Neue Herausforderungen und Lösungen –Oberflächentechnik in seiner gesamten Vielfalt

Oberflächen 03. 11. 2012
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Bericht von den ZVO-Oberflächentagen 2012 in Darmstadt

Der Zentralverband Oberflächentechnik hatte zu seiner jährlichen Tagung eingeladen und mehr als 400 Teilnehmer waren nach Darmstadt gekommen, um sich vom 26. bis 28. September über die neuen Herausforderungen für die Oberflächentechnik und die Lösungen durch die Oberflächentechnik zu informieren. Der ZVO-Vorsitzende zeigt sich in seiner Begrüßung vom Interesse an der jährlich stattfindenden Veranstaltung sehr erfreut und gab zugleich seiner Begeisterung über das interessante Tagungszentrum Darmstadtium Ausdruck, das nach dem in Darmstadt erzeugten Element mit der Nummer 110 im Periodensystem benannt ist.

Für den festlichen Eröffnungsvortrag konnte Jeanette Huber vom Zukunftsinstitut, Kelkheim, gewonnen werden. In beeindruckender und unterhaltsamer Weise zeigte die Vortragende auf, was unter Innovationen zu verstehen ist, wie deren Entstehung initiiert und gefördert werden können und welchen Einfluss sie auf unser Leben haben. Mit die entscheidende Schlussfolgerung der Ausführungen war, dass die mensch-
liche Begeisterung für Neues und die Fähigkeit, diese Eigenschaft zu fördern, das entscheidende Kriterium für Innovation ist. Vor allem ist dafür aber ein motivierendes Umfeld für den Menschen und die positive Diskussion über dessen neue Gedanken notwendig. Guten Innovationen zeichnen sich dadurch aus, dass sie schnell von vielen Menschen akzeptiert werden und dazu führen, als unentbehrlich eingestuft zu werden. Eine ganze Reihe solcher Produkte konnte das amerikanische Unternehmen Apple in den letzten Jahren auf den Markt bringen, worauf sich auch dessen Erfolg begründet.

Ehrungen

Im Rahmen der jährlich stattfindenden
Ehrungen ging eine DGO-Plakette an Prof. Dr. Bernhard Wielage, der seit 18 Jahren an der TU Chemnitz und seit 14 Jahren als persönliches Mitglied in der DGO in verschiedenen Positionen aktiv tätig ist. Professor
Wielage unterstützt mit seiner Tätigkeit an der Universität Chemnitz unter anderem auch die notwendigen Verbindungen zwischen den Fachleuten für die Grundmaterialien und den Spezialisten der Oberflächentechnik.

Eine zweite DGO-Plakette erhielt Andreas Schütte für seine langjährige Mitgliedschaft in der DGO und sein Engagement in verschiedenen Gremien. Andreas Schütte ist seit seinem Eintritt als Auszubildender DGO-Mitglied. Vor allem aber sein jetziger Arbeitgeber, die HSO in Solingen, unterstützt die Aktivitäten für den Verband. Dafür sprach ihm Andreas Schütte seinen Dank aus.

Den Nachwuchsförderpreis konnte in diesem Jahr Gloria Lanzinger vom Forschungsinstitut Edelmetalle und Metallchemie für ihre Arbeiten mit ionischen Flüssigkeiten entgegennehmen. Die Geehrte befasste sich mit der Abscheidung von Edelmetallen für Kontaktanwendungen. Hier werden neue und günstigere Eigenschaften der Oberflächen erwartet.

Der Heinz-Leuze-Preis 2011 ging an Ralf Schulz für einen Aufsatz über den Einsatz des FIB in der Galvanotechnik.

Im Anschluss an die Ehrungen konnten sich die Teilnehmer beim Eröffnungsabend angeregten Fachgesprächen oder der Auffrischung persönlicher Kontakte widmen.

Fachvorträge

Für den Donnerstag und Freitag hatte der ZVO in vier parallelen Sitzungen 56 Fachvorträge aus Forschung, Entwicklung und Praxis aufgeboten. Dabei standen Neuerungen in der Oberflächentechnik im Vordergrund, über deren Unterstützung durch öffentliche Fördermittel des BMBF Ingo Höllein im gemeinsamen Eröffnungsvortrag informierte. Anschließend bekamen fünf Industrievertreter die Möglichkeit, ihre Produkte kurz vorzustellen.

Die Fachvorträge überspannten den Bogen von der Reinigungstechnik, über Neuentwicklungen allgemeiner Art, Schichten mit Edelmetallen, Oberflächen für den Korrosions- und Verschleißschutz, der Oberflächenbehandlung von Leichtmetallen, der Qualitätssicherung, das derzeit heiß diskutierte Thema der Chromschichten in all seinen Facetten sowie der Blick auf den Nachwuchs und dessen Arbeiten.

Korrosions- und Verschleißschutz

Eines der wichtigsten funktionellen Schichtsysteme für den Maschinen- und Anlagenbau ist Hartchrom, wie Martin Metzner einführend klar stellte. Die Beschichtungstechnik ist zunehmend gefordert, auch solche klassischen Beschichtungen an die Herausforderungen der Anwender anzupassen. Hier sind dann nicht mehr Charakterisierungen wie Härte oder Schichtdicke gefragt, sondern beispielsweise die schonende Behandlung von Werkstoffoberflächen als Gegenpartner zur Chromschicht, Möglichkeiten zur Reinigung der Oberfläche oder Anhaftverhalten. Hinzu kommen immer stärker Fragen nach der Material- und Energieeffizienz bei der Herstellung von Beschichtungen oder ökologische Gesichtspunkte. Die galvanotechnischen Verfahren sind bei solchen Ansätzen auf jeden Fall zu bevorzugen.

Matthias Rost gab in seinem Vortrag einen Überblick über die Eigenschaften von Hartchromschichten, die in breitem Umfang mit Dicken bis zu 500 Mikrometer auf Zylindern und Walzen abgeschieden werden. Für den Einsatz in Hydrauliksystemen kommen die guten Gleiteigenschaften sowie die hohe Korrosionsbeständigkeit voll zum Tragen. Zu der positiven Gesamtbilanz von Hartchromschichten haben zu einem großen Teil auch die Entwicklungen in der Anlagentechnik der letzten Jahre beigetragen. So werden heute bei vielen Unternehmen Abscheidereaktoren eingesetzt, die das abschließende Maßbearbeiten auf ein Minimum reduzieren.

Aspekte zur Wirtschaftlichkeit zeigte Helmut Horsthemke in seinem mit großem Interesse verfolgten Beitrag auf. Hierfür hatte der Referent die Herstellung von Hartchromschichten sowie die chemische Abscheidung von Nickel für verschiedene Anwendungen und in unterschiedlichen Ländern betrachtet und miteinander verglichen. Hierbei hat es sich gezeigt, dass der Vergleich von Unternehmen in verschiedenen Staaten der Erde eine deutlich geringere Schwankung bei den erforderlichen Kosten zur Herstellung von Beschichtungen haben, als der Vergleich zwischen unterschiedlichen Einsatzfällen. Aus diesen Betrachtungen ergeben sich Ansatzpunkte zur Verbesserung der Ökonomie, wobei die Erwartung der jeweiligen lokalen Märkte und der Anwendungsfelder als wichtige Größe erheblichen Einfluss auf die jeweilige Berechnung haben. Dies schlägt sich in unterschiedlichen Ansätzen für die Kalkulation von Preisen nieder.

Die Herstellung von modernen korrosionsschützenden Schichten setzt voraus, dass die unterschiedlichen Abläufe und Arten von Korrosion aufgeklärt werden. Dies ist vor allem deshalb notwendig, weil Korrosion nach wie vor zu erheblichem, volkswirtschaftlichem Schaden führt. Wolfram Fürbeth gab deshalb einen Überblick über die grundlegenden Abläufe der wichtigsten Korrosionsarten und die hierbei relevanten Einflussgrößen. Mit diesen Kenntnissen lassen sich je nach Sachlage entsprechende Überlegungen anstellen, die Oberfläche vor Korrosion zu schützen. Dabei muss unter Umständen auch akzeptiert werden, dass der korrosive Angriff nicht gänzlich vermieden, die Schädigung eines Bauteils aber zeitlich stark verzögert werden kann.

Zu den wichtigen Schutzmaßnahmen von Bauteilen zählt die Aufbringung von Zink- und Zinklegierungsschichten, dem so genannten kathodischen Korrosionsschutz von Eisenwerkstoffen, wie Michael Schem einführend erläuterte. In diesem Fall ist die gleichmäßige Auflösung der aufgebrachten Zinkschichten der Schutzmechanismus für das darunter liegende Substrat. Dieser Mechanismus funktioniert auch bei einer mechanischen Verletzung der Beschichtung, so lange die Fehlstellen nicht zu groß sind. Eine zeitliche Verlängerung der Schutzwirkung wird durch die Aufbringung von Passivierungen und Versiegelungen erreicht. Hierbei sind jedoch weitere Anforderungen hinsichtlich der Farbe oder auch des Gleitverhaltens zu berücksichtigen.

Nach Aussage von Andreas Schütte hat die Bedeutung der funktionellen Beschichtungen deutlich zugenommen. Hier besitzen vor allen Dingen die chemisch abgeschiedenen Nickel-Phosphor-Legierungen aufgrund der guten Korrosions- sowie Verschleißbeständigkeit einen hohen Stellenwert. Für Anwendungen im Maschinenbau sind sowohl die reine chemisch abgeschiedenen Nickelschichten und Hartchromschichten wichtig, aber auch Kombinationen davon. Zu den Neuheiten in diesem Bereich zählen ternäre Legierungen auf Basis der klassischen Nickel-Phosphor-Schichten mit einem weiteren Metall als Legierungspartner. Solche Systeme können bei gleicher oder höherer Korrosionsbeständigkeit eine bessere Duktilität, höhere Härte oder höhere Zugfestigkeit aufweisen.

Einen Überblick über die Einsatzmöglichkeiten und Eigenschaften von chemisch abgeschiedenen Nickelschichten gab Birgit Sonntag. Zu den wichtigen Merkmalen von Nickel-Phosphor und Nickel-Bor – bei Nickelgehalten zwischen 85 und 95 % – zählt die Korrosionsbeständigkeit, wodurch ein wichtiges Einsatzgebiet der Schicht vorgegeben ist. Vor allem bei höheren Phosphorgehalten erweist sich die guten Polierbarkeit und die nichtmagnetische Eigenschaft als weiterer Vorzug, der für den Einsatz in der Elektronik spricht. In Kombination mit Edelmetallschichten für elektrische und elektronische Bauteile ist die gute Bond- und Lötbarkeit zu nennen. Bei nichtmetallischen Substraten kommen chemisch abgeschiedene Nickelschichten als Leitschicht für die weitere Metallisierung zum Einsatz. Trotz der bereits vielfältigen Eigenschaften und Einsatzmöglichkeiten wird intensiv an der Entwicklung weiterer Systeme und Zusammensetzungen gearbeitet.

Im letzten Beitrag des Themenblocks stellte Heiko Reski an Beispielen aus der Praxis die Anforderungen und erzielten Lösungsmöglichkeiten mit chemisch abgeschiedenem Nickel vor. Demnach stellen Nickellegierungs- und Nickeldispersionsschichten in zunehmendem Maße für harte Beanspruchungen eine ideale und gerne genutzte Lösung dar. Vor allem auch die gute Deckfähigkeit und gleichmäßige Schichtdickenverteilung ist ein gewichtiges Argument für den Einsatz von chemisch abgeschiedenem Nickel.

Bauteilreinigung

Bei den Reinigungsprozessen zielen Bemühungen unter anderem darauf ab, dass beim Einsatz von Reinigungsmitteln Kosten eingespart sowie ein gute ökologische Bilanz ausgewiesen werden soll. So beträgt den Ausführungen von Frank-Holm Rögner zufolge der Anteil der Reinigungskosten bei einigen Bauteilen bereits bei bis zu 30 %
von den gesamten Herstellkosten. Solche Effekte waren vor allem bei speziellen Bauteilen mit komplexen und sehr kleinen Strukturen aufgetreten. Hier sind nach wie vor Bemühungen lohnenswert, nur so intensiv wie nötig und nicht so intensiv wie möglich zu reinigen.

In mechanischen Fertigungsbereichen, beispielsweise dem Fräsen und Drehen, wurde erkannt, dass eine optimale Reinigung die Fertigungsqualität erhöht. Dieter Ortner gab Einblicke in die Technologie zur prozesssicheren und schnellen Reinigung von Formwerkzeugen, die für die Verarbeitung von Leichtbauwerkstoffen eingesetzt werden.

Besonderes Interesse gilt den Vorträgen zufolge den Leichtmetallen Aluminium und Magnesium. Die Prozesseinflüsse bei der Herstellung von Aluminiumdruckgussteilen auf die Bauteilsauberkeit waren das Thema von Gerhard Koblenzer. Hier muss unter anderem auf besondere Gratfreiheit und die Abreinigung von Spänen und schwer lösbaren Anhaftungen geachtet werden. Als relevante Kriterien sprach der Vortragende die Beeinflussung durch das Handling und die Umgebung an.

Als neues Verfahren wurde von Edwin Büchter das Reinigen mittels Laserstrahl vorgestellt. Hierbei macht man sich zunutze, dass die Lasertechnik je nach aufgebrachter Energie deutlich unterschiedliche Arbeitsschritte in der Produktion übernehmen und relativ einfach an die unterschiedlichen Substrate und deren Verschmutzungen angepasst werden kann. Einsatz findet die Technologie beispielsweise zur Vorbereitung von Klebungen oder bei Leichtmetallen zur Vorbereitung von Schweißverbindungen. Neben dem guten Haftgrund für die Verbindung wirken sich auch die Vorteile in Bezug auf die Ökologie aus.

Jens Emmerich erläuterte Überlegungen zur Optimierung der Reinigung, indem die Unterscheidung in Zwischen- und Endreinigung getroffen und der Einsatz der Reinigungsstoffe daraufhin optimiert wird. Auch dieser Ansatz beruht darauf, nur so gründlich wie nötig zu reinigen.

Dass die Bemühungen zur Vermeidung von gesundheitsbedenklichen Stoffen für die Reinigung nach wie vor eine hohe Priorität besitzen, machte Robert Trinquart in seinen Ausführungen deutlich. Hierzu werden die Reinigungsstoffe vor einer breiten Anwendung sorgfältig auf ihre Toxizität hin geprüft.

Bauteilsauberkeit ist inzwischen auch in den Vorgaben zur Qualität angekommen. Marco Dotterweich gab einen Einblick in die entsprechenden Punkte der ISO TS 16949. Der Referent zeigte auf, wie die erforder-
lichen Schritte zur Umsetzung in der Praxis ablaufen können.

Markus Rochowicz erläuterte, in welcher Weise die VDA 19, die seit einigen Jahren zum Standard der Sauberkeitsprüfung geworden ist, überarbeitet werden wird. Als Basis dienen die Erfahrungen der letzten Jahre. Dabei stellte der Referent klar, dass das Regelwerk inzwischen etwa 3000 mal von Unternehmen beziehungsweise Fachleuten angefordert wurde und sich derzeit etwa 800 bis 1000 Laboratorien mit der Messung der Bauteilsauberkeit befassen. Nach wie vor ist vor allem der Automobilbau der Hauptinteressent an der Sauberkeitsmessung, da hier große Kostenvorteile durch eine einheitliche Regelung und klare Vorgaben gesehen werden. Bei der Überarbeitung sollen Punkte, die in der ersten Fassung bewusst ausgeklammert wurden, thematisiert werden. Dazu zählen beispielsweise die Erstellung von Grenzwerten oder das Einbinden der Analysen in das Qualitätssicherungssystem.

Mit den Herausforderungen der Grenzwerte befasste sich auch Helmut Schmidt. Mit den Bemühungen sollen vor allem bei neuen Bauteilen Ausfälle durch Restverschmutzungen vermieden werden. In Untersuchungen wurden Wechselwirkungen von Partikeln in Bauteilsystemen ermittelt und darauf beruhend die Grenzwerte festgelegt.

Jan Filip befasste sich schließlich mit der Prozessgröße Oberflächenspannung als Kriterium für die Überwachung von Reinigungslösungen. Die Oberflächenspannung wird dem Referenten zufolge für die Auswahl von Netzmitteln oder die Überwachung der Netzmittelkonzentration in den Reinigungslösungen herangezogen.

 
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