Optimierte Vorbehandlung metallischer Bauteile

Ob funktionelle oder dekorative Beschichtung metallischer Substrate, die Reinigung beziehungsweise Vorbehandlung beeinflusst Qualität, Wirtschaftlichkeit und Nachhaltigkeit galvanischer und anderer Beschichtungen, beispielsweise der Dünnschichttechnik, entscheidend. Eine unzureichende Entfernung von Rückständen aus der Fertigung, Lagerung oder dem Transport der Teile ist deshalb auch die häufigste Fehlerquelle bei diesen Prozessen. Darüber hinaus stellen neue und weiterentwickelte Beschichtungssysteme immer höhere Anforderungen an die Oberflächengüte der zu behandelnden Komponenten. Die Optimierung der Vorbehandlung bietet daher ein grosses Potenzial, um die Beschichtungsqualität zu verbessern, Kosten zu reduzieren und neue Beschichtungsprozesse zu realisieren. In der Galvanotechnik geht es zunächst darum, den Schmutzeintrag in die Bäder zu minimieren. Dies sorgt einerseits für eine verbesserte Prozessstabilität und gleichbleibend gute Ergebnisse. Andererseits trägt es zu einer verlängerten Standzeit der Bäder bei, so dass weniger Wasser und Chemikalien verbraucht werden sowie der Entsorgungsaufwand verringert wird. Neben spürbaren Einsparungen bei den Betriebskosten kommt dies auch der Umwelt zugute.

Die Optimierung der Vorbehandlung bietet bei galvanischen und anderen Beschichtungsprozessen ein grosses Potenzial, um die Beschichtungsqualität zu verbessern, Kosten zu verringern und neue Beschichtungsprozesse zu realisieren. (Bilder: Ecoclean GmbH)

Bedarfsgerecht ausgelegte Reinigungsprozesse

Die Grundvoraussetzung um dieses Einsparpotenzial auszuschöpfen, sind stabile Entfettungs- und Reinigungsprozesse, die optimal an die Aufgabenstellung angepasst sind. Zu den wesentlichen Kriterien dabei zählen neben Material, Grösse und Geometrie der Bauteile, die Art sowie Menge der zu entfernenden Verunreinigungen sowie die erforderliche Kapazität und Flexibilität. Ein weiterer Aspekt ist die Definition partikulärer und filmischer Sauberkeitsanforderungen. Die häufig geäusserte Spezifikation «öl-, fett- und partikelfrei» ist meistens zu unkonkret, da daraus ein entweder zu hoher Reinigungsaufwand oder eine zu geringe Sauberkeit resultiert. Anhaltspunkte für konkretere Vorgaben bieten beispielsweise die aufzubringende Schichtdicke sowie die für eine optimale Benetzbarkeit erforderliche freie Oberflächenenergie. Wasserbenetzbar ist eine Oberfläche ab 72 mN/m.

Basierend darauf erfolgen die Auswahl der material- und verunreinigungsspezifischen Chemie sowie der geeigneten Anlagen- und Verfahrenstechnik. Ecoclean führt dafür Reinigungsversuche im eigenen Technologiezentrum mit Anlagen für wasserbasierte Medien und Lösemittel durch. Im Rahmen dieser Tests werden auch teilespezifische Prozessschritte, beispielsweise durch Spritz- und Hochdruck-Spritzverfahren, durch Tauch-, Druckumflut-, Injektionsflut- und Ultraschallreinigen, die sich beliebig kombinieren lassen, definiert. Die Prozessparameter wie Temperatur und Dauer der einzelnen Behandlungen lassen sich dabei ebenfalls festlegen.

Nasschemische mit integrierter Niederdruck-Plasmareinigung

Darüber hinaus kann ein Reinigungsschritt mit Niederdruckplasma in den Prozess integriert werden. Dieser schliesst sich nach der Trocknung an die nasschemische Reinigung an. Für die Plasmareinigung wird der Druck in der Arbeitskammer beziehungsweise dem Behandlungsbecken auf unter ein Millibar gesenkt, das Prozessgas (z. B. gefilterte Raumluft oder Sauerstoff) eingeschleust und das Plasma gezündet. Dieses ist dadurch gekennzeichnet, dass sich durch die Anregung des Prozessgases im Vakuum energiereiche Ionen und freie Elektronen sowie weitere reaktive Teilchen bilden. Filmische Verunreinigungen wie Rückstände von Fetten und Ölen auf der Bauteiloberfläche werden dadurch chemisch angegriffen und in flüchtige Verbindungen umgewandelt. Gleichzeitig entfaltet die UV-Strahlung des Plasmas eine Reinigungswirkung, die beispielsweise auch feine molekulare Rückstände entfernt. Die abgereinigten, gasförmigen Abbauprodukte werden während des Plasma-Reinigungsprozesses abgesaugt. Durch die kombinierte Nass- und Plasmareinigung lässt sich in einem Prozessschritt die für eine optimale Haftfestigkeit wesentliche, freie Oberflächenenergie auf bis 80 mN/m erhöhen.

Flexible Anlagenkonzeption

Durch einen vorgeschalteten Reinigungsschritt lässt sich der Schmutzeintrag in galvanische Bäder signifikant verringern, so dass sich deren Standzeit deutlich verlängert.Die nasschemische Reinigung mit integrierter Niederdruck-Plasmareinigung ermöglicht es, in einem Prozessschritt die für eine optimale Haftfestigkeit wesentliche, freie Oberflächenenergie auf bis 80 mN/m zu erhöhen.

Den sehr flexiblen Möglichkeiten einer bedarfsgerechten Prozessauslegung ist auch das umfangreiche Anlagenprogramm von Ecoclean angepasst. Entsprechend der Aufgabenstellung und den spezifischen Gegebenheiten lassen sich die in den Versuchen definierten Prozessschritte mit Einkammer- und Mehrkammeranlagen für wässrige Medien und Lösemittel umsetzen. Für wasserbasierte Medien stehen darüber hinaus individuell konfigurierbare Reihen-Tauchreinigungssysteme zur Verfügung. Diese grosse Variabilität ermöglicht es, dass ein breites Werkstückspektrum mit unterschiedlichen Anforderungen mit einer Reinigungsanlage behandelt werden kann. Die für die Reinigung der verschiedenen Werkstücke festgelegten Prozessparameter werden in der Anlagensteuerung als teilespezifische Programme hinterlegt. Die Auswahl kann manuell oder automatisiert erfolgen.

Möglichkeiten auch für die Prozesskettenoptimierung

Die nasschemische Reinigung mit integrierter Niederdruck-Plasmareinigung ermöglicht es, in einem Prozessschritt die für eine optimale Haftfestigkeit wesentliche, freie Oberflächenenergie auf bis 80 mN/m zu erhöhen.

Vor der eigentlichen galvanischen Beschichtung durchlaufen die gereinigten Teile oft noch einen Prozessschritt, in dem Sorptions-, Reaktions- und/oder verformte Grenzschichten durch einen Materialabtrag mittels Schleifen, Polieren oder Strahlen entfernt werden. Die Rückstände aus diesem Prozess werden häufig durch manuelles Abblasen mit Druckluft entfernt. Trotzdem bleiben – vor allem in geometrisch komplexen Bereich wie Hinterschneidungen, Sacklochbohrungen und Kapillaren – Rückstände zurück, die in das erste Entfettungsbad der Galvanikanlage verschleppt werden. Hier lässt sich der Schmutzeitrag durch einen zweiten – allenfalls kürzeren – Reinigungsprozess in der Reinigungsanlage deutlich verringern. Neben einer Standzeitverlängerung des Bades kann dadurch kostspielige manuelle Arbeit eingespart werden.

Möglichkeiten, den galvanischen Prozess zu optimieren, ergeben sich darüber hinaus bei der nachfolgenden galvanischen Entfettung. Abhängig vom Bauteil und den Anforderungen an die Oberfläche kann mit einer Feinstentfettung durch einen Plasmaprozess in der Reinigungsanlage eine Bauteiloberfläche erzielt werden, welche die für den nächsten Prozessschritt erforderlichen Eigenschaften aufweist oder zumindest eine Verringerung der Entfettungsbäder ermöglicht. Dies lässt sich im Rahmen von Versuchen im Ecoclean-Technikum mit Referenzteilen ebenfalls evaluieren.

Für eine optimale Reinigung können unterschiedliche Verfahrenstechniken, beispielsweise Hochdruckspritzen und Ultraschall, in einer Kammeranlage kombiniert werden.

Eine optimal an die Anforderungen der Galvanotechnik angepasste Reinigungstechnik ermöglicht nicht nur, Qualität, Wirtschaftlichkeit und Nachhaltigkeit der Beschichtung zu verbessern und damit die Wettbewerbsfähigkeit der Unternehmen zu stärken. Sie eröffnet gleichzeitig auch Perspektiven für neue Anwendungen in Hightech-Branchen, bei denen eine Feinstreinigung unverzichtbar ist.

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