Leipziger Fachseminar nimmt Zukunftsthemen in den Blick

Prof. Thomas Lampke leitete die Veranstaltung ein und moderierte die erste HälfteProf. Dr. Thomas Lampke, Leiter des Lehrstuhls Werkstoff- und Oberflächentechnik an der TU Chemnitz, leitete das Fachseminar mit einigen Worten zur allgemeinen Lage in Wirtschaft, Forschung und Industrie ein. Er bezeichnete die sich verändernden Märkte und den demographischen Wandel als Herausforderung und plädierte für Technologieoffenheit und Forschungstransfer, um die technologische Souveränität in Deutschland und Europa zu erhalten oder auch wiederaufzubauen. Hierbei könne – so bekräftigte er – die Branche einen guten Beitrag leisten. Er rief die Unternehmen dazu auf, bei diesen Schritten mutig voranzugehen. Viele beschwerten sich über die Lade, diese sei aber auch nicht leicht.

Reiche Geschichte, Investitions-Hotspot- und Austragungsort der Fußball-EM

Von der ganzheitlichen Betrachtung der Lage schwenkte der Moderator dann hin zum Ort des Branchentreffs: Leip­zig, der größten Stadt im Freistaat Sachsen. Die über 1000 Jahre alte Historie der Stadt bot ihm reichlich Stoff für einen Rückblick. Die Oper wurde vor 325 Jahren gebaut, die berühmte Johannespassion von Johann Sebastian Bach, der lange in Leipzig wirkte, prägt seit nunmehr 300 Jahren die Musikgeschichte.

Heute gibt es auch positive Wirtschaftssignale für Leipzig

Blicken wir in die nähere Zukunft, fällt eine Wegmarke vor 35 Jahren auf, als die friedliche Revolution, der Anfang vom Ende der DDR, von Leip­zig ausging und dann den ganzen Arbeiter- und Bauernstaat ergriff. Heute gibt es auch positive Wirtschaftssignale für Leipzig: Der Hersteller Dräxlmaier baut ein neues Batteriewerk, der Kosmetikhersteller Beiersdorf ein neues Produktionszentrum. Mehrere Hundert Millionen Euro werden investiert. Dr. Dörfler von der Stadt Leipzig erwähnte diese Investitionen in seinem Grußwort und betonte zugleich die Bedeutung der Stadt als Wiege der Galvanotechnik, in der Georg Langbein 1886 mit seinem Handbuch der metallischen Niederschläge die Grundlage für die Technologie legte. Mit Spannung erwartet die Stadt auch, Spielstätte bei der Fußball-Europameisterschaft in diesem Jahr zu sein. Zwischen 18. Juni und 2. Juli finden hier vier Begegnungen statt, darunter das Top-Duell Niederlande gegen Frankreich.

Schließlich trat noch Dr. Daniel Meyer, Geschäftsführer und hauptamtlicher Vertreter der DGO, vor die Teilnehmer im Congress Center Leipzig, um sich für das Engagement in den Bezirksgruppen starkzumachen. „Treten Sie an uns heran mit Lösungen oder der Teilnahme an den regionalen Veranstaltungen“, rief er auf. Die regionalen DGO-Vertreter Mathias Fritz (Thüringen) und Marion Regal (Sachsen), die in der ersten Reihe saßen, dürften es ihm gedankt haben.

KI in der Galvanotechnik

Dr. Franziska Bocklisch sprach über KI in der GalvanotechnikDie Vortragsveranstaltung des 29. LFS begann mit einem Thema, das Erwartungen und Hoffnungen ebenso wie Skepsis weckt: Der Einsatz von KI. Dr. Franziska Bocklisch, TU Chemnitz, Professur Werkstoff- und Oberflächentechnik, beschäftigte sich in ihren Forschungen mit dem Einsatz von KI mit Bezug zur Galvanotechnik. Im ersten Abschnitt ihres Vortrages befasste sich Bocklisch mit den Fragen, wie das vielschichtige menschliche Fachwissen über technische Prozesse bei der Entwicklung von KI zusätzlich zur Nutzung von Messdaten gewinnbringend berücksichtigt werden kann. Und wie der KI-Einführungsprozess in der Praxis menschenzentriert gestaltet werden kann, um positive Effekte zu erzielen und Überforderung bei den Beschäftigten zu vermeiden. Es gilt, einen roten Faden zwischen dem konzeptuellen Model (Expertenwissen), dem computergestützten Modell und dem Nutzer herzustellen. Weiter berichtete Bocklisch über ein laufendes Projekt. Dabei geht es um eine Machbarkeitsstudie (Zink-Nickel-Elektrolyt) an der TU Chemnitz zum Einsatz von KI in der Galvanotechnik. Die Untersuchungen wurden an der robotergestützten Galvanikanlage durchgeführt. Inputvariablen sind drei Elektrolyt-Konzentrationen und zwei Stromdichten. Mit diesen Daten wurde die KI-Modellierung vorgenommen. Die Prozessvariable ist die Schichtdicke zu drei definierten Zeiten. Outputvariablen sind Rauheit und Korrosionsschutz. Die ersten Ergebnisse der Studie sind vielversprechend. Es wurden durch das KI-Modell mehrkriteriell-optimale Einstellungen identifiziert, die dem menschlichen Entscheider transparent rückgespiegelt werden können. Die Ergebnisse führen noch nicht dazu, dass der Prozess optimiert werden kann, so dass die Weiterführung notwendig ist.

Reproduzierbar Cr(III)-Schichtdickenmessung

Im zweiten Vortrag stellten Dr. Daniel Meyer, DGO e. V., und Dr. Lisa Büker, Kiesow Oberflächenchemie GmbH & Co. KG, Ergebnisse des Ringversuchs des DGO-Arbeitskreises „Dekorative Cr(III)-Schichten“ zur Reproduzierbarkeit der Schichtdickenmessung bei dreiwertig abgeschiedenen Glanzchromschichten vor. Ziel des Ringversuchs war es, diverse Ungenauigkeiten bei der Schichtdickenmessung mittels etablierter Verfahren (Coulometrie, Röntgenfluoreszenzanalyse -XRF) branchenweit zu erfassen und neutral zu beurteilen. An diesem ersten Ringversuch haben sich sechs Unternehmen beteiligt, die verchromte Messingsubstrate, und sieben Unternehmen, die verchromte Kunststoffsubstrate hergestellt haben. Von 14 Laboren wurden mittels Couloscope und XRF die Schichtdickenmessungen ohne spezielle Vorgabe, d. h. wie im Betrieb üblich, durchgeführt. Die Auswertung der Messergebnisse erfolgte anonymisiert durch die Arbeitskreisleiterin Büker. Als Referenz wurden Messwerte mittels Kalottenschliff und FIB ermittelt.

Die Schichtdicken für dekorative Cr(III)-Schichten haben sich im Bereich von 0,1 bis 0,3 µm etabliert. Bei den Untersuchungen hat sich herausgestellt, dass die Wiederholbarkeit bei XRF erwartungsgemäß gut und etwas besser als mit Couloscope ist. Bei den Proben mit sehr dünnen Schichten (< 0,1µm) war die Vergleichbarkeit insbesondere mit XRF erheblich schlechter. Ursache hierfür sind individuelle sowie gerätespezifische Faktoren. Deshalb ist für den nächsten Ringversuch eine einheitliche Definition der Messaufgabe für vergleichbare Ergebnisse erforderlich. Die Referenzwerte von Kalottenschliff und Focussed Ion Beam (FIB) waren oft inkonsistent. Die FIB-Werte geben eine harmonischere Korrelation zu den Couloscope- und XRF-Werten. Der Kalottenschliff wird als Referenzwert nicht weiter betrachtet. Es wird ein zweiter verbesserter Ringversuch durchgeführt, wo eine Vereinheitlichung der Messverfahren und die genaue Beschreibung des Messablaufs erfolgt. Anmeldungen für den zweiten Ringversuch sind noch möglich.

Optimierung der stromlosen Vernickelung

Hans-Joachim Kraft, MacDermid Enthone Industrial Solutions, hielt einen guten Übersichtsvortrag zu Innovationen zur Steigerung der Produktivität, Korrosionsbeständigkeit und Nachhaltigkeit bei der stromlosen Vernicklung. Bei der Chemisch Nickel Dispersionsabscheidung ­gibt es Alternativen zur Verwendung von PFAS-basierten Netzmitteln. Einbaurate, Stabilität und Standzeit des Prozes- ses sowie Korrosionsbeständigkeit der Beschichtung mit NiKlad ICE Ultra RC entsprechen Prozessen, die auf PFAS-Netzmitteln basieren. Die Verbesserung des Arbeitsschutzeswar die Motivation zur Entwicklung eines ammonium- und bleifreien chemisch Nickel Strike. Der NiKlad ELV AF Strike Prozess ermöglicht vielen Anwendern einen insgesamt ammoniumfreien Betrieb der Anlagen und die Abwasservorbehandlung vereinfacht sich entscheidend. Bzgl. Chemisch Nickel mit niedriger Konzentration verwies Kraft auf eine US-amerikanische Studie, die die Reduktion von Exposition, Emission und Metallverluste durch Verschleppung mit dieser Technologie belegt. Und bei der Abscheidung von High P zeichnet sich ein neuer Prozess mit einer durchschnittlichen Abscheiderate von 15µm/h ab.

Energieeinsparungen bei Zink-Nickel-Beschichtungen

Uwe Knebel, mks Atotech Deutschland GmbH, zeigte in seinen Ausführungen signifikante Energieeinsparungen bei Zink-Nickel-Beschichtungen durch Equipment-Optimierung im Zusammenhang mit der Wirkweise des Elektrolyten auf. Die Zukunft von wirtschaftlich nachhaltigen alkalischen Zink-Nickel Prozessen steht und fällt mit dem Einsatz der Membrantechnologie. Im vorgestellten Prozess konnten Energieeinsparungen von bis zu 32 % durch die Nutzung des Membransystems erzielt werden. Die Entsorgung cyanid- und komplexhaltiger Abwässer und Schlämme wurde im geschlossenen System um 95 % reduziert. Knebel betonte, dass für die nachhaltige Zn-Ni-Beschichtung im geschlossenen Kreislauf die vier vorgestellten Komponenten: Membransystem, Ausfriereinheit, Vakuumverdampfer und die speziellen Additive von Atotech (sehr wesentlich) ineinandergreifen müssen. Damit können die genannten Einsparungen realisiert werden. Anhand von Anwendungsbeispielen (Gestell- und Trommelanlage) konstatierte Knebel, dass durch die Optimierung von Anlage und Elektrolyt qualitativ hochwertige Beschichtungen erzielt werden. So wird aus einem der rohstoff- und abwasserintensivsten Prozesse ein umweltfreundliches Korrosionsschutzsystem. Das kann auch zur Erleichterung der Genehmigungsverfahren von neuen Anlagen durch die enorme Reduzierung von Wasser- und Energieeinsatz und die Einsparungen bei der Entsorgung führen.

Cyanidfreie Silberabscheidung

In den Kaffee- und der Mittagspause tummelten sich die Teilnehmer an den 44 Ständen auf der begleitenden FachausstellungIn der industriellen Silberbeschichtung ist die Abscheidung aus cyanidischen Elektrolyten noch immer vorherrschend. Jedoch ist bei der cyanidfreien Silberabscheidung in den letzten fünf Jahren ein Anstieg zu verzeichnen. Bei der Entwicklung neuer, umweltfreundlicher Silberelek­trolyte ist ein zentraler Aspekt die Suche nach neuen Komplexbildnern für die Silberionen.

Silberionen müssen ausreichend stark komplexiert werden, um eine gleichmäßige Abscheidung auf unedleren Substraten zu ermöglichen

Dr.-Ing. Christoph Baumer, TU Ilmenau, Fachgebiet Elektrochemie und Galvanotechnik, lieferte mit seinem Vortrag „Stabile, nicht toxische Komplexbildner für Silberelektrolyte“ einen Ansatz zur Lösung. Silberionen müssen ausreichend stark komplexiert werden, um eine gleichmäßige Abscheidung auf unedleren Substraten zu ermöglichen. Für die Untersuchungen wurden Komplexbildner anhand der Literatur aber auch anders ausgewählt, so dass insgesamt ca. 50 Substanzen untersucht wurden. Die so hergestellten Elektrolyte wurden hinsichtlich der Prozessparameter (pH-Wert: beginnend bei 6-7, da im sauren Bereich keine Komplexierung stattfindet) und der Eigenschaften der abgeschiedenen Schichten (u. a. Glanz) charakterisiert. Auf Basis der Untersuchungen kristallisierten sich Amine und Imide mit Vorteilen heraus. Jedoch sind aktuell die niedrige Abscheiderate, ein möglicher Einbau der Organik und die Belegung der Kathode/Anode offene Punkte.

Leipziger Galvanopreis: Effiziente und wirtschaftliche Bipolarplattenbeschichtung

Nach der großzügig bemessenen Mittagspause übernahm der Technische Sachverständig Dr. Olaf Boehnke die Moderation von Prof. Lampke. Erster Programmpunkt der zweiten Hälfte der Veranstaltung war der Leipziger Galvanopreis, der in diesem Jahr an ein Team der Schaeffler Technologies AG & Co. KG ging. Für das Team waren Dr. Mehmet Öte, Leiter Surface Technologies, und Entwickler Dr. Sebastian Etschel nach Leipzig gekommen. Das Schaeffler-Team hat mit Enertect CT+ eine Beschichtung für Bipolarplatten von Elektrolyseuren entwickelt, die ohne Edelmetalle auskommt, vor Korrosion schützt und leitfähig ist. Zudem ist sie gut skalierbar und sehr wirtschaftlich (mehr hierzu im Interview mit Dr. Mehmet Öte und Dr. Sebastian Etschel (Ausgabe 4/2024)). Dr. Öte erwähnte in seiner Rede, dass Schaeffler ein Drittel seines Umsatzes mit Beschichtungen erwirtschaftet. Das sind 5 Mrd. Euro. Elektrolyseure bezeichnete er als bedeutsame Technologie und hob ihre Perspektiven für die Branche hervor. Die Beschichtung stellte Dr. Etschel vor, der neben den weiteren Teammitgliedern auch einen Dank an Schlötter richtete. Das Unternehmen habe das Projekt mit vorangetrieben.

Leipziger Galvanopreis 2024: Stefan Kaßner, Nehlsen-BWB Flugzeug-Galvanik Dresden, die Preisträger Dr. Öte und Dr. Etschel, Schaeffler, sowie Dr. Daniel Meyer, DGO (v.l.n.r.)

Der Leipziger Galvanopreis geht in diesem Jahr an ein Team der Schaeffler Technologies AG & Co. KG

Die neue Beschichtung Enertect CT+ steht ist bei Schaeffler Teil einer Produktfamilie mit unterschiedlichen Eigenschaften, etwa Corrotect, Durotect und Tribotect. Etschel machte deutlich, dass bei PEM-Elektrolyseuren sehr hohe Ansprüche an den Korrosionsschutz gestellt werden. Enertect CT+ wird mit einer Schichtdicke von 5-20 µm auf der Bipolarplatte abgeschieden. Näheres wird in einem Fachartikel erörtert, der in einer der nächsten Ausgaben der Galvanotechnik erscheint.

Fachkräftemangel bei der Ausbildung

Fachkräftemangel: Diese beiden Redner vom Beruflichen Schulzentrum für Bau- und Oberflächentechnik in Zwickau gaben u. a. Tipps zur Gewinnung von AuszubildendenDer Fachkräftemangel ist in der Branche allgegenwärtig. Der Vortrag „Ros(t)ige Zukunft – Anspruch und Herausforderung in der Berufsausbildung“ von Benjamin Trinks, Berufliches Schulzentrum für Bau- und Oberflächentechnik in Zwickau, gab einen Überblick über die aktuelle Lage in der Ausbildung, die Situation in den Unternehmen und Berufsschulen und zeigte mögliche Ansätze und Potenziale zur Bekämpfung des Fachkräftemangels im Bereich der Galvanotechnik auf. Es gilt, den Abwärtstrend der Auszubildenden zu stoppen. Seit 2010 hat sich die Zahl der Auszubildenden um ca. 50 % reduziert. Gründe sind vor allem, dass der Beruf des Oberflächenbeschichters nicht bekannt ist. Trinks machte dafür die Umbenennung des Ausbildungsberufs verantwortlich. Ähnliches ist auch aus der Gewerblichen Schule in Schwäbisch Gmünd zu hören. Er empfahl, dass die Firmen an die Schulen gehen, dort den Beruf vorstellen und so Azubis gewinnen. In jedem Bundesland gibt es eine Schuldatenbank, wo die Schulen eingesehen werden können.

Seit 2010 hat sich die Zahl der Auszubildenden um ca. 50 % reduziert

Das Berufsbild des Oberflächenbeschichters muss attraktiver gemacht werden. Die Unternehmen müssen in Zusammenarbeit mit der Berufsschule Wege finden, um auf den Wandel des Lernens zu reagieren. Ebenso sind gute und erfahrene Ausbilder und Berufsschullehrer gefragt. Als Co-Referent trat Oliver Schürer, Metallveredlung Kotsch GmbH, auf. Schürer war bis zum Juli 2023 Azubi in Zwickau. Er steuerte Überlegungen zur Ausbildung aus seiner Sicht bei und sprach insbesondere an, dass Ausbilder aufgrund des Personalmangels in den Unternehmen oft zu wenig Zeit für die Azubis haben. Und nicht selten werden Azubis als Hilfsarbeiter eingesetzt und dadurch sinkt die Motivation zur Ausbildung. Zuweilen mangelnder gegenseitiger Respekt führt ebenfalls zu sinkender Motivation. Zum Ansporn für zusätzliche Aufgaben sind auch finanzielle Anreize sehr willkommen, stellte Schürer heraus. Dieser Vortrag war eine echte Bereicherung des Vortragsprogrammes.

Wertschöpfungstrends

„Because there is no planet B“ müssen sich Unternehmen mit innovativen Lösungsansätzen den Herausforderungen unserer Zeit stellen. Herausforderungen für die Galvanobranche sind u. a. die Ressourcenknappheit, Umweltauflagen, Kostendruck, sowie der technologische Fortschritt.

Im Wassermanagement sind Prozesse zur Reduzierung des Frischwasserbedarfs gefragt

Mit ihrem Vortrag „Wertschöpfungstrends – bewährte Technologien neu gedacht“ legte Daniela Albert, MacDermid Envio Solutions, den Fokus auf die Rückgewinnung von Metallen, auf Wasserkreisläufe und die Wiederverwendung sowie auf Anlagen zur Prozesskonditionierung. An Beispielen für die Ressourcenschonung nannte und erläuterte sie das Ausfrieren von überschüssigem Karbonat (und Sulfat) beispielsweise aus alkalischen Zink- und Zink-Nickel-Elektrolyten, die Fremdmetallentfernung aus dreiwertigen Chrombädern, die Aufbereitung von Dünn- und Dickschichtpassivierungen sowie die Nickelrückgewinnung mittels Ionenaustauscher. Im Wassermanagement sind Prozesse zur Reduzierung des Frischwasserbedarfs gefragt. Es geht um die Effizienz des Recyclings,d. h. um die getrennte Behandlung (Trennung der Abwasserströme nach Charakteristik) und um die Wiederverwendung des recycelten Wassers in verschiedenen Spülpositionen je nach Qualitätsbedarf.

Inline-Badanalyse

Das Röntgenfluoreszenz-Messverfahren bietet sich im Vergleich zu anderen Verfahren für eine Automatisierung der Ermittlung der Zink- und Nickelkonzentrationen in Zink-Nickel-Elektrolyten an, da keine weitere Probenvorbereitung vorgenommen werden muss. Dr. Marcus Glaum, Helmut Fischer GmbH, stellte in seinen Ausführungen die In-line-Badanalyse mit der Röntgenfluoreszenz (Fischer-scope Xan Liquid Analyzer) vor. Die bewährte Fischer Lösungsmesszelle wurde zu einer Durchflussmesszelle weiterentwickelt und in ein vollautomatisches Messsystem integriert. Mit dem Gerät ist die Überwachung von bis zu vier Bädern/Kanälen möglich. Die Kanäle sind untereinander durch separate Messzellen getrennt. Damit ist keine Kontamination zwischen den Bädern/Kanälen möglich. Ein automatischer Spülzyklus ist integriert. Bei einer typischen Badzusammensetzung von 5 – 15g/L Zink und 0,5 – 2g/L Nickel beträgt die typische Reproduzierbarkeit bei 30 s Messzeit bei Zink (8 g/L) 0,3 % und bei Nickel (1,5 g/L) 0,7 %. Mehr zum Thema lesen Sie in unserem Fachbericht im Anschluss.

Fotos: Robert Piterek