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2020 | Buch

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Verfahren in der Beschichtungs- und Oberflächentechnik

verfasst von: Prof. (em.) Dr. rer. nat. Hansgeorg Hofmann, Prof. (em.) Dr.-Ing. habil. Jürgen Spindler

Verlag: Carl Hanser Verlag GmbH & Co. KG

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Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

1. Einführung

Zusammenfassung

Jeder Gegenstand steht über seine Oberfläche in Wechselwirkung mit der Umgebung. Vordergründig betrachten wir dabei die Oberfläche von Werkstücken. Sie kann sowohl organischer als auch anorganischer Natur sein. Hauptsächlich handelt es sich um Metall, Kunststoff, Keramik oder Glas. Als Konsequenz daraus folgt:

Eine Oberfläche befindet sich immer in Wechselwirkung mit der Umgebung, verbunden mit einer Veränderung ihrer Eigenschaften. Durch eine gezielte Oberflächenveränderung lässt sich ein neues Oberflächenverhalten schaffen.

Hansgeorg Hofmann, Jürgen Spindler

2. Aufbau und Eigenschaften oberflächennaher Werkstoffbereiche

Zusammenfassung

In vielen Lehrbüchern der Oberflächentechnik stehen die Verfahren der Schichtbildung und die Methoden zur Bestimmung von Schichteigenschaften im Vordergrund. Um aber Zusammenhänge zwischen Technologie und Eigenschaften erfassen zu können, sind genauere Kenntnisse zu den Eigenschaften der Substratwerkstoffe und ihrer oberflächennahen Bereiche erforderlich. Den gesamten Komplex Substrat – Oberfläche – Schicht soll Bild 2.1 veranschaulichen.

Hansgeorg Hofmann, Jürgen Spindler

3. Vor-, Zwischen- und Nachbehandlung

Zusammenfassung

Für die Nutzung der Verfahren der Oberflächentechnik ist es unerlässlich, die Substrate vorzubehandeln, wobei die Vorbehandlung (engl. pretreatment) selbst sich aus mehreren Schritten zusammensetzen kann. Die gewählte Verfahrensweise ist abhängig u. a. von der Zusammensetzung des Grundwerkstoffes und dem Anlieferungszustand, das heißt von der Art und Stärke der Deck- und Fremdschichten sowie den Störzonen durch die Bearbeitung. Die auf der Werkstückoberfläche auszubildenden dauerhaften Schichten für Korrosions- und Verschleißschutz oder dekoratives Aussehen verlangen deshalb eine sorgfältige Vor- und häufig auch noch eine Nachbehandlung.

Hansgeorg Hofmann, Jürgen Spindler

4. Abscheidung von Metallschichten

Zusammenfassung

Das Ziel der Metallisierung von Substraten besteht darin, die besonderen Eigenschaften des Schichtmetalls dem Erzeugnis für seine spezifische Verwendung aufzuprägen, wobei die Eigenschaften des Trägermaterials in diesem Zusammenhang sekundär sind. Steht der Schichtwerkstoff als Ausgangspunkt der Überlegungen aufgrund bestimmter Eigenschaftsforderungen fest, ergeben sich daraus die Auswahlmöglichkeiten der Abscheidungsverfahren und daran gebunden das Trägermaterial. Ebenso gut kann aber in der Praxis die umgekehrte Abfolge dieses Bedingungsgefüges auftreten, wenn der Trägerwerkstoff der Ausgangspunkt ist, sodass eine Entscheidung immer beide Betrachtungsrichtungen beinhalten wird. Letztendlich aber bestimmt die Wirtschaftlichkeit die jeweilig getroffene Auswahl.

Hansgeorg Hofmann, Jürgen Spindler

5. Abscheidung nichtmetallischer Schichten

Zusammenfassung

Organische Schichten bestehen hauptsächlich aus organischen Makromolekülen (Polymere), dem Bindemittel. Die Eigenschaften solcher Schichten werden insbesondere durch die physikalisch-chemischen Eigenschaften dieser Polymeren bestimmt; z. B. ob sie plastomere oder duromere Systeme bilden.

Hansgeorg Hofmann, Jürgen Spindler

6. Verfahren zur Herstellung von Konversionsschichten

Zusammenfassung

Konversionsschichten bilden sich infolge einer chemischen Umwandlung der Metalloberfläche des Werkstückes mit einer wässrigen Reaktionslösung; daher die Begriffsbildung: Konversionsschicht. Eine Möglichkeit der Konversion besteht in der Bildung von schwerlöslichen Salzen durch chemische Umsetzung der Metalloberfläche mit der Reaktionslösung. Ein anderer Weg ist die Oxidbildung an der Metalloberfläche. Technische Bedeutung, unter Ausnutzung beider Wege, haben hierfür das Phosphatieren, das Chromatieren, das Eloxieren, das Brünieren und Metallfärbetechniken. In den Tabellen 6.1 und 6.2 erfolgt eine Zusammenfassung wesentlicher Anwendungsfelder, bevorzugt verwendete Grundwerkstoffe und eine Wichtung hinsichtlich ihrer Bedeutung (1 = geeignet, 2 = bedingt geeignet, 3 = nicht geeignet).

Hansgeorg Hofmann, Jürgen Spindler

7. Strukturierte Oberflächen

Zusammenfassung

Für zahlreiche Erzeugnisse besteht das Erfordernis, ihre Oberflächen bzw. die darauf erzeugten Schichten zu strukturieren. Dabei liegen die Strukturgrößen oftmals bei mehreren Millimetern, die Strukturdetails im Bereich weniger Mikrometer, bei Anwendungen in der Halbleitertechnik und Mikrosystemtechnik sogar im Nanometerbereich. Die Übertragung der Strukturdetails vom Entwurf zur strukturierten Funktionsschicht beinhaltet als einen Hauptschritt die Fotolithografie. Dabei variieren die Möglichkeiten von der Resistdirektbelichtung über die Laserstrukturierung bis zur Verwendung von Metallmasken. Oft findet man als Argument für eine Entscheidungshilfe: Wo kein Film, dort auch keine Fehler; Wirtschaftlichkeits- und Ökologieabschätzungen sind weitere Größen.

Hansgeorg Hofmann, Jürgen Spindler

8. Prüfmethoden für Schichten und Oberflächen

Zusammenfassung

Zuerst sollte man sich bei der Beschäftigung mit Prüfmethoden der Oberflächentechnik darüber klar werden, dass Prüfungen der Kontrolle, Messung und Analyse von Oberflächeneigenschaften dienen. Dem gegenüber stehen solche der Prozesskontrolle in der Oberflächentechnik, die hier nicht behandelt werden sollen. Eine Übersicht bevorzugt untersuchter Eigenschaften und Methoden zu ihrer Bestimmung gibt Tabelle 8.1, unberücksichtigt bleibt hierbei die Unterteilung in zerstörende und zerstörungsfreie Prüfmethoden.

Hansgeorg Hofmann, Jürgen Spindler

9. Aspekte des Umweltschutzes und der Arbeitssicherheit

Zusammenfassung

Der Oberflächentechnik wohnt je nach Verfahren, die Nutzung umwelt- und gesundheitsgefährdender Stoffe inne. Daraus leiten sich die Konsequenzen ab, wie:

Rückhaltung dieser Stoffe im Verfahrenskreislauf,
Rückgewinnung,
Verhinderung der Emission über Abluft, Abwasser und Abfall,
sachgemäßer Umgang und
Entwicklung schadstoffarmer bzw. schadstofffreier Technologien.

Mit der Optimierung der Verfahren durch Anwendung von Prozesssteuerungs- und -regelungssystemen, wirksamen Anlagen des Emissionsschutzes, der Abwasserbehandlung und einer abgestimmten Prozessorganisation nähert man sich diesen Zielen an.

Hansgeorg Hofmann, Jürgen Spindler

Backmatter

Titel: Verfahren in der Beschichtungs- und Oberflächentechnik
verfasst von: Prof. (em.) Dr. rer. nat. Hansgeorg Hofmann
Prof. (em.) Dr.-Ing. habil. Jürgen Spindler
Copyright-Jahr: 2020
Verlag: Carl Hanser Verlag GmbH & Co. KG
Electronic ISBN: 978-3-446-46498-8
DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-446-46498-8

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