Das ExpertForum auf der Surface Technology GERMANY 2026 bot einen breiten Blick auf Neuerungen der Oberflächentechnik – von Verfahren zur Oberflächenbearbeitung über Beschichtungen bis hin zu den zahlreichen Nutzungsmöglichkeiten moderner Datentechnik in der Fertigung. Das Interesse und die Zahl der Zuhörer waren erfreulich hoch und verhalfen den vortragenden Ausstellern der Messe zu weiterführenden und regen Fachgesprächen. Diese unterstreichen die Wichtigkeit der Branche der Oberflächenbehandlung und Beschichtung für die Hersteller von Produkten in allen Bereichen der Fertigung und zeigen zugleich, dass Entwicklungen auf breiter Front zu neuen und innovativen Ergebnissen führen. Nachfolgend wird ein kurzer Überblick über die Inhalte der Vorträge gegeben.

Vorbehandlung und Reinigung

Entgraten und Reinigen in einem Schritt

Dass interessante Neuentwicklungen im Bereich der Oberflächentechnik durchaus auch von jungen Nachwuchskräften kommen, zeigte der Vortrag von Jonas Münz, ­Ultratec Innovation. Er hatte sich im Rahmen eines Praktikums mit Ultraschallanwendungen befasst und ein Verfahren zur ­Kombination von Reinigung und Entgraten unter ­Einsatz von Ultraschall entwickelt, mit dem er zum Gewinner im Bundeswettbewerb Jugend forscht wurde.

Bearbeitung von lasergeschnittenem Edelstahl mit Ultraschall(Bild: Ultratec Innovation)

 

Für das Verfahren wird eine Sonotrode eingesetzt, durch die Oberflächen gezielt mit Schallwellen beaufschlagt werden. Aufgrund von auftretenden Kavitationsblasen erfahren Zonen wie fertigungsbedingte Grate eine so hohe mechanische Belastung, dass sie brechen. Die entsprechenden Bereiche eines Werkstücks werden hierbei an der Sonotrode entlanggeführt und so in kurzer Zeit entgratet und gereinigt. Mit der aus dem Verfahren entwickelten vollautomatisch arbeitenden Anlage werden unter anderem empfindliche Bauteile aus Werkstoffen wie Titan, Edelstahl oder auch Zinkdruckguss für den Maschinen­bau oder die Medizintechnik – von der Schraube über Implantate bis hin zu Kanülen – effizient bearbeitet.

Kostenaspekt beim Reinigen

Frank-Holm Rögner vom Fraunhofer-­Institut für Elektronenstrahl- und Plasmatechnik FEP befasst sich bereits seit vielen Jahren, unter anderem im Rahmen verschiedener Fraunhofer-Initiativen zum Thema Reinigen, mit den unterschiedlichen Anforderungen und Lösungen bei der Reinigung von Oberflächen. Auf diesen Erfahrungen basiert ein Konzept zur Optimierung des Reinigungsergebnisses bei gleichzeitiger Minimierung der dabei entstehenden Kosten.

Erforderlich ist dabei die Erstellung von Spezifikationen aus den technischen Erfordernissen von Reinigungsprozessen. Wichtiges Kernelement ist die Festlegung von Grenz­werten. Diese müssen einerseits die wirklich notwendige Sauberkeit zur Erreichung der Reinigungsergebnisse festlegen und andererseits auch messtechnisch erfassbar sein bei minimalem Kostenaufwand. Um dies zu erreichen, ist eine Reihe von Fragestellungen zu beantworten, wie sie beispielsweise in der DIN 4878-02 aufgezeigt werden. Wichtig ist hierbei die prozesskettenübergreifende Betrachtung der Sauberkeit oder eine detaillierte Planung und Dokumentation der Reinigungsprozesse.

Beizentfetter mit ­verbesserten Eigenschaften

Das Beizen und Entfetten zählt zu den wichtigen Vorbehandlungsschritten bei der Beschichtung von Stählen, beispielsweise mit Zink oder Zink-Nickel. Frank Ottofülling, Dr.-Ing. Max Schlötter, stellte dazu ein neues Verfahren (Slotoclean BEF 4350) vor.

Wichtige Komponente bei dieser chemischen Bearbeitung ist Salzsäure, die sehr effizient vorhandene Zunder- und ­Oxidschichten von Stählen entfernt. Allerdings entsteht hierbei atomarer Wasserstoff, der in den Stahl eindiffundieren und zu Schäden durch Wasser­stoffversprödung führen kann. Um die Gefahr der Wasserstoffversprödung kleinzuhal­ten, werden solchen Beizen Inhibitoren und Netzmittel zugegeben. Diese wiederum ­weisen oft gesundheits- und umweltkritische Risiken auf. Das neue Verfahren kann diese Nachteile vermeiden; es wurde dazu umfangreichen Prüfungen, wie sie in der DIN 50969 vorgeschlagen sind, unterzogen. Der ­Vortragende erläuterte die Prüfungen unter Einsatz von Permeationszellen und C-Ring-Prüfung. An einer galvanischen Beschichtung mit Zink-Nickel wurde das neue Verfahren in der Praxis erfolgreich validiert.

Simulation in der Ultraschallreinigung

Für die Reinigung in nasschemischen Verfahren ist der Einsatz von Ultraschall ­essentiell. Die Reinigungswirkung beruht hierbei auf der mechanischen Wirkung der akustischen Kavitation an der Oberfläche von Festkörpern. Für einen optimierten Einsatz der Ultraschallschwinger bieten sich Simulationsverfahren an, die Dr. Thomas Dreyer, Weber Ultrasonics, vorstellte.

Beispiel der akustischen Simulation für einen Stabschwinger (Bild: Dr. Dreyer)

 

Bei einer entsprechenden Simulation werden beeinflussende Größen wie die Schallleistung, Position und Anzahl der Ultraschallschwinger sowie Geometrie und Material des Behälters, in dem die Reinigung erfolgt, ­berücksichtigt. Mit Hilfe der Simulation sind die Zonen sich abschwächender Schallwirkung, wie die Grenze zwischen Reinigungsmedium und Luft oder einer höheren Distanz zwischen Schwinger und Ort im Medium, zu erkennen. Damit wird deutlich, an welcher Stelle das zu reinigende Objekt die größte Wirkung erfährt. Des Weiteren kann geprüft werden, welche Geometrie und Zahl der Schwinger oder Anordnung der Schwinger im Behälter die beste Wirkung erzielt. Für den Nutzer ergibt sich dadurch neben optimalen Reinigungsergebnissen in der Regel auch eine Einsparung an Energie.

Vakuumdestillation

Roger Homberger, H2O GmbH, befasst sich mit der Entwicklung und Herstellung von Anlagen zur Vakuumdestillation von Wasser und wässrigen Medien, wie sie in der Oberflächentechnik verbreitet im Einsatz sind. Das von ihm vorgestellte Verfahren zeichnet sich durch eine hohe Effizienz aus und ermöglicht dadurch einen besonders umweltfreundlichen Umgang mit der Ressource Wasser bei gleichzeitig geringem Energieverbrauch.

Es empfiehlt sich hierbei, die Anlagen auf die jeweilige Problemstellung hin zu ­optimieren, wie verschiedene Anwendungsbeispiele erkennen lassen. Neben der Reduzierung des Wasserverbrauchs spielt die Vermeidung des Anfalls von Abwasser eine wichtige wirtschaftliche Rolle, sowohl in Bezug auf Kosten als auch in Bezug auf Unabhängigkeit von behördlichen Kontrollen und Auflagen. Der vollautomatische Betrieb von Anlagen zur Vakuumdestillation sorgt zudem für geringe Betriebskosten beim Anwender.

Reinigung mittels Laser

Eine Reinigungstechnologie ohne Einsatz von nasschemischen Produkten stellte Jan Sommer, clean Laser, in Form der Hochgeschwindigkeitslasertechnik vor. Hierbei wird der Effekt genutzt, dass starke, kurze Laserimpulse in der Lage sind, Stoffe wie organische Verunreinigungen oder anorganische, störende Beläge zu entfernen, ohne eine darunter befindliche Metallschicht zu beschädigen.

Anwendung findet die Technologie, unter anderem durch Faserlaser bis zehn Meter Länge, für die Vor- und Nachbehandlung von Schweißnähten, das Entrosten und Entlacken oder für die Vorbereitung von Klebeflächen. Großes Interesse findet die ­Laserreinigung in der E-Mmobilität zur Bearbeitung von Speicherzellen vor dem Einbau, um optimale Kontaktflächen zu gewährleisten. Zu weiteren Vorteilen der Technologie zählen der relativ geringe Platzbedarf der Anlagen und deren einfache Integration in mechanische Fertigungslinien.

Laserstrukturierung in der Medizintechnik

Die Legierung Nickel-Titan (Nitinol) wird aufgrund des Formgedächtniseffekts in der Medizintechnik angewendet. Dazu ist es je nach herzustellendem Objekt erforderlich, ­Nitinol mit Edelstahl zu verbinden – ein Thema, mit dem sich Dr. Dagmar Martin, Naturwissenschaftliches und Medizinisches Institut an der Universität Tübingen NMI, befasst.

Bei flächigen Verbindungen kann durch eine Laserbehandlung eine poröse Oberflächenstruktur erzeugt werden, die gute Anbindungsmöglichkeiten für Klebstoffe bietet. Zu beachten ist, dass der Materialabtrag sowie der Wärmeeintrag minimiert werden. Eine besondere Herausforderung ist die Verbindung von zwei Nitinoldrähten. Hierfür wurde ein Zapfengeometrie getestet, bei der neben der Laserbehandlung unter anderem Erodieren eingesetzt wird.

Zapfengeometrie zur Erzeugung einer Verbindung zwischen den Enden zweier Nitinoldrähte (Bild: Dr. Martin)

 

Prüfung der Reinigungsqualität

Reinigungsverfahren und deren Ergebnisse sind zu einem großen Teil abhängig von der Möglichkeit, die Sauberkeit präzise zu prüfen. Bei einer geforderten hohen Reinigungsqualität kommen dafür die Methoden XPS (Röntgen-Photoelektronenspektroskopie) und TOF-SIMS (Flugzeit-Sekundärionen-Massen­spektrometrie) in Betracht, Verfahren, die Andrey Lyapin, Physical Electronics, vorstellte.

Bei XPS wird die Oberfläche eines Körpers mit Röntgenstrahlung beschossen und die daraus folgende Energieabstrahlung gemessen. Je nach Energie lassen sich die verschiedenen Elemente unterscheiden. Mit Hilfe von TOF-SIMS werden Materialien ionisiert und können dann mittels Massenspektrometrie identifiziert werden, wobei die Identifikation durch Referenzmaterialien besonders effizient möglich ist.

Neue Verfahren der Galvanotechnik

Produktion mit digitaler Unterstützung

Galvanotechnische Verfahren zur Abscheidung von Metallen sind durch ihre komplexen Prozessbedingungen charakterisiert, da eine große Zahl an unterschiedlichen chemischen und physikalischen Eigenschaften der Elektrolyte und der Abscheidungsvorgänge das Ergebnis Schicht beeinflussen. Dies veranlasst Klaus Schmid vom Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA dazu, sich im Rahmen von Entwicklungsarbeiten mit den neuen Werkzeugen Digitalisierung und künstliche Intelligenz zu befassen.

Beispiel für eine KI-gestützte Suche zur Materialsubstitution (Bild: K. Schmid)

 

Um die digitalen Werkzeuge sinnvoll einsetzen zu können, empfiehlt es sich, im Vorfeld des Einsatzes weitreichende Planungen zu digitaler Infrastruktur und Zielen der Entwicklungsarbeiten vorzunehmen. Derzeit wird die Abscheidung von Chrom aus Chrom(III)­systemen mit Hilfe digitaler Unterstützung betrachtet; dabei werden unter anderem auch Änderungen durch Substitute oder die Verwendung von unterschiedlichen Grundwerkstoffen berücksichtigt.

Nachhaltige Beschichtungen

Innovationen im Hinblick auf nachhaltige Beschichtungen sind die Schwerpunkte von drei Förderprogrammen, deren Inhalte Dr. Luca Magagnin von der AIFM beziehungsweise der Polytechnischen Hochschule Mailand in seinem Vortrag näher vorstellte.

Auch hier spielt die Abscheidung von Chrom aus Chrom(III)­elektrolyten eine wichtige Rolle. Im Projekt Mozart wird an der Herstellung von Alternativschichten zu Hartchrom gearbeitet. Hier stehen Metallmatrixschichten mit Nanopartikeln im Vordergrund, bei denen Nickel als Matrixschicht ohne Borsäureeinsatz abgeschieden wird. Ein neuer Ansatz zur galvanischen Metallisierung von Kunststoff basiert auf der Beschichtung mit einem wasserbasierten Lack auf ­Acrylbasis mit Nickel-Precursoren. Durch Tauchen in eine wäss­rige Lösung mit Natriumborhydrid (NaBH4) erfolgt die Aktivierung der Nickelpartikel gefolgt von einer stromlosen und anschließend galvanischen Beschichtung gemäß den Standards. Die bisherigen Untersuchungen bestätigen eine gute Haftfestigkeit der so erzielten Beschichtung.

Schichtaufbau eines metallisierten Kunststoffs unter Einsatz von metallhaltigen Acryllacken (Bild: Dr. Magagnin)

 

Ein weiteres drängendes Problem ist die Entfernung von PFAS aus dem Grundwasser. Hierfür wird mit magnetischen Eisenpartikeln gearbeitet, die so behandelt sind, dass ein hoher Adsorptionsgrad an PFAS erzielt wird. Damit lassen sich die adsorbierten Verbindungen mit magnetischen Feldern abfangen und entfernen. Die Technik besticht unter anderem durch die Verwendung von kostengünstigen Hilfsstoffen.

Elektrolyt- und ­Abfallmanagement bei Chromelektrolyten

Nach wie vor ist für bestimmte Anwendungen Chrom aus Chrom(VI)verfahren das Verfahren der Wahl. Durch die Nutzung eines Verfahrens zur Reduktion- und Oxidation von Bestandteilen eines Elektrolyten, vorgestellt von Patrick Raetzo, STS Industries, und damit zur Regenerierung von konzentrierten Chrom(VI)elektrolyten spart Ressourcen, reduziert die Abfallmengen an Chromat und liefert den Behörden Argumente, um rechtliche Genehmigungen für den Umgang mit sechswertigem Chrom zu erhalten.

Der Reaktor kann zur Zerstörung von anionischen Harzen, Reduktion des im Spülwasser enthaltenen Chromats oder zur gleichzeitigen Konzentration von verdünnten Chromlösungen bei gleichzeitiger Oxidation der enthaltenen reduzierten Spezies eingesetzt werden. Eine Skalierung erfordert die Vervielfachung von Einheitenreaktoren, wobei Satelliten­geräte nach Bedarf dimensioniert werden.

Beständig und ­verschleißfest – Zinn-Nickel mit Grafit

Michael Schwöd, Dr.-Ing. Max Schlötter, gab einen Überblick über die ausgezeichneten ­Eigenschaften einer neuen, galvanisch abgeschiedenen Zinn-Nickel-Legierung mit Gra­fiteinlagerungen mit 64 % Zinnanteil. Mit dieser Beschichtung werden die Anforderungen nach hoher Korrosionsbeständigkeit, guter elektrischer Leitfähigkeit, hoher mechanischer Festigkeit bei Reibbelastung und ohne Neigung zum Kaltverschweißen erfüllt. Da bei der galvanischen Abscheidung die Grafitpartikel sowohl an der Oberfläche als auch im Inneren der Schicht vorhanden sind, wird zugleich eine gute Langzeitbeständigkeit der Eigenschaften gewährleistet. Das Korro­sionspotential der Zinn-Nickel-Schicht mit Grafit rückt in die Nähe des Potenzials von chemisch abgeschiedenem Nickel mit hohem Phosphorgehalt, was die gute Korrosionsbeständigkeit bedingt. Die Abscheidung kann sowohl für Gestell- als auch für Trommelteile mit guter Schichtzusammensetzung erfolgen.

Verteilung des Grafits in der Zinn-Nickel-Schicht (Bild: M. Schwöd)

 

Qualifizierung von Mitarbeitern

Fachkräftemangel in der Galvanik

Nach Ansicht von Berater Robert Rohn kann in der galvanotechnischen Fertigung nicht unbedingt von einem Fachkräftemangel gesprochen werden. Vielmehr sollten die Unternehmen ihre Mitarbeitenden zielgenau auf die jeweiligen Bedürfnisse ihres Betriebs qualifizieren. Dass dies möglich sein sollte, konnte der Vortragende in seiner ­Praxis mehrfach feststellen. Inzwischen befasst sich Robert Rohn in seinem eigenen Unternehmen mit guten Ergebnissen mit diesen Herausforderungen.

Vermeidung von PFAS in der Oberflächentechnik

Hydrophobe Beschichtungen ohne PFAS

Verbindungen, die dem Typus PFAS zugehören, zeichnen sich durch ihre hohe chemische Beständigkeit aus, sind dadurch aber in der Natur auch nicht zerstörbar und diesbezüglich als kritisch anzusehen. Aufgrund der hohen Beständigkeit eignen sie sich auch als Oberflächenschutz. Kevin Braun von der Molecular Plasma Group (mpg) befasst sich mit speziellen Anlagentechniken auf Basis von Atmosphärendruckplasma. Diese bieten die Möglichkeit, Oberflächen von nahezu allen Materialien so zu modifizieren, dass sich ihre Eigenschaften gezielt verändern lassen. Zudem zeichnen sich Anlagen für Atmosphärendruckplasma durch ihren vergleichsweise einfachen Aufbau, insbesondere das Fehlen einer Vakuumeinrichtung, aus. Für die Bearbeitung werden lediglich Gase als Zusatzmaterial eingesetzt, wobei neben Luft beispielsweise Stickstoff oder Argon genutzt wird. Anwenden lässt sich das Verfahren auf großfläche Oberflächen ebenso wie auf diejenigen von Partikeln mit Durchmessern von wenigen Mikrometern bis zu einigen Millimetern.

Oberflächenveränderung durch Atmosphärendruckplasma von Aluminium zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit (Bild: K. Braun)

 

Tribo- und Korrosions­beständigkeit ohne PFAS

Dr. Anna Buling, ELB Eloxalwerk Ludwigsburg, nutzt zur Herstellung von Oberflächen, die sich durch eine hohe Beständigkeit gegen tribologische und chemische Belastungen auszeichnen, das Plasmaanodisieren.

Bei dieser Technologie wird die ­klassische Anodisation von Aluminiumwerkstoffen mit einer speziellen Art der Plasmabeschichtung kombiniert. Hierbei entstehen sehr ­dichte und hochfeste Oxidschichten. In ­Erweiterung der Plasmaanodisation können spezielle Stoffe, wie beispielsweise PEEK, in die Oberfläche eingebaut werden. Damit wird beispielsweise die Reibungseigenschaft der Oberfläche zusätzlich verbessert.

-wird fortgesetzt-

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