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ZVO-Oberflächentage 2021 Hybrid Edition: Gelungener Neubeginn

Die Oberflächenbranche feierte ein gelungenes Comeback trotz deutlich reduzierter Teilnehmerzahl. Nach eineinhalb Jahren Veranstaltungspause fand vom 22. bis 24. September 2021 im Estrel Berlin wieder der Jahreskongress des ZVO als Hybrid Edition statt. 305 Präsenz- und 45 Onlineteilnehmer fanden sich persönlich oder virtuell ein und informierten sich in den 48 Vorträgen oder an den Ständen der 42 Aussteller über technologische Entwicklungen, Trends und Innovationen in der Galvano- und Oberflächentechnik.  

Den Auftakt zu den ZVO-Oberflächentagen machte ein Meet & Greet am Abend des 22. September. Die Teilnehmer freuten sich spürbar über das Wiedersehen und genossen den persönlichen Kontakt – wenn auch unter den gebotenen Sicherheitsvorkehrungen. 

Am nächsten Morgen eröffnete ZVO-Vorsitzender Walter Zeschky pünktlich um 8 Uhr in Saal 1 des Estrel Berlin das Vortragsprogramm der ZVO-Oberflächentage. Er begrüßte zum einem diejenigen, die sich persönlich auf den Weg nach Berlin gemacht hatten, zum anderen diejenigen die sich für die Online-Variante entschieden hatten und das Geschehen irgendwo in der Welt vor ihrem Handy, Tablet oder PC verfolgten. Denn aufgrund der vielen coronabedingten Unwägbarkeiten hatte sich der ZVO schon früh über ein alternatives Konzept Gedanken gemacht und schließlich erstmals eine Hybrid Edition seines Jahreskongresses, also eine Kombination aus Online- und Präsenzveranstaltungselementen, entwickelt, um einen größeren Teilnehmerkreis zu erschließen und gleichzeitig Nachhaltigkeit zu fördern. Allerdings musste er, wie viele andere Veranstalter von Messen und Events auch die Erfahrung machen, dass die Anmeldezahlen deutlich hinter den Erwartungen zurückblieben. Dies hatte aber, wie sich zeigte, keineswegs Einfluss auf die Stimmung und die Qualität der Veranstaltung. So zeigte sich Zeschky zuversichtlich, im nächsten Jahr in Leipzig wieder an gewohnte Teilnehmerzahlen anknüpfen zu können. 

Aktuell sind die Branchenmitglieder durch die Auswirkungen der Pandemie zusätzlich zu den Herausforderungen durch den Technologiewandel bei Energieerzeugung und -nutzung belastet. Vor allem die Störung der Lieferkette mache den Unternehmen zu schaffen sowie der Paradigmawechsel in der Automobilindustrie hin zur Elektromobilität. Trotz dieser gewaltigen Herausforderungen des Marktes seien die Aussichten für die Oberflächentechnik jedoch hoffnungsvoll – auch in Zukunft werden nahezu alle Produkte nicht ohne eine qualitativ hochwertige Oberfläche auskommen.

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

Eröffnungsvortrag: Vom Lohnbeschichter zum industriellen Dienstleister und Innovationsführer

Wie Dr. Martin Kurpjoweit im ersten Vortrag der Tagung betonte, lässt sich am Beispiel des Unternehmens WHW der Wandel der Oberflächentechnikbranche aufzeigen. Gegründet wurde das Unternehmen 1937 als Kleinbetrieb, der 1977 in das heutige Industriegebiet umzog und dadurch die Entwicklung vom Kleinbetrieb zum Industrieunternehmen mit heute sieben Standorten durchlaufen hat. Auf diesem Weg wurden erhebliche Investitionen getätigt, die zu einem Umsatzvolumen von aktuell etwa 100 Millionen Euro geführt haben.

Nach wie vor steht der kathodische Korrosionsschutz im Mittelpunkt der Geschäftstätigkeit der WHW. Stets war das Unternehmen ebenso wie die Branche hierbei von den Anforderungen der Automobilindustrie geprägt, deren Wandel in den vergangenen knapp 30 Jahren durch den Namen Lopez ausgelöst worden ist. Der Übergang vom Handwerk zum Industrieunternehmen zeichnet sich beispielsweise durch den Übergang von der handwerklich bearbeiteten Einzelteilfertigung zur standardisierten Massenfertigung aus. Einer der Meilensteine der Industrieentwicklung war die Einführung der Zink-Nickel-Beschichtung, die erheblichen Aufwand in die Verfahrenstechnologie in neue Anlagen und Verfahren mit deutlich höherem Unterhaltsaufwand erforderlich gemacht hat. Nach der Zink-Nickel-Beschichtung folgte als weiteres wichtiges Verfahren die Zinklamellenbeschichtung.

Parallel zur Verbesserung der Unternehmensabläufe wurden Anlagen und Prozesse miteinander verknüpft und automatisiert. Im Rahmen dieser Erweiterungen wurden Systeme stets durch optimale Nutzung der Energie und Minimierung des Materialverbrauchs an Chemie und Wasser optimiert. Um alle diese Aktivitäten sinnvoll durchführen zu können, ist gut geschultes Personal, aber auch ein gutes Controlling notwendig.

Evolution des Korrosionstests

Nach wie vor stellt der Schutz gegen Korrosion eine der Hauptaufgaben der Oberflächenbeschichtung dar. Florian Feldmann wies darauf hin, dass die Frage von Kunden nach dem besten Korrosionsschutz eigentlich nicht beantwortet werden kann, da hier eine ganze Reihe an ergänzenden Angaben zur Beantwortung erforderlich sind. Allein in Bezug auf das Prüfverfahren müssen beispielsweise die unterschiedlichen Verfahren des beschleunigten Korrosionstests und der Freibewitterung einem Vergleich unterzogen werden. Auf diese verschiedenen Verfahren ging der Vortragende im Weiteren näher ein.

Bei den beschleunigten Korrosionstests stehen beispielsweise zwei grundsätzlich unterschiedliche Verfahren zur Diskussion: der Salzwassertest und der Kondensklimatest, die vollständig unterschiedlich wirken. Bei allem ist zu berücksichtigen, dass der Test keine Angaben zum Verhalten im Feld liefert. Neben den Verfahren zur allgemeinen Nutzung verwenden beispielsweise Automobilhersteller werkseigene Verfahren. Diese zeichnen sich unter anderem durch erhöhte Belastungen unter Nutzungsumgebung aus, also Kombination aus extremen Fahrumgebungen mit Salzsprühtests. Ein Resümee aus diesem Prüfverfahren ist die Erkenntnis, dass es kein Beschichtungsverfahren gibt, das alle Testverfahren unbeschadet übersteht. Als einer der besten Beurteilungsverfahren für den Realfall gilt nach Aussage von Feldmann der Freibewitterungstest, beispielsweise unter Offshore-Bedingungen. Auch zeigt sich, dass vergleichbare Oberflächensysteme durchaus unterschiedliche Ergebnisse liefern können.

Klimaneutralität

Die Forderung zur Einsparung von Emissionen an Kohlenstoffdioxid steht zunehmend im Mittelpunkt für Unternehmen. Jan Mehlberg befasst sich mit den Möglichkeiten der Energienutzung hin zur Klimaneutralität. Nach seiner Ansicht ist dazu eine langfristige Strategieplanung seitens der Unternehmen notwendig. Diese schließt neben den primären Energieverbrauchen zum Unterhalt der Fertigungsprozesse den Warentransport, den Unterhalt der notwendigen Bürokratie ein, aber auch die Energieverbräuche für Fahrten der Mitarbeiter oder deren Versorgung mit Wasser. Für die primär erforderliche Energieform Strom sollten alle Arten der Gewinnung, insbesondere auch im örtlichen Umfeld des Unternehmens, geprüft und genutzt werden.

Die Oberflächentechnik ist nach Ansicht von Lars Baumgürtel gefordert, sich in zunehmendem Maße mit der Kreislaufschließung der hergestellten Beschichtungen auseinanderzusetzen. Dazu wurden im Unternehmen des Vortragenden Überlegungen angestellt, die den Klimaschutz und die Kreislaufwirtschaft als Chance zur Weiterentwicklung nutzen.

Wie Dr. Michael Zöllinger erläuterte, wird nach wie vor in Deutschland viel Energie verbraucht, trotz der Bemühungen zur Bewältigung der Energiewende. Dies bedeutet auch für die Galvanotechnik, einsparbare Prozessgrößen zu identifizieren. Zu diesem Zweck macht es Sinn, die Prozesse nach Energieverbräuchen zu untersuchen und zu bewerten. Hierbei dürfen nicht nur die Ladungen zur Reduktion von Metall betrachtet werden, sondern auch Prozesse wie Heizen, Kühlen, elektrische Steuerung und Energieverbrauch für Anlagenherstellung, aber auch der Mensch, der den Überblick über die Energieverbräuche im Blick behalten muss und nach Möglichkeit einschränken sollte.

Neben der Betrachtung des Abscheideprozesses stehen daher auch die Nebenreaktionen in Form des Abbaus von organischen Bestandteilen aufgrund unterschiedlicher Abscheidestromdichte und bei unterschiedlichen Anodenoberflächen im Fokus. Einsparungen lassen sich zudem durch Überwachung und Optimierung der Kathodenkontakte zwischen Wagenträgerstange und Kathodenblock oder auch der räumlichen Entfernung zwischen Gleichrichter und Abscheidebehälter erreichen.

 

Edelmetalloberflächen für Hightech-Produkte

Dr. Jürgen Hofinger befasst sich mit der Vorbehandlung von Kunststoffen für die Beschichtung mit Metallen. Dazu stellte er ein Entwicklungsprojekt aus dem Bereich der Medizintechnik vor, bei dem die Anforderung nach einer kostengünstigen Beschichtung eines spritzgegossenen Einwegteils, das als Sensor für die Aufnahme der Herzströme dient, im Vordergrund stand. Der aktive Sensor ist mit einer Silberschicht versehen. Hierbei stand die Herausforderung zur Minimierung der eingesetzten Silbermenge, also sichere Beschichtung und zugleich geringer Silberverluste, im Vordergrund.

Bisher wurde Silber in erster Linie chemisch abgeschieden, woraus sich ein hoher Verlust an Silbermetall ergibt. Deutlich besser wäre hier der Einsatz eines galvanischen Verfahrens, der sich im Vergleich zur chemischen Abscheidung durch einen verlustarmen Prozess auszeichnet. Anfallende Verluste entstehen durch Ausschleppung aufgrund des stark porösen Grundwerkstoffs.

Als Alternativtechnologie wurde der Einsatz von Edelmetalltinte zur Auftragung von Silber untersucht. Im Gegensatz zu üblichen Tinten mit Partikeln wurden Tinten mit Precursoren eingesetzt, bei denen durch Einsatz eines Plasmas eine Reduktion in Gang gesetzt wird, um die Silberschicht in einer Dicke von etwa 0,5 µm zu erzeugen. Die daraus hergestellten Silberschichten zeichnen sich durch eine guten Haftfestigkeit und elektrische Leitfähigkeit der Metallschicht aus. Im Endergebnis ergibt sich ein Verfahren mit kurzem Prozess, geringem Platzbedarf, kein Abwasser, bei allerdings sehr geringer Schichtdicke.

Nach den langjährigen Praxiserfahrungen von Oliver Brenscheidt wird Silber in großem Umfang für funktionelle Eigenschaften, vor allem auf Teilen für den Einsatz in der Elektrotechnik, galvanisch abgeschieden. Silber zeigt eine hohe Affinität zu Schwefel, wodurch leicht eine Silbersulfidschicht gebildet wird, die allerdings keine Änderungen der technischen Eigenschaften nach sich zieht. Um dies zu vermeiden, wird Silber in der Regel unter Verwendung metallischer und organischer Verfahren passiviert. Die Prüfung der Eigenschaften von Passivierungen wurden vom Vortragenden in Hullzell-Versuchen durchgeführt. Es zeigte sich, dass die unterschiedlichen Passivierungen je nach Dicke der Silberschicht unterschiedliche sind, ebenso wurde eine Einfluss durch eine Unternickelung der Silberschicht gefunden. Als eines der Hauptprobleme sieht Brenscheidt, dass viele Verfahren zwar empirisch handhabbar sind, aber die genaue Funktion der unterschiedlichen Verfahren nicht erklärt werden können.

 

FuE-Forum der DGO

Erstmalig wurde von der DGO-Geschäftsstelle im Rahmen der zurückliegenden ZVO-Oberflächentage in Berlin ein FuE-Forum organisiert. In dem moderierten Veranstaltungsblock hatten insbesondere Unternehmensvertreter die Möglichkeit, sich über aktuelle Forschungsthemen und Entwicklungstrends in der Galvanotechnik zu informieren und mit Fachkollegen und Vertretern von Forschungseinrichtungen ins Gespräch zu kommen. Inhaltlich unterstützt wurde die Veranstaltung von den Fachausschüssen und Arbeitskreisen der DGO.

Zunächst informierte Dr. Daniel Meyer (DGO) über die verschiedenen Möglichkeiten der öffentlichen Forschungsförderung zur Unterstützung des technologischen und wissenschaftlichen Fortschritts innerhalb der Branche. So bietet die DGO neben der bewährten Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) auch umfassende Unterstützung bei der Beantragung von primär bilateral ausgerichteten, anwendungsnahen FuE-Vorhaben innerhalb des Zentralen Innovationsprogramms Mittelstand (ZIM) an. Letzteres ist für kleine und mittlere Unternehmen besonders attraktiv, da staatliche Zuwendungen bis maximal 247.500 Euro beantragt werden können.

Im zweiten Teil der Veranstaltung nutzten Prof. Andreas Bund (TU Ilmenau) und Dominik Höhlich (TU Chemnitz) die Möglichkeit, im Rahmen eines Science-Pitch (wissenschaftlicher Kurzbeitrag) aktuelle Forschungsschwerpunkte vorzustellen und für die Beteiligung von Unternehmen an industrienahen Forschungsthemen zu werben. Im anschließenden Gespräch wurden mit den Unternehmensvertretern inhaltliche Schnittmengen eruiert und Kooperationsmöglichkeiten diskutiert.

Den dritten Teil des FuE-Forums, zu dem sich zuletzt knapp 30 Personen einfanden, bildete ein offener Dialog über anhaltende gesellschaftliche, ökologische und technologische Trends wie Digitalisierung, Klimaneutralität, Kreislaufwirtschaft, Leichtbau und additive Fertigung. Hierbei entwickelte sich eine konstruktive Diskussion unter anderem über die Chancen und Grenzen von Trends in der betrieblichen Praxis, in deren Zusammenhang auch ein Ansatz für ein mögliches Entwicklungsthema identifiziert werden konnte. Ein Dank gilt deshalb allen Teilnehmern für die aktive Mitgestaltung!

Digitalisierung in der Galvanotechnik

Mittels Augmented Reality wird die Digitalisierung in der praktischen Galvanotechnik in Zukunft die Effizienz erhöhen. Dazu gab Peter Schwanzer einen Überblick zum Stand der Technologie und deren Umsetzung in einer sogenannten Lerngalvanik. Hierbei handelt es sich um eine Anlage zur Abscheidung von galvanischen Schichten mit kleinem Behältervolumen (etwa 60 Liter), aber unter praxisnahen Prozessabfolgen mit automatischem Warentransport und Datenauswertung. Die Anlage verfügt über eine professionelle Anlagensteuerung, zahlreiche Sensoren, Systemen zur Energieerfassung sowie die Möglichkeit zur Gestell- und Trommelbeschichtung. Zu den primären Zielen der Anlagennutzung zählt die Transformation der gesammelten Daten in Wissen über die Prozesse und damit die Weiterentwicklung auf dem Gebiet der Prozesstechnik der galvanischen Abscheidung.

Im Hinblick auf die Sensortechnik wird unter anderem derzeit ein System geprüft, mit dem die Verschleppung zwischen den Arbeitspositionen direkt erfasst werden kann. Die daraus gewonnenen Ergebnisse finden Eingang in Prognosemodelle. Des Weiteren wird mit Hilfe einer AR-App den einzelnen Positionen eine Zusammenstellung relevanter Daten virtuell übermittelt, mit deren Hilfe die Arbeit des Fachpersonals verbessert und vereinfacht wird.

Digitale Galvanolösungen im Bereich der Anlagentechnologie ist das Thema von Christine Maier. Wie die Vortragende eingangs betonte, ist es sinnvoll, sich mit den Entwicklungen anderer Fachbereiche zu befassen und bereits umgesetzte Entwicklungen auf ihre Eignung für die Galvanotechnik hin zu prüfen. Hierbei zeigt sich, dass die stetig gestiegene Rechnerleistung, die erhöhten Speicherkapazitäten oder die intelligenten Sensoren mit moderner Vernetzung als hauptsächliche Betreiber für digitale Lösungen gelten können.

Ein Vorzeigebeispiel ist nach Ansicht von Maier das tapio Ökosystem, das für die Holzverarbeitung für Möbel etabliert ist. Dieses befasst sich mit der Verwaltung von Werkzeugen, Instandhaltung, Maschinenmonitoring und -produktivität oder der Zuschnittoptimierung. Einer der Gründe für deren Erfolg ist die Offenhaltung des Systems. Ein zweites System von Thyssen Krupp wurde für den Bereich der Stahlherstellung entwickelt, bei dem der Kunde stark in die Stahlherstellung eingreifen kann. Schließlich bietet Zeiss im Bereich Messtechnik ein Monitoring, Wartung und Problembehebung bei Messgeräten an.

Die große Menge an Daten aus Prozessanlagen sollten sinnvollerweise dafür genutzt werden, um Vorteile für die Prozesse zu generieren. Michael Hellmuth stellte Überlegungen vor, um aus Kennzahlen Innovationen für den Nutzer zu erzielen. Basis für die Datenauswertung ist eine ERP-System, aus dem die bestehenden unterschiedlichen Module einer Steuerung zusammengefügt und mit Unterstützung der modernen Softwaretechnik in Apps oder AR zur Verbesserung der Produktion herangezogen werden können. Dafür nutzt das System des Vortragenden ein Dashboard, das alle wichtigen Daten, Abbildungen und Zusammenhänge in optimaler Weise für den Nutzer darstellt.

Neu und hilfreich ist der Einsatz von Apps mit ihren Darstellungsmöglichkeiten in der Produktion, zum Beispiel zur Nachverfolgung von Teilen oder zur Überwachung von Prozessschritten. Da heute eigentlich jeder Mitarbeiter über ein Mobilgerät verfügt, ist die notwenige Infrastruktur für Apps gegeben. Eine weitere App ordnet durch Fotografieren Angaben zum Teil zu, also beispielsweise dem Anlieferungszustand oder der Ladungssicherung. Bei den neuesten Einsatzmöglichkeiten der Software wird KI zur Nutzung der vorhandenen Anlagen und Maschinen herangezogen.

 

Von der Prozessüberwachung zur Produktqualität

Die Röntgenfluorenztechnologie ist eine bewährte Methode zur Messung von Schichtdicken und Schichtzusammensetzung für die Galvanotechnik, da vor allem Schichten unter 20 µm vermessen werden können. Dr. Cay-Uwe Pinnow stellte in seinem Vortrag zunächst das Prinzip der Messtechnologie sowie die Komponenten eines entsprechenden Messgeräts vor. Zu den wichtigsten Teilen eines hochwertigen Messgeräts zählen Blende und Teile im Bereich der Röntgenoptik. Diese bestimmen die Größe des Messflecks sowie die Intensität der Röntgenstrahlung im Messfleck beziehungsweise die Schärfe des Messbereichs. Durch die Verwendung einer Polykapillaroptik kann die lokale Auflösung deutlich erhöht werden. Inzwischen gelingt es bei Einsatz derartiger Optiken, Messflecke herab bis zu etwa 15 µm Durchmesser bei einem Messabstand von etwa 3 Millimetern zu erreichen.

Die Titration zählt zu den Standardverfahren der klassischen chemischen Analyse, die in vielen Bereichen der chemischen Technik alltäglich ist. Dabei werden Analysen nach wie vor häufig in gewissen zeitlichen Abständen durchgeführt, wodurch Schwankungen bei Prozessabläufen in Kauf genommen werden müssen, wie Daniel Schlak ausführte. Deutliche Vorteile bringen kontinuierlich durchgeführte Messungen, die aber aus Kostengründen nur mit automatisch arbeitenden Verfahren Sinn machen. Die Variante der thermometrischen Titration, also der Nutzung der Reaktionswärme, besticht dadurch, dass mit einer Elektrodenart verschiedene Analysen durchgeführt werden können, wobei stets die Reaktionswärme als Kenngröße der Titrationsreaktion herangezogen wird.

An Beispielen wie der Karbonat- und Sulfatbestimmung in alkalischen Elektrolyten zur Abscheidung von Zink-Nickel zeigte der Vortragende die Durchführung der Analysen und die erzielbaren Ergebnisse. Insbesondere bei der anodischen Oxidation von Aluminium lassen sich mit dem Verfahren schnell und zuverlässig die Gehalte an Aluminium und Säure in den verschiedenen Stufen der Bearbeitung (Entfetten, Beizen, Dekapieren, Anodisieren, Färben) bestimmen.

Die Zusammensetzungen und Temperaturen der wässrigen Lösungen, wie sie in der Galvanotechnik zur Anwendung kommen, fördern die Bildung von Biofilmen und Algen. Diese stellen eine Fehlerquelle für Beschichtungen dar und müssen deshalb vermieden werden – ein Thema, mit dem sich Alois Kinateder befasst. In der Galvanotechnik entstehen durch Mikroorganismen lokale Fehler in globularer oder fadenförmiger Art in der jeweils aufgebrachten Metallschicht. Sind Algen und Biofilme in Rohrleitungen oder Behältern festgestellt worden, muss im ersten Schritt eine sorgfältige Reinigung aller Bereiche, die mit Prozesswasser in Kontakt sind, erfolgen. Die Neubildung von Algen und Biofilmen kann durch den Einsatz von Bioziden, die dem Wasser konstant zugesetzt werden, vermieden werden. Dazu sollte eine regelmäßige Kontrolle auf Anwesenheit von Mikroorganismen vorgenommen werden.

 

Ergebnisse aus der Forschung – Junge Kollegen berichten

Die Vortragssession „Ergebnisse aus der Forschung – Junge Kollegen berichten“ widmete sich am Donnerstag ein Vortragsblock mit drei Vorträgen den Forschungsergebnissen „Junger Kollegen“. Themen waren die „Diagnostik von plasmaelektrolytischen Oxidationsprozessen“, „Langzeitstabile phosphordotierte Legierungskatalysatoren für Hochleistungs‐PEM‐Brennstoffzellen“ sowie der „Einfluss von Carbonsäuren auf die galvanische Abscheidung von Chrom aus dreiwertigen Chrom‐Elektrolyten“

Autor: Wolfgang Paatsch

Die plasmaelektrolytische Oxidation (PEO) besitzt ein hohes Entwicklungspotenzial. Bei Werkstoffen, die nichtleitende Oxide bilden können, wird in geeigneten Elektrolyten durch hohe anodische Polarisation unter Funkenentladung eine äußerst beständige bis etwa 150 Mikrometer dicke oxidkeramische Deckschicht gebildet. Im Vorhaben, das Frank Simchen (TU Chemnitz) vorstellte, wurden auf diese Weise auf Stahl in einem Aluminiumsalze enthaltenden Elektrolyten Aluminium auf der Stahloberfläche ausgefällt und gleichzeitig zu einer oxidkeramischen und damit korrosionsbeständigen und abriebfesten Schicht umgeformt. Durch die Nutzung elektrischer und bezüglich der Funkenentladung optischer Daten können der Entstehungsprozess der Schichten verfolgt und somit die Prozessparameter optimiert werden.

In der Brennstoffzellentechnik werden ein möglichst geringer Einsatz von als Katalysator wirkenden Edelmetallen sowie eine möglichst hohe Effektivität und Langlebigkeit der Zellen angestrebt. In einem von Maximilian Braun (fem) vorgestellten Vorhaben wurden durch Pulsabscheidung auf im Argon/Sauerstoffplasma aktivierten Gasdiffusionslagen für PEM-Brennstoffzellen Edelmetall – Phosphor – Katalysatoren abgeschieden. Durch die ressourcenschonende Maßnahme wird eine geringere Menge Edelmetall bei gleichzeitiger hoher Wirksamkeit und einer guten Langlebigkeit der Brennstoffzelle erreicht

Die Abscheidung von Hartchrom aus dreiwertigen Chromelektrolyten ist ein wichtiges Forschungs- und Entwicklungsfeld. Einen bedeutenden Einfluss haben hierbei die als Komplexbildner wirkenden Carbonsäuren, wie Lisa Büker (Fa. Kiesow und TU Ilmenau) in ihrem Vortrag darlegte. Durch Untersuchung der Masse-Ladungsbilanz mit der Quarzmikrowaage wurden verschiedene Carbonsäuren getestet. Die Untersuchung der Oberflächenmorphologie, Rissbildung, Zusammensetzung, Dicke und Härte der verschieden abgeschiedenen Schichten zeigte einen besonders positiven Effekt der Malonsäure. In einzelnen Bereichen wird damit eine Annäherung der so abgeschiedenen Schichten an das Eigenschaftsprofil von Hartchrom aus konventionellen Bädern erreicht.  ​​​​​​

 

Kathodischer Korrosionsschutz

Mit einer bisher unüblichen Anwendung der Zinklamellenbeschichtung befasst sich Andreas Tolz. Zinklamellenbeschichtungen stellen eine Variante des kathodischen Korrosionsschutzes dar, bei der die Gefahr der Wasserstoffversprödung ausgeschlossen ist und die in Dicken von etwa 5 bis 15 µm aufgebracht werden. Die Schichten basieren auf einer organischen Basis, die einen relativ hohen Anteil an Zinkflakes enthält. Neu ist die Anwendung auf Fahrwerksteilen, die bisher vor allem mittels KTL beschichtet werden, wobei steigende Anforderungen an die Schutzwirkung zu erfüllen sind. Die Zinklamellenbeschichtung erlaubt eine Reduzierung der Dicke von etwa 100 µm der bisher aufgebrachten Schutzschicht KTL auf etwa 15 µm bei vergleichbarer Schutzwirkung der Beschichtung.

Die Prüfung der Beschichtung unter den Bedingungen der Freibewitterung in Frankreich ergab über einen Zeitraum von 20 Monate eine Beständigkeit ohne Auftreten von Rotrost. Auch im dynamischen Fahrtest hat die Zinklamellenbeschichtung sehr gutes Verhalten gezeigt, so dass aktuell auf die Querlenker nur diese Beschichtung aufgebracht werden darf. Inzwischen wurden über eine Million Teile beschichtet und eingesetzt. Je nach Bauteil wird der Prozess zur Erzielung einer höheren Schichtdicke zweifach ausgeführt, wobei auf eine zusätzliche Beschichtung mittels Topcoat verzichtet werden kann.

Ressourcenschonende Passivierungslösungen aufgrund der Standzeitverlängerung standen im Mittelpunkt der Ausführungen von Dr. Sebastian Hahn. Angewandt werden Passivierungen in großem Umfang auf Zinkschichten, wobei die Dicke der Passivierung im Bereich von wenigen 100 nm liegt. Allerdings ist es in der Praxis nicht möglich, eine vollständige Zinkbeschichtung bei Bauteilen zu erreichen, so dass in der Folge bei der Passivierungsbehandlung neben Zink auch Eisen in Lösung gehen kann.

Um die Standzeit zu erhöhen, muss neben der Einstellung des pH-Werts auch die Konzentration an Zink und Eisen optimiert werden. Als Lösung zur Verlängerung der Standzeiten wird vom Vortragenden der Einsatz von Inhibitoren gegen eine Eisenauflösung vorgeschlagen. Mit dem eingesetzten Inhibitor treten keine Farbänderungen oder Änderungen der Korrosionsschutzwirkung auf, auch nicht über einen längeren Prüfzeitraum.

Dr. Andreas Ban befasste sich mit der Kinetik der Zink-Chrom-Abscheidung unter Gleich- und Pulsstromabscheidung. Zink-Chrom-Schichten sind interessant, da sie gute Korrosionseigenschaften bei Chromgehalten von 5  bis 15 Prozent aufweisen. Allerdings sinkt die Umformbarkeit mit steigendem Chromgehalt; besonders gute Verarbeitungs- und Anwendungseigenschaften zeigen die Schichten mit Chromanteilen von 3 bis 7 Prozent. Neben der Elektrolytzusammensetzung wirkt sich die Stromdichte auf den Chromanteil in der Schicht aus. Die maximal erreichbaren Chromgehalte liegen bei etwa 18 Prozent.

Eine weitere Variante zur Abscheidung der Legierung ist der Einsatz von Pulsstrom, durch den die Ionenkonzentration an der Oberfläche variiert werden kann. Dabei zeigte sich, dass ein Lastzyklus von 0,25 zu einem Chromgehalt von bis zu 16 Prozent bei allerdings geringeren Stromausbeuten im Vergleich zu Gleichstrom führt. Für technische Anwendungen eignet sich die Abscheidung, da die Einstellung des Chromgehalts durch die Stromdichte möglich ist, allerdings ist eine Anpassung der Anlageneinrichtung insbesondere im Hinblick auf die Durchlaufgeschwindigkeit bei der Bandbeschichtung notwendig.

 

Normenwesen

Rainer Paulsen und Janine Winkler stellten in ihrem Vortrag den für das Fachgebiet Galvanotechnik zuständigen DIN-Arbeitsausschuss NA 062-01-76 AA Chemische und elektrochemische Überzüge bezüglich seiner Arbeitsweise, Zusammensetzung und seiner Aufgaben vor. Diese Arbeiten beinhalten zudem den Abgleich zwischen DIN- und den ISO-Normungsgremien insbesondere im Hinblick auf die aktuell in Bearbeitung befindlichen Normen. Die Normenarbeit beinhaltet vor allem einheitliche Arbeitsweisen und Begriffsdefinitionen, die nach Aussage der Vortragenden der Industrie helfen sollen, die Produktion abzusichern, die Qualität auf hohem Niveau zu verbessern und den Herausforderungen des internationalen Wettbewerbs gerecht zu werden. Dabei empfiehlt sich zu berücksichtigen, dass asiatische Länder und insbesondere China in den vergangenen Jahren verstärkt in die Arbeit von Normengremien investieren.

Einen Ausblick auf die neue DIN-Norm 50940 Teil 2 gab Dr. Jens Riedel. Mit diesem Thema werden zahlreiche Fragestellungen zu Einsatz und Wirkungsweise von Beizinhibitoren bearbeitet. Allerdings gibt es bis heute keine allgemeingültigen Werkstoffkennwerte, welche die Werkstoffsensitivität gegenüber einer möglichen Wasserstoffversprödung beschreiben. Die aktuellen Arbeiten sollen hier für mehr Anwendungssicherheit bei Kunden und Lieferanten in der Beurteilung und Anwendung von Beizinhibitoren sorgen.

 

Anwendungsnahe Zukunftstechnologien

Die Erfüllung der Anforderungen aus REACH zur Vermeidung von sechswertigen Chromverbindungen in der Galvanotechnik haben dazu geführt, dass in relativ kurzer Zeit deutliche Technologieentwicklungen stattgefunden haben. Diego Dal Zilio stellte die dritte Generation an Elektrolytsystemen für die Herstellung von dekorativen Oberflächen vor. Das System kann auf hohen Korrosionsschutz oder auf hohen dekorativen Effekt optimiert werden. Zum Einsatz kommt die Verfahrenstechnik aktuell für die Beschichtung von Teilen für Automobile, Sanitär- und Möbelteile oder Schmuckaccessoires. Für rein dekorative Schichten liegen die Schichtdicken bei maximal 0,2 µm und zur Erzielung eines hohen Korrosionsschutzes bei 0,3 µm, wobei die Abscheidezeiten stets etwa 5 Minuten betragen.

Die hergestellten Chromschichten weisen Poren auf, die bei Korrosionsbeanspruchung zu Auflösung der darunter liegenden Nickelschicht mit entsprechenden Ablagerungen von Nickelverbindungen auf der Oberfläche führen. Durch die Nachbehandlung werden die vorhandenen Poren der Chromschicht verschlossen, die Farbbrillanz der Schicht bleibt dabei aber erhalten.

Björn Stroh befasste sich in seinem Vortrag mit der Notwendigkeit des Einsatzes von Beizinhibitoren und deren Funktionsweise. Das Beizen ist ein essenzieller Arbeitsschritt bei der Oberflächenbehandlung von metallischen Bauteilen, wofür in der Regel starke Mineralsäuren, vor allem Schwefel- und Salzsäure in Konzentrationen zwischen etwa 15 Prozent und 30 Prozent eingesetzt werden. Allerdings besteht insbesondere bei Werkstoffen mit hoher Festigkeit die Gefahr, dass der anfänglich atomar vorliegende Wasserstoff in das Metallgefüge eindiffundiert und es dadurch zur Wasserstoffversprödung kommen kann. Zudem kann der Angriff der Säure zu einer unerwünschten Aufrauung der Metalloberfläche führen, wodurch eine nachfolgende Beschichtung erschwert werden kann.

Um diese Nachteile zu vermeiden, werden Säuren Beizinhibitoren zugegeben. Diese bilden eine Barriere und schützen das Grundmetall vor dem Überbeizen und der Eindiffusion von Wasserstoff. Neben dem Schutz des zu beizenden Metalls mindern Inhibitoren aber auch den Säureverbrauch und erhöhen damit die Standzeit der Beizlösung. ​​​​​​

D​​​​​​An der Hochschule Aalen wurde unter Leitung von Prof. Dr. Timo Sörgel ein Verfahren zur Herstellung von Elektrodenmaterial für Akkumulatoren unter Anwendung der Dispersionsabscheidung entwickelt. Im Rahmen eines vom BMBF geförderten Projekts wurde eine Technikumsanlage erstellt, die inzwischen die Herstellung von Elektrodenfolie mit einer Breite von etwa 30 Zentimetern als Endlosfolie ermöglicht. Durch die Nutzung der Dispersionsabscheidung wird eine bessere elektrische Leitfähigkeit und höhere mechanische Festigkeit der Elektroden erzielt. Mit der Technikumsanlage lassen sich Kennwerte für ein Upscaling des Prozesses gewinnen.

 

Weitere Berichte von den ZVO-Oberflächentagen 2021 folgen