Artikelarchiv Galvanotechnik

Die elektrochemische Oberflächenbehandlung er- folgt überwiegend in wässrigen Lösungen und ist für viele Metallabscheidungsprozesse mit einer mehr oder weniger ausgeprägten Wasserstoffentwicklung, als Sekundärreaktion, verbunden. In solchen Fällen besteht das Risiko einer Wasserstoffbeladung des Substrats bzw. der darunter liegenden Schicht (bei mehrlagigen Schichtsystemen) oder der abzuscheidenden Schicht selbst. Die zur Erzeugung definierter funktioneller Eigenschaften der galvanischen Schichten notwendigen Elektrolyte und deren Prozessbedingungen müssen demzufolge so gewählt werden, dass die Wasserstoffreaktion minimiert wird, um damit eine Verringerung der Stromausbeute, eine Versprödung der Materialien sowie eine Blasen- oder Rissbildung zu verhindern. Die Wasserstoffbeladung hängt von der Zusammensetzung des Substrats oder der abzuscheidenden Schicht, von der Elektrolytzusammensetzung und den verwendeten Zusätzen und nicht zuletzt vom pH-Wert des Elektrolyten ab. Eine Wasserstoffbeladung kann sowohl in sauren, als auch in alkalischen Lösungen erfolgen [1]. Die Wasserstoffaufnahme in das Metall ist aus sauren Lösungen begünstigt [1–3] und die Wasserstoffaufnahme ist in diesem Fall höher [1]. Verschiedene Modelluntersuchungen in ungepufferten Lösungen zeigen eine starke Abnahme der Wasserstoffeinwirkung schon ab einem pH-Wert von ungefähr zwei. Die Sättigungslöslichkeit von Wasserstoff in Stahl erreicht zum Beispiel einen Maximalwert bei einem pH-Wert von ungefähr zwei und nimmt mit der weiteren Alkalisierung der Beladelösung ab [4].

Types of stainless steel

Stainless steel is often considered to be a specific corrosion resistant metal for use in a wide range of applications where it does not require painting or any further protection. Some users are not aware that there are in fact a large number of readily available different alloys, at least 80, that are classed as stainless because of their superior corrosion resistance to that of ordinary steels (carbon steels). All steels have iron as their major constituent and most non-stainless steels contain small amounts of other elements such as carbon, sulphur, manganese, silicon, phosphorus etc. to attain their desired properties. All stainless steels however contain a significant proportion of chromium, usually between 10.5 and 25 %. Many also contain nickel that can also be as high as 25 % and other elements such as nitrogen, carbon, molybdenum, manganese, silicon, cerium, copper etc. The contents of chromium and other elements are closely controlled to provide each grade of stainless steel with its desired properties. For example some stainless steels need to be relatively ductile as well as corrosion resistant so that they can be readily formed mechanically into components or articles. Others need to be hard for wear resistance and cutting applications or free-machining for fabrication of components by machining techniques such as cutting and drilling. Constituents promoting good machinability of the steel (sulphur, lead, copper, aluminium or phosphorus separately or in combination) often adversely affect corrosion resistance.

Qualicor ist eine Vereinigung von europäischen Un­ter­nehmen, die Mikroschicht-Korrosionsschutz-Systeme her­stellen oder anwenden. Ziel der Organisation ist die Siche­rung ei­nes einheitlich hohen Qualitäts- niveaus bei diesen Systemen – und zwar sowohl in Bezug auf die Produktei­genschaften wie auch die Appli­ka­tion. Die Organisation hat zurzeit 25 Mit­glieder aus vier Ländern. Ihr wichtigstes Gremium ist die Techni­sche Kommission (TK), deren Hauptaufgabe es ist, die mit den Systemen ver­bundenen Prozesse zu analysie­ren und beherrschbar zu machen. Ein weiterer Arbeits­schwerpunkt ist der kontinuierliche Abgleich zwi­schen den Anforde­rungen des Mark­tes, dem Stand der Technik und dem in den Sy­stemen stecken­den In­novationspotential. Diese Arbeit übernehmen im We­sent­lichen die fünf Arbeitsgruppen der TK.

Nur selten sind die Stimmungen im Vorfeld einer Veranstaltung so geteilt gewesen, wie dies für die erste Galvanica der Fall war, die vom 16. bis 18. Mai stattgefunden hat. So hatten sich namhafte große Anbieter von der Messe beispielsweise mit der Begründung distanziert, eine weitere Präsentation neben der Hannover Messe und der Surfacts wäre überflüssig, und viele der Firmen, die regelmäßig auf den fachbegleitenden Ausstellungen zu Branchentagungen vertreten waren, hatten auf eine Teilnahme in Stuttgart verzichtet. Selbstverständlich ist die Teilnahme an solchen Veranstaltungen auch stets unter dem Kostenaspekt zu betrachten und eine vorsichtige Werbepolitik ist durchaus verständlich. Um so überraschender war die sehr positive Resonanz auf die erste Galvanica (Bericht auf den Seiten 1415 bis 1426 in diesem Heft). Bereits der Besucherandrang am ersten Tag ließ diesen Eindruck eines Erfolges durchaus berechtigt erscheinen. Nachdem auch der zweite Messetag mit einer hohen Zahl an Fachbesuchern aufzuwarten hatte, waren bei den Ausstellern nur noch Zufriedenheit zu vernehmen. Besonders hervorgehoben wurden die zahlreichen und fachlich qualifizierten Gespräche an den Messeständen. Ein Grund für die guten Besucherzahlen lag mit hoher Wahrscheinlichkeit auch in der günstigen Lage Stuttgarts. In Baden-Württemberg konzentrieren sich die metallverarbeitenden Unternehmen sowohl der Zulieferindustrie als auch der wichtigen Großunternehmen der Automobil- und Maschinenbaubranche. Allerdings waren etwa ein Drittel der Besucher aus Unternehmen außerhalb dieses industriellen Ballungszentrums angereist.

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Ein Rückblick auf die Leistungen der Oberflächentechnik für den Umweltschutz

Aufbruch

Abwasserfragen

Mit dem Wiederaufbau der deutschen Wirtschaft entstanden Handwerks- und Industriebetriebe in zu- nehmender Dichte, aus denen stark wachsende Emissionen in Luft und Wasser resultierten. Das Wasserhaushaltsgesetz resultierte aus den diesbezüglichen Überlegungen zum Schutz der Gewässer. Damit verbunden waren Anforderungen an die Neutralisation von Abwässern und deren Entgiftung in Bezug auf Cyanide und Chromat sowie die Abtrennung von Schwermetallionen. Zunächst versuchte man, die Problematik nach dem end-of-pipe-Prinzip zu lösen, indem man die entstehenden Abwässer durch Entgiften behandelte. So genante Sinacid-Gruben, mit Kalkstein gefüllte Becken, dienten anfangs ungeregelt zur Neutralisation und, so weit das Abwasser alkalisch genug war, zur Ausfällung der Metalle als Hydroxide. Gelegentlich musste die Grubenfüllung ausgetauscht und auf Deponien entsorgt werden.

Wir leben in einer Zeit der Informations-Inflation. Das, was als Wissensinformation täglich durchs Internet flattert, ist von Einzelpersonen nicht mehr überschaubar. Hinzu kommt die Unsicherheit über den Wahrheitsgehalt der betreffenden Informationen. Der jüngste eklatante Fälschungsskandal des südkoreanischen Klonpioniers Hwang bzgl. seiner vermeintlichen Forschungsergebnisse verdeutlicht die Situation. Ein großer Teil des elektronisch weit gestreuten Wissens ist nahezu jedem zugänglich, doch nur relativ Wenige sind fachlich ausreichend geschult, um den Wert der Informationen zu beurteilen.

Die Fokussierung elektromagnetischer Strahlung mit brechenden (refraktiven) Linsen spielt sowohl im täglichen Leben als auch in der wissenschaftlichen Forschung eine bedeutende Rolle. Zum Beispiel verfügt das menschliche Auge über ein bewegliches Linsensystem, das sichtbares Licht in verschiedenen Abständen fokussieren kann. Bekannte technische Anwendungen sind beispielsweise Brillen, Ferngläser, Photoapparate, Mikroskope, Teleskope und vieles mehr. Eine ähnliche Aufgabe wie die Geräte im Bereich des sichtbaren Lichts erfüllen Röntgenmikroskop und Röntgenteleskop im für den Menschen nicht sichtbaren Bereich des elektromagnetischen Spektrums. Durch diese Instrumente werden Objekte mit Hilfe von Röntgenlicht vergrößert. Dadurch ergeben sich ganz neue Möglichkeiten, wie zum Beispiel in der Materialanalyse oder bei der Sichtbarmachung biologischer Strukturen.

Nach einigen langen und schmerzhaften Sitzungen beim Zahnarzt in den letzten Wochen hat mich ein Artikel angesprochen, der zudem noch zum Thema passt. In einem EU-Projekt mit dem Namen IntelliDrug (http://www.intellidrug.org), an dem 15 Partner, von deutscher Seite das HSG-IMIT in Villingen-Schwenningen und die Charité Universitätsmedizin in Berlin, beteiligt sind, wird eine neue Applikationsform für Medikamente erprobt, nämlich die Aufnahme über die Wangenschleimhaut im Mund. Der Ansatz ist nicht unbekannt: Wenn man ein Medikament über den Magen zuführt – vorausgesetzt, es wird nicht dort oder beim ersten Durchgang durch die Leber abgebaut -, ist die Wirkstoffkonzentration im Blutplasma zunächst zu hoch, was unerwünschte Nebenwirkungen hervorrufen kann, dann eine Weile richtig, d.h. innerhalb des so genannten therapeutischen Fensters, und dann zu niedrig, bis mit einer neuen Dosis das Spiel von vorne beginnt.

Bericht über den vom 29. bis 30. November 2005 veranstalteten Kongress

Unter dem Motto Neue Ideen für die Industrie fand vom 29. bis 30. November 2005 die Nanofair 2005 in Dresden statt. Ziel des Kongresses mit begleitender Ausstellung war, den Austausch von anwendungsorientiertem Wissen auf europäischer Ebene zu intensivieren sowie die Gründung von Unternehmen zu fördern. Partner der Nanofair, die seit 2002 im jährlichen Wechsel in Straßburg, Dresden und Karlsruhe stattfindet, sind das VDI-Kompetenzfeld Nanotechnik, das Amt für Wirtschaftsförderung Dresden, die Wirtschaftsförderung Karlsruhe und die Association de développement du Bas-Rhin in Straßburg. Die Veranstaltung stand unter der Schirmherrschaft des Bundesministeriums für Bildung und Forschung, BMBF.

Aufgrund ihrer außergewöhnlichen mechanischen Eigenschaften sind amorphe diamantartige Kohlen- stoffschichten (DLC-Schichten) von großem Interesse für den Verschleißschutz von hoch beanspruchten Werkzeugen bzw. Bauteilen. Insbesondere wegen ihrer hohen Härte bei gleichzeitig geringer Oberflächenrauigkeit und geringem Reibungskoeffizient sind sie herkömmlichen Hartstoffschichten zum Teil deutlich überlegen. Für ihre Erzeugung wird eine Reihe verschiedenartiger PVD- und plasmagestützter CVD-Verfahren eingesetzt, wobei Mikrostruktur, Zusammensetzung und Eigenschaften in Abhängigkeit vom jeweiligen Verfahren und den Abscheideparametern in weiten Bereichen variieren. Generell sind DLC-Schichten vollständig amorph ohne kristalline Bestandteile, wobei ihr Anteil an diamantartigen sp3-Bindungen im Bereich von wenigen % bis 85 % und ihr Wasserstoffgehalt im Bereich von nahezu 0 % bis 40 % betragen kann. Metallische Beimengungen werden ebenfalls verwendet, um die Eigenschaften in gewünschter Weise zu verändern. Entsprechend werden an den Schichten Härten im Bereich von 10 bis 90 GPa gemessen, wobei derzeit industriell eingesetzte DLC-Schichten zumeist Härten im Bereich von 15 bis 25 GPa aufweisen. Diese für diamantartige Kohlenstoffschichten relativ geringen Werte sind vor allem darauf zurückzuführen, dass für die Herstellung gut haftender Schichten mit ausreichender Dicke nicht die Parameter verwendet werden können, bei denen die höchste Härte erzielt wird, sondern Parameter verwendet werden müssen, bei denen die inneren Spannungen moderat sind.

Was schon lange zu erwarten war, ist jetzt eingetreten. Chinesische Ingenieure haben, allein durch innovative Ideen und natürlich völlig unbeeinflusst von deutscher Technologie, eine eigene Magnetschwebebahn entwickelt und auch schon prototypisch dargestellt. Diese soll leichter, windschnittiger, leiser und natürlich auch billiger als vergleichbare Produkte sein. Es sei reiner Zufall, dass die eingesetzten Technik-, Montage- und Fertigungskonzepte und sogar die Werbung verblüffend dem des Transrapid von Thyssen-Krupp und Siemens ähneln, der täglich den Flughafen Shanghai mit der Stadt verbindet.

Da die vielen verschiedenen Kundenanforderungen an anwendungstechnische Prüfungen im Hinblick auf Korrosion und Haftfestigkeit bei Beschichtungen Liefervoraussetzungen sind, ist es bei der Entwicklung von neuen Materialien, Substraten, Vorbehandlungen oder Beschichtungssystemen von großer Bedeutung, dass sie schon in den Entwicklungsstufen eines jeden Produkts herangezogen werden. Für neue Entwicklungen müssen also nicht nur die Einflüsse der verschiedenen Beschichtungssysteme und der verschiedenen Substrate berücksichtigt, sondern auch die Einflüsse der verschiedenen Prüfungen mit einbezogen werden (Abb. 1). Zulieferer, insbesondere Vorbehandlungs- oder Be- schichtungslieferanten und Substrathersteller entwickeln kein fertiges Endprodukt. Eine Praxisprüfung unter Praxisbedingungen ihres Produkts ist somit nur schwer möglich und kann eigentlich nur in Zu- sammenarbeit mit der Automobilindustrie erfolgen. Befindet sich ein Vorbehandlungsprodukt in der Entwicklungsstufe müssen gängige Prüfverfahren herangezogen werden oder solche, mit denen schon bekannte Endprodukte freigeprüft worden sind, um vergleichend prüfen zu können. Die Freibewitterung nach VDA 621-414 und die Korrelation zu Wechseltests soll im Folgenden näher betrachtet werden.

Schon immer wollen die Menschen wissen was Ihnen die Zukunft bringen wird. Vorhersagen, Prognosen und Prophezeiungen haben eine lange Tradition – über ihre Treffsicherheit kann man allerdings geteilter Meinung sein. Die Basis einer Prognose bilden Fakten, die oft mit Messungen oder Simulationen zur Erstellung von Datenmaterial erhoben werden. Auf dieser Grundlage können dann mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeit Voraussagen für die Zukunft gemacht und Entscheidungen getroffen werden. Auch in der Technik ist in vielen Bereichen zuerst einmal nur eine Prognose möglich. Das Beispiel der Beschichtungsstoffe macht dies recht gut deutlich. Heute sind Beschichtungen bzw. Beschichtungssysteme für eine Schutzdauer von vielen Jahren bis hin zu Jahrzehnten konzipiert. Um die Eigenschaften und das Verhalten solcher Systeme beurteilen zu können sind sowohl bereits in der Grundlagenforschung als auch in der Praxis zeitraffende Laboruntersuchungen notwendig. Mit Hilfe der Ergebnisse aus diesen Prüfungen versucht man das Verhalten des geprüften Systems in der Praxis vorherzusagen. Um jedoch vom Verhalten in der Laborprüfung auf das Langzeitverhalten schließen zu können darf der Mechanismus der Degradation nicht verändert werden. Und genau dies bereitet bei der Wahl des Prüfverfahrens und der Parameter oft die größten Probleme.