Artikelarchiv

Mit Kohlenwasserstoff umweltfreundlicher zum besseren Reinigungsergebnis

Drehteile für die Automobilindustrie müssen extrem hohen Sauberkeitsanforderungen genügen. Um das geforderte Ergebnis umweltgerecht zu erzielen, ersetzte die Eisenhardt Metallteile GmbH eine bestehende CKW-Reinigungsanlage durch ein maßgeschneidertes Reinigungssystem, das mit nicht halogeniertem Kohlenwasserstoff betrieben wird. Damit hat das Unternehmen nicht nur das Reinigungsergebnis, sondern auch den Umweltschutz optimiert.

Bericht über eine Veranstaltung der DGO-Bezirksgruppe Nürnberg-Nordbayern

Am 10. Januar 2006 fand im Hörsaal der Fachschule Nürnberg die erste Themenveranstaltung der DGO-Bezirksgruppe Nürnberg-Nordbayern statt. Norbert Distelrath begrüßte die Teilnehmer und sprach ihnen die besten Wünsche zum neuen Jahr aus. An- schließend begrüßte er die Referenten der ersten Vortragsveranstaltung. Vortragende zum Thema Stromverteilung und optimale Anordnung am Gestell waren Dr. Unruh von der Fachschule mit einer Einführung zum Thema und M. van der Gugten von InnPro Technology BV mit der Vorstellung der Anwendung eines Rechenprogramms zur Vorbestimmung der Verteilung in einer galvanischen Zelle. Dr. Unruh legte einführend dar, dass die unterschiedliche Verteilung auf Grund der stark unterschiedlichen Leitfähigkeiten der metallischen Elektroden und des Elektrolyten wegen des Ohmschen Gesetzes zustande kommt.

Bericht über die Konferenz / Ausstellung ISF 2006 in Mumbai/Indien

Vom 2. bis 4. Februar 2006 fand auf dem Messegelände Bombay Exhibition Centre in Mumbai die Konferenz und Ausstellung Indian Surface Fini- shing 2006 (ISF 2006) statt. Diese Veranstaltung wurde von der Metal Finishers’ Association of India (MFAI) organisiert. Die letzte derartige Konferenz und Ausstellung Asia Interfinish 2002 hatte im November 2002 in Neu Delhi stattgefunden.

Galvanica stellt Neuheiten für die Oberflächentechnik und Angebote der Beschichter vor

Auch wenn es den meisten Anwendern und vielen Desig- nern, Konstrukteuren und Technikern nicht bewusst ist: Die Oberfläche eines Produkts ist entscheidend für viele Eigenschaften. Die Oberfläche ist Garant für die Beständigkeit gegen Umwelteinflüsse oder Gebrauchsbelastungen ebenso wie für die Motivation des Kunden, ein Produkt überhaupt zu erwerben – als Erstes fällt diesem das äußere Erscheinungsbild ins Auge. Um diese und weitere zum Teil gegensätzliche Anforderungen erfüllen zu können, müssen Oberflächentechniker und Galvaniseure sich dem ständigen Wandel im Design anpassen und neue Entwicklungen in der Materialwissenschaft und Fertigungstechnik schnell und effektiv umsetzen. Einen guten Marktplatz der neuen Trends und Entwicklungen bietet die neue Fachmesse Galvanica, die vom 16. bis 18. Mai 2006 in Stuttgart veranstaltet wird.

Montblanc, die internationale Luxusmarke mit dem weißen Stern, feierte im Januar 2006 mit einem Festakt ihr 100jähriges Jubiläum. Der Hersteller von edelsten Schreib­geräten, Uhren, Lederwaren, Schmuck, Accessoires, Brillen und Parfum steht für aller­höchste Produktqualität in meisterhafter handwerklicher Verarbeitung. Und höchste Qualität verlangt Montblanc auch von seinen Zulieferern. Seit ungefähr acht Jahren ist Montblanc einer der anspruchsvollsten Kunden von Umicore Galvanotechnik, und das nicht von ungefähr.

Behandlung von chromhaltigen Abwässern

Verschiedene nachwachsende Rohstoffe, darunter Teeblätter, Reisschalen, Erdnusshülsen, Kokosnussschalen und Flugasche sind bisher wissenschaftlich auf ihre Fähigkeit zur Absorption von Chrom(VI)ionen untersucht worden. Sheth und Soni von der Vallabh Vidyanagar Universität in Gujarat haben jetzt über die Eigenschaften von Tabakwurzeln für diese Anwendung berichtet. Mit einem Ertrag von über 600 000 Tonnen pro Jahr ist Indien, nach China und den USA, der drittgrößte Hersteller von Tabak. Der Tabakanbau wurde im Jahr 1605 von den Portugiesen in Gujarat eingeführt. Aktivierter Kohlenstoff aus Tabakwurzeln (Tobacco Root Activated Carbon, TRAC) wurde durch Im- prägnierung mit Zinkchlorid und Carbonisierung bei 600 °C hergestellt. Die Absorption von sechswertigem Chrom war der TRAC-Konzentration und der Absorptionsdauer proportional und entsprach dem Langmuir-Adsorptionsmodell. Bei den untersuchten Konzentrationen wurde bis zu 75 % des vorhandenen Chrom(VI) entfernt (J. Environ. Sci. Engg. 47 (2005), 218-221).

Große Veränderungen in der Industrielandschaft

Jetzt, während Sie meinen Bericht lesen, stellt sich weiterhin für viele Menschen in den USA die Frage, ob General Motors in der derzeitigen Form noch lange überleben kann. GM gab kürzlich ein Minus von acht Millarden US-Dollar bekannt – und das könnte noch mehr werden! Man plant daher, ungefähr 25 000 Mitarbeiter zu entlassen und fast zehn Standorte zu schließen. Ford plant ähnliches, auch wenn es dort wirtschaftlich etwas besser aussieht. DaimlerChrysler plant, etwa 6000 Mitarbeiter zu entlassen. Insgesamt handelt es sich um fast 60 000 gefährdete Arbeitsplätze, welche direkt an den Produktionsstandorten gefährdet sind. Darüber hinaus könnten dann noch mal 60.000 Arbeitsplätze bei den Zulieferern bedroht sein. Die europäischen Standorte von Ford und General Motors sind autonom; daher ist deren Schicksal gewissermaßen unabhängig von den Geschehnissen in den USA. Jedoch muss in diese europäischen Standorte natürlich kontinuierlich investiert werden. Ob die Muttergesellschaften sich jedoch dazu entscheiden werden, diese Gelder in europäische Standorte oder in billig produzierende Länder wie China zu investieren, wird sich erst noch zeigen. Vielleicht werden die Standorte von Ford und General Motors in Westeuropa ja auch an andere Automobilhersteller verkauft. Dies ist aber nicht sehr wahrscheinlich, die wahrscheinlichste Option ist derzeit deren Schließung.

Dieser Beitrag befasst sich mit der Physik, Chemie und Metallurgie zur Beschreibung, weshalb man gereinigte Metalloberflächen als glänzend wahrnimmt. Das Ziel ist die Erklärung, wie Reinigungsmittel (meist wässrige) und Glänzmittel für Metalle (ebenfalls meist auf wässriger Basis) diesen Effekt erzielen.

Definition

Glanz ist eine Art zur Charakterisierung einer Metalloberfläche. Im Prinzip ist Glanz die Reflexion des gesamten Lichtspektrums in vollständiger Intensität:

Metall erzeugt einen glänzenden Eindruck, wenn man Licht aller Wellenlängen sieht, bzw. wenn ein großer Anteil aller Wellenlängen von der Metalloberfläche in unser Auge gelangt. Glanz selbst hat nichts mit der Wellenlänge, sondern mit der Intensität des Lichtes zu tun.

Glanz aus der Sicht des Physikers Auf eine Oberfläche auftreffendes Licht wird:

– reflektiert,

– gestreut (weißes Licht wird in seine Farben zerlegt), oder

– absorbiert.

Man könnte vermuten, dass der größte Teil des auf die Metalloberfläche auftreffenden Lichtes reflektiert wird und dies der Grund für den Metallglanz sei. Dem ist nicht so. Der größte Teil des Lichtes wird von der Metalloberfläche absorbiert, selbst bei einem Spiegel sind dies 80 % und mehr.

Thanks to the performance of modern plating formulations, a bright finish is readily obtained, though as noted below, only a few decades ago, this was not possible for silver plated work. In spite of this, we still have sometimes to resort to polishing of either deposited surfaces or indeed massive metal. At which point a choice has to be made as between mechanical polishing (with a wheel), some form of mass finishing either by tumbling in a barrel or in some form of vibratory system. The latter may rely entirely on mechanical abrasion or may involve a chemically reactive species in which case it constitutes chemo-mechanical poli- shing, otherwise referred to as CMP. The remaining option is electropolishing, sometimes known as electrobrightening, and it is on this process that we focus here. Each of the methods noted above have their strengths and weaknesses but for obtaining the highest surface finish, well below the micron level, with mirror-finish, and relatively low labor input, electropolishing is hard to beat. //

Dank moderner Elektrolyte erzielt man heute bei der galvanischen Abscheidung eine guten Glanz, was vor einigen Jahrzehnten noch nicht der Fall war, wie nachfolgend ersichtlich wird. Trotzdem besteht von Zeit zu Zeit der Bedarf, eine Silber- oberfläche – ob Schicht oder massives Silber – zu polieren. Dabei kann man zwischen mechanischer Politur (mit Schwabbelscheibe) oder den Masseverfahren, der Behandlung in Trommeln bzw. Vibratoren, wählen. Bei den Letztgenannten gibt man mechanisch abrasiv oder chemo-mechanisch wirkende Stoffe zu, wodurch man zum so genannten chemo-mechanischen Polieren – abgekürzt CMP – kommt. Die noch verbleibende Variante ist das Elektropolieren, auch als Elektroglänzen bezeichnet, das im vorliegenden Beitrag näher betrachtet wird. Jedes der genannten Verfahren hat seine Stärken und Schwächen, aber zur Erzielung des bestmöglichen Oberflächenfinish im Mikrobereich mit Spiegelglanz sowie relativ geringem Investitionsbedarf ist das Elektropolieren kaum zu schlagen.

-Fortsetzung aus Heft 3/2006-

Einzelbetrachtung wichtiger Theorien

Im Folgenden sollen die klassischen Theorien der Chromabscheidung von Einzelwissenschaftlern be- trachtet werden. Dabei können natürlich nur solche Wissenschaftler in Betracht kommen, die sich ausführlicher mit der Chromabscheidung auseinandergesetzt haben bzw. auseinandersetzen. In der Zusammenstellung werden vor allem neuere Ansätze betrachtet. Ältere Ansätze sind in der vorstehenden zusammenfassenden Betrachtung im Handbuch Galvanotechnik [1] enthalten. Der erste der Einzelwissenschaftler soll Robert Weiner sein. Er hat seine Theorie 1936 aufgestellt und sie 1960 präzisiert, das heißt er hat 25 Jahre daran gearbeitet. Dabei hat er auch neuere Untersuchungsmethoden mit angewandt, wie die Elektronenmikroskopie, um den Kathodenfilm zu identifizieren. Seine Aussagen werden in Tabelle 50 dargestellt und diskutiert. Weiner nimmt in den Arbeiten von 1960, die hier ausgewertet wurden, auch Bezug auf andere Wissenschaftler, vor allem aber auf seine 1936 entwickelte Theorie.

Electroless nickel plating is an autocatalytic process that produces a nickel deposit on certain catalytically active substrate using a controlled chemical reaction [1, 2]. The electroless nickel deposition in the presence of hypophosphite in aqueous solution consists phosphorous contents ranging from 2 to 15 %, depending upon the formulation of plating solution and operating conditions [3]. Due to the presence of phosphorous electroless nickel can be easily etched with oxidizing acids to obtain the ultra black surface with extremely low solar reflectance. The low solar reflectance of these coatings is associated with unique surface morphology consisting of a dense array of microscopic, conical pores perpendicular to the surface. This structure produced by selective etching traps the light and is capable of absorbing above 99 % light in solar region [4]. // 

Die chemische Vernickelung ist ein autokatalytischer Prozess zur Herstellung von Nickelschichten auf unterschiedlichen katalytisch aktiven Substra- ten mittels einer chemischen Reaktion [1, 2]. Die Nickelschicht aus wässrigen Lösungen mit Hypo- phosphit enthält einen Phosphoranteil zwischen 2 und 15 %, je nach Zusammensetzung der Lösung und den Arbeitsparametern [3]. Durch den Phosphoranteil kann chemisch abgeschiedenes Nickel leicht mit einer oxidierenden Säure angeätzt werden und man erhält eine ultraschwarze Oberfläche mit extrem niederem Reflexionsgrad für Sonnenlicht. Die niedere solare Reflexion derartiger Schichten beruht auf einer einheitlichen Oberflächenmorphologie aus einem dichten Netz von mikroskopischen, konischen Poren senkrecht zur Oberfläche. Diese durch selektives Ätzen erzeugte Struktur wirkt als Lichtfalle und kann so über 99 % des Lichts aus dem solaren Spektrum absorbieren [4].

Oxisäuren bzw. ihre Alkalisalze besitzen für die Galvanotechnik eine besondere Bedeutung bei der Abscheidung einiger reiner Metalle sowie Legierungen beispielsweise von Zinn, Chrom, Molybdän, Wolfram und Halbmetallen. Oxisäuren finden zudem in Elektrolyten zusammen mit Nitraten, Perchloraten und Sulfaten Anwendung. In diesen galvanischen Elektrolyten kommen die jeweiligen Elemente als Anionen mit drei bzw. vier Sauerstoffatomen vor (XO3n– bzw. XO4n–) und liegen damit in einem der höchsten Oxidationszustände vor. Nach Literatur- angaben sind in den Mischelektrolyten außer den Alkalisalzen der Oxisäuren auch Komplexbildner (Liganden) und Glanzzusätze gebräuchlich. Die meisten Metalle der Nebengruppen IVb bis VIb des Periodensystems der Elemente können als Metall- und Legierungsschichten, die sich durch eine hohe Widerstandskraft gegen mechanische, thermische und chemische Belastungen auszeichnen, abgeschieden werden. Diese Schichten stellen eine wichtige Stütze der funktionellen Oberflächentechnik dar. Allerdings sind inhaltlich aussagekräftige Literaturangaben über die Abscheidemechanismen dieser Metalle relativ selten anzutreffen.

Ab dem Jahr 2007 müssen Fahrzeuge laut EU-Richtlinie frei von Chrom(VI) sein. In der Folge dieser Bestimmung wurde verschiedentlich bereits die Befürchtung geäußert, dass auch die Verwendung von Chromverbindungen zur Herstellung von metallischem Chrom durch elektrolytische Abscheidung verbannt werden soll. In bestimmten Anwendungsfällen bietet sich als Ersatz für das Verchromen die Plasmabeschichtung mit diamantähnlichem Kohlenstoff (DLC) an.

Kleiner werdende Werk- stückdimensionen und geringere Teilegewichte führen verstärkt zur Integration weiterer Funktionen in einer Baugruppe und damit zu komplexeren Bauteilen. Entsprechend sind die Anforderungen an die Reinheit in den einzelnen Prozessschritten gewachsen. Unzureichende Reinigungsergebnisse können die Funktionssicherheit der Bauteile bedrohen bzw. den Ausschuss im Fertigungsprozess erhöhen und damit die Wirtschaftlichkeit in Frage stellen. Elektronikausfälle, beispielsweise durch metallische Partikel, haben in der jüngsten Vergangenheit in der Automobilindustrie zu teuren und das Image belastenden Rückruf- aktionen geführt. Die Reinheit einer Oberfläche ist in der praktischen Anwendung keine physikalisch definierte Eigenschaft, sondern eine technologische Größe, die durch die Art des Reinheitsmessverfahrens bestimmt ist (Tab. 1). Die Reinheitsanforderungen sind in verschiedenen Branchen z. T. sehr unterschiedlich. In der Medizin, Biologie oder Hygiene wird z. B. nach der Reinigung einer Oberfläche die Zahl der verbleibenden Mikroorganismen ermittelt, wohingegen die Halbleiterindustrie die Reinheit in Hinblick auf Menge, Größe und Zusammensetzung von Partikeln untersucht, die sich während der Fertigung auf einen Chip setzen und dessen Funktion zerstören können. In der Stanztechnik stören andererseits Ölfilme und/oder metallische Flitter, die sich in Weiterverarbeitungswerkzeugen, in Kunststoffumspritzungen oder im Bauteil ansammeln und ebenfalls Produktionsstörungen oder Produkt- ausfälle verursachen können.

Das Weiterbildungsinstitut Haus der Technik in Essen veranstaltet am 9. und 10. Mai in Essen eine Tagung, die von der Zeitschrift Galvanotechnik begleitend unterstützt wird, zum Thema Vermeidung von Chrom(VI) im Fahrzeugbau. In der Einleitung zum Tagungsprogramm wird angeführt, dass sechswertiges Chrom stark giftig, Allergien auslösend und unter bestimmten Bedingungen krebserregend ist. Der engagierte Geschäftsführer eines Galvanikbetriebes in der Schweiz reagierte darauf mit einem Brief sehr heftig: eine solche krasse Formulierung sei von einer Fachinstitution unnötig .... und effektheischend und marktschreierisch – eine Erfindung von einigen EU-Kommissaren und Umweltaktivisten. Er vermerkt in seinem weiteren Schreiben richtig, dass viele andere Stoffe gleiche oder ähnliche Eigenschaften aufweisen und trotzdem in breitem Umfang eingesetzt werden. Dies gilt vor allem auch für die so genannten Ersatzstoffe, die aufgrund eines gesetzlichen Verbotes oder einer Einschränkung von sechswertigem Chrom Verwendung finden.

Fachzeitschriften aus aller Welt... für Sie gesichtet!

Ein Rückblick auf die Leistungen der Oberflächentechnik für den Umweltschutz

Die Oberflächentechnik bildet heute die Basis für die Realisierung der meisten technischen Produkte. Ohne Oberflächenbehandlung sind Gebrauchsdauer und Gebrauchssicherheit eng begrenzt. Die gesamten Mess- und Steuersysteme der modernen Technik basieren auf Elektronik, deren Bauelemente galvanotechnisch hergestellt werden. Dass dabei toxische Stoffe zur Herstellung eingesetzt werden müssen, ist verfahrensbedingt genau so unvermeidbar wie in der chemischen Industrie toxische Zwischenprodukte, die aber zur Herstellung lebenserhaltender Arzneien usw. ebenfalls nicht zu vermeiden sind. Ähnlich wie die chemische Industrie teilweise aus Handwerksbetrieben wie Seifensiedereien, Färbereien etc. oder die Pharmazeutik aus dem Apothekerwesen entstanden, hatte auch die Oberflächentechnik eine lange latente Entwicklung hinter sich, bevor sie sich im letzten Jahrhundert zu einer eigenständigen Branche und schließlich zu einer Schlüsselstellung entwickelte, die schon frühzeitig direkt oder indirekt Umweltaspekte berücksichtigt hat.

Im Kreuzworträtsel findet sich gelegentlich die Frage nach einem Ausdruck der Verwunderung, die Lösung heißt „Nanu!". In unserem Fach-Alltag – und vermutlich bald als zeitgemäßes Modewort – bürgert sich der Begriff „Nano" ein für kleinste Partikel, die unsere moderne Technik nicht nur zu beherrschen trachten, sondern die offenbar auch große Erwartungen für neue technische Möglichkeiten schüren. Der Umgang mit derart kleinen Partikeln ist durchaus ein Grund zur Verwunderung und korrespondiert schon deshalb mit dem eingangs erwähnten Ausdruck „Nanu!". Schon beginnt sich auch die Oberflächentechnik mit der neuen Dimension von Teilchen zu beschäftigen, die sich vielleicht in Form von Dispersionsschichten galvanisch applizieren lassen und dann den Oberflächen zu neuen Eigenschaften verhelfen, ohne den Grundwerkstoff zu verändern. Immerhin wäre das eine Möglichkeit, die kaum Konkurrenz durch Aufdampfen oder schmelzmetallurgische Verfahren zu befürchten hätte und der Galvanik wieder einen wesentlichen Platz einräumen würde.

Eine Grundvoraussetzung für einen wirksamen Verschleißschutz ist eine hinreichende Härte der Schutzschichten. Mit nitridischen und karbidischen Hartstoffen lassen sich Härten im Bereich von 20 bis 30 GPa erreichen. Diese Grenzen lassen sich durch den Übergang zu nanostrukturierten Schichtsystemen überschreiten. Durch einen Schichtaufbau aus Nanometer-Einzelschichten bzw. als Nanokompositmaterial werden Härten oberhalb 40 GPa, d. h. im superharten Bereich ermöglicht. Amorphe Kohlenstoffschichten mit überwiegend diamantartigen Bindungen (ta-C) liegen mit Härten zwischen 40 und 70 GPa bereits in diesem Bereich. Allerdings haben sie wegen der für ihre Abscheidung erforderlichen hohen Teilchen- energien und niedrigen Beschichtungstemperaturen beträchtliche Haftungsprobleme. Durch ein geeignetes nanotechnologisches Schichtdesign gelingt es, superharte amorphe Kohlenstoff-Schichten in Dicken von mehreren Mikrometern mit ausgezeichneter Haftung abzuscheiden.