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 – Teil 4 – Der Prozess im Detail, technische Aspekte, Anwendungen / Fortsetzung aus Galvanotechnik 1/2024

Der Eloxalprozess (Elektrische Oxidation von Aluminium) auch Anodisationsprozess genannt, hat im Laufe seiner Geschichte eine bemerkenswerte Entwicklung durchlaufen: Von seinen Anfängen als dekoratives Verfahren hin zu einem unverzichtbaren Prozess in verschiedenen Industriezweigen. Fortlaufende Forschung und Entwicklung haben dazu beigetragen, den Prozess zu verfeinern und ihn zu einem Schlüsselverfahren für die Verbesserung der Eigenschaften von Aluminiumoberflächen zu machen.

In der Galvanotechnik und anderen Verfahren wie dem Eloxieren und der Abwasserneutralisierung setzen sich zunehmend Badbewegungssysteme ohne Luft wie das SerDuctor-Düsensystem von Serfilco aus Monschau durch. Vorteile sind eine höhere Schichtgleichmäßigkeit und ein geringeres Verbrennungsrisiko.

FDM-ABS Kunststoffe – stromlose Verkupferung

Metallisierungsverfahren: (a) ABS-Proben für den Versuch nach Al-C-Emaille-Paste Auftragung (b) stromlos verkupferte FDM-ABS-Teile und (c) Ansicht der Bäder Fused Deposition Modeling (FDM) ist eines der am häufigsten verwendeten additiven Fertigungsverfahren. Es gehört zu den extrudierenden Verfahren, wobei es sich um ein Extrusionsverfahren handelt, bei welchem physikalisch oder chemisch vorbereitete feste Ausgangsmaterialen wie Kunststoffe, Pasten oder Schäume aus der festen Phase aufgeschmolzen und verarbeitetet werden. Die am häufigsten verwendeten thermoplastischen, druckbaren Materialien für das FDM-Verfahren sind Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), Polymilchsäure (PLA) und Polycarbonat (PC).

Die Verfestigung der einzelnen Fäden erfolgt im Rahmen des Erkaltungsprozesses durch Verdampfen von Lösungsmitteln oder durch chemische Reaktion und sorgt gleichzeitig für den Stoffzusammenhalt untereinander. In den letzten Jahren hat sich das FDM-Verfahren besonders bei den sogenannten Desktop-Printern für Heimanwender durchgesetzt. Darüber hinaus nimmt die Anzahl an Materialien, Farben, Materialeigenschaften und Dienstleistern rapide zu. FDM wird in der Automobilindustrie eingesetzt und reicht von Testmodellen über leichte Werkzeuge bis hin zu endgültigen Funktionsbauteilen.

Am National Institute of Technology Rourkela, Indien haben Ingenieure ein Verfahren zur stromlosen Verkupferung von FDM-ABS Kunststoff entwickelt.

Für die Metallisierung wurden vier Säurebäder verwendet, die fünf Gewichtsprozente HF, H₂SO₄, HNO₃ oder H₃PO₄ enthielten, wobei der Anteil von Kupfersulfat (CuSO4) in jedem Bad 10, 15 und 20 Gewichtsprozent betrug. Der Metallisierungsprozess wurde in jedem Bad zweiundsiebzig Stunden lang fortgesetzt. Die Kupfer-Schicht wurde charakterisiert. Die Ergebnisse der Rasterelektronenmikroskopie (REM) und der Energiedispersions-Röntgenspektroskopie (EDX) haben gezeigt, dass alle Bäder durchaus in der Lage sind, Kupfer auf ABS-Substraten mit guter Haftfestigkeit abzuscheiden. Das HF-Bad hat eine bessere Beschichtungsleistung gezeigt. Die Schichtdicke und der prozentuale Kupfer-Anteil in der Schicht waren bei der Verwendung des HF-Bades mit fünfzehn Gewichtsprozent CuSO₄ am höchsten.

REM-Aufnahme der Cu-Schicht (a) 15 % HF, (b) 10 % H₂SO₄, (c) 10 % H₃PO₄, und (d) 20 % HNO₃.

Für die Aktivierung der FDM-ABS-Substratoberfläche wurde eine Al-C-Emaille-Paste in Wasser (im Verhältnis 40:3:36:21 Gewichtsprozent) direkt auf die Oberfläche der ABS-Teile aufgetragen, wodurch Ätzen, Neutralisieren, Aktivieren und Beschleunigen entfielen. Nach der Verkupferung wurden die Teile 30 Minuten lang bei 65 °C aufgewärmt. Es wurde festgestellt, dass die mit allen Bädern hergestellten Beschichtungen eine gute elektrische Leitfähigkeit mit gleichmäßiger Kupferabscheidung aufwiesen, mit Ausnahme des HNO₃-Bades, bei dem es zu einer Überätzung der Aluminiumpartikel in Gegenwart von HNO₃ kam. Bei den Versuchen lag die Schichtdicke zwischen 41 und 80 μm. Das entwickelte Verfahren ist relativ umweltfreundlicher. Die statistische Analyse des Verfahrens wird mittels ANOVA durchgeführt, um den Einfluss der Prozessparameter zu ermitteln und das Verfahren zu optimieren.

Indian J. Eng. Mater. Sci. 2021, 28, pp. 174 – 181; ibid. pp. 300 - 310

Cr⁶⁺-freie Anodisierung von Aluminium

(a) Eloxiertes und versiegeltes AA 2024-Blech und (b) Flugzeug-Step-Down-ModellDie Anodisierung mit Chromsäure (Cr⁶⁺) wird häufig für den Korrosionsschutz von Aluminiumlegierungen für Flugzeuge eingesetzt. Wissenschaftler und Ingenieure aus vier Laboratorien in Bengaluru haben eine neues Verfahren ohne Cr6+- entwickelt, das vielversprechend zu sein scheint. In der Studie wurde ein modifiziertes Weinsäure-Schwefelsäure-Verfahren (TSA) mit anschließender Versiegelung in einem Bad auf Permanganatbasis entwickelt, um eine 4 bis 6 µm dicke anodische Oxidschicht auf den Aluminiumlegierungen 2024-T3, 6061-T6 und 7075-T6 zu erhalten. Das Verfahren wurde in einer Anodisieranlage im 400 Liter-Pilotmaßstab getestet. Die anodisierten Proben wurden hinsichtlich ihrer optischen Eigen- schaften, ihrer Schichtdicke, Haftung, elektrischen Durchschlagsspannung, Korrosionsbeständigkeit und Reißfestigkeit gemäß MIL-A-8625F untersucht.

Die Proben wurden außerdem etwa 800h lang im Mandapam Camp, Rameshwaram, 200 Meter von der Meeresküste entfernt, einem Korrosionstest in Echtzeit unterzogen. Die Leistung der Permanganat-versiegelten TSA-eloxierten Aluminiumlegierungen war mit der von herkömmlichen Chromsäure-Eloxalschichten vergleichbar. Das entwickelte, chromsäurefreie Eloxalverfahren wurde von den indischen Militärzertifizierungsbehörden als flugtauglich befunden. Derzeit wird an der Kommerzialisierung dieser Technologie für den Einsatz auf Luftfahrtplattformen gearbeitet.

Indian J. Eng. Mater. Sci. 2021, 28, pp. 21-27

Sonstiges

Novo Precision LLC, ein in Bristol, Conneticut USA ansässiger Hersteller von industriellen, medizinischen und maschinell bearbeiteten Komponenten und Systemen, hat Core Plating Technologies aus Bristol und Hersteller von Galvanisiertrommeln, Tanks und Komponenten für die Metallveredelungsindustrie, übernommen

Der chinesische IT-Produkthersteller DBG Technology hat bestätigt, dass er nach seinem Erfolg in Indien und Vietnam neue Produktionslinien in Bangladesch einrichten wird. Zu den Hauptprodukten von DBG gehören mobile Geräte, IKT-Produkte, IoT, Autoelektronik und Wearables. Handys und Tablets sind die größte Einnahmequelle von DBG.

Die süd-indische Unternehmensgruppe TVS wird in den nächsten vier Jahren 160 Millionen US-Dollar in die Herstellung zukünftiger Autos und Elektrofahrzeuge investieren. TVS Motors wandelt sich damit zu einem nachhaltigen, elektrischen und digitalisierten Hersteller. Die Investition wird in die Entwicklung und Herstellung neuer Produkte und den Ausbau der Produktionskapazität für Elektrofahrzeuge fließen. Der Zweiradhersteller hat außerdem von 24M Technologies Lizenzen für die Herstellung von Li-Ionen-Batterien in Indien erhalten. Neben TVS haben u.a. auch das indische EV-Startup Ola Electric, der Rollerhersteller Hero MotoCorp und Bajaj Auto in die Entwicklung elektrischer Zweiräder investiert.

Große Nachfrage nach den Eloxal-Farbfächern des Verbands für die Oberflächenveredelung von Aluminium e. V. (VOA) – Unternehmen, Architekten und Fassadenbauer nutzen die Farbmuster gerne als hilfreiches Instrument bei ihrer täglichen Arbeit. Nun sind die Fächer neu aufgelegt und können im Online-Shop der VOA-Homepage bestellt werden.

Die Anodisierung von Aluminiumlegierungen mit einem hohen Kupfer- oder Siliziumgehalt ist mit herkömmlichen Eloxalverfahren oft sehr schwierig. Insbesondere die Aluminium Materialgruppe der 2000er Legierungen weist einen hohen Kupfergehalt auf. Speziell diese Legierungen weisen die Tendenz auf, dass das Material während des Eloxalprozesses „verbrennt“. Das sogenannte „Verbrennen“ beschreibt einen sehr starken Rücklösungseffekt am Bauteil. Unterstützt wird dieser Effekt durch eine partielle Überhitzung und Spannungsspitzen an Bauteilkanten. Das Bauteil wird partiell angegriffen und aufgelöst. Im schlimmsten Fall kann das zu einer kompletten Zerstörung eines Bauteils führen.

„Aus der Praxis – für die Praxis“ hieß es vom 3. bis 5. November 2020 beim Verband für die Oberflächenveredelung von Aluminium e. V. (VOA). Zu seinem neu aufgesetzten Online-Seminar rund um das Anodisieren von Aluminium begrüßte der Verband knapp 50 Teilnehmer, darunter auch erstmals interessierte Architekten und Fassadenbauer. Per Videokonferenz stellte der VOA in fünf Themenblöcken von jeweils zwei Stunden alle Prozessschritte des Eloxierens vor. Der Fokus lag dabei auf dem Fehler- und Qualitätsmanagement. Insgesamt acht kompetente Referenten aus VOA-Mitgliedsunternehmen ließen die Teilnehmer von den reichhaltigen Erfahrungen ihrer täglichen Arbeit profitieren.

Der Verband für die Oberflächenveredelung von Aluminium e. V. (VOA) bietet neu online die Fortbildung rund um das Thema „Eloxieren“ für alle Interessierten in fünf aufeinanderfolgenden Themenblöcken an. Das bedeutet: praxisnahe Weiterbildung plus Zeitersparnis für VOA-Mitglieder und interessierte Personen.

Gegenüber verschiedenen anderen Leuchtmitteln bestechen Leuchtdioden (LED) unter anderem durch ihre hohe Lebensdauer von bis zu 100 000 h, den geringen Energieverbrauch, die kompakte Bauweise und ihre weitgehend schadstofffreie Zusammensetzung. Aufgrund dieser herausragenden Eigenschaften wird für die kommenden Jahre ein starkes Wachstum der LED-Technologie am globalen Beleuchtungsmarkt prognostiziert. Dabei sollen zukünftig immer leistungsstärkere LEDs (sog. High-Power LEDs) für Anwendungen eingesetzt werden, bei denen sehr hohe Leuchtdichten gefordert sind. Dies ist häufig bei der Ausleuchtung großer Flächen im Außenbereich der Fall, wie etwa bei der Beleuchtung von Straßen, Plätzen, Sportstadien, Industrieanlagen und sonstiger Infrastruktur wie Flughäfen, Bahnhöfen, Gleisanlagen oder Hafenanlagen. Von großer Bedeutung für die Funktionalität dieser High-Power LEDs ist eine ausreichend hohe Wärmeabfuhr über die dort verwendeten Metallkernleiterplatten. Der aktuelle Stand der Technik ist die Verwendung von Epoxidharzsystemen als Dielektrikum (Isolator) zwischen Metallkern und Leiterbahnen. Ein großer Nachteil dieses Kunstharzes ist jedoch seine sehr geringe Wärmeleitfähigkeit, wodurch die Leistungsdichte und damit das Anwendungsspektrum der High-Power LEDs stark eingeschränkt wird.