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Beitrag (Information) als Entscheidungshilfe für die Betreiber von galvanischen Anlagen

Bei der verwirrend großen Anzahl umweltrechtlicher Vorschriften sowie der Unsicherheit darüber, welche Vorschriften für galvanische Verfahren zutreffen, wird den Betreibern von galvanischen Anlagen eine Information angeboten, welche zur Lösung ihrer Umweltschutzprobleme beitragen wird.

Einleitung


Der Schutz des Menschen am Arbeitsplatz und der Schutz der Umwelt sind sozial- und gesellschaftspolitisch hochrangige Aufgaben. Dies spiegelt sich nicht zuletzt in einer ständig wachsenden Anzahl gesetzlicher Bestimmungen im Arbeite-, Gesundheits- und Umweltschutz wider.
Zum Betrieb galvanischer Anlagen sind Chemikalien erforderlich. Werden beim Umgang mit diesen Chemikalien Stoffe freigesetzt, die in die Umgebung und/oder Abluft gelangen können, erlangt eine Vielzahl von gesetzlichen Bestimmungen Relevanz. Auf die wichtigsten wird nachfolgend eingegangen.
Es ist vorgesehen, dieses Arbeitsblatt aktuellen neuen Situationen anzupassen und neu auszugeben.

Analytische, organische und Umwelt-Chemiker beschäftigen sich heute routinemäßig mit Verunreinigungsgraden, die vor zehn Jahren noch gar nicht meßbar waren. Für solche Arbeiten ist die Reinheit von destilliertem Wasser, wie es im Labor im allgemeinen üblich ist, nur noch in begrenzten Bereichen einsetzbar. Deswegen wurde es notwendig, neue Verfahren zur Laborwasseraufbereitung zu entwickeln, die mit Hilfe der Umkehrosmose, des lonenaustausches, der Aktivkohleadsorption und der Membranfiltration bzw. einer Kombination dieser Verfahren in der Lage sind, Laborwasser verschiedenen Reinheitsgrades (siehe Tabelle 1) zu erzeugen.

Mit fortschreitender Leistungsdichte in der Kernfusionsforschung, den Zykltronen, sowie sonstigen, hochenergiereichen physikalischen Maschinen werden zur Abführung der Wärme spezielle Wärmetauscher benötigt. Da die Stückzahlen einer bestimmten Ausführung klein sind, meist weniger als 100, ihre Geometrie jedoch den jeweiligen Objekten angepaßt wird, sind diese Wärmetauscher praktisch keiner Serienproduktion zu entnehmen. Ferner bedingen die hohen Anforderungen an die Maßhaltigkeit, die Oberfläche und die Dichtigkeit des Kühlsystems spezielle Fertigungsmethoden. Aufgrund der guten Leitfähigkeit für die Wärme, den elektrischen Strom und der guten mechanischen Eigenschaften, kommen zur Herstellung solcher Austauscher praktisch nur Kupfer und seine Legierungen zum Einsatz. Betrachtet man die Herstellungsmöglichkeiten, so kristallisieren sich zur Zeit zwei Verfahren heraus: Das Hochtemperaturlöten, sowie die hier im folgenden besprochene Galvanoformung.

1 Einleitung


Da in vielen Lohngalvaniken mit stark schwankender Warenbeschaffenheit sowie mit unterschiedlichem Verschmutzungsgrad der Teile gerechnet werden muß, kommt der chemischen Zusammensetzung der Vorbehandlungsbäder enorme Bedeutung zu. Dar- aus resultiert der Befund, daß viele Betriebe insbesondere in elektrolytischen Entfettungsbädern immer noch Cyanide als Metallkomplexbildner verwenden. Cyanide haben in der Regel für unterschiedliche Schwermetalle ein besseres Komplexbindungsvermögen als andere umweltverträglichere Zusätze. Während des elektrolytischen Entfettungsprozesses, der häufig mit Polumkehr verbunden ist, werden die Cyanide verbraucht; gleichzeitig gehen metallische Anteile von der Ware in Lösung. Die typische Zusammensetzung eines nicht mehr genügend leistungsfähigen und daher verworfenen Entfettungsbades aus einer Lohngalvanik zeigt Tabelle 1.

1 Allgemeines

Längst ist erwiesen, daß die Verschleißfestigkeit von Nickei- Galvanoformen im allgemeinen hervorragend ist. Es gibt je- doch auch Fälle, bei denen eine höhere Verschleißfestigkeit und auch Temperaturbeständigkeit nötig
I sind. Es stellte sich deshalb die Frage, ob Nickel-Sillciumkarbid-Dispersionen für die Galvanoformung geeignet sind, da diese die genannten Eigenschaften besitzen. Außerdem würden durch diese Möglichkeit die jetzt schon vielfältigen Anwendungen der Galvanoformung beträchtlich erweitert.
Durch Härtezusätze läßt sich die Härte und damit Verschleißfestigkeit von Nickel zwar erheblich erhöhen, jedoch sinkt gleichzeitig die Temperaturbeständigkeit, da bei allen Härtebildnern Schwefel in den Niederschlag eingebaut wird. Auch Nickel-Cobalt-Legierungsabscheidungen sind nur bedingt zur Galvanoformung geeignet, da hierbei Zugspannungen entstehen, weiche meist über die Grenze des Tragbaren hinausgehen.

Das Verfahren

Die galvanische Abscheidung von Aluminium aus organischen, aprotischen Elektrolyten wurde in den Siemens-Forschungslaboratorien in Erlangen seit Ende der sechziger Jahre entwickelt und ist heute unter der Bezeichnung “Sigal®“ ein patentrechtlich geschütztes Verfahren. Mit der Firma HGA, Lelystad/ Niederlande, wurde das Verfahren zur Produktionsreife geführt.
Es erlaubt die Abscheidung von hochreinen Al-Schichten auf leitfähigen Substraten, in der Regel Stahl, aber auch Buntmetallen. Diese Schichten haben sehr gute technologische Eigenschaften. Sie lassen sich schweißen, chromatieren, anodisch oxidieren (Eloxal) und einfärben. Die korrosionsschützende Wirkung einer chromatierten Al-Schicht ist vergleichbar oder besser als die anderer galvanisch abgeschiedener Schutzschichten wie z. B. Ni, Zn oder Cd. Eloxierte Al-Schichten vereinigen guten Korrosionsschutz mit harter Oberfläche und dekorativem Finish.

Es ist Schicksal jeder Technologie, in der technischen Öffentlichkeit einen bestimmten Ruf zu genießen. Es ist auch bekannt, daß dieser Ruf, nahezu gleichrangig mit den objektiven Tatsachen, bestimmt, ob man von der Technologie „etwas hält“ und sie auch einsetzt.
Nicht schicksalhaft ist dagegen, ob der Ruf gut oder schlecht ist. Dies liegt ausschließlich bei der betroffenen Branche selbst. Direkter gesagt: es kommt darauf an, wie man sich, selbstverständlich vordem Hintergrund einer mit dem allgemeinen Fortschritt schritthaltenden Entwicklung, darzustellen vermag.
Ein paar Jahrzehnte zurück, die älteren unter uns werden sich sicher noch erinnern, stand die Galvanotechnik im Rufe der „schwarzen Kunst". Die galvanische Beschichtung lag am Ende der Fertigung, die galvanische Werkstatt wurde in die Nähe des Fabrikzauns verbannt. Der Galvaniseur verrichtete, laut der gängigen Vorstellung, In Lederschürze und Gummistiefeln In Irgendwelchen abstrusen Flüssigkeiten watend, eine nahezu menschenunwürdige Schwerstarbeit.

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Allied Signal (Muttergesellschaft der Norplex Europa) kauft die Oak Materials Group

Allied Signal ist ein 12 Milliarden US-$ starker Konzern, der während der vergangenen sieben Jahre durch eine Reihe von Investitionen, Übernahmen und Entflechtungen aufgebaut wurde.
Heute sind bereits mehr als die Hälfte der 41 strategischen Konzernzweige in den dynamischen Luft- fahrt/Elektronik-Märkten installiert. Der Konzern hat weltweit eine Vorrangstellung in der Herstellung von Maschinen sowie Systemen und Teilsystemen für Turbo-Maschinen, Luftfahrtelektronik und die sogenannte Sicherheitskommunikation. Dazu kommen professionelle Audio/Video-Aufnahmesysteme und Lasersetzmaschinen. Zusätzlich ist Al- lied-Signal weltweiter Lieferant der Automobilindustrie mit Produkten wie elektronischen Motor- Steuerungssystemen, Turboladern und -bremsen. Des weiteren decken Materialien wie synthetische Fasern, Kunststoffe, Laminate für gedruckte Schaltungen und Katalysatoren ein großes Nachfragespektrum wichtiger Industriezweige ab.

1985 wurde die Rosenthal Technik AG unter der mehrheitlichen Beteiligung von Hoechst in die Hoechst CeramTec AG umbenannt, und seit Anfang 1986 ist dieses Unternehmen eine 10Oprozentige Tochtergesellschaft der Hoechst AG mit insgesamt fünf Produktionsstätten in der Bundesrepublik Deutschiand, und zwar in Selb (Firmensitz), Marktredwitz (Abb. 1), Wunsiedel, Lauf (bei Nürnberg) und Hofheim (bei Schweinfurt). Außerdem verfügt die Hoechst CeramTec über ein Zweigwerk in Colyton/GB.; beschäftigt werden insgesamt etwa 2500 Mitarbeiter.

Ein neuer Begriff auf dem Gebiet der Leiterplattenkonstruktionen

Ursprünglich wurden gedruckte Schaltungen dazu verwendet, elektrische und elektronische Teile auf funktionelle, zuverlässige und kostengünstigste Art zu verbinden, welche auch Serienproduktionen zuließ.
Obwohl die meisten dieser gedruckten Schaltungen zu den starren Leiterplatten gehören, wurden auch schon viele flexible Schaltungen in Applikationen verwendet, welche Mehrebenenverbindungen benötigen.
Heute besteht ein ständig steigender Bedarf an Mehrebenenverbindungen, die starre und flexible Elemente miteinander verbinden, sowie an kleineren und leichteren Elektronikeinheiten. Es ergeben sich dadurch höhere Zuverlässigkeit bei niedrigeren Produktionskosten.

Bericht von Dipl.-Phys. G. Keller über die jährliche Winterkonferenz
des European Institute of Printed Circuits (ElPC) am 3./4. 12. 1986 in Zürich/Schweiz

In Zürich fand am 3. und 4. Dezember 1986 diejährliche Winterkonferenz des European Institute of Printed Circuits (EIPC) statt. Der Präsident des EIPC Prof. T. A. Passlick (Fuba Hans Kolbe &Co) konnte hierzu über 200 Teilnehmer aus 13 Staaten begrüßen. Die Internationalität dieser Konferenz wurde dadurch unterstrichen, daß die Teilnehmer nicht nur aus den europäischen Staaten, sondern auch aus den USA und Japan kamen. In den elf Vorträgen wurden alle SMD-Leiterplattenthemen vom Layout und den Basismaterialien sowie den neuesten IC-Gehäusebauformen bis zur Löttechnik behandelt.
In der Begrüßungsansprache ging Prof. T.A.Passlick kurz auf den Stand der SMD-Technologie ein. Er betonte, daß die geeigneten Komponenten bereit stünden und es die gegenwärtige Aufgabe sei, entsprechende Leiterplatten zu fertigen, wobei die Probleme hauptsächlich in den Details steckten.

Beim Herstellen von Leiterplatten und Multilayern, bei der Metallentfettung, aber auch in der Nahrungsmittelindustrie sowie in der Chemie kommen sehr oft chlorierte Kohlenwasserstoffe zum Einsatz. Leistungsfähige Ventilationssysteme sorgen dafür, daß die gesetzlich vorgeschriebenen MAK-Werte am Arbeitsplatz eingehalten werden. Bisher wares üblich, daß diese lösemittelhaltige Abluft einfach über Dach ins Freie geblasen wurde. Dabei gehen nicht nur große Mengen an Lösungsmitteln - und somit bares Geld - verloren, sondern auch die Umwelt wird dadurch sehr stark belastet.

Vorbemerkung

Wenn man die Prognosen zur Entwicklung des Leiterplattenmarktes zugrunde legt, so wird der Bedarf an Multilayern in den nächsten Jahren über- proportional steigen. Der Trend zur Digitaltechnik, zum Einsatz höherer Frequenzen, mit den sich dar- aus ergebenden Abschirmungsproblemen sowie die Zunahme der SMD-Technik sind Anzeichen für die Bestätigung dieser Voraussage. Es wird sich deshalb in Zukunft der eine oder andere Leiterplattenhersteller die Frage stellen, ob es nicht zweckmäßig wäre, mit der Produktion von Multilayern zu beginnen. Dabei sollten aber die speziellen Probleme, die mit dieser Technologie verknüpft sind, im Auge behalten werden.
Ein wichtiger Parameter bei der Fertigung von Multilayern ist der Verzug der Einzellagen zueinander. Würde beispielsweise das Stabilitätsverhalten des verwendeten Basismaterials der Innenlagen gering sein, so könnte dies zur Folge haben, daß beim Bohren des Bohrbildes die Bohrung nicht mehr im Lötauge sitzt. Im Extremfall, wenn sie zu nahe an den nächsten Leiterzug rückt, kann es zum Kurzschluß und somit zum Ausfall des Multilayers kommen.

Chlorierte Kohlenwasserstoffe - CKW - werden in der Leiterplattenfertigung vorwiegend zum Entwickeln und Strippen lösungsmittellöslicher Fotoresiste benötigt. Sie stehen im Wettbewerb mit den wäßrig-alkalisch verarbeitbaren Filmtypen. Welcher Resist Anwendung findet ist abhängig vom Anforderungsprofil und den jeweilig vorhandenen Verarbeitungsmöglichkeiten.

Elektrolytisch entfetten


Frage: Wir sollen ein Angebot über das Vernickeln von Gestellteilen aus Stahl ausarbeiten und müssen gleichzeitig Musterteile abliefern. Bei den zu vernickelnden Werkstücken geht es um Teile, die im Gebrauch auf Vibration beansprucht sind. Die Haftfestigkeit des Nickelniederschlags muß daher besonders gut sein. Wir sind uns nicht sicher, ob wir kathodisch, anodisch oder kombiniert kathodisch und anodisch entfetten sollen, um die beste Haftfestigkeit zu erhalten. Können Sie uns mit Hinweisen weiterhelfen?

Bericht über ein Seminar an der Technischen Akademie Esslingen am 3. und 4. November 1986

Praktische Erfahrungen und wirtschaftliche Aspekte bei der Planung, dem Bau und Betrieb sowie die Überwachung von Anlagen zur Herstellung von Reinstwasser, einschl. Transport des Reinstwassers zu den Verbrauchsstellen, notwendige Analysengeräte und Analysenmethoden und der Aufbau der Monitoringstation wurden dem 130köpfigen Auditorium, besetzt mit Verfahrenstechnikern, Betriebsleitern, Ingenieuren und Bedienungs- personal aus der Energie-, Labor-, und Klimatechnik, der pharmazeutischen, elektronischen und Kraftwerksindustrie sowie Vertretern von Wasseraufsichtsbehörden und den Technischen Überwachungsvereinen, in neun Vorträgen erläutert und in anschließenden Diskussionen vertieft.

Das hohe Abscheidungsäquivalent der Silberabscheidung von 4 g/Ah bietet die ideale Voraussetzung für eine elektrolytische Silberrückgewinnung aus Sparspülungen und verbrauchten Lösungen; allerdings sollte man es nicht als geringwertigen Schlamm bei hoher Stromdichte abscheiden, sondern in der festen Form von Platten oder Folien, um das Silber wieder als Anodenmaterial einsetzen zu können.
In der RECON-EMR-Zelle bei TRW Messmer in Radolfzell wird das Silber auf einfachen, feststehenden Kathoden aus Edelstahl, die mit starker Elektrolytbewegung ausgeströmt werden, abgeschieden und bei Erreichen einer Schichtdicke von 4- 6 mm abgezogen. Die Zelle wird über eine Pumpe mit der Sparspülung zu einem Kreislauf verbunden, somit kann die Lösung durch die kontinuierliche Abscheidung auf niedriger Konzentration gehalten und eine gute Spülfunktion gewährleistet werden.

Eine breite Palette an Maschinen und Anlagen für die Metallbearbeitung, ausgerichet vor allem auf mittelständische Investoren, bot die 10. Fameta, Internationale Messe für Metallbearbeitung, (14.- 18. Oktober 1986 in Nürnberg). Dabei wurde deutlich, daß die Notwendigkeit zur Automatisierung der Fertigung auch für den Klein- und Mittelbetrieb gegeben ist, und daß die „moderne“ Elektronik selbst als auch in der Anwendung inzwischen auch für diese Betriebe an Bedeutung gewonnen hat. Einige der in Nürnberg gezeigten Maschinen und Anlagen die für den Bereich der Oberflächentechnik und sein Umfeld interessant sind, erläutert der folgende Bericht.

Interessante Vorträge auf der Tagung Aluminium Finishing '87, 28. bis 30. Oktober 1986 in Cincinnati, OH/USA

Die amerikanische Fachzeitschrift Products Finishing veranstaltet regelmäßig Tagungen zu interessanten und aktuellen Themen der Oberflächenbehandlung. Bel der Fachtagung über die Oberflächenbehandlung von Aluminium wurde das ganze Spektrum von der chemischen Behandlung bis zur Qualitätskontrolle in 31 Vortragen abgehandelt. Die Vorträge wurden gleichzeitig mit der Tagung in einem Tagungsberichtsband [1] veröffentlicht und den Teilnehmern zur Verfügung gestellt. Über einige besonders interessante Vorträge berichten wir nachstehend, zumal sie auch einen Einblick in die Lösung dieser Fragen in den USA geben.