Artikelarchiv Galvanotechnik

Bedeutung von Innovationsfeldern

Die zukünftige Bedeutung verschiedener Technologien oder Verfahren wird regelmäßig intensiv diskutiert. In verschiedenen Studien findet sich eine große Bandbreite an Aussagen hierzu [2-4]. Daher interessierte die Einschätzung der Beschichtungsbetriebe zu diesem Themenfeld. Es wurde nach der zukünftigen Bedeutung verschiedener Verfahren aus Sicht der Betriebe gefragt. So war beispielsweise interessant, ob die Betriebe Legierungselektrolyte einsetzen (Abb. 16) und wie sie die zukünftige Bedeutung einschätzen (Abb. 17). Insgesamt 46 Firmen setzen heute Legierungselektrolyte ein, 40 halten sie zukünftig für sehr wichtig und 15 für weniger wichtig. Allerdings haben auch 40 Firmen bei dieser Frage keine Angabe gemacht.

Die interventionelle Gefäßtherapie erlebt gegenwärtig in einer Wei- se Fortschritte, wie dies kaum in einem zweiten Bereich der Medizintechnik der Fall ist. Beleg dafür ist einerseits die massive Zunahme von interventionellen Eingriffen und andererseits der flächendeckende Aufbau von Gefäßzentren und Katheterlabors in Deutschland. Die Dimension des Problems der kardiovaskulären Erkrankungen wird insbesondere nach der Auswertung der Todesfallstatistiken der weltweit führenden Industrieländer deutlich. In den USA sind die kardiovaskulären Erkrankungen seit 1900 mit Ausnahme des Jahres 1918 der Killer Nr. 1 [1]. Im Jahr 2000 waren die kardiovaskulären Erkrankungen mit einem Anteil von 39,4 % erneut mit großem Abstand an der Spitze der Todesursachen. In der Mortalitätsstatistik ist die Todesfallrate hier höher als für die nachfolgenden fünf Todesfallursachen zusammengenommen. Täglich versterben ca. 2600 Menschen in den USA, was bedeutet, dass alle 33 Sekunden ein Todesfall aufgrund kardiovaskulärer Erkrankungen registriert wird. In Grossbritannien (UK) sind die kardiovaskulären Erkrankungen mit einem Anteil von 40,3 % ebenfalls an oberster Stelle der Todesfallstatistik, was bedeutet, dass im Jahr 2001 ca. 245 000 Todesfälle registriert wurden (657 Todesfälle pro Tag) [2].

Ausgangssitutation

Magnesium bietet bekanntermaßen erhebliches Po- tenzial zur Gewichtseinsparung speziell im Transportwesen und dem Telekommunikationsbereich. Für die nächsten zehn Jahre werden Wachstums- raten von etwa 15 % jährlich im Druckgussbereich prognostiziert. Der Weg, Stahl oder Aluminium durch Magnesium eins zu eins zu ersetzen, führt hingegen häufig in die Sackgasse. Die spezifischen Anforderungen an den Werkstoff, abgesehen von den mechanischen Eigenschaften, werden hinsichtlich Korrosion, Verschleiß und Optik weiter steigen. Ein Vergleich mit dem Konkurrenzwerkstoff Aluminium macht deutlich, dass hierbei die etablierten Oberflächenverfahren, im Speziellen die Anodisation, zur Behandlung von Magnesium nicht ausreichen, um den technischen und wirtschaftlichen Anforderungen dieser Wachstumsbranche gerecht zu werden. Aufgrund der besonderen Verfahrenstechnik bei der Anodisation von Magnesium – hohe Arbeitsspannungen über 250 bis 300 V (für Alumi- nium 17 Volt!), Anwendung von Pulsanodisation, Notwendigkeit des Berührungsschutzes der elektrischen Anlagen, extrem hohe Kühlleistungen, geringer Warendurchsatz – sind diese Verfahren zur Massenproduktion für die Fahrzeugindustrie zu kos- tenintensiv und deshalb wirtschaftlich ungeeignet.

Die elektrochemische Abscheidung von Kupfer stellt in der Mikroelektronik eine weit verbreitete Methode zur Präparation von Metallisierungsschichten und Multilayer-Zwischenverbindungen dar. Besondere Vorteile weist diese Methode vor allem beim Füllen tiefer Grabenstrukturen und Löchern auf. Die verbreitetste Form ist die elektrochemische Abscheidung aus einem schwefelsauren Kupfersulfatelek- trolyten, dem verschiedene organische Verbindungen, die so genannten Additive, zugesetzt werden, um ho- mogene, geschlossene Schichten zu gewährleisten. Nach der Abscheidung erfährt die Kupferschicht eine Umwandlung ihres Mikrogefüges, die unter der Bezeichnung self-annealing bekannt ist. Dabei verändern sich sowohl die mechanischen als auch die elektrischen Eigenschaften wie innere Gefügespannungen, Korngröße, Textur und spezifischer Widerstand. Dieser Prozess kann in Abhängigkeit von verschiedensten Parametern wenige Stunden, jedoch auch mehrere Tage oder Wochen andauern. Die Voraussetzung für das self-annealing ist ein stattfindender Einbau organischer und anorganischer Verunreinigungen in die Kupferschicht. Diese Verunreinigungen, deren Anteil im Kupfergefüge bis zu 1 Massen-% betragen kann [1], lagern sich sowohl innerhalb der Körner als auch an den Korngrenzen ein. Sie diffundieren in Form von niedermolekularen Verbindungen wie CO, C2H6 oder CO2 [2] während des self-annealings je nach Anreicherungsgrad mehr oder weniger schnell aus der Kupfermatrix an die Oberfläche.

Neuartige und exotisch wirkende Anwendungen der Edelmetalle Silber, Gold, Palladium und Platin bereichern das Spektrum der bekannten Einsatzgebiete in der Elektronik und Leiterplattentechnik. Die aktuelle Fachliteratur kennzeichnet die momentanen Schwerpunkte vor allem in der Mikroelektronik, beschreibt aber auch die elektrochemische Abscheidung als hilfreiche Präparationsmethode in der Nanotechnologie, Sensorik und Elektrokatalyse.

Elektrolytisch abgeschiedene Gold/Kobalt-Legierungsschichten mit geringem Kobaltgehalt (0,2 bis 0,3 Gew.%) zeichnen sich durch hohe Härte und Abriebbeständigkeit aus und werden seit langem in der Praxis eingesetzt [1], beispielsweise für Kontaktwerkstoffe. In den letzten Jahren wird die Herstellung von goldbasierten Multilayersystemen als eine Erfolg versprechende Möglichkeit zur Verbesserung der Eigenschaften von beschichteten Bauteilen angesehen. Aufgedampfte Gold/Kobalt-Multilayersysteme z. B. zeigen eine hohe senkrechte magnetische Anisotropie [2-4]. Durch elektrolytisch abgeschiedene Gold/Kobalt-Multilayersysteme sind Schichten mit höherer Verschleißbeständigkeit und Duktilität abscheidbar [5, 6]. Die elektrolytischen Multilayersysteme werden nach dem Ein- elektrolytverfahren aus handelsüblichen Elektrolyten durch periodische Änderung der kathodischen Stromdichte hergestellt, wobei der Kobaltgehalt in den Einzellagen von 4 bis 60 Gew.% variiert.

In zwei Jahren – so die derzeitigen Forderungen – soll sechswertiges Chrom endgültig aus Fahrzeugen verschwunden sein. Während vor zwei Jahren noch große Unsicherheit in der Oberflächenbranche darüber herrschte, ob und wie diese Forderung zu erfüllen ist, kann man derzeit eher gelassen dem 1. Juli 2007 entgegen blicken. Alle Chemieanbieter und Lohnbeschichter, die auf der Hannover Messe ihre Leistungen präsentierten, boten gute Alternativen zur Passivierung von vorzugsweise Zink- und Zinklegierungsschichten an. Die Zahl der Alternativen hat sich gegenüber der früher üblichen Chromatierung zwar deutlich erhöht, ebenso ist die Prozessführung schwieriger geworden und den so genannten Selbstheilungseffekt kann man nur in absoluten Ausnahmefällen und beschränktem Umfang erzielen (hier soll auf den Beitrag von Rainer Venz in der Galvanotechnik 4/2005, Seite 824 bis 828 verwiesen werden), aber diese Einschränkungen waren bereits zu Beginn der Diskussion über Ersatzwerkstoffe für sechwertiges Chrom klar. Auch die Korrosionsbeständigkeiten der Beschichtungen mit Passivierungen ohne Chrom(VI) sind mit denen der bisher gebräuchlichen Chromatierung vergleichbar. Damit darf die Branche zufrieden sein – die Forderungen der Autombilindustrie in Bezug auf den Verzicht von Chrom(VI) wurden erfüllt!

Stalder Finish AG erhält Umweltpokal 2009

Eine Jury aus Industrievertreter unter der Leitung der Hauser und Walz GmbH, Beratende Ingenieure, überreichte am 20. November 2009 der Stalder Finish AG in Engelburg im Kanton St. Gallen, ein traditionelles Familienunternehmen in der zweiten Generation, den Umweltpokal 2009 für ihr großes Engagement im Bereich des betrieblichen Umweltschutzes. Den Umweltpokal erhält das Unternehmen vor allem als Anerkennung für ihre 50-jährige Pionierarbeit in diesem Bereich. Neben Vertreter aus Industrie und Presse nahmen der Gemeindepräsident, Andreas Haltinner, und Dr. Elmar Zwicker vom kantonalen Amt für Umwelt und Energie aus St. Gallen teil.

Beim Hartverchromen laufen unerwünschte Nebenreaktionen auf den Oberflächen von Rohteilen ab, bei der die Chromsäure zur dreiwertigen Stufe Chrom(III) reduziert wird. Überschreitet der Chrom(III)gehalt des Chromsäureelektrolyten bestimmte Grenzwerte, so kommt es zu Qualitätseinbußen der Chrombeschichtung. Letztendlich muss der Chromsäureelektrolyt komplett verworfen und kostenintensiv wieder aufgearbeitet werden. Durch die zu beschreibende elektrochemische Verfahrenstechnik mit einer dreidimensionalen Anode ist es möglich, die Standzeit eines Chromelektrolyten erheblich zu verlängern. Die entsprechende Zelle mit der dreidimensionalen Anode stellt eine kleine Baueinheit dar, die im By-pass-Verfahren anodisch Chrom(III) zu Chrom(VI) oxidiert. Der Vorteil der dreidimensionalen Anode besteht in der hohen spezifischen Oberfläche und dem intensiven Stofftransport, so dass Chrom(III) mit großer Stromausbeute und großer Umsatzgeschwindigkeit (erhöhte Stromaufnahme) in einer verhältnismäßig kleinen Zelle zu Chrom(VI) oxidiert werden kann.

Zur Zeit des Königs Josia [1] verfiel der jüdische Tempel, weil die zuständigen Manager, das war der verantwortliche Klerus, ihre ursprünglichen Pflichten vernachlässigt hatten. Der König übergab deshalb die Aufgabe der Instandhaltung und die dazu erforderlichen Mittel direkt den Handwerkern – auf Treu und Glauben, wie der biblische Text berichtet. Das übliche Quittungs- und Nachweiswesen erschien gegenüber den Handwerkern nicht erforderlich; die Zunft der Bauleute war dem König offensichtlich als zuverlässig und ehrlich bekannt.

Langfristig werden sowohl Indium als auch Gallium mit zeitweise schwankenden Preisen zur Verfügung stehen. Claire Mikolajczak (übersetzt von Jürgen Seitner, GPS Technologies)

Einführung

Indium ist ein Nebenprodukt von mehreren, gemeinsam gewonnenen Basismetallen. Zu diesen Metallen gehören Blei, Zink, Kupfer, Zinn oder auch Misch- erze.

Bessere Straßen in Bengaluru

Eine innovative Strategie zur Nutzung des Kunststoffabfalls in Bengaluru hat zur Verbesserung der Qualität der Straßen geführt. Die Straßen in Indien werden überwiegend mit Teer asphaltiert. Diese Straßen sind gegen Wasser empfindlich. Außerdem ist die so genannte Marshall-Stabilität der Straßenoberfläche niedrig. In den letzten zehn Jahren hat die Firma K. K. Plastic Waste Management in Bengaluru in Zusammenarbeit mit dem R. V. College of Engineering und der Universität von Bangalore ein Verfahren entwickelt, das auf der einen Seite Kunststoffmüll verwendet und auf der anderen Seite die Qualität der geteerten Straßen verbessert.

Vom 24. bis 25. November 2009 veranstaltete das Institut für Werkstoffwissenschaft und Werkstofftechnik (IWW) der TU Chemnitz seinen jährlich stattfindenden Weiterbildungskurs Elektrochemische Schichten. Erneut nahmen viele Teilnehmer aus der Industrie und von beruflichen Ausbildungsstätten an dem interessanten Fortbildungsprogramm teil. Durch die Vorträge und die vielfältige Diskussion war es allen Teilnehmern möglich, ihr Wissen zu erweitern beziehungsweise aufzufrischen. Besonders begrüßt wurde die ausführliche praktische Arbeit im gut ausgestatteten Labor. Ebenso sind die Ausführungen der Referenten aus der industriellen Praxis gut angekommen. Die diesjährigen Themen waren:

– Elektrochemische Grundlagen der Schichtbildung;

– Galvanische Abscheidung von Zink- und Zinklegierungsschichten;

– Chemische Metallabscheidung;

– Elektrolytische Umwandlung (elektrochemisches / plasmachemisches Anodisieren);

– Metallographische Schichtpräparation, Mikrostrukturcharakterisierung, Härte- und Schichtdicken- bestimmung;

– Abwasseraufbereitung, Recycling.

Bezogen auf die Teilereinigungsindustrie bietet Indien ein komplexes und vielfältiges Angebot an Möglichkeiten. Die Industriebranchen, in denen die Teile- reinigung ein Glied der Produktionskette darstellt, können in zwei Gruppen unterteilt werden. Die eine Gruppe vertritt die Triebkraft für das Schwellenland Indien. Zu dieser Gruppe gehören Industriebranchen wie die Automobil-, Elektro-, Elektronik- und Halbleiterindustrie, Infrastruktur, Kommunikation und weiße Güter. Die andere Gruppe spiegelt das traditionelle Indien mit vielen Religionen und Kulturen wider. Die Anforderungen dieser Gruppe im Bereich der Teilereinigung und die Chancen, hier die neuesten Technologien einzuführen, müssen auch erkannt werden. Zu dieser Gruppe gehören Industriebranchen wie Schmuckwaren, Diamanten, Armreifen sowie die bearbeitende Industrie mit Komponenten aus Kupfer und ihren Legierungen.