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Reichstagskuppel Berlin

ZVO-Jahreskongress 2019 in Berlin: Neuer Teilnehmerrekord!

Das Fazit zu den diesjährigen ZVO-Oberflächentagen vom 11. bis 13. September in Berlin fällt mehr als positiv aus: 684 Teilnehmer, so viele wie nie, hatten sich zu dem Branchenevent im Estrel Congress Center mit über 90 Vorträgen und einer begleitenden Industrieausstellung mit insgesamt 78 Ausstellern eingefunden. 

Die Teilnehmer des Eröffnungsabends erlebten einen politischen Auftakt: An die Begrüßungsworte von ZVO-Vorstandsvorsitzendem Walter Zeschky schloss sich der Bundeswirtschaftsminister Peter Altmaier an. Seine Botschaft: „Unternehmerische Freiräume sichern durch Wertschätzung, Stärkung und Entlastung“.

Altmaier betonte in seiner Ansprache ausdrücklich die Wichtigkeit des Mittelstands: „Deutschland ist wie kaum eine andere Volkswirtschaft von einem starken und wertorientierten Mittelstand geprägt“, so der CDU-Politiker. Er griff viele der Themen auf, die die Branche derzeit bewegen – Strukturwandel in der Automobilindustrie, Energiepreise, Bürokratismus, Fachkräftemangel, Abschaffung des Solidaritätszuschlags – und versprach, die Probleme des Mittelstandes anzugehen. Er rief aber ebenso dazu auf, sich selbst Gehör zu verschaffen und sich öffentlich einzusetzen. Nach seiner langen Ansprache nahm er sich überdies Zeit, Fragen aus dem Auditorium zu beantworten. Der Besuch des Bundesministers für Wirtschaft und Energie ist ein Beleg dafür, dass die Branche in der politischen Wahrnehmung zunehmend den Stellenwert erhält, der ihr zukommt.

Wolfgang Bosbach würdigt politische und gesellschaftliche Stabilität

Auf die Vergabe des DGO-Nachwuchspreises und des Heinz-Leuze-Preises folgte eine Keynote des ehemaligen Bundestagsabgeordneten Wolfgang Bosbach unter dem Titel „Halbzeit in Deutschland – die Welt im Wandel: Erinnerungen und Erfahrungen“. Der charismatische CDU-Politiker bewies in seinem pointierten Vortrag, dass Politik nicht trocken, sondern durchaus humorvoll sein kann, „auch wenn Fröhlichkeit nicht unbedingt die Kernkompetenz der Deutschen ist.“ Und das, obwohl wir im besten Deutschland leben, dass wir in 1.000 Jahre hatten, mit einem hohen Maß an politischer und gesellschaftlicher Stabilität. „Wir wissen es nur oft nicht zu schätzen“, resümiert Bosbach.

Eine Unterhaltungsshow mit den weltbesten Doppelgängern internationaler Musikstars rundete den Eröffnungsabend ab.

Einen Eindruck von den diesjährigen ZVO-Oberflächentagen in Berlin vermittelt die Bildergalerie.

Beginnend mit dem Nachbericht der Vortragssession „Ergebnisse aus der Forschung – Junge Kollegen berichten”, stellen wir Ihnen sukzessive die Nachberichte aus den diesjährigen Vortragsblöcken vor.

Ergebnisse aus der Forschung – Junge Kollegen berichten

Die gut besuchte Vortragssession „Ergebnisse aus der Forschung – Junge Kollegen berichten“ bot eine überzeugende Leistungsschau laufender Forschungsarbeiten an Universitäten und Hochschulen – häufig in Verbindung mit Fachfirmen. Ein wesentliches Thema betraf die Entwicklung neuer Elektrolytsysteme.

Autor: Wolfgang Paatsch

Die Definition neuer Elektrolyte insbesondere für die Legierungsabscheidung ist im weitgehend üblichen Trial-and-Error-Verfahren ein sehr zeitaufwendiger Prozess. Im Vortrag von Markus Müller (TU Chemnitz) wurden thermodynamische und kinetische Betrachtungen und Messungen vorgestellt, die für die komplexierten Systeme eine numerische Auslegung und damit ein Arbeitsfenster definieren. Mit Hilfe eines derartigen numerischen Elektrolytdesigns, Design of Experiments (DoE) und vollautomatischer robotergestützter Experimentführung, können Entwicklungszeiten drastisch reduziert werden. Die Auslegung der Elektrolyte wird speziell dem Anwendungsfall angepasst. So ist es möglich, eine sehr gute Streufähigkeit bei gleichzeitig hoher Stromausbeute reproduzierbar einzustellen.

Die Nutzung ionischer Flüssigkeiten erlaubt wegen des vergrößerten elektrochemischen Fensters von 5 bis 6 Volt die Abscheidung von Metallen und Legierungen, die wie etwa für Al, Ta oder Ti aus wässrigen Lösungen nicht möglich ist. In zwei Beiträgen wurde der Einfluss von Additiven sowie die Verwendung spezieller Pulsparameter auf die elektrochemische Abscheidung von Niob (Andrea Endrikat, TU Ilmenau) und von Tantal (Thomas Engemann, TU Ilmenau) aus Metallhalogeniden diskutiert. Dabei ist das Ziel, geeignete Abscheide- und Nachbehandlungsbedingungen zu finden und so die resultierenden Schichten zu optimieren. Deutliche Schwierigkeiten ergeben sich aus verschiedenen Zwischenstufen bei der Reduktion der Metalle, bei der Schichthaftung und in den Eigenspannungen der Überzüge. Die Abscheidung stellt derzeit noch eine Grundlagenforschung dar und erscheint deutlich entfernt vom schon existierenden technischen Standard beispielsweise der Abscheidung von Aluminium und dessen Legierungen aus ionischen Flüssigkeiten.

Aufgrund der gesundheits- und umweltgefährdenden Wirkung von Chrom(VI)-Salzen steht die Entwicklung von Chrom(III)-basierten Elektrolyten im Fokus der galvanotechnischen Forschung. Empirische Studien belegen, dass Carbonsäuren die Abscheidung von Chrom aus dreiwertigen Chromelektrolyten verbessern können. Zentrale Bedeutung kommt dabei der Komplexbildung der Chrom(III)-Ionen mit den Carbonsäuren zu. Der zugrundeliegende Mechanismus ist allerdings noch nicht verstanden. Viele Chrom(III)-Verbindungen sind in wässrigen Medien kinetisch sehr inert und reagieren verhältnismäßig langsam mit Komplexbildnern wie etwa Carbonsäuren. Hierzu von Lisa Büker (Kiesow Dr. Brinkmann) vorgetragene kinetische Untersuchungen sollen zu einer zielgerichteten Optimierung der Zusammensetzung von Cr(III) Elektrolyten zur Hartchromabscheidung führen. 

Die plasmaelektrolytische Oxidation (PEO) besitzt ein großes Anwendungspotenzial als Korrosionsschutz von Mg-Legierungen. Insbesondere unter Verwendung fluoridfreier, ökologisch unbedenklicher Elektrolyte stellt die Herstellung dichter Schutzschichten jedoch noch immer eine große Herausforderung dar. Der Beitrag von Claudia Albero Rojas (TU Chemnitz) diskutierte die Möglichkeit der Prozessüberwachung anhand messbarer elektrischer Prozessparameter, um einen direkten Rückschluss auf Schichtmikrostruktur und Schichteigenschaften zu ermöglichen. 
Als ein vielversprechendes Kriterium wurde die bei gepulster Stromführung auftretende „Schwellspannung“ identifiziert. Hierbei ist ein direkter Zusammenhang zwischen Schwellspannung und Schichtdicke sowie mit dem Korrosionsverhalten erkennbar. Die Schwellspannung eignet sich folglich als integrales Bewertungskriterium der Schichtqualität für die Prozess-Diagnostik von PEO-Prozessen und die Online-Überwachung des Prozesses. 

Anwendungsfelder für die Druckmesstechnik sind allgegenwärtig und durch eine große Bandbreite an Anforderungen gekennzeichnet – sowohl was die zu messenden Drücke und Medien als auch die Umgebungsbedingungen der Messung betrifft. Um mit einem Messprinzip in möglichst vielen Anwendungsfeldern erfolgreich zu sein, ist die Skalierbarkeit eines Sensors eine Grundvoraussetzung. Im von Kayla Johnson (FEM) vorgetragenen Projekt wurde über die Herstellung von CuSn-Sensormembranen mittels Galvanoformung auf 3D-gedruckten Kunststoffsubstraten berichtet.
Die Vorteile gegenüber dem bisherigen Stand der Technik sind neben der freieren Materialwahl die Herstellungsmethode: Galvanoformung statt Tiefziehen und Stanzen, wo Anisotropieeffekte in Formabweichungen resultieren können. Mit Hilfe einer Simulation des Prozesses konnten die Abscheideparameter und Blendengeometrie so optimiert werden, dass gewünschte Membrangeometrien generiert werden konnten. 

Mit Hilfe von elektrochemischen Verfahren ist es möglich, Metallschichten aufzubringen (Plating) oder abzutragen (Electrochemical Machining ECM). Häufig ist eine solche Bearbeitung nicht nur flächig, sondern lokal gewünscht, wozu zusätzliche Prozessschritte nötig sind. Statt wie bisher üblich organische Masken zu verwenden, kann durch eine geschickte Kombination aus Druckverfahren wie Siebdruck und Dispensen mit der elektrochemischen Bearbeitung ECM zu einem Einzelprozess gänzlich auf organische Masken verzichtet werden. 
Im Vortrag von Mathias Kamp (Fraunhofer ISE) wurden Beispiele zur Herstellung von Leiterbahnen für Solarzellen oder weitere Anwendungen wie RFID-, NFC-Antennen erläutert.

 

Impulsvorträge

Michael Schätzle, Atotech Deutschland, stellte ein neues Reinigungsverfahren vor, das mit einer niedrigen Temperatur, hoher Standzeit und sehr stabiler Reinigungsleistung betrieben werden kann. Das Verfahren, das sich seit 2017 im praktischen Einsatz bei 17 Unternehmen befindet, hat inzwischen eine Standzeit von etwa zwei Jahren erzielt. Das hochalkalische System ist für alle gebräuchlichen Werkstoffe einsetzbar und kann auf Ölabscheider verzichten. Das abgereinigte Öl wird unter Einsatz eines Additivs zersetzt und in gasförmiger Form entfernt.

Rainer Klein, Spiraltec GmbH, präsentierte ein System auf Basis der Dialyse, mit dem Säure aus wässrigen Systemen zurückgewonnen werden kann. Bisher findet das System vor allem im Bereich des Anodisierens Anwendung, wo es die Trennung von Schwefelsäure und gelöstem Aluminium bewirkt. Damit erhöht es die Effizienz der Verfahren und unterstützt die Bemühungen zur Vermeidung von Abfällen. Derzeit wird daran gearbeitet, die Dialyse auch für andere wässrige Lösungen einzusetzen.

Christian Kaiser, Coventya GmbH, stellte die Produkte der zur Coventya-Gruppe gehörenden Microgleit vor. Diese sind darauf ausgelegt, ein definiertes Reibverhalten zwischen Festkörpern zu gewährleisten. Die damit herstellbaren Trockengleitfilme kommen beispielsweise in Fahrzeugen zum Einsatz. Bei den zukünftigen elektrisch betriebenen Fahrzeugen garantieren sie die geforderten Eigenschaften bei Aluminiumverschraubungen.

Das Unternehmen von Heiko Schneider, eska Schneider Lagersysteme GmbH, stellt Paternosterlager her, die zunehmend Interesse in Galvanikbetrieben für die platzsparende Lagerung von Galvanogestellen finden. Die Systeme lassen sich beispielsweise an der Decke von Hallen anbringen, wodurch bauliche Änderungen entfallen können. Sie zeichnen sich unter anderem durch ihre kurzen Zugriffszeiten oder eine optimale Einbindung in ERP-Systeme aus.

Die Eilenburger Elektrolyse- und Umwelttechnik GmbH bietet Verfahren und Geräte für die Metallrückgewinnung und Wasseraufbereitung an, die Dr. Jens Krümberg vorstellte. Die dafür eingesetzten Diamantelektroden erlauben unter anderem die kostengünstige Herstellung von Peroxodisulfat.

Prof. Dr. Helmut Fobbe, Fachhochschule Südwestfalen, stellte den Studiengang Werkstoffe und Oberflächen vor. Dieser Fachbereich kommt der sehr großen Nachfrage aus der Industrie nach und unterstreicht den Bedarf der fachübergreifenden Kenntnisse auf dem Gebiet der Werkstoffkunde, Werkstofftechnik und Werkstoffverarbeitung in Kombination mit modernen Verfahren der Oberflächentechnik.

Im letzten Impulsvortrag zeigte Johannes Spahn, Gravitech GmbH, verschiedene Anwendungen angepasster Analyseeinrichtungen für die Galvanotechnik. Seiner Aussage zufolge ist der Grund für die hohe Akzeptanz und Effizienz der eingerichteten Systeme eine bestmögliche Anpassung an die jeweiligen örtlichen Gegebenheiten. Dafür werden neben der baulichen Substanz des Kunden die fachlichen Qualitäten der zuständigen Mitarbeiter auf die verfügbaren Analysengeräte abgestimmt und mit einer betriebsorientierten Schulung verbunden. 

Cyberphysische Systeme in der Galvanotechnik

Autor: Herbert Käszmann
Die moderne industrielle Produktion strebt in zunehmendem Maße eine Optimierung der gesamten Fertigungsprozesse auch über mehrere Unternehmen hinweg an, um Energie und Ressourcen einzusparen oder die Flexibilität der Herstellprozesse zu erhöhen. Wie Prof. Dr. Christian Herrmann vom Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik IST einführend betonte, werden dazu die Fertigungsprozesse detailliert beschrieben, was sich nach bisheriger Erfahrung für die Galvanotechnik als schwierig herausgestellt hat. Alternativ wird zu diesem Zweck verstärkt auf eine Modellbildung, wie sie unter dem Begriff Industrie 4.0 bekannt ist, gesetzt, wodurch Zeit und Kosten eingespart werden können. Vorteil ist, dass die dafür eingesetzte Visualisierung der Prozessabläufe besser erfassbar ist, als die Auflistung der Kennwerte in Tabellenform.

Die Umsetzung der Technologie wurde im Rahmen eines Projekts zur Abschätzung der Belastung mit Chrom(VI)verbindungen, wie sie für REACH benötigt wird, vorgenommen. Dabei zeigte sich, dass die Planungssicherheit für die Produktion steigt. Mit den heute verfügbaren technischen Mitteln entsteht mit dem Ansatz des cyberphysischen Systems ein reales Abbild eines Produktionsprozesses als digitaler Zwilling. Dadurch werden Eingriffe in die reale Produktion möglich, wenn ungeplante Änderungen oder Störungen im Prozess auftreten. Im nächsten Schritt lassen sich daraus Vorhersagen beispielsweise in Bezug auf Energieverbräuche ermitteln oder Änderungen im Ablauf von Beschichtungsprozessen simulieren. Inzwischen befinden sich die ersten derartigen Systeme in der praktischen Erprobung bei Unternehmen.

Ein weiterer Ansatz richtet sich darauf, dass die digitalen Systeme nicht mehr aus vorhandenen Datensätzen erzeugt werden, sondern zu selbstlernenden Systemen werden und damit noch schneller auf mögliche Einflüsse reagieren können.

Industrie 4.0

In modernen Produktionsbetrieben verhilft eine umfassende, automatisierte Erfassung von Maschinendaten bei der Optimierung der Produktion. In der Galvanotechnik ist nach den Erfahrungen von Dr. Maximillian Donath, SurTech, dagegen eine manuelle Erfassung von Kennwerten der Elektrolyte üblich. Dies ist zum Teil dem Mangel an geeigneten Sensoren geschuldet, aber auch dem teilweise komplexen Zusammenspiel der Bestandteile von Elektrolytsystemen, dem Einfluss der Werkstoffe der zu beschichtenden Teil oder der unzureichenden Kenntnis über die Wirkungsweise und Wechselwirkung der beteiligten Systemgrößen.

Dabei kann eine Erfassung und zeitabhängige Darstellung von Prozessgrößen dabei helfen, beim Auftreten von Fehlerbildern deren Ursache schnell zu erkennen und gegenzusteuern. Durch die Nutzung von IT-Lösungen für die Erfassung und Darstellung in Form einer virtuellen Badkarte kann beispielsweise Unterstützung durch technische Fachleute mittels Ferndiagnose erfolgen. Derartige Daten können zudem in Zukunft verstärkt für die Durchführung von Simulationen genutzt werden, die zu einem besseren Verständnis der Prozesse beitragen und die Prozessanpassung bei sich ändernden Rahmenbedingungen beschleunigen. Dazu wurde vom Unternehmen des Vortragenden ein Managementsystem entwickelt, das derzeit in der Praxis auf seine Tauglichkeit getestet wird.

Ebenfalls mit dem Einsatz von IT-Systemen, jedoch aus dem Blickwinkel der Produktionsplanung mittels ERP befasst sich Michael Hellmuth, Softec AG. Dazu ist es notwendig, dass der Durchlauf der Produkte durch eine Fertigung zeitnah erfasst wird. In einem neuen Ansatz wird diese Art der Datenerfassung über Barcodes im Unternehmen durch die RFID-Technologie erweitert. Dazu werden Behälter für den Transport von Teilen durch eine mehr oder weniger umfangreiche Produktionskette mit Dokumententaschen, die mit RFID ausgestattet sind, versehen. Im Betrieb eingerichtete Antennen lesen diese RFIDs und liefern damit sehr genau die Position der jeweiligen Teile. Ein damit erstellte Bewegungsprofil hilft, den Kunden mit exakten Lieferterminen zu versorgen, aber auch die eigenen Kapazitäten im Unternehmen abzuschätzen und die Mitarbeiter zu entlasten.

Holger Klempnow, KleRo GmbH, befasst sich mit der Effizienzverbesserung von Beschichtungsprozessen in galvanischen Betrieben. Dazu wurden in Zusammenarbeit mit der TU Chemnitz drei Ansätze ausgearbeitet.

Im ersten Ansatz wird ein Roboter dazu verwendet, Probenbehälter durch ein Labor zu lenken, die erforderlichen Kenngrößen der Elektrolyte und Aktivlösungen zu ermitteln und diese mit der Galvanikanlage in Steuergrößen für die Zudosierungen, Stromdichten oder Arbeitstemperaturen zu verarbeiten.

Im zweiten Ansatz entstand ein Mess- und Analysensystem zur Online-Ermittlung der Stromdichte in den Abscheidepositionen. Dabei kommen beispielsweise Blenden, Hilfsanoden oder Anströmtechniken zur Anwendung, um die erforderlichen Schichtdickenverteilungen zu optimieren. Das System soll aufwändige Simulationen entbehrlich machen.

Der dritte Ansatz arbeitet mit Sensoren zur Steuerung der Ströme an Werkstücken oder Gestellen unter Einsatz mehrerer Anoden. Damit lassen sich Überbeschichtungen an Kanten vermeiden.

Die Zusammensetzung der galvanischen Elektrolyten zählen zu den wichtigen Einflussgrößen der daraus hergestellten Schichten. Dafür werden gezogene Proben in festgelegten Abständen analysiert und die Elektrolyte und Wirklösungen auf die erforderlichen Sollwerte korrigiert. Die Arbeitsgruppe um Klaus Schmid, Fraunhofer IPA, hat dafür ein Prozessmodell entwickelt, bei dem Abschätzungen hinsichtlich der zu erwartenden Veränderungen in der Zusammensetzung der Elektrolyte getroffen werden. Hierzu werden die zu beschichtenden Teile in Kategorien zum Beispiel aufgrund der Oberflächengeometrie mit den dabei auftretenden lokalen Stromdichteschwankungen (die sich wiederum auf den Verbrauch an Elektrolytbestandteilen auswirken) eingeteilt. Unter Einsatz eines cyberphysischen Systems, entwickelt im Rahmen eines ZIM-Projekts vom Institut IWF, Stuttgart, und der TU Braunschweig, lassen sich in Abhängigkeit der anfallenden Fertigungsmengen an Teilen die tatsächlichen Verbräuche der Elektrolyte einschließlich der unvermeidlichen Verschleppungsverluste simulieren.

Daniel Schlak, Deutsche Metrohm, stellte ein wartungsarmes und zuverlässiges pH-Messsystem zum Einsatz in hochkonzentrierten Elektrolyten vor. Zwar zählt die pH-Messung zu der am häufigsten angewandte Messung beim Einsatz von wässrigen Lösungen, allerdings kann die Messung durch zahlreiche Faktoren in ihrer Genauigkeit deutlich beeinträchtigt werden. Dazu zählen Temperaturschwankungen, Beschädigung der Elektrode, Drifteffekte bei den zum Einsatz kommenden Elektroden oder Bildung von Ausfällungen an der Elektrode.

Um daraus resultierende Fehlmessungen zu vermeiden, wird die Verlegung der eigentlichen Messung von den jeweiligen Aktivpositionen in einer Galvanikanlage in eine externe Messzelle empfohlen. Eine externe Messzelle kann so eingerichtet werden, dass die regelmäßige automatisierte Kalibrierung und kontinuierliche Reinigung des Systems eine sehr stabile, dauerhaft korrekte Messung gewährleistet. In der Regel lassen sich die hierbei gewonnenen Messwerte ohne großen Aufwand einer Protokollierung zuführen und einer Auswertung im Sinne der Industrie 4.0 Philosophie unterziehen.

Die in den letzten zehn bis 20 Jahren konzipierten Anlagen zur galvanischen Metallabscheidung zeichnen sich durch eine immer intensivere Nutzung der Datenerfassung aus. Trotzdem besteht nach Ansicht von Dr. Siegfried Kahlich, Ditec GmbH, immer noch ein großes ungenutztes Potenzial zur Optimierung der Beschichtungsprozesse. Dies gilt besonders im Hinblick auf eine bessere Auslastung der Anlagen und eine Erhöhung der Produktionsqualität. Grund für die derzeit noch verbesserungswürdige Situation ist, dass die vorhandenen Daten nicht für vorausschauende Planungen genutzt sowie nicht in ausreichendem Maße erfasst werden. Er setzt wiederum unter Anwendung von cyberphysischen Systemen (zum Beispiel das von der TU Braunschweig zusammen mit dem IWF, Stuttgart, entwickelte System) auf eine zukunftsweisende Verarbeitung von Daten. Daraus kann dann ein Verfahren zur intelligenten Wartung der Elektrolyte und Anlagentechnik (Pumpen, Heizungen, Sensoren) sowie zum optimierten Einsatz von Chemikalien oder Warendurchfluss entstehen.

 

Neue Anforderungen an die Oberflächentechnik

Desiree Lemke, DuPont, befasste sich mit den Alternativen zu den derzeit in Anwendung befindlichen Verfahren zur Kunststoffmetallisierung. Diese werden sowohl im Hinblick auf die Aktivierung von Kunststoff unter Einsatz von Chromsäure als auch die galvanische Verchromung der aufgebrachten Metallschicht durch die Anforderungen aus REACH einem deutlichen Druck zur Entwicklung neuer Verfahren unterworfen.

Kernpunkte der Trocknungsanlagen sind die selbst entwickelte Technologie der sehr effektiven Luftentfeuchtung im Niedertemperaturbereich sowie die auf den jeweiligen Aufgabenbereich optimierte Luftführung. Das von Reinhold Specht, Harter GmbH, vorgestellte Trocknungsverfahren wird für jede Art der zu trocknenden Teile so angepasst, dass schnell und zielgerichtet die unterschiedlichen Trocknungsaufgaben erfüllt werden.

Zu den besonderen Kennzeichen der Technologie zählt die Trocknung im Bereich zwischen etwa 40 °C und 75 °C, die hohe Effizienz durch Luftentfeuchtung mittels Wärmepumpe, die Trocknung im geschlossenen System (ohne Austausch mit Umgebungsluft) unter Verwendung angepasster Deckelsysteme, das druckluftfreie Ablasen und die hohe Energieeffizienz. Die geschlossene Luftführung erlaubt es zudem, dass die Technologie in Reinräumen zum Einsatz kommt und dadurch auch hochempfindliche Produkte in bester Qualität trocknen kann. Für komplex geformte Teile werden beispielsweise Erweiterungen durch Luftpulsverfahren und für die nasschemische Oberflächenbehandlung in Trommeln oder Körben spezielle Anlagen zur gezielten Absaugung eingesetzt.

Die Stromversorgung zählt zu den entscheidenden Komponenten einer Galvanikanlage. Dabei ist nach Erfahrung der Referenten Thomas Mark und Lukas Büscher, Munk GmbH, zunehmend festzustellen, dass die Beschichtungsunternehmen aus Kostengründen und aufgrund nicht ausreichender Kenntnis über den Aufbau einer zuverlässigen Stromversorgung auf minderwertige Geräte ausweichen. Dem Erwerb einer zuverlässigen, modernen Gleichrichtertechnik für galvanische Anwendungen sollte eine intensive Planung vorausgehen. Hierzu müssen vor allem eine optimale Auslegung der Komponenten mit Leistungsreserven, die Kühlung der Geräte, das bestehende Verschmutzungsrisiko, die zu wählenden Leitungen zwischen Gleichrichter und Abscheideposition sowie die Möglichkeiten zu Wartung und Austausch von Geräten in Betracht gezogen werden. Zudem ist es von Vorteil, ein besonderes Augenmerk auf die im Gleichrichter verbauten Einzelteile zu legen. Hierbei zeigt es sich in der Praxis, dass die Zahl der verbauten Leistungsmodule das Ausfallrisiko einer Stromversorgung erheblich beeinflusst – je höher die Zahl, umso höher das Ausfallrisiko.

Die Aluminiumlegierungen der 2000er Reihe werden in der Luft- und Raumfahrt in umfangreichem Maße eingesetzt, da sie hervorragende mechanischen Eigenschaften besitzen. Allerdings zeigt sie nach Roy Morgenstern, TU Chemnitz, eine schlechte Anodisierbarkeit. Dieser Effekt wird auf das in der Legierung vorhandene Kupfer und die daraus entstehenden Ausscheidungen zurückgeführt. In weiteren Arbeiten werden die gewonnenen Erkenntnisse aus der variierten Wärmebehandlung mit den positiven Auswirkungen auf das Anodisieren auf andere technische Aluminiumlegierungen übertragen.

Nach Jörg Martin, Galvimax, ist es sinnvoll, beim Einsatz einer Vorbehandlung die verschiedenen Kenngrößen des Verfahrens näher zu betrachten. Dies sind bei einer typischen Vorbehandlung die eingesetzten Bestandteile und die Standzeiten, die zu verwendende Arbeitstemperatur der Lösung, die notwendige Behandlung des anfallenden Abwassers oder die entstehenden Schlammmengen. Damit verbunden sind die Länge der Behandlungszeiten, der anfallende Wartungsaufwand sowie der notwendige Analysenaufwand. Die Optimierung der genannten Kenngrößen verbessert die Wertschöpfung der Vorbehandlung und damit die Wertschöpfung des gesamten Bearbeitungsprozesses.

Die chemische Vernickelung von Aluminium gewinnt zunehmend an Interesse. Um Aluminium mit einer Nickelschicht versehen zu können, ist eine spezielle Vorbehandlung erforderlich, bei der das stets vorhandene Aluminiumoxid entfernt und mit einer ersten Metallschicht, in der Regel Zink, als Haftgrund versehen wird. Bei der nachfolgenden Vernickelung wird diese Zinkschicht durch Nickel ersetzt. Durch diesen Prozess reichert sich nach Aussage von Dr. Mathias Schnippering, Riag Oberflächentechnik AG, der eingesetzte Nickelelektrolyt mit gelöstem Zink und Aluminium an, was die Standzeit des Elektrolyten deutlich verringert.

Durchgeführte Untersuchungen zeigen, dass sich die Struktur der aufgebrachten Nickelschichten mit der Anreicherung an Störstoffen im Nickelelektrolyten deutlich ändert. Bei neuen Elektrolyten entstehen bei einer Art der Zinkatbeize (Vorbehandlung für die Beschichtung von Aluminium) pyramidenförmige Nickelkeime beziehungsweise Nickelkristalle. Mit zunehmender Nutzungsdauer (MTO-Zahl) des Elektrolyten weisen diese in zunehmendem Maße Störungen auf. Bei einer anderen Art der Zinkatbeize sind gut sichtbare Wachstumslinien in der Nickelschicht erkennbar, die mit steigendem Alter des Elektrolyten starke Störungen aufweisen bis hin zur Enthaftung der Nickelschicht. Der Vortragende ist aufgrund der Untersuchungen zum Schluss gekommen, dass die Wachstumsform und -geschwindigkeit der inselförmigen Nickelkristalle von der zu beschichtenden Legierung und dem Elektrolytalter (MTO) abhängig sind.

Vor allem im Bereich der dekorativen Verchromung in Europa ist es absehbar, dass zukünftig Verfahren auf Basis von Chrom(III) die bisher verwendeten Verfahren weitgehend ersetzen werden. Thomas Linke, Willy Remscheid GmbH, hat diese Umstellung in seinem Betrieb in Angriff genommen. Die bisherigen Ergebnisse mit der neuen Beschichtung sind erfolgreich verlaufen, so dass in der weiteren Planung von etwa 50 Prozent Anteil für Beschichtung mit Chrom(III)-Elektrolyten bis 2021 und von einer vollständigen Umstellung bis 2025 auszugehen ist.

Dr. Holger Sahrhage, Coventya GmbH, befasste sich mit den unterschiedlichen Arten der galvanischen Herstellung von schwarzen Oberflächen, die neben der Automobilindustrie in zunehmendem Maße auch in anderen Branchen Interesse finden. Zur Auswahl für die Herstellung stehen Verfahren mit Edelmetallen (Gold, Ruthenium), Schwarzchrom, schwarze Nickelverfahren, eingefärbte Anodisationsschichten, Nachbehandlungen für Zinkbeschichtungen, Lamellenbeschichtungen, KTL oder Brünierungen und Phosphatierungen. Die schwarzen Oberflächen der galvanischen Zink- und Zinklegierungsschichten gewährleisten einen sehr guten Korrosionsschutz, führen aber oftmals zur Bildung eines Grauschleiers im Einsatz. Der Gauschleier entsteht durch ein Eindringen der Passivierung in vorhandene Risse der Zinkschichten, wodurch die Auflösung der Zinkschicht beschleunigt werden kann. Deshalb ist es empfehlenswert, die schwarzen Schichten durch Topcoats zu ergänzen.

Deutlich bessere Ergebnisse im Hinblick auf die Beständigkeit werden durch die Verwendung einer Zink-Nickel-Eisen-Legierung erzielt. Weitere Möglichkeiten zur Verbesserung sind der Einsatz eine Nachtauchbehandlung mit einer Lösung auf Basis von Chrom(III) oder eines Topcoats, der bei 180 °C anstelle der sonst üblichen 80 °C eingebrannt wird.

Das Metall Nickel steht auch bei galvanischen Schichten seit vielen Jahren in Bezug auf seine allergene Wirkung unter Beobachtung. Aus diesem Grund ist es sinnvoll, sich mit einem möglichen Ersatz beispielsweise für die Zink-Nickel-Beschichtung zu befassen. Mike Krüger , Atotech Deutschland GmbH, stellte dazu das neue Schichtsystem Zink-Eisen mit einem hohen Eisenanteil zwischen 10 und 20 Prozent vor. Die galvanisch abgeschiedene Legierung bildet eine Gammaphase mit einem Eisenanteil zwischen 12  und 16 Prozent, die zu den sehr guten Korrosionseigenschaften der Legierung maßgeblich beiträgt.

Beim Aufbau des Elektrolytsystems sowie der möglichen Nachbehandlung wurde darauf Wert gelegt, keine im Sinne der Gesundheit und Umwelt belastenden Stoffe beziehungsweise Rohstoffe zu verwenden. Dies betrifft insbesondere die notwendigen Passivierungen, Haftvermittler und Versiegelungen beziehungsweise Topcoats. Herstellbar sind neben den silberfarbenen, auf dem Metallton basierenden Beschichtungen auch schwarze Oberflächen. In den durchgeführten Korrosionstests zeigten die neuen Zink-Eisen-Beschichtungen deutliche bessere Ergebnisse als Zinkschichten aus akalischen Elektrolyten und je nach Nachbehandlung gleiche oder bessere Ergebnisse als Zink-Nickel.

Julius Gröne, SurTec GmbH, zeigte sich überzeugt, dass die Chromoberflächen aus Chrom(III)-Systemen in Bezug auf Farbe und Korrosionsbeständigkeit inzwischen durchaus den klassischen Oberflächen aus Chrom(VI)-Elektrolyten ebenbürtig sind. Allerdings ist es notwendig, sowohl für die Herstellung als auch den Einsatz Anpassungen an die Anforderungen vorzunehmen. Bei der Einrichtung der Anlagentechnik steht der Einsatz geeigneter Anoden im Vordergrund. Für das System der SurTec stehen besondere Anoden zur Verfügung, die eine hohe Standzeit und eine hohe Stromausbeute erlauben.

Christoph Tschaar, Hansgrohe SE, befasste sich mit der Beschichtung von Kunststoffen durch PVD-Verfahren für Sanitärarmaturen. Für derartige Oberflächen wird in der Regel auf den Kunststoff ein Schichtensystem aus Kupfer, Nickel und Chrom mittels klassischer galvanotechnischer Verfahren aufgebracht. Damit handelt es sich bei der vorgestellten Beschichtung nicht um einen Ersatz von Chrom(VI)-Verfahren, sondern um eine Erweiterung des Spektrums.

Die galvanische Schicht liefert einmal die elektrische Leitfähigkeit für die PVD-Beschichtung und verhindert zum anderen das Ausgasen des Kunststoffes im Vakuum, das für PVD Voraussetzung ist. Darüber hinaus muss verhindert werden, dass das Substrat zu stark erwärmt wird. Die Erwärmung lässt sich vermeiden, indem längere Pausen in den Beschichtungsprozess eingefügt werden.

Eine einzustellende Kenngröße ist die Farbe der PVD-Schicht. Kritisch sind hierbei die möglichen Gase, beispielsweise Stickstoff, die während der Beschichtung in geringen Mengen in die Prozesskammer eingeleitet werden. Diese verändern die PVD-Schicht. Anspruchsvoll ist die Einstellung der Farbe deshalb, weil durch Hochglanz die Farbabweichungen deutlich schlechter zu erkennen sind. Derzeit werden vom Sanitärdesign verstärkt schwarze Oberflächen gewünscht. Für diese eignet sich die Kombination aus galvanischer Grundschicht (in großem Umfang matte Schichten) und PVD-Deckschicht.

 

Elektrische Eigenschaften von Oberflächen

An die Oberflächenbeschichtung bei Einpresszonen und die Kontakte aus Aluminium für den Einsatz in Fahrzeugen werden besondere Anforderungen gestellt, mit den sich Ilhan Körbulak, Hatko Teknik Dononimlar Müm. ve Tic A.S., auseinander setzte. Steckverbinder sind wichtige Produkte der Elektrotechnik und werden nahezu zu 50 Prozent in der Automobilindustrie verbaut; weitere wichtige Bereiche sind die Industrieelektronik mit etwa 29 Prozent sowie die Telekommunikation, Konsumerelektronik und Datentechnik (Stand 2014). Dabei verzeichnen die Hersteller von Kontaktelementen seit Jahren einen ungebrochenen Anstieg der Produktionszahlen.

Die Anforderungen an derartige Kontaktelemente richten sich neben den guten elektrischen Eigenschaften auf eine hohe Korrosionsbeständigkeit, Verschleiß-/Reibbeständigkeit, gute Lötbarkeit sowie geringen Edelmetallanteil. Für die notwendigen Beschichtungen kommen Kupfer, Nickel, Zinn sowie Edelmetalle und Edelmetalllegierungen mit Silber, Gold und Palladium zur Anwendung. Großes Interesse erfahren neue Crimpkontakte, die aus miteinander verbundenem Kupfer und Aluminium bestehen und die eine Gewichtseinsparung insbesondere bei den Kabelbäumen für die immer umfangreiche elektrische Versorgung in Fahrzeugen bringen. Wie Körbulak an einem Beispiel aufzeigte, lassen sich damit etwa 25 Prozent an Gewicht einsparen. Die Kontakte eignen sich unter anderem für den Einsatz als Einpresskontakt in Leiterplatten, wodurch das Lösten entfallen kann. Für die Beschichtung werden in großem Umfang Zinnschichten aufgebracht, bei denen vor allem die Whiskerbildung zu vermeiden ist. Dies wird beispielsweise durch die Abscheidung von Zinnschichten mit Zugeigenspannungen erzielt, aber auch mit Hilfe von Nickelzwischenschichten oder Auslagerungen bei Raumtemperatur.

Dominik Höhlich untersuchte in Zusammenarbeit mit Markus Müller, Ingolf Scharf und Thomas Lampke, TU Chemnitz, die Verwendung von Legierungen auf Basis von Wolfram und Molybdän für die Herstellung von Leistungselektronikbauteilen für den Einsatz in der Fahrzeugindustrie. In diesem Bereich sind Neuentwicklungen durch die stetige Erhöhung der Leistungsfähigkeit notwendig, die durch die angestrebte Elektromobilität weiter steigen wird. Die bisher eingesetzten Oberflächen aus Silber, Kupfer, Gold oder Palladium zeigen bei der Belastung mit den zu erwartenden hohen Strömen eine zu geringe Beständigkeit gegen Abbrand.

Abhilfe könnte der Einsatz von Beschichtungen aus Molybdän oder Wolfram bringen, die sich allerdings aus wässrigen Lösungen nicht abscheiden lassen. Dass diese Metalle die erforderlichen Eigenschaften aufweisen, konnte an pulvermetallurgisch hergestellten Bauteilen gezeigt werden. Ein Ansatz zur Herstellung von Schichten aus Molybdän und Wolfram bietet die Abscheidung der Metalle aus ionischen Lösungen, mit deren Entwicklung sich der Vortragend und Kollegen befassen.

Metallische Bauelemente werden dann besonders gut gegen korrosive Angriffe geschützt, wenn eine isolierend wirkende Beschichtung aufgebracht wird, insbesondere bei den weit verbreiteten Zinkoberflächen. Allerdings unterbindet eine isolierende Schicht die elektrische Kontaktierung, die vor allem im Bereich des Fahrzeugbaus und zunehmend unter dem Aspekt der Elektromobilität erforderlich ist. Patricia Preikschat gab einen Einblick in die Eigenschaften von korrosionsschützenden Schichten und deren Beeinflussung im Gebrauch. Insbesondere verzinkte Schrauben müssen einerseits sicher gegen Korrosion geschützt werden, andererseits aber auch gewährleisten, dass die verbundenen Bauteile als Rückleiter für das Bordnetz eines Fahrzeugs funktionieren. Vor allem muss auch eine elektrostatische Aufladung eines Fahrzeugs vermieden werden.

Die üblichen Passivierungen mit Dicken im Bereich von weit unter 1 µm werden beim Einsatz durch wirkende Druck- und Reibkräfte leicht zerstört und stellen damit nur einen geringen zusätzlichen elektrischen Widerstand dar. Ähnlich verhalten sich beispielsweise Gleitwachse. Höhere elektrische Widerstände stellen die Topcoats dar und KTL-Beschichtungen sind meist vollständige Isolatoren. Als nachteiliges Erscheinungsbild hat sich die sogenannte kathodische Unterwanderung herausgestellt, deren Ursachen bisher nicht vollständig geklärt sind. Sehr wahrscheinlich ist die Unterwanderung auf die Bildung von Wasserstoff im Zusammenhang mit der Korrosion der vorhandenen Zinkbeschichtungen zurückzuführen. Die Unterwanderung führt zur großflächigen Lackablösungen und damit zum Verlust der Korrosionsbeständigkeit. Derzeit werden vermehrt Beschichtungen entwickelt, bei denen die elektrische Leitfähigkeit der Schicht einstellbar ist.        

 

Forum Bauteilreinigung

Schwerpunktthema des Forums Bauteilreinigung im Rahmen der ZVO-Oberflächentage war das Thema Filmische Verunreinigung, zu dem der FiT im vergangenen Jahr eine Richtlinie herausgegeben hat.

In vielen Industriezweigen ist die Sauberkeit von Bauteiloberflächen nach Vor-, Zwischen- und Endreinigungsschritten ein wichtiges Qualitätsmerkmal. Trotz des Einsatzes modernster Produktionstechniken können fertigungsbedingte Verunreinigungen nicht immer vollständig ausgeschlossen werden. Vorhandene Verschmutzungen müssen entsprechend abgereinigt werden, damit das Bauteil eine hinreichende Sauberkeit für die nachfolgenden Fertigungsschritte wie Fügen oder Lackieren und die Endanwendungen aufweist.

Wurden in den vergangenen Jahren dabei hauptsächlich partikuläre Verunreinigungen betrachtet, werden derzeit zunehmend auch chemisch/filmische Verunreinigungen als qualitätsbeeinflussend wahrgenommen. Zu den filmischen Verunreinigungen gehören Öle und Fette, aber auch Rückstände von Korrosionsschutzmitteln, Beschichtungen, Kühlschmierstoffen und weiteren Fertigungshilfsmitteln. Ebenso dazu zählen Konservierungsstoffe und Klebstoffe sowie Handschweiß- und Fingerabdrücke. Ganz allgemein können filmische Verunreinigungen als dünne, zusammenhängende, nicht‑partikuläre Schicht aus unerwünschten, fremdartigen Bestandteilen auf Teil- oder Vollflächen von Bauteilen beschrieben werden.

Die Situation für Teilehersteller und Reinigungsanlagenbetreiber wird immer anspruchsvoller, da eine zunehmende Zahl an Fertigungsprozessen und Endanwendungen auf saubere Bauteiloberflächen hinsichtlich filmischer Verunreinigungen angewiesen sind. Basierend auf dem verfügbaren Stand der Technik, angereichert mit Praxis- und Expertenwissen sowie Anwendererfahrung der Autoren wurde die FiT-Richtlinie „Filmische Verunreinigungen beherrschen“ erarbeitet, die André Lohse in Vertretung für Dr. Michael Flämmich im Rahmen des Forums Bauteilreinigung vorstellte.

Marcel Kleßen befasste sich im Anschluss speziell mit der filmischen Verunreinigung in der Vakuumtechnik. Die Sauberkeitskontrolle vor dem Beschichten war Thema von Stefan Büttner. Sein Vortrag gab einen Überblick über die gängigsten Methoden und einen tieferen Einblick in die Fluoreszenzmessung zur Sauberkeitskontrolle.

Den neuen Adhäsa-Ansatz zur Prüfung von filmischen Verunreinigungen stellte Dr. Markus Rochowicz vor. Im Industrieverbund „AdhäSa – Adhäsive Sauberkeit“ arbeiten Anwender aus der Automobil- und Zulieferindustrie sowie Dienstleistungslabore, die sich mit der Prüfung von Verunreinigungen befassen, eng zusammen. Auch hier ergeben sich hinsichtlich filmischer/chemischer Verunreinigungen Klärungsbedarfe zu:

  • Grenzwertprüfung (im Kunden-Lieferanten-Verhältnis)
  • Ursachenforschung und Optimierung von Prozessen
  • Überwachung von Prozessen

Zu den Punkten 2 und 3 gibt bereits eine Reihe etablierter Verfahren. Eine robuste und quantitative Methode, die zum Beispiel im Kunden-Lieferanten-Verhältnis zur Prüfung von Sauberkeitsgrenzwerten aus vertraglich vereinbarten Spezifikationen geeignet ist, ist hingegen noch nicht verfügbar. Hier leistet AdhäSa Entwicklungsarbeit.

Yunus Demirtas befasste sich mit der Feinst-Entfettung mit integriertem Niederdruck(ND)-Plasma. Bauteile werden zur Feinst-Entfettung nach der Nassreinigung oft einem weiteren Behandlungsschritt, zum Beispiel einer separaten Plasmareinigungsanlage, zugeführt. Mit der Anlagenlösung von Ecoclean können sie in einem kombinierten Prozess zuerst mit Lösemitteln gereinigt/entfettet und anschließend im ND-Plasma feinst-entfettet werden.

Eine allgemeine Einführung in die wässrige Reinigung anhand eines Anwendungsbeispiels aus dem Galvanik-Bereich gab Thomas Gutmann.

Jan Sommer stellte die prozessintegrierte Qualitätsüberwachung bei der Oberflächenbearbeitung und Laserstrahl-Reinigung von Bauteilen vor. Bei der Reinigung mit Laserstrahlung werden durch gebündeltes Licht Schmutz- und Deckschichten umweltfreundlich entfernt. Besonders im Leichtbau sind automatisierte, schlüsselfertige Lösungen gefragt, die sich in Form von laserbasierten Reinigungsstationen direkt in die Prozesskette integrieren lassen und somit Zeit und Kosten sparen, Ressourcen schonen und die Qualität sichern. Das Laserverfahren bietet dabei zahlreiche Möglichkeiten der integrierten Prozesskontrolle.

Kerstin Zübert ging der Frage nach, ob, wo und wie die Regulierungswut auch bei Medien für die Vorbehandlung und Reinigung von Metallteilen zuschlägt.

Den Abschluss der Vortragsreihe machte Dr. Andreas Voßberg mit der Vorstellung der neuen DGUV Information 209-088 „Reinigen von Werkstücken mit Reinigungsflüssigkeiten“, die Betreiber mit praxisnahen Beispielen bei der Erstellung der Gefährdungsbeurteilung unterstützt. Schwerpunktmäßig betrachtete er die Gefährdungen an Reinigungseinrichtungen aufgrund von Bränden und Explosionen und leitete konkrete Empfehlungen für Schutzmaßnahmen ab. 

Neuentwicklungen bei der Anodisation

Die Erhöhung der Standzeit und die Verkürzung von Produktionszeiten spielen heute in vielen Bereichen der Produktion eine wichtige Rolle. Julia Dukwen, Aalberts Surface Treatment GmbH, betrachtete unter diesen Aspekten die Verwendung und Anodisation von technischen Aluminiumlegierungen. Oxidschichten für den funktionellen Einsatz werden bislang vor allem in schwefelsauren Elektrolyten hergestellt. Die Härten der Schichten liegen hier bei etwa 500 HV0,025 bei Schichtbildungsraten von annähernd 1 μm/min. Als nachteilig bei der Anodisation in Schwefelsäure gilt die Zunahme der Rauheit. Zur Erzielung der gewünschten kurzbrüchigen Späne wird Legierungen vor allem Blei zugegeben, bei Aluminiumlegierungen zwischen 0,2 Prozent und 0,7 Prozent. Bei der sogenannten bleifreien Legierung 6026LF, die als gut zerspanbar gilt, liegt der Anteil unter 0,05 Prozent Blei. Für diese Legierungen wird die Anodisation in Oxalsäure eingesetzt, die bei klassischer Arbeitsweise zwar eine geringere Härte von etwa 400 HV0,025 und eine geringere Korrosionsbeständigkeit aufweist, aber höhere Schichtbildungsraten besitzt. Wie Untersuchungen zeigen, kann durch Absenkung der Elektrolyttemperatur beim Anodisieren eine höhere Härte zwischen etwa 430 HV0,025 und 460 HV0,025 erzielt werden, allerdings mit dem Nachteil geringerer Schichtbildungsraten.

Bisher für Implantate eingesetzte Titanlegierungen enthalten Vanadium und Aluminium. Vanadium wirkt zelltoxisch und Aluminium steht im Verdacht, Alzheimer-Krankheit auszulösen. Daher wird nach unkritischen Legierungselementen für diese Anwendungen gesucht, die durch geeignete Oberflächenbehandlungen eine vergleichbare Biokompatibilität und Korrosionsbeständigkeit erzielen. Dr. Stephan Lederer, Dechema Gesellschaft für Chemische Technik und Biotechnologie e.V., befasst sich mit dem Plasamaanodisieren als Oberflächenbehandlung von alternativen Titanlegierungen. Neben der Biokompatibilität und Korrosionsbeständigkeit müssen derartige Beschichtungen einen niedrigen E-Modul, eine hohe mechanische Festigkeit und gute Verschleißbeständigkeit aufweisen. Das Plasmaanodisieren entspricht im ersten Ansatz dem konventionellen Anodisieren zum Aufbau einer Oxidschicht auf Titan. Die Erhöhung der Anodisationsspannung auf Werte von mehr als 100 Volt löst eine Funkenentladung aus. Diese führt zum lokalen Aufschmelzen der Oxidschicht, wodurch sich deren Struktur ändert. Neben dem Strom/- Spannungsverhältnis spielen die Zusammensetzung und Leitfähigkeit des verwendeten Elektrolyten sowie eine Modulation des Stroms eine Rolle. Bei den durchgeführten Versuchen zeigte sich, dass mit dem verwendeten Elektrolytsystem auf der Oberfläche des eingesetzten CP-Titan Grad 4+ eine Schicht mit Calciumphosphaten entsteht, wobei der Anteil an Calciumphosphatkristallen stromdichteabhängig ist. Die Schichten weisen eine offene Porenstruktur aus und mit steigender Frequenz (von 1 Hz auf 10 Hz) wächst der Anteil an Calciumphosphatkristallen. Die Korrosionsbeständigkeit der Schichten ist geringer als die des Grundmaterials und von der Morphologie und Dicke der Schicht abhängig. Diffusionsdialyse zur Standzeitverlängerung Mittels Diffusion durch eine semipermeable Membran ist es möglich, die Bestandteile einer Lösung zu trennen. Dieses Verfahren, vorgestellt von Rainer Klein, Spiraltec GmbH, kann zur Aufarbeitung von Anodisierelektrolyten genutzt werden, um Säure für den Prozess zurückzugewinnen und Aluminium aus dem System zu entfernen. Dies erhöht deutlich die Standzeit der eingesetzten Elektrolyte und reduziert die anfallende Abfallmenge als Schlamm. Das neue Verfahren arbeitet mit Wickelmodulen, die einen geringen Platzbedarf bei gleichzeitig hohem Durchsatz aufweisen. Die im Gegenstrom arbeitenden Systeme zeichnen sich durch eine Säurerückgewinnung von bis zu 90 Prozent und einen Metallrückhalt von bis zu 98 Prozent aus. Damit kann beispielsweise der Bedarf an Frischsäure und Wasser für das Anodisieren deutlich reduziert werden. Die Technologie stellt eine sinnvolle Alternative zur bisher gebräuchlichen Retardation dar. 

Dr. Elke Spahn, Gravitech GmbH, stellte eine angepasste Analysentechnik für den Einsatz in Anodisierbetrieben vor. Ihren Ausführungen zufolge sollten möglichst alle eingesetzten Lösungen in Bezug auf ihre Wirkung umfassend analysiert und kontrolliert werden. Dazu sind beispielsweise die pH-Werte für das Entfetten, Dekapieren, Anodisieren, Beizen oder elektrolytische Glänzen zu bestimmen. Beim Anodisierelektrolyten, dem elektrolytischen Glänzen und dem Verdichten kommen die Metallgehalte als wichtige Kennwerte hinzu. Zu beachten ist allerdings der für die Analyse erforderliche Aufwand, der vor allem von den zu bestimmenden Mengen abhängt. Für höhere Mengengehalte ist die gravimetrische Titration eine gut geeignete Analysentechnik, während Anteile im Milligrammbereich auf Verfahren wie Photometrie, Atomabsorptionsspektrometrie (AAS) oder Röntgenfluoreszenzanalyse (RFA) angewiesen sind. 

 

Anwendungsnahe Zukunftstechnologien

An der Hochschule Aalen wird unter Federführung von Prof. Dr. Timo Sörgel an der Entwicklung von Schwefelelektroden für Lithium-Schwefel-Akkumulatoren gearbeitet. Der Fokus liegt auf den Möglichkeiten der galvanischen Dispersionsabscheidung. Derzeit basieren die Elektroden auf einer Stromsammlerfolie und einer darauf aufgebrachten Mehrkomponentenschicht aus Schwefelpartikeln, Kohlenstoffpartikeln und Bindemitteln. Der neue Ansatz richtet sich auf die Erzeugung der Stromsammlerbasis unter Nutzung der Kenntnis der galvanotechnischen Folienhersteller und darauf, die Dispersionsschicht mit Schwefel als Aktivmaterial abzuscheiden. Nickel fungiert hierbei als Metall für Stromsammler und Bindemittel der Schwefelpartikel, wobei alternativ auch Kupfer in Betracht kommt. Die primäre Herausforderung hierbei bestand darin, eine ausreichend hohe Aktivität der Schwefelpartikel zu erzielen. Inzwischen konnte dies im Labormaßstab erfolgreich abgeschlossen werden. Im nächsten Schritt wird eine Technikumsanlage errichtet, um die Prozessparameter zu optimieren und die Kosten für den Einsatz der Entwicklungen im großtechnischen Produktionsmaßstab abschätzen zu können. 

Aufbauend auf den Ergebnissen zum Einsatz der Dispersionsabscheidung im Labormaßstab befasst sich Joanna Komorowska, Hochschule Aalen, unter anderem mit der Umsetzung der Technologie zur Herstellung von Akkuelektroden mittels galvanotechnischer Verfahren in Produktionseinrichtungen. Möglich ist dies durch die Nutzung von Edelstahlzylindern, auf die Nickel abgeschieden und zugleich Schwefelkörper eingelagert werden. Gewählt wurde dafür Nickelsulfamat. Als weiteres Aktivmaterial wurde eine Verbindung aus Lithium, Eisen und Phosphat (LFP) beziehungsweise Lithium und Nickel (NMC) verwendet. Zur Herstellung von Batteriefolien ist die Konstanz der Abscheidung eine wichtige Kenngröße. Dazu wurde der Eisengehalt des Elektrolyten bestimmt, der im Laufe der Zeit zunimmt, was auf eine mögliche Reaktion hinweist. Es konnte gezeigt werden, dass die LFP-Partikel ihre Zusammensetzung verändern, indem Eisen durch Nickel ersetzt wird und dadurch die Eigenschaften der Partikel nachteilig verändert werden. Ein weiterer Punkt ist die notwendige Funktionalisierung der Partikel, was beispielsweise mit Keramiken, Polymeren, Polyelektrolyten oder funktionalen Gruppen möglich ist. Dies verbessert den Einbau der Partikel in die Schichten.

Wie Dr. Sandra Meinhard, Hochschule Aalen, zu Beginn ihres Vortrags betonte, liegt der Vorteil der Lithium-Schwefel-Technik in der deutlich höheren gravimetrischen Energiedichte. Das hohe Interesse an einem derartigen Aufbau ist auch in der stark steigenden Zahl an Publikationen festzustellen. Neben der Energiedichte besticht das Verfahren durch geringe Kosten und hohe Umweltfreundlichkeit. Allerdings unterliegen die Stoffe einer geringen Lebensdauer und einer geringen Nutzung des Aktivmaterials. Stand der Technik ist ein Aufbau aus Lithiumelektrode, organischem Elektrolyt und Verbundschicht aus Kohlenstoff, Schwefel und Binder. Von Nachteil ist die starke Volumenänderung im Gebrauch zwischen den Zyklen (geladen – entladen). Die starke Strukturänderung beim bestehenden System (Schwefel wird zu Polysulfiden) ist Anlass, nach einem anderen System zu suchen. Insbesondere empfiehlt sich die Eliminierung des Binders und des zur Erhöhung der Leitfähigkeit verwendeten Kohlenstoffs. Im ersten Ansatz wurde ein Redox-Flow-System angegangen. Dazu wurde ein Slurry mit Trägerpartikel mit Schwefel hergestellt. Dieses wird in einem System mit Pumpen aus einem Reservoir mit der Lithiumkathode in Kontakt gebracht. Als besonders aussichtsreich gelten Aluminiumlegierungen aufgrund der ausgezeichneten Leitfähigkeit und der geringen Dichte. Ausgangsmaterial sind gasverdüste Partikel auf Aluminiumbasis. Dieses Pulver wird geätzt und die Oberfläche so etwa um den Faktor 200 vergrößert. Im zweiten Schritt wird Kobalt auf der Oberfläche durch Zementation aufgebracht, wobei eine partielle Beschichtung ausreichend ist.

Neben Anode und Kathode stellt der Separator ein weiteres wichtiges Element eines Akkumulators dar. Der Separator muss nach Aussage von Anne Wengel, Hochschule Aalen, eine sehr hohe Oberfläche, gute elektrische Leitfähigkeit, eine gute Form- und Temperaturstabilität sowie eine günstige Dicke und ein günstiges Gewicht besitzen. Bisher werden dafür Polyolefine eingesetzt. Zwar funktioniert diese Art des Separators auch für die neuartigen Lithium-Schwefel-Akkus, allerdings können bei diesem System auftretende Polysulfide durch den Separator diffundieren und weiter reagieren. Als Alternative könnte aber beispielsweise eine Aluminiumoxidschicht dienen. Die Herstellung erfolgt durch Anodisieren eines Aluminiumsubstrats, anschließendem Wegätzen des Aluminiums und Öffnen der Poren durch Ätzen mit Phosphorsäure. Vorteile wären hierbei gut einstellbare Porendichten, Porendurchmesser oder Porenlängen. Kommerziell verfügbare Membranen erwiesen sich aufgrund der Sprödigkeit als unbrauchbar. Dadurch entstand die Idee, selbst Membranen herzustellen, wobei eine Dicke von 60 Millimetern und einige 10 Nanometer Porendurchmesser angestrebt wurden. Vorteilhaft ist bei einer dementsprechenden Membran die Möglichkeit, Polyelektrolyte auf die Folien aufbringen zu können. Hergestellt wurden die Folien durch einseitige Anodisation. Das verbleibende Aluminium kann in konzentrierter Salzsäure gelöst werden. Die Poren werden durch Ätzen geöffnet. Von Vorteil ist die ausreichende Flexibilität der Folien. Im Weiteren wird die erzeugte Folie funktionalisiert mit Polykation- und Polyanionsäure, wobei mehrschichtige Aufbauten herstellbar sind. 

 

Beschichtung hochfester Polymere

Im Rahmen eines vom BMWi geförderten Verbundvorhabens wurde die funktionale Beschichtung von CFK-Materialien (CFK = carbonfaserverstärkter Kunststoff) untersucht. Die Ergebnisse stellte Katja Feige, Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA, vor. CFK-Materialien verknüpfen eine geringe Masse mit einer hohen Festigkeit und Steifigkeit und sind für viele Applikationen ein idealer Werkstoff. Die Oberflächeneigenschaften genügen für viele Anwendungen allerdings nicht, da Aspekte wie Reinigbarkeit, Medienbeständigkeit und tribologische Anforderungen nicht ausreichend erfüllt werden. Zudem verursacht freiliegendes Carbon bei einer Verbundbauweise Kontaktkorrosion bei vielen Metallen. Hier können Beschichtungen eine Lösung bieten. Eine galvanische Beschichtung von CFK ist aktuell am Markt nicht ohne Einschränkungen möglich, speziell für den Einsatz mit tribologischen Anforderungen und im Bereich des Korrosionsschutzes. Die galvanisch abgeschiedenen Schichtsysteme weisen Qualitätsprobleme bezüglich Haftung und Porosität auf. Großes Potenzial haben CFK-Bauteile, die mit einer funktionalen Chromschicht versehen sind. Das vom BMWi geförderte Verbundvorhaben CarboChrom hat zum Ziel, eine industriell reproduzierbar einsetzbare Prozesskette zur funktionalen galvanischen Beschichtung von CFK zu entwickeln. Der Werkstoff CFK wird dabei nicht als Black Box betrachtet, sondern hinsichtlich der Harze und Fasern erfolgt eine mechanistisch fundierte Abstimmung von CFK und nasschemischer Prozesskette, da nur so die industrielle Einsatzfähigkeit erlangt werden kann. Dies bedeutet, dass die verwendeten Harze beispielsweise durch Zugabe von Opferpartikeln funktionalisiert werden, um so einen selektiven Angriff der Bauteiloberfläche zu ermöglichen. Die dadurch entstehende Beizstruktur soll eine haftfeste Metallisierung auf Basis der klassischen Kunststoffmetallisierung ermöglichen. Ein weiterer Lösungsweg ist die direkte Verchromung der Carbonfasern.

Magali Camargo, Päpstliche Katholische Universität von Peru, und Kollegen befasst sich mit der selektiven Beschichtung von Kunststoffen unter Einsatz von laserbasierten Technologien und galvanischen Abscheidetechnologien. Derartige Schichten finden unter anderem Einsatz für MIDs oder ICs. Als bekannte Technologie gilt das Laserdirektstrukturieren (LDS) zur Herstellung von 3-D-Strukturen. Hierzu werden beispielsweise Metallpartikel dem Kunststoff beigemischt, die nachfolgend durch Laserablation freigelegt werden. Eine andere Methode ist die Erzeugung von Metallkeimen, indem das Substrat in eine metallhaltige Lösung gebracht und durch Laserbestrahlung die Reduktion der gelösten Metallionen ausgelöst wird. Auf Basis dieser Methode ist es möglich, mithilfe von Picosekundenlasern strukturierte Metallpfade zu erzeugen, wobei als Substrat zum Beispiel PBT eingesetzt wird. Als Ausgangsmetall für die Metallstruktur eignet sich Palladium-chlorid in wässriger Lösung. Durch eine Optimierung der Laserparameter kann die Ausführung der Metallschichten gesteuert werden, zum Beispiel die Dichte der Metallisierung. Dies zeigte die Vortragende an der Belegung der Kunststoffoberfläche mit Metallkeimen beziehungsweise Metallpartikeln. Je nach Herstellungsbedingungen können geschlossene Metallfilme mit guter Haftung erzeugt werden. ​​​​​​

 

Konstruktionselement Oberfläche

Die Berührungslose Schichtdickenmessung mittels eines auf thermooptischer Basis beruhenden Verfahrens hat sich inzwischen in der Lackiertechnik etabliert. Die von Prof. Dr. Niels Reinke, Winterthur Instruments AG, mitentwickelte Technologie ist in der Lage, ohne größeren Aufwand kontinuierliche Daten des Beschichtungsprozesses zu liefern. Damit bietet sie neben anderen Messwerten wie Luftfeuchte, Temperatur oder Umgebungsdruck die Basis zur Schaffung eines digitalen Zwillings der Beschichtung. Die Prozessdaten werden mit dem Beschichtungsergebnis verknüpft und bieten so ein virtuelles Abbild der Produktion. Damit ist es möglich, Variationen im Prozess zu testen, ohne meist sehr kostenintensive Änderungen der Anlagen oder der für die Produktion erforderlichen Grundund Beschichtungsmaterialien durchführen zu müssen. Zudem lassen sich mit der digitalen Abbildung eines Prozesses Optimierungen der Bearbeitungsqualität und der Prozesskosten vornehmen.

Die von Andreas Hofmann, Fraunhofer IPM, vorgestellte Messtechnik basiert auf den Möglichkeiten der optischen Verfahren bei unterschiedlichen Wellenlängen. Diese werden je nach Dimension der zu vermessenden Oberfläche von Bauteilen ausgewählt. Dadurch kommen Verfahren wie Holografie oder Fluoreszenzmessung zur Anwendung. Einer der großen Vorteile der optischen Verfahren ist die hohe Messgeschwindigkeit und Informationsdichte der Messwerte. Die Auflösung der Messung reicht in den Bereich bis zu einigen Nanometern, ist aber auch in der Lage, große Messfeldabmessungen bei hoher lateraler Auflösung zu erreichen. Eine neue Entwicklung ist die Erfassung von individuellen Bereichen einer Oberfläche zur eindeutigen Identifizierung von Bauteilen, ohne dafür eine spezielle Markierung einsetzen zu müssen. Das Verfahren ist mit der Erkennung eines Fingerabdrucks bei Personen zu vergleichen.

Andreas Schütte, HSO Herbert Schmidt GmbH & Co. KG, befasste sich mit der Entwicklung von Vorbehandlungsverfahren für die galvanische Beschichtung von Kunststoff ohne das bisher gebräuchliche sechswertige Chrom. Dabei ist es notwendig, sowohl die Anforderungen an Ökologie und Ökonomie für eine breitere Auswahl an Kunststoffen zu erfüllen als auch die Mischungen verschiedener Kunststoffsorten in einem Bauteil zu berücksichtigen. Zu den wichtigsten Anforderungen in technischer Hinsicht zählt eine hohe Haftung zwischen Metallbeschichtung und Kunststoffsubstrat.

Die Umsetzung der Gewichtseinsparungen bei Fahrzeugen durch Leichtbau führt dazu, dass unterschiedliche Werkstoffarten beziehungsweise Werkstoffkombinationen zum Einsatz kommen. Dies wirkt sich wiederum auf die Art der Verbindungstechnologie aus. Anstelle von Schweißen hat deshalb das Nieten erheblich an Bedeutung gewonnen. Mit den daraus abgeleiteten Anforderungen an die Beschaffenheit von Nieten, speziell den Halbhohlstanznieten aus hochfesten Werkstoffen, befasste sich Michael Neubauer vom Institut für Werkstoff- und Fügetechnik IWF. Diese Verbindungselemente aus Grund-werkstoffen mit Festigkeiten von mehr als 1.500 MPa werden vor allem durch Almac- und Zink-Nickel-Beschichtungen gegen Korrosion geschützt. Beim für den Vergleich herangezogenen Almac-Verfahren handelt es sich um eine Doppelschicht (Grundschicht aus 85 Prozent Zinn mit Aluminium und Deckschicht aus 75 Prozent Zink mit Zinn) in einer Gesamtdicke von 15 μm bis 20 μm. Die Zink-Nickel-Schicht wurde galvanisch in einer Dicke von 5 μm bis 10 μm aufgebracht. Beide Verfahren müssen eine geringe Gefahr der Wasserstoffversprödung besitzen, um für die Nieten zugelassen zu sein. Zudem ist eine sehr gute Haftung der Beschichtung auf Nieten eine Grundvoraussetzung, um bei der Verarbeitung nicht vom Grundwerkstoff abgetrennt zu werden und so den Korrosionsschutz aufrechtzuerhalten. Schließlich müssen die Nietoberflächen ein gutes Reibverhalten aufweisen. In umfangreichen Untersuchungen wurde bei den beiden Beschichtungsarten der Wasserstoffeintrag bestimmt. Als Wasserstoffquellen kommen neben dem galvanischen Verfahren (damit ausschließlich bei der Zink- Nickel-Beschichtung) die im Fertigungsprozess der Fahrzeugkarosserie enthaltene kathodische Tauchlackierung sowie der im Einsatz mögliche Korrosionsangriff in Betracht.

Innovative Leichtbauweisen versprechen insbesondere bei Fahrwerkteilen in Automobilen wie Gelenken, Bremsen, Federn, Lenkung und Rädern enorme Chancen für eine nachhaltige Gewichtsreduktion und somit auch Einsparungen im Kraftstoffverbrauch des Fahrzeugs. Wie eine aktuell von der Dörken MKS-Systeme GmbH & Co. KG beauftragte Studie, vorgestellt von Christian Lenzmann, zeigt, kommt es dabei aber auch auf den optimalen Korrosionsschutz an. Hierfür wurden sowohl die Eigenschaften der Grundwerkstoffe als auch die Eigenschaften und Kosten möglicher Beschichtungsarten einbezogen und verglichen.

 

Analyseverfahren

Organische Schichten erleiden bei Beschädigung eine Enthaftung, wenn kathodischer Korrosionsschutz zum Einsatz kommt, also ein System aus dem Grundmaterial Stahl, elektrolytischer Verzinkung und abschließender Lackierung vorliegt. Martin Babutzka, Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung BAM in Berlin, arbeitet daran, dafür eine Prüfmethode zur schnellen Bewertung zu entwickeln. Im Bereich der Automobilindustrie sind dazu Normen aufgelegt, die aber zum Teil realitätsfremde Rahmenbedingungen schaffen. Zu den Kritikpunkten der bisher eingesetzten Verfahren zählen eine zu aggressive Belastung, mangelnde Vergleichbarkeit mit anderen Tests oder ein grundsätzlich zu geringer Informationsgehalt der Ergebnisse. Ursache für die Enthaftung ist der entstehende Wasserstoff. Die Beurteilung erfolgt bisher beispielsweise aufgrund der freigelegten Fläche oder der gemittelten Strecke der Enthaftung vom Schadensritz. Übersichtsversuche zeigen, dass die Höhe des angewandten Stroms deutlich den Enthaftungsbereich festlegt, wobei weitere Kenngrößen vorliegen wie die Prüftemperatur. Weitere Einflussgröße ist die Tiefe des erzeugten Ritzes. Hierbei wirkt sich aus, dass die Zinkschicht sehr duktil ist und damit nur bedingt bis zum Grundwerkstoff durchdrungen wird. Diese Unsicherheit schränkt die Reproduzierbarkeit ein.

Wie Dr. Andreas Ban, VDEh-Betriebsforschungsinstitut Düsseldorf, einleitete, dienen die Untersuchungen mit Mikroelektroden der Bewertung der Hochgeschwindigkeitsabscheidung von Zink- und Zinklegierungsschichten, wie sie beispielsweise für die Bandbeschichtung zum Einsatz kommt. Dazu eignen sich Mikroelektroden, da hohe Grenzstromdichten besser messtechnisch erfasst werden können. Dabei ist zu berücksichtigen, dass es sich um eine aufwändige Messtechnik mit hoher Anfälligkeit gegenüber Verunreinigungen handelt. Mikroelektroden besitzen relativ kleine Querschnitte der Messfläche mit einem Durchmesser von etwa 10 Mikrometern und weisen sehr kurze Reaktionszeiten auf. Prinzipiell ist bei den Untersuchungen an verzinkten Substraten mit Mikroelektroden ein großer Einfluss von Fremdstoffen im Zinkelektrolyten festzustellen, insbesondere auf die Kinetik der Abscheidung. Die genaueren Einflüsse wurden für die Fremdmetalle Aluminium, Magnesium, Eisen, Blei und Kobalt ermittelt, wobei Aluminium den stärksten Einfluss ausübt. Ein weiterer Effekt der Verunreinigungen ist die Veränderung der Rauheit, die bedingt in kathodischem Elektrodenpotenzial zu messen ist.

 

Kathodischer Korrosionsschutz und Konversionsschichten

Seit Kurzem sind neben den bisher üblichen mehrschichtigen Zinklamellensystemen auch einschichtige verfügbar, mit denen sich Andreas Fink, Atotech Deutschland GmbH, befasst. Diese erlauben es, die Herstellungskosten zu reduzieren und den Durchsatz zu erhöhen. Die Zinklamellenbeschichtungen werden vorwiegend auf Massenteile aufgebracht. Hierfür stehen spezielle Anlagen mit Schleudertrommeln zur Verfügung. Die Beschichtung erfolgt durch Tauchprozesse, wobei der Schleudervorgang für eine sichere Beschichtung aller Teile in der Trommel sowie für gleichmäßige Schichtdicken sorgt. Bei den einschichtigen Zinklamellenverfahren wird mit einer durchschnittlichen Schichtdicke von 6 bis 8 Millimetern gearbeitet. Damit wird eine Korrosionsbeständigkeit von mindestens 720 Stunden bis zum Auftreten von Grundmetallkorrosion gemäß ISO 9227 erzielt. Bei zusätzlichem Auftrag von Topcoats mit Dicken im Bereich von 1 bis 2 Millimetern erhöht sich die Beständigkeit auf mehr als 1.200 Stunden. Für höherdimensionierte Teile bietet sich die Beschichtung auf Gestellen an.

Infolge des Verbots von Passivierungen auf Basis von Chrom(VI) sind zahlreiche Passivierungsvarianten mit dem primären Bestandteil Chrom(III) in Gebrauch. Diese enthalten als weitere Bestandteile Verbindungen mit Kobalt, Nickel, Eisen oder auch Fluorid. Sanaz Hesamedini von der TU Ilmenau beschäftigt sich mit den Wirkungen der einzelnen Bestandteile und deren Effekt auf die Korrosionsbeständigkeit von Passivierungen auf Zinkoberflächen. Untersucht wurden verschiedene Zusammensetzungen, die aus einer Passivierungslösung mit pH 1,8 und bei einer Temperatur von 40 °C innerhalb von 60 Sekunden aufgebracht worden waren. Es zeigt sich, dass bei Anwesenheit von Fluorid annähernd die doppelte Menge an Chrom in den Niederschlag eingebaut wird, während der Kobaltgehalt kaum Einfluss auf die Chrommenge erkennen lässt. Der Kobaltanteil dagegen halbiert sich bei Anwesenheit von Fluorid. Des Weiteren wird durch Fluorid die Dicke der Passivierung deutlich erhöht, von etwa 230 auf 340 bis 430 Nanometer. Eine anschließende Wärmebehandlung ergibt wiederum eine Schichtdickenreduzierung um 25 bis 40 Prozent. Ebenso erhöht sich die Schichtdicke bei höheren Temperaturen der Passivierungslösung. Die Morphologie der Passivschicht zeigt unter Einwirkung von Fluorid die Bildung von Hohlräumen.

Versiegelungen und Topcoats auf Oberflächen, meist Zink und Zinklegierungen, werden dafür herangezogen, die Eigenschaften der Oberflächen an bestimmte Aufgaben anzupassen. Dr. Michael Krumm, Coventya GmbH, gab einen Einblick in die Anforderungen an Topcoats und Versiegelungen, wie sie von den Kunden der Beschichter in immer stärkerem Maße nachgefragt werden. Insbesondere die Eigenschaften von Oberflächen in Bezug auf Reibung und Verschleiß stehen bei Verbindungselementen im Vordergrund, da hier die Oberfläche als Kontaktbereich zwischen zwei Bauelementen das Gesamtsystem maßgeblich beeinflusst. Eine Versiegelung oder Deckschicht, die für den Einsatz bei Verbindungselementen bestimmt ist, lässt sich unter anderem durch Zusatzstoffe in einem sehr großen Bereich auf die jeweilige Aufgabe hin optimieren. Je nach Gesamtsystem aus Reibpartnern und Ausführung der Oberflächen lassen sich Reibwerte von niedrigen (μ = 0,1) bis hohen Werten (μ = 0,9) einstellen. Erhöhte Anforderungen an die Funktionalität von Verbindungselementen ergeben sich durch die Forderung nach gleichbleibenden Reibwerten im Falle von Mehrfachanzug bei Schrauben. Zudem müssen die Werte für unterschiedliche Materialkombinationen, wie sie im Leichtbau für Fahrzeuge zunehmend auftreten, einstellbar sein.

 

Funktional meets Dekorativ

Dr. Thomas Schubert, Iolitec GmbH, befasste sich mit der Abscheidung von Metallen, insbesondere mit der Abscheidung von Aluminium aus ionischen Flüssigkeiten als Alternative zur Verchromung auf Kunststoffen. Ein Ziel kann es hierbei sein, das Beizen von Kunststoff unter Einsatz von Chrom(VI) aufzugeben und somit bei der Kunststoffmetallisierung vollständig auf sechswertiges Chrom zu verzichten. Eine vollständige Life-Cycle-Analyse schließt in diesem Fall auch das Recycling der verbrauchten Elektrolyte ein.

Bronzeschichten stellen eine interessante Alternative zu den bisher in großem Umfang eingesetzten Nickelschichten dar, sind aber mit den bisher verfügbaren Verfahren auf Basis von cyanidischen Elektrolyten nicht in ausreichender Dicke abscheidbar. Neue, allerdings kommerziell noch nicht verfügbare Verfahren auf Basis von Schwefel- oder Methansulfonsäure, Pyrophophat, Natriumcitrat oder Triethanolamin sollen Schichten mit Härten bis 600 HV, hoher Korrosionsbeständigkeit und dem Nickel vergleichbarer Farbe und Schichtdicke liefern. Mit der Umsetzung eines produktionsfähigen Verfahrens befasste sich Christian Mock, Fraunhofer IPA. Für diese Arbeiten wurde im ersten Schritt eine Zusammensetzung der Schicht aus etwa 50 Prozent Kupfer, 40 Prozent Zinn und Zink angestrebt. Hiermit lassen sich Schichtdicken von mehr als 30 μm und Schichthärten von bis zu 350 HV erzielen. In einem weiteren Ansatz wurde eine binäre Legierung aus Kupfer und Zinn dargestellt, mit der Schichthärten von bis zu 550 HV mit einem deutlich einfacher zu handhabenden Elektrolyten abscheidbar sind. Eine Herausforderung liegt hier bei der Stabilisierung des gelösten zweiwertigen Zinns im Abscheidelektrolyten, das unter Einwirkung von Sauerstoff zur Oxidation zu Zinn(IV) neigt und dann für die Abscheidung nicht mehr zur Verfügung steht. Der dadurch absinkende abscheidbare Zinnanteil im Elektrolyten führt zur Abnahme der Schichthärte, was zu vermeiden ist.

Die Anforderungen an Chromschichten für dekorative und funktionelle Einsatzzwecke unterscheiden sich vor allem hinsichtlich des Glanzgrades und der Härte sowie der erforderlichen Schichtdicken, wie Martin Leimbach, TU Ilmenau, bei seinen Ausführungen betonte. Das Interesse an Chrom(III)-Verfahren ist aufgrund von REACH in den letzten Jahren deutlich gestiegen, obwohl die Chrom(III)-Elektrolyte bereits seit etwa 1853 bekannt sind – und damit vor den Chrom(VI)-Systemen. Chrom(VI)-Systeme konnten sich aufgrund der besseren Abscheideergebnisse durchsetzen. Seit etwa 1975 sind brauchbare Elektrolyte mit Chrom(III) verfügbar, die eine bessere Streufähigkeit aufweisen, allerdings nur eine geringe Stromausbeute und damit geringe Wirtschaftlichkeit besitzen. Aus diesem Grund sind bisher Anwendungen nur im dekorativen Bereich bei erforderlichen Schichtdicken deutlich unter 0,5 μm sinnvoll. Verbesserungen bei der Stromausbeute lassen sich durch eine Komplexbildung des gelösten Chroms erzielen. Untersuchungen des Keimbildungsprozesses der Chromabscheidung zeigen, dass Keimzahl und Kristallgröße einen Einfluss auf die Eigenschaften der Chromschichten haben. So ändert sich mit der Kristallzahl der Schicht das Einlagerungsverhalten des bei der Abscheidung gebildeten Wasserstoffs. Der Wasserstoff bildet in der Schicht temporär Chromhydrid und führt beim Zerfallen zu Zugspannungen.

Dr. Alexander Jimenez, Chemopur H. Brand GmbH, stellte ein Elektrolytsystem auf Basis von Chrom(III) vor, das sich für die Abscheidung auf Massenartikel in der Trommel eignet. Mit dem Verfahren steht eine Technologie zur kostengünstigen Beschichtung von Kleinteilen zur Verfügung, die bisher in aufwändiger Gestelltechnik verchromt oder mit anderen Beschichtungen wie Zinn-Nickel, Zinn-Kobalt, Nickel-Wolfram oder Weißbronze versehen werden. Das neue Verfahren wird bei Temperaturen von etwa 45 °C und einem pH-Wert von 3,6 betrieben und erfordert den Einsatz von MMO-Anoden. Es empfiehlt sich eine variable Drehzahleinstellung der Trommeln. Des Weiteren sind Ionenaustauscher zur Entfernung von Zink und Kupfer sowie die selektive Entfernung von Nickel und Eisen mittels Elektrolyse notwendig. Mit dem neuen Verfahren werden akzeptable Schichtstreuungen erzielt und die Farben sind mit denen aus einem Gestellelektrolyten auf Basis von Chrom(III)-Chlorid vergleichbar. Bei einem Schichtaufbau von etwa 15 μm Nickel und 0,2 μm Chrom werden dieselben Korrosionsbeständigkeiten wie bei den bisherigen Gestellbeschichtungen mit Chrom aus drei- und aus sechswertigen Verfahren erzielt.

 

Trends bei Edelmetallbeschichtungen

Im Zuge des derzeitigen Megatrends zum Ausbau von erneuerbaren Energien kommt der Nutzung von Wasserstoff eine stark steigende Rolle zu. Johannes Näther, Hochschule Mittweida, hat sich mit Kollegen und Projektpartnern mit der Verbesserung der PEM-Elektrolyse zur Herstellung von Wasserstoff durch Wasserelektrolyse befasst. Für den Einsatz dieser Technologie sind Edelmetallkatalysatoren ein wichtiger Faktor zur Erhöhung der Effizienz. Bisher werden dazu Anoden mit Iridium und Iridiumoxid eingesetzt, da diese die Sauerstoffbildung begünstigen. Die entsprechenden Elektroden bestehen aus protonenleitenden Membranen mit Edelmetallpartikeln, die allerdings nur eine relativ geringe aktive Oberfläche besitzen. Deutliche Verbesserungen lassen sich durch das Aufbringen von Iridium auf Titanstreckmetallelektroden erzielen. Die Abscheidung des Edelmetalls erfolgt hierbei in mehreren Schritten: Zunächst wird die Titanoberfläche des Streckmetallsubstrats unter Nutzung der Plasmatechnik aktiviert. Anschließend erfolgt eine Sprühbeschichtung von speziellem Sintermaterial. Nach dem Sintern bietet dieses die Möglichkeit, mittels galvanischer Abscheidung Iridium aufzutragen.

Durch Megatrends wie Elektromobilität und Internet of Things steigen Vielfalt und Bedarf an kleineren und leistungsstärkeren Steckverbindern sowie die Ansprüche an deren Beschichtungssysteme enorm, wie Alexander Spörrer, Atotech Deutschland GmbH, betonte. Aufgrund der guten Leitfähigkeit und Oxidationsbeständigkeit wird hier meist Gold als Endschicht eingesetzt. Der hohe Goldpreis führt jedoch dazu, dass Alternativen wie Silber immer attraktiver werden, da Silber neben dem Kostenvorteil sehr gute elektrische Eigenschaften besitzt und zudem für Hochleistungskontaktsysteme eingesetzt werden kann. Allerdings neigt Silber in bestimmten korrosiven Medien zur Ausbildung von schwerlöslichen farbigen Beschlägen. Neben dem optischen Erscheinungsbild können diese Schichten die elektrischen Eigenschaften des Silbers negativ beeinflussen. Bis 2017 waren chrom(VI)-haltige Prozesse aufgrund ihrer guten Schutzwirkung und des universellen Einsatzes Stand der Technik für Anlaufschutz. Diese wurden dann weitestgehend durch organische oder andere metallische Passivierungen ersetzt, die jedoch Nachteile in Bezug auf Preis sowie Lager- und Temperaturbeständigkeit haben und je nach Anwendung weniger effektiv sind. Die neu entwickelte metallische Passivierung Argalin® XL ohne Chrom(VI) bietet bei vergleichbaren Schutzeigenschaften eine umweltfreundliche Alternative zu chrom(VI)-haltigen Prozessen.

In einer Gemeinschaftsarbeit der TU Ilmenau mit der Universität in Lima/Peru wurde die Verwendung von Kupfer-MAX-Dispersionsschichten für elektrische Kontakte in der Hochenergietechnik untersucht. Die Arbeit stellte Dr. Rolf Grieseler vor. Für den Einsatz in der Hochenergietechnik müssen Kontakte eine gute elektrische Leitfähigkeit sowie eine hohe Beständigkeit gegen Abbrand aufweisen. Hierfür kommen bisher unter anderem durch pulvermetallurgische Verfahren hergestellte Kontaktflächen infrage, die anschließend mittels Löten oder Schweißen auf einen elektrisch gut leitenden Grundwerkstoff aufgebracht werden. Ein neuer Ansatz geht von der elektrochemisch abgeschiedenen Dispersionsschicht auf einem elektrischen Kontakt aus, wobei als Partikel Metalle oder Keramiken verwendet werden. Gute Ergebnisse versprechen sogenannte MAX-Phasen, bei denen es sich um Carbide und Nitride handelt. Diese zeichnen sich durch sehr gute mechanische Eigenschaften mit guter chemischer und thermischer Beständigkeit aus. Zugleich besitzen sie eine elektrische Leitfähigkeit in der Größenordnung von reinen Metallen.

 

Verschleiß- und Funktionsschichten

Heidi Willig, fem Forschungsinstitut Edelmetalle + Metallchemie Schwäbisch Gmünd, befasst sich mit der Zuverlässigkeit und Sicherheit von Oberflächen im Niederspannungsbereich, wie sie für Windkraft- und Photovoltaikanlagen zum Einsatz kommen. Es werden dafür sogenannte Ganzbereichssicherungen eingesetzt, die vor allem auf dem Prinzip des Aufschmelzens eines Metalldepots beruhen. Als entscheidende Metalle werden hierfür die Systeme Silber-Zinn und Nickel-Zinn sowie Aluminium beziehungsweise auch Kupfer als einer der Trägerwerkstoffe verwendet. Für diese verschiedenen Kombinationen wurden umfangreiche Belastungsszenarien bis zu einer Temperatur von etwa 200 °C durchgeführt. Als kritische Faktoren sind die entstehenden intermetallischen Phasen anzusehen; bei Silber-Zinn ist mit zwei und bei Nickel-Zinn mit drei intermetallischen Phasen zu rechnen. In den durchgeführten Untersuchungen waren je nach Temperaturbelastungen verschiedene Erscheinungsbilder der intermetallischen Phasen festzustellen. Als kritisch erwiesen sich Beschichtungen auf Aluminium, bei denen schlechtere Gesamtergebnisse aufgrund einer unzureichenden Schichthaftung auftreten.

Die Eigenschaften von Aluminiumwerkstoffen werden durch Legieren mit verschiedenen Legierungspartnern den diversen Herausforderungen angepasst. Allerdings ändert sich durch die Zugabe der Legierungspartner auch das Verhalten beim Anodisieren. Damit setzt sich Can Akyil, Coventya GmbH, auseinander. Zu den häufig eingesetzten Legierungspartnern für Aluminium zählt Silizium, das durch die Bildung von intermetallischen Phasen die Eigenschaften anodisierter Oberflächen deutlich verändert. Ihre Größe und Verteilung hemmt nicht nur das Oxidwachstum stark, sondern stört auch die Kontinuität der anodisch erzeugten Oxidschicht. Additive auf Basis von Oxalsäure, die darauf abzielen, die Reaktivität der Schwefelsäure zu begrenzen, verstärken die negative Wirkung der Siliziumausscheidungen auf die Eigenschaften der Oxidschicht. Vorteilhaft ist es nach Ansicht von Akyil, das vorhandene Silizium in die Prozesse einzubinden. Zusätze zum Anodisierelektrolyten auf organischer Basis erlauben es, die Auflösung des Aluminiums zu regulieren. Die geeigneten Additive verbessern die Homogenität und die Dicke der Oxidschicht. Darüber hinaus kann durch Anpassung der Vorbehandlung des Aluminiumgrundwerkstoffs vor dem Anodisieren eine dichtere, härtere und gleichmäßigere Oxidschicht hergestellt werden.

Wie Hans-Joachim Kraft, MacDermid-Enthone, betonte, erfolgt die chemische Abscheidung von hochphosphorhaltigen Nickelschichten mit deutlich geringerer Abscheidegeschwindigkeit als die aus Systemen für Schichten mit niedrigem und mittlerem Phosphorgehalt. Allerdings verhalten sich die Elektrolyte unterschiedlich in Bezug auf den Phosphorgehalt in der Schicht. So ist bei den Systemen zur Abscheidung von Nickel mit mittleren Phosphorgehalten ein Absinken des Phosphorgehalts mit steigendem Elektrolytalter festzustellen. Ebenso verändert sich die Abscheidegeschwindigkeit je nach Phosphorgehalt. Um die Elektrolytsysteme bezüglich ihrer Leistungsfähigkeit (und damit auch der entstehenden Abscheidekosten) besser vergleichen zu können, kann den Systemen eine Kennzahl zugeordnet werden, die diese Zusammenhänge einschließt. Aus den vom Vortragenden gemachten Beobachtungen ergibt sich, dass der hierfür ermittelte D-Index (Summe aus Phosphorgehalt in Prozent und Abscheidegeschwindigkeit in μm/h) einen Wert von etwa 21 aufweisen sollte, um bestmögliche Gesamtergebnisse zu erhalten.

Dr. Simon Pape, Atotech Deutschland GmbH, befasste sich mit der Einführung eines Verfahrens zur Abscheidung von Hartchromschichten aus einem Chrom(III)-Elektrolyten. Die Schichten seien in Bezug auf Härte, Rauheit und Stabilität mit denen aus einem konventionellen System auf Basis von Chrom(VI) vergleichbar. Auch die Effizienz spricht für das neue Verfahren. Die Erfahrungen beruhen auf den Daten aus eigenen Pilotanlagen und solchen von Kunden von Atotech.

Chemisch abgeschiedene Nickel-Phosphor- Schichten kommen in der Regel in drei unterschiedlichen Zusammensetzungen zum Einsatz, unterteilt in niedrigen, mittleren und hohen Phosphoranteil. Dafür sind bisher auch drei unterschiedliche Elektrolytsysteme erforderlich. Mathias Bien, Chemopur H. Brand GmbH, stellte einen neuen Elektrolytansatz vor, mit dem Nickelschichten in mittlerem Phosphorgehalt von etwa 6 bis 9 Prozent und in hohem Phosphoranteil von etwa 10 bis 13 Prozent abgeschieden werden können. Der Phosphoranteil der Schicht wird in erster Linie über den pH-Wert gesteuert. Dieser kann einfach durch Zugabe von Ammoniak erhöht oder von Essigsäure gesenkt werden. Erreicht wird diese Erweiterung der Ergebnisse durch die Verwendung von neuen Beschleunigern und Stabilisatoren. Die Eigenschaften der abgeschiedenen Schichten entsprechen denen der bisherigen Systeme. Ein weiterer Vorteil des Elektrolyten ist die Arbeit bei geringeren Temperaturen im Bereich von etwa 78 °C bis zu 87 °C

Dr. Iulia Bejan befasste sich mit der Weiterentwicklung von chemisch abscheidenden Nickelverfahren, beispielsweise zur Reduzierung der erforderlichen Energie durch das Senken der Arbeitstemperatur, die bei den meisten klassischen Verfahren bei 90 °C bis 95 °C liegt. Eine deutliche Absenkung der Arbeitstemperatur bei vergleichbaren Eigenschaften der abgeschiedenen Schichten verbessert die Marktzugänglichkeit im Hinblick auf einen breiteren Einsatz und reduziert zugleich die Umweltbelastung. Bisherige Verfahren mit relativ geringen Arbeitstemperaturen des Elektrolyten (30 °C bis 40 °C) sind als alkalische Systeme verfügbar, wobei allerdings die Schichteigenschaften für funktionelle Anwendungen unzureichend sind. Für die Entwicklung eines neuen Elektrolyttypen wurden umfangreiche Untersuchungen der bestehenden Systeme durchgeführt. Diese zeigen deutlich Zusammenhänge zwischen Temperatur, pH-Wert, Abscheidegeschwindigkeit und Einbaurate für Phosphor. So ergibt sich mit sinkender Elektrolyttemperatur eine deutliche Abnahme der Abscheidegeschwindigkeit und ein Anstieg des Phosphoreinbaus, aber auch die zwingende ideale Kombination aus Komplexbildner, Stabilisatoren und Beschleuniger, um eine kontrollierte chemische Reaktion aufrechtzuerhalten.

Bisher bestehen Anoden für Lithiumionenbatterien aus Grafit, zu deren Herstellung ein mehrstufiger Prozess erforderlich ist und dessen Gesamtbilanz aus ökologischer Sicht nicht befriedigend ist. Karsten Voigt und Kollegen vom Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS befassten sich mit der Entwicklung eines neuen Anodentyps unter Einsatz der galvanischen Zinnabscheidung. Ausgangsbasis der neuen Anode ist ein Kupfersubstrat, auf das Zinn in einer Dicke von einigen Mikrometern abgeschieden wird. Im nächsten Schritt wird das Zinn anodisch oxidiert, wobei eine poröse Oberfläche (ähnlich der von anodisch oxidiertem Aluminium) entsteht. Eine aus dieser Anode aufgebaute Zelle zeigt ein sehr gutes Ladeverhalten, das deutlich über dem bisheriger Batteriezellen liegt und das eine wesentlich höhere Energiedichte besitzt.

 

Strukturwandel in der Galvanotechnik

Das Unternehmen Riesmetall GmbH, das Joachim Ramisch heute leitet, wurde 1973 gegründet und arbeitete zunächst unter einfachsten Bedingungen, wie zu jener Zeit für viele Beschichtungsunternehmen üblich. Dabei hatten die Gründer keine Erfahrung mit der klassischen Galvanotechnik. Allerdings konnten sie einen erfahrenen Fachmann für Galvanotechnik gewinnen, der bereit war, eine Lohngalvanik aufzubauen. Als einfachstes Verfahren wurde das Verzinken gewählt, wobei zu diesem Zweck Geräte und Anlagen eines insolventen Betriebs erstanden wurden. Es zeigte sich schnell, dass mit den Anlagen auf Dauer für den Betrieb kein Bestand gesichert werden konnte. Nach zwei Jahren wurde ein Neubau in Nördlingen geplant und errichtet. Durch den plötzlichen Tod des Vaters von Joachim Ramisch war dieser gezwungen, in das Unternehmen einzusteigen. Nach einer kurzen Durstphase begann das Unternehmen mit der Beschichtung von Schrauben durch Verzinken. Heute wird mit einer 1980 errichteten Trommelanlage gearbeitet. Zudem ist eine Gestellanlage von 1990 vorhanden. Seit 1992 geht der Anteil an Beschichtungsaufträgen – bedient wurde primär die Schraubenindustrie – stetig zurück. Als Besonderheit verfügt die Gestellanlage über eine Vierfachkaskade nach den Aktivpositionen, durch die eine Wasseraufbereitung entfallen kann.

Dr. Ingolf Scharf, TU Chemnitz, befasste sich damit, aus den möglichen galvanischen Abscheideverfahren die wirtschaftlich und betriebswirtschaftlich interessanten auszuwählen und den Anforderungen gemäß weiterzuentwickeln. Wässrige Elektrolyte erlauben es, Metalle mit einer mehr oder weniger hohen Rate an Wasserstoff abzuscheiden. Eine große Zahl von Elementen des Periodensystems lässt sich unter Einsatz von wässrigen Elektrolyten in meist hoher Qualität als Beschichtung herstellen. Erweitert wird das Abscheidefenster durch ionische Flüssigkeiten und durch Salzschmelzen auf Werte zwischen 4 V und 5 V. Damit steigen die abscheidbaren Metalle beispielsweise um Aluminium, Wolfram oder Molybdän. Eine weitere Motivation für die Nutzung aprotischer Systeme ist die Tatsache, dass keine Wasserstoffversprödung auftritt. Einen hohen Korrosionsschutz verspricht eine Legierung aus Zink und Aluminium, die ebenfalls unter Einsatz nichtwässriger Systeme abscheidbar sind. Beim Einsatz in der Elektromobilität würden sich durch die galvanische Abscheidung von Silber-Wolfram und Silber-Molybdän große Vorteile ergeben. Als nichtwässrige Elektrolyte eignen sich viele auch einfache Stoffe wie Ethylacetat, allerdings unter höheren Sicherheitsvorkehrungen. Gegenüber ionischen Flüssigkeiten zeichnen sich organische Lösemittel durch deutlich geringere Viskosität und geringere Kosten aus. Große Vorteile versprechen Elektrolyte wie Dimethylsulfon. Im Vergleich aller Verfahren schneiden die ionischen Flüssigkeiten durch den hohen Grundpreis und das ungünstige Abtropfverhalten eher schlecht ab. Organische Lösemittel unterliegen einer hohen Gefahr durch Explosion und damit hohen Anforderungen an den Arbeitsschutz. Bei Salzschmelzen macht sich die hohe Temperatur als primärer Nachteil bemerkbar. Weitere Untersuchungen sind hauptsächlich auf die erforderlichen Vorbehandlungen gerichtet. Insgesamt stellt Dimethylsulfon einen der aussichtsreichsten Kandidaten für neue galvanische Abscheidesysteme dar.

 

Energieeffizienz in der Galvanotechnik ​​​​​​​

Neben der Erwärmung von Wirklösungen – Elektrolyte zur Metallabscheidung, Reinigungssystem, Spülen – erfordert auch das Kühlen von Medien oder Teilen einen erheblichen Energieeinsatz. Georg Hesse, L&R Kältetechnik GmbH & Co. KG, stellte Möglichkeiten zur Optimierung des Energieverbrauchs mithilfe moderner Kühlsysteme vor. Die Bemühungen hierzu unterliegen inzwischen einer großen Zahl von Regelungen, vor allem in Bezug auf den Klimaschutz. Neben den Anforderungen an einen sparsamen Einsatz von Energie zum Betrieb der Anlagen sind das hier vor allem die Vorschriften hinsichtlich der zulässigen Kältemittel, bei denen zum Beispiel auf die Brennbarkeit oder Schädigung der Atmosphäre geachtet werden muss.

Christian Deyhle, Qubus GmbH, zeigte anhand einer Anodisieranlage die Möglichkeiten zur Energieversorgung und Energierückgewinnung aus dem Prozess auf. Für das Anodisieren erwächst der Energiebedarf insbesondere aus den unterschiedlichen Aggregaten (Pumpen, Antriebe) und Gleichrichtern, der Beheizung der Medien sowie der Kühlung der Prozesse. Die Zusammensetzung des Bedarfs an elektrischer und thermischer Energie legt den Einsatz der Kraft-Wärme- Kopplung durch ein Blockheizkraftwerk nahe. Am Beispiel des Anodisierbetriebs erläuterte Deyhle die Ausführung einer entsprechenden Anlage. Des Weiteren stellte er die Ergebnisse vor, die im vorliegenden Fall im Vergleich zum konventionellen Betrieb der Anodisierung in Höhe von 30 Prozent geführt haben. Er wies allerdings darauf hin, dass für jedes Unternehmen individuelle Ausrichtungen und Umsetzungen der entsprechenden Anlagen zur Energieoptimierung erforderlich seien. Zudem sei davon auszugehen, dass die Einrichtung laufenden Prüfungen und Nachoptimierungen unterzogen werden müsse.

 

Regelwerke in der Oberflächentechnik

Die vergangenen Jahre haben gezeigt, dass die Oberflächentechnikbranche angesichts von REACH die Entwicklungen beim Einsatz von Metallverbindungen intensiv beobachten und darauf frühzeitig durch Mitarbeit reagieren muss. Dr. Arkadius Waleska, Hillebrand Chemicals GmbH, befasst sich mit den Auswirkungen der Regulierungen von Grenzwerten für Kobalt- und Nickelsalzen auf die Beschaffung, Planung, Messwerterfassung und den Arbeitsschutz. Im Fall von Nickel ist hier neben dem Metall (in der Regel als Staub) das in der Galvanotechnik unerlässliche Nickelsulfat und im Fall von Kobalt das Kobaltsulfat betroffen. Die Europäische Kommission hat das RAC beauftragt, Arbeitsplatzgrenzwerte zu ermitteln, was im März 2018 für Nickel erfolgt war. Für Kobalt haben RAC und SEAC durch öffentliche Konsultationen Mitte 2019 ihre Arbeiten zu den Grenzwerten abgeschlossen, 2020 werden Entscheidungen der EU hinsichtlich der betreffenden Stoffe erwartet. Für Kobalt ist davon auszugehen, dass sehr geringe Grenzwerte von 0,01 μm/ m3 festgesetzt werden, wobei hier die Frage der messtechnischen Erfassung noch offen ist. Die zuständigen Behörden in Deutschland befassen sich aktuell mit diesen Herausforderungen.

Dr. Georg Hünnekens gab in seinen Ausführungen einen Überblick über die gesetzlichen Anforderungen für Betriebe unter dem Aspekt der Störfallverordnung, zu denen unter anderem auch Unternehmen der Galvanotechnik zählen. Dazu müssen insbesondere die Seveso-III-Richtlinie (Stand 4.7.2012), das Bundesimmissionsschutzgesetz (Stand 20.11.2016), die Störfallverordnung (12. BImSchV) sowie die Landesbauordnungen berücksichtigt werden. Vor allem die festgelegten Abstände zu umgebenden Ansiedlungen sind zu beachten. Besonders wichtig ist die regelmäßige Überprüfung, ob alle Vorgaben eingehalten werden und damit der Bestandsschutz gewährleistet ist.