technol- ogy has made in the past year. It is based on 45 international magazines from 9 countries. This year 442 literature references were listed.

Als grundlegender Vorbehandlungsschritt ist das Beizen für eine qualitativ hochwertige Metallbehandlung von Eisenwerkstoffen unerlässlich. Durch die Beize werden Deckschichten entfernt, welche im Vorfeld durch Reaktionen des Werkstoffs mit seiner Umgebung entstehen (sowohl Prozess- als auch Umweltbedingt). So bekommt man eine metallisch saubere Oberfläche um das Material weiter zu beschichten oder zu schweißen. Bei Stählen setzt man bevorzugt Salz- und Schwefelsäure ein. Die Prozessparameter Konzentration und die Beiztemperatur spielen dabei eine wichtige Rolle. Bei hochfesten Stählen ist die Gefahr der Wasserstoffversprödung von hoher Wichtigkeit. Ebenso wie die Umwelt-, Entsorgungs- und Recyclingaspekte von verbrauchten Beizlösungen. Auch diese erfordern eine kontrollierte Steuerung der Prozesse und Stoffströme.//

As a basic pretreatment step, pickling is essential for high-quality metal treatment of ferrous materials. Cover layers, which build up by reaction of the material with its enviroment, are removed by pickling. In this way, you get a metallic clean surface to further treatment. In the case of steels, preference is given to using hydrochloric and sulfuric acid. Process parameters like concentration and temperature play an important role in this pickling process. For high-strength steels, the risk of hydrogen embrittlement is of great importance. As well as environmental aspects, disposal aspects and recycling aspects of used pickling solutions. These also require very good controlled processes and material flows.