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Die Veranstaltung an jenem Vortragsabend figurierte auch unter dem Titel Wir sehen Schwarz, was sich jedoch nicht etwa auf eine pessimistische Schau der Zukunft der Galvanotechnik bezog, sondern einen durch und durch technischen Hintergrund hatte, nämlich: technische Oberflächen, die schwarz sind - sei es aus dekorativen oder aus funktionellen Gründen.

Auf dem Weg
zu einer saubereren Umwelt?

In der Europäischen Union arbeiten die Mitgliederstaaten ziemlich hart daran, eine sauberere und gesündere Umwelt zu schaffen, obwohl dies sehr teuer ist. Und dennoch entsteht zu Recht der Eindruck, daß während die EU-Staaten etwas für die Umwelt tun, andere Staaten rund um den Erdball dies genauso schnell zunichte machen werden, wie wir es ausführen können. Viele Umweltsünder sind Entwicklungsstaaten z.B. die bevölkerungs- reichen Staaten China und Indien. Aber tatsächlich sind die USA der größte Umweltverschmutzer.
Zweifellos denken die Amerikaner anders darüber als wir Europäer. In den USA wird auf Millionen von Hektar Land genmanipuliertes Getreide angebaut, hauptsächlich Sojabohnen aber auch Mais und Reis - und im Gegensatz zu Europa gibt es dort kaum eine Stimme, die dagegen erhoben wird. Und wenn es um die Umwelt geht, kommt sofort eine große amerikanische Tradition zum Vorschein, die lautet: Es gibt immer mehr Land, mehr Holz, mehr Jagd, mehr Wasser - und auch mehr Luft. So sieht die amerikanische Wegwerfkultur aus, und Recycling ist für sie von Natur aus fremd. Im Fall der Kohlendioxidemissionen hat die amerikanische Kohle- und Ölindustrie mächtige Lobbyisten und PR-Berater, deren Aufgabe ist es, Kongreßleute und Senatoren zu überzeugen, damit sie gegen Gesetzgebungen stimmen, die den Absatz von Kohle, Öl und Gas gefährden könnten.

1 Einleitung


Die elektrochemische Abscheidung metallischer Überzüge beruht darauf, daß die von der Anode in die wäßrige Elektrolytlösung entsendeten Metallionen zur Kathode (Substrat, Unterlage, Werkstück, Ware, Bauteil) wandern und an der Phasengrenze Kathode/Elektrolyt durch Aufnahme von Elektronen entladen werden. Die so entstandenen Atome des Anodenmetalls schlagen sich dann als metallische Schicht auf der Kathodenoberfläche nieder. Dieser Vorgang ist in Abbildung 1 skizziert.
In Wirklichkeit ist dieser Prozeß jedoch viel komplizierter und umfaßt mehrere Teilschritte, nämlich den Transport und die Diffusion der hydratisierten Metallionen aus dem Innern der Elektrolytlösung zur Kathode, das Ab- streifen der Hydrathülle an der Phasengrenze Kathode/Elektrolyt, die Entstehung von ad- Atomen und die Bildung von Kristallitkeimen auf der Kathode. In Abbildung 2 sind diese Teilschritte zusammengefaßt, wobei hervorzuheben ist, daß auch diese Darstellung die tatsächlichen Verhältnisse stark vereinfacht wiedergibt.


Der nachstehende Beitrag war Bestandteil des Vortragsprogrammes im Rahmen des EAST-Forums 1999 am 28. Mai 1999 in Schwäbisch Gmünd

1 Description of Surface Treatments

1.1 Chromate conversion coatings

These coatings are described in detail in various literature and standards [1-3]. The chromate conversion coating is formed by a chemical reaction between the aluminium alloy surface and the hexavalent chromium in the solution bath. Crv' is reduced to Cr+"' while the aluminium is oxydized to Ah'". During the course of the reaction the pH at the metal-liquide interface rises and causes the chromium and aluminium compounds to precipitate on the surface in the form of a gel containing chromates, chromium hydroxydes, as well as aluminium oxydes, oxyhydrates and bifluorides depending on the type of chromate conversion coating applied. The gel once dry achieves mechanical stability. The coating should not be heated above 80 °C to prevent excessive dehydration of the layer. If overheated, the coating will disintegrate.

Teil 1: Schnell-Korrosionsversuche an Zink-, Nickel- und Chromüberzügen

1 Einleitung

Nach DIN 50900 T.1 bezeichnet man als Korrosion
die Reaktion eines metallischen Werkstoffes mit seiner Umgebung, die eine meßbare Veränderung des Werkstoffes bewirkt und zu einer Beeinträchtigung der Funktion eines metallischen Bauteils oder eines ganzen Systems führen kann. In den meisten Fällen ist die Reaktion elektrochemischer Natur, in einigen Fällen kann sie chemischer oder metallphysikalischer Natur sein.

Die Korrosion ist somit ein praktischer Begriff für Veränderungen des Werkstoffes durch chemische, elektrochemische bzw. metallphysikalisch geprägte Reaktionen. Im Sinne der Korrosion ist die Reaktion des Werkstoffes mit seiner Umgebung außerdem ein freiwillig verlaufender Naturvorgang, der irreversibel ab- läuft. Diese Werkstoffinstabilität ist Ausdruck der wirkenden Naturgesetze, mit anderen Worten: die meisten Metalle haben eine große Affinität zu den Bestandteilen der Umgebung (Sauerstoff, Wasser, Kohlendioxid Schwefeldioxid u.ä.) und sind aus diesem Grunde in der Natur, mit Ausnahme der Edelmetalle, auch nur in Form ihrer Oxide, Hydroxide, Sulfate, Chloride, Carbonate u.ä. anzutreffen. Daß andererseits die instabilen Werkstoffe nicht spontan mit ihrer Umgebung reagieren, liegt an reaktionskinetischen Hemmungserscheinungen, so daß insgesamt technisch akzeptable Lebens- dauern beobachtet werden.

1 Vorteile durch Integration in den Fertigungsfluß

Die räumliche Trennung aufeinanderfolgender Fertigungsschritte, wie sie heute noch üblich ist, erfordert zusätzliche Maßnahmen wie die Lagerung und den Transport der Werkstücke, Maßnahmen zum Schutz der Oberfläche für den Zeit raum nach der spanabhebenden Bearbeitung bis zum Zeitpunkt der Oberflächenbehandlung und
- Reinigungsmaßnahmen zur Wiederherstellung des Zustandes, der unmittelbar nach der spanabhebenden Bearbeitung vorlag.

Teil 1: Grundlegende Elektrolytkomponenten, Literaturübersicht über den Mechanismus der galvanischer Verchromung

1 Einleitung

Die Entdeckung der kathodischen Abscheidung von Chrom aus Chrom(VI)-Säurelösungen fällt auf die zweite Hälfte des letzten Jahrhunderts, als Geuther [1] im Jahre 1854 Chromüberzüge aus saurer Lösung mit einem bestimmten Anteil an Fremdsäuren erhielt.
Alleine die Möglichkeit der kathodischen Abscheidung von Chrom aus Lösungen, in denen das Metall als komplex gebundenes Anion vorliegt, rief damals erhebliche Zweifel hervor. Jedoch haben zahlreiche weitere Arbeiten zu diesem Thema die Entdeckung bestätigt, wobei festgestellt wurde, daß dabei die Reinheit des Elektrolyten eine entscheidende Rolle spielt. Weiter wurde festgestellt, daß aus chemisch reinen Chrom(VI)-Säurelösungen das Metall praktisch nicht abscheidbar ist, beziehungsweise sich ein schwamm- artiger Überzug mit Einschlüssen von Chrom(lll)-Hydroxid bildet. Enthält die Lösung geringfügige Mengen an Fremdionen, wie SO/', CI', F', U.S.W., verläuft der Chromabscheidungsprozeß mehr oder weniger in der gewünschten Weise.

Wohl jedem ist die volkswirtschaftliche Regel Wettbewerb belebt das Geschäft bekannt. Mit Belebung des Geschäfts ist einerseits eine bessere Stellung der Kunden in Bezug auf preis- günstigere Angebote, bessere Lieferqualitäten oder -bedingungen und andererseits aber auch die Entwicklung von neuen Produkten zu verstehen. Umgekehrt gilt aber auch, daß der abnehmende Wettbewerb nur die Stellung des oder der verbliebenen Lieferanten verbessert.

Fachzeitschriften aus aller Welt... für Sie gesichtet!

Commerzbank/impulse-Umweltpreis 1999 - Spezialpapierfabrik Oberschrnitten (Nidda), Ingenieurbüro Dr. Kosowski &Partner (Lüdenscheid), und Winter Umwelttechnik GmbH (Norderstedt) sind die Preisträger des Jahres 1999

Nach jüngsten Berechnungen des Deutschen Gewerkschaftsbundes DGB könnten durch eine attraktivere Umweltpolitik mindestens 500.000 Arbeits- plätze geschaffen werden. In einem Positionspapier fordert der DGS von der Bundesregierung eine Verknüpfung der Bekämpfung von Arbeitslosigkeit und Umweltzerstörung und verspricht sich davon wesentliche Impulse für das Bündnis für Arbeit. Die drei diesjährigen Preisträger des seit 1991 jährlich vergebenen Commerzbank/impulse-Umweltpreises setzen die Forderung des DGB bereits seit Jahren in die Praxis um. Ihr konsequentes Umweltmanagement in der Ablauforganisation sowie der Produktions- und Prozeßoptimierung und der Erfindergeist in der Entwicklung neuer Verfahren und Techniken sichert nicht nur die Arbeitsplätze in den Unter- nehmen, sondern verschafft den Firmen auch erhebliche Einsparungen. Die Spezialpapierfabrik Oberschmitten, das Ingenieurbüro Dr. Kosowski &Partner und die Winter Umwelttechnik GmbH, die preisgekrönten Unternehmen aus den Branchen Papier, Chemie und Umwelttechnik, beweisen wiederum eindrucksvoll, weiche Kreativität und ökonomische Effizienz in deutschen mittelständischen Unter- nehmen vorhanden ist.

Forschungsvorhaben abgeschlossen

Die Entwicklung der Preise und Gebühren im Umwelt-lnfrastrukturbereich und insbesondere auch in der Abwasserentsorgung haben Kommunen, Bürger und gewerbliche Wirtschaft an die Grenzen ihrer finanziellen Belastbarkeit geführt. Auch international wird die Auffassung vertreten, Deutschland sei das Land mit den höchsten Trinkwasserpreisen und Abwassergebühren.
Vor diesem Hintergrund haben das Bundeswirtschaftsministerium und das Bundesumweltministerium das Forschungsvorhaben Vergleichder Abwassergebühren im europäischen Rahmen an die Gutachter Prof. Dr. Dr. Rudolph GmbH, Witten, und Ecologic gGmbH, Berlin, vergeben. Ziel war es, in einer Ursachenanalyse die tatsächlichen Verhältnisse der Preis- und Gebührengestaltung im europäischen Rahmen zu ermitteln, die Einflußfaktoren auf Kosten und Gebühren darzustellen und Verbesserungsspielräume aufzuzeigen. In den Kosten- und Gebührenvergleich mit Deutschland wurden die EU-Mitgliedstaaten Dänemark, Frankreich, Italien, Österreich und Großbritannien (England und Wales) einbezogen.

Kommissionsvorschlag zur Definition der energetischen Verwertung von Abfällen

Nach langem Drängen vor allem von deutscher Seite hat die EG-Kommission jetzt einen Vorschlag zur Abgrenzung der energetischen Verwertung von der Beseitigung bei der Verbrennung von Abfällen nach EG-Abfallrahmenrichtlinie vorgelegt.

Im Hinblick auf die rückläufige Entwicklung der C02-Emissionen in Deutschland nach dem Jahre 1990 wird von verschiedenen Seiten immer wieder das Argument verwendet, daß der Rückgang ausschließlich durch die wirtschaftliche Entwicklung in den neuen Bundesländern verursacht wäre. In einer im Aufträge des Bundesumweltministeriums/Umweltbundesamtes durchgeführten Untersuchung über Ursachen derC02-Emissionen in Deutschland im Zeitraum 1990 bis 1995 weisen das Deutsche Institut für Wirtschaftsforschung, Berlin, und das Fraunhofer Institut für Systemtechnik und Innovationsforschung, Karlsruhe, nach, daß diese Behauptung falsch ist. Vielmehr sind die Ursachen für die Entwicklung der C02-Emissionen in Deutschland sehr viel vielfältiger.

Mit 4.000 Ausstellern aus allen Kontinenten und einer Viertelmillion Besuchern aus mehr als 100 Ländern wird die ACHEMA vom22. bis 27. Mai2000 erneut Maßstäbe setzen und der Prozeßindustrie richtungsweisende Impulse für die Zukunft geben. Die Ausrüsterindustrien für die chemische Industrie, Biotechnologie, pharmazeutische und Nahrungsmittelindustrie sowie Umwelttechnik, Werkstofftechnik, Energieerzeugung etc. sind deutlich durch die von der Globalisierung ausgehenden Veränderungen geprägt. Das bedeutet neben massiver Konkurrenz zunehmenden Kosten- und Optimierungsdruck. Damit sind enorme Herausforderungen verbunden - und gleichzeitig eine Fülle von Chancen, die es gilt, auf der ACHEMA2000 wahrzunehmen.
Bereits jetzt zeichnet sich ein neuer Ausstellerrekord ab, der erstmals die magische Marke von 4.000 Ausstellern übertreffen wird (1997: 3.697). Derzeit sind bereits 92 % der auf dem Frankfurter Messegelände verfügbaren Ausstellungsfläche von insgesamt 151.000 m^2 fest vermietet.

Haben wir Deutsche Grund, uns als die bedeutendsten Umwelt-Apostel aufzuführen?

Umweltschutzaktivitäten ohne maßgebliche deutsche Beteiligung sind heute die Ausnahme. Sehr viele Denkanstöße zum Thema Umwelt sind von Deutschland ausgegangen. Dem Ziel der Beseitigung eklatanter Umweltbelastungen im Inland folgten z.T. extreme Forderungen an die Wirtschaft, die insbesondere in Deutschland durch teilweise unverant- wortliche Ausschlachtung durch die Medien vielfach von überzogener Angst vor Unwägbarkeiten geprägt waren. So hatte Greenpeace [1] in den Deutschen seine wesentlichen Sponsoren (Abb. 1). Aber auch Politik und Streben nach kommerziellen Vorteilen führte z.B. durch aus der Treibhaus- oder der Asbest-Hysterie abgeleitete Folgegeschäfte mit z.T. gesetzlich verordneten Energiespar- und Wärmeisolations-Maßnahmen für einige Wirtschaftszweige zu immensen Umsätzen. Durch Eintrag der deutschen Forderungen in die internationale Politik wurde angestrebt, Wettbewerbsverzerrungen, unter denen die
deutsche Wirtschaft wegen der teilweise sehr strengen Anforderungen einschließlich des meist konsequenten Vollzuges leidet, abzu- mildern. Wie weit dieses Ziel erfolgreich ist, zeigte sich spätestens, als die USA als eine der größten Industrienationen die Forderungen der Klimaschutz-Konferenz ablehnten.

1 Problemstellung

Im Bereich der Galvanotechnik werden eine ganze Reihe von Prozeßlösungen unter Einsatz von Cyaniden betrieben. Das betrifft neben einigen elektrolytisch arbeitenden Entfettungsbädern insbesondere wichtige Elektrolyte zur Metallabscheidung. Die größte Bedeutung haben dabei die Elemente und Legierungen Kupfer, Zink, Silber, Gold, Cadmium, Messing und Bronze. Durch Vermischung von Abwasserteilströmen gelangt häufig auch Nickel in cyanidhaltige Lösungen, obwohl es keinen cyanidhaltigen Nickelelektrolyten (mehr) geben sollte. Außerdem ist häufig Eisen in Elektrolyten enthalten.
Durch Elektrolytausschleppungen von Ware und Warenträger aus Elektrolyten ins Spülwasser werden Lösungen mit unterschiedlichen Cyanidgehalten erhalten, die entgiftet werden müssen. Darüber hinaus müssen die eigentlichen Elektrolyte in größeren Abständen verworfen und neu angesetzt werden, was die Notwendigkeit der Entgiftung hochcyanidischer Elektrolyte nach sich zieht. Im Osten Deutschlands stand nach 1989 durch die beispiellose Liquidationswelle in der Metallindustrie (von ca. 1.500 Betrieben aus der ehemaligen DDR produzieren heute in den neuen Bundesländern noch weniger als 200) die Problematik Elektrolytentsorgung ver- stärkt auf der Tagesordnung.

Mikrostrukturen


BioChips und Lab-on-a-Chip sind Begriffe, die in jüngerer Zeit immer mehr in den Sprachgebrauch der Forscher, potentiellen Anwender in der medizinisch-biochemischen Analytik oder Industrieleute übergehen, da ein umfangreicher neuer Markt entstehen soll. Problematisch ist hierbei, daß die Genauigkeit der Reagenziendosierung bei einer Verringerung der Substanzmenge deutlich erschwert wird. Nicht immer bietet die Mikrostrukturtechnik selber die Lösung. Wichtig für Wärme- oder Stofftransport über die Oberfläche ist z. B. das in den Mikrostrukturen im Vergleich zu Makrokanälen deutlich vergrößerte Oberflächen/Volumen-Verhältnis.

Im Jahre 1967 wurden mit der Entdeckung des anisotropen Siliziumätzens [1] und der Entwicklung des Opferschichtverfahrens [2] die ersten Grundlagen für die Mikrosystemtechnik geschaffen. Heute zählt die Mikrosystemtechnik zu den Technologien, auf die sich die Hoffnungen für den Erhalt des Produktionsstandortes Deutschland richten. In einer Studie des EU-Arbeitskreises NEXUS wird für das Jahr 2002 ein weltweiter Umsatz von 2 Milliarden US$ allein mit neu entwickelten Produkten für die Medikamentendosierung und die Mikroanalyse auf Chips voraus- gesagt [3]. Im Bereich Medizin und Biomedizin wird mit einer Verdreifachung des Marktvolumens von 1996 bis 2002 gerechnet. Dies macht deutlich, daß sich in der Mikrosystemtechnik große Chancen für junge Unternehmen ergeben und daß etablierte Firmen sich jetzt den Anschluß an die Entwicklung sichern müssen. Die Oberflächentechnik nimmt in der Mikrosystemtechnik eine zentrale Rolle ein. So gehören z.B. Fotolithografie, PVD und CVD zu den unverzichtbaren Methoden, aber auch Galvanik und die feinwerktechnische Bearbeitung von Oberflächen haben ihren festen Platz.

Wenn dieses Thema diskutiert wird und wenn nicht von der Mikroelektronik die Rede ist, dann wird häufig die Frage gestellt, welche Mikrosysteme es denn schon zu kaufen gebe. Viele Leute sind der Meinung, daß Mikrosystemtechnik noch eine Angelegenheit der Forschung und Entwicklung sei. Tatsächlich ist auch in den Herstellungsbetrieben von Mikrokomponenten und -Systemen der F&E-Anteil noch relativ hoch.