Zink und Zinklegierungen wie Zink-Nickel sind mit die wichtigsten Beschichtungssysteme für die Galvanotechnik. Aufgrund ihrer elektrochemischen Eigenschaften werden diese Schichten in weitem Umfang für den kathodischen Korrosionsschutz von Eisenwerkstoffen eingesetzt. Für die Automobilindustrie und vor allem für die Bereiche Beschlagteile und Verbindungselemente sind auf Zink basierende galvanische Schichten unverzichtbar. Diese Zusammenhänge gelten nicht nur für Deutschland, sondern weltweit, wie sich auch in asiatischen Ländern, wie zum Beispiel Thailand zeigt [1]. Dabei stehen auch diese Verfahren unter dem konstanten Marktdruck, besser werden zu müssen, sei es in Richtung Korrosionsbeständigkeit oder vor allem Wirtschaftlichkeit.
Bei den eingesetzten Abscheideverfahren handelt es sich meist um eingeführte und bekannte Technologien, die wünschenswerte Verbesserung der Prozesse ist oft nicht einfach. Bezüglich der Korrosionsbeständigkeit gilt es zu bedenken, dass die Beständigkeit von Zinkbeschichtungen stark von den Umgebungsbedingen abhängt. Speziell Häufigkeit und Dauer der durch atmosphärische Bedingungen gegebenen Befeuchtungsphasen spielen dabei eine wichtige Rolle. Zink bildet an Luft schützende Deckschichten, die sich unter einem Feuchtigkeitsfilm aber wieder auflösen. Schichteigenschaften, die für den Einsatz in gemäßigten Klimazonen ausreichend sind, können deshalb in tropischen oder subtropischen Ländern ungenügend sein. Relevant für diesbezüglichen Einschätzungen sind sowohl Eigenschaften wie die Schichtdickenverteilung oder die geschlossene, fehlerfreie Ausbildung der Beschichtung als auch nicht so offensichtlich erscheinende Eigenschaften wie die inneren Spannungen der Schichten.
In einem vom Thailand Research Fund als International Research Network (TRF-IRN) geförderten Projekt stellten sich Wissenschaftler des Fraunhofer IPA in Deutschland, des Metallurgy and Materials Science Research Institutes MMRI der Chulalongkorn Universität und des National Metal and Materials Technology Center MTEC, beide Bangkok/Thailand diesen Aufgaben. Neben zahlreichen Erkenntnissen über den Zusammenhang von Prozessparametern zu Schichteigenschaften unter Zuhilfenahme von chemisches Simulationsrechnungen (Density Functional Theory-Methode, DFT) [2] zeigte sich dabei klar, dass bei den gegebenen Aufgabenstellungen die Kombination verschiedenster Methoden und wissenschaftlicher Ansätze zur Gewinnung neuer Erkenntnisse notwendig war. Die Bandbreite reichte dabei von praxisorientierten Abscheidungsversuchen anhand standardisierter komplexer Prüfkörper [3, 4] über die Kombination von Eigenspannungsmessungen sowohl durch In-situ Messung mittels IS-Meter als auch röntgenographische Methoden bis hin zum Einsatz von instrumenteller Analytik (HPLC, High Performance Liquid Chromatography) zur Identifikation von organischen Bestandteilen und Abbauprodukten (Abb. 1). Als wichtiger Nebeneffekt ergaben sich daraus Ansätze zum Aufbau eines internationalen Forschungsnetzwerks für die galvanotechnische Industrie.
Literatur
1] Eva Hanau, Dominique-Navina Pantke, Klaus Schmid, Martin Metzner: Project Schoolplate: Company Survey Results Report: Characteristics and qualification needs of the Thai electroplating industry; (Hrsg.) Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA Stuttgart (2021); https://bibkit.fraunhofer.de/medialibrary/ipa/2021152_offen.1622037149.pdf
[2] Thanyalux Wanotayan, Pongsakorn Kantichaimongkol, Viriyah Chobaomsup, Sirikarn Sattawitchayapit, Klaus Schmid, Martin Metzner, Tongjai Chookajorn, Yuttanant Boonyongmaneerat: Effects of Chemical Compositions on Plating Characteristics of Alkaline Non-Cyanide Electrogalvanized Coatings; Nanomaterials (2020) 10(11); https://doi.org/10.3390/nano10112101
[3] Klaus Schmid, Erik Wiedemann, Peter Schwanzer: Elektrolytprüfstand - die Hullzelle geht in die dritte Dimension; Teil 1: Einführung und Systemaufbau; Galvanotechnik: Das Innovationsmagazin 100(11) (2009); http://fhgonline.fraunhofer.de/bibliotheken/ipa/2009263.pdf
[4] Klaus Schmid: Elektrolytprüfstand - die Hullzelle geht in die dritte Dimension, Teil 2: Praktischer Einsatz am Beispiel der Nickellegierungsabscheidung von Ni-Co und Ni-Fe; Galvanotechnik: Das Innovationsmagazin 102(3) (2011), http://fhgonline.fraunhofer.de/bibliotheken/ipa/201185.pdf
[5] Maslin Chotiracha, Pranee Rattanawaleedirojna, Yuttanant Boonyongmaneerata, Rungroj Chanajareea, Klaus Schmid, Martin Metzner, Nadnudda Rodthongkuma: Systematic investigation of brightener’ s effects on alkaline non-cyanide zinc electroplating using HPLC and molecular modelling; Materials Chemistry and Physics, Volume 277 (2021); https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2021.125567
Abb. 1: Einsatz von HPLC zur Identifizierung von organischen Stoffen und Abbauprodukten
