Seit einigen Jahren zeichnet sich ein stetig wachsender Bedarf an galvanisch zu beschichtenden Aluminiumteilen, teils mit neuen funktionellen Eigenschaften, ab. Gleichzeitig müssen galvanische Prozesse sicherer, nachhaltiger und umweltschonender gestaltet werden. Dabei kann die Substitution von Cyaniden bei der alkalischen Verkupferung ein wirksames Mittel sein. Im konkreten Anwendungsfall wird ein Kupferelektrolyt (TZO-CPK1®) untersucht, der Phosphonate als Komplexbildner nutzt.

Aufgrund der komplexen Aluminiumvorbehandlung und der Nutzung des Elektrolyten im Routineserienbetrieb kommt es zur Anreicherung von verschiedenen Fremdstoffen im Elektrolyten. Im Rahmen eines Forschungsprojekts wurde untersucht, wie sich verschiedene Metalle über einen Zeitraum von mehreren Monaten anreichern und auswirken. Im Zusammenhang mit galvanischen Prozessen ist die Betrachtung von Fremd- und Störstoffen unerlässlich, da diese Substanzen die Schichteigenschaften maßgeblich beeinflussen können. Der Eintrag erfolgt über Rücklösung vom Substrat, aber auch durch Elektrolytverschleppung. Es wurde auf eine Datensammlung eines bestehenden Kupferphosphonatelektrolyten (2000 l), der in einem galvanischen Automaten integriert ist, zurückgegriffen. Zeitabhängig sind die Konzentrationen von Zink, Nickel, Zinn, Eisen und Aluminium untersucht worden. Diese Verunreinigungen wurden mittels Hull-Zellenuntersuchung betrachtet, um Hinweise zu erhalten, wie sich bestimmte Fremdmetallkonzentrationen auf das Beschichtungsergebnis auswirken.

In der Hull-Zelle hat die Zinkkonzentration in den getesteten Konzentrationen kaum einen Einfluss auf die Qualität der Kupferabscheidung. Nach aktuellem Erkenntnisstand haben Zinkverunreinigungen bis 2,0 g/l keine negativen Auswirkungen auf das Beschichtungsergebnis in der Hull-Zelle.

Nickelkonzentrationen über 0,25 g/l im Kupferelektrolyten führen zu Verfärbungen, Schleierbildung und Verringerung der anwendbaren Arbeitsstromdichte. Das Arbeitsfenster hat sich von 1,5 bis 0,5 A/dm2 auf einen Bereich kleiner 0,5 A/dm2 verschoben. Folglich steigt die Expositionszeit, um die gewünschte Schichtdicke zu erreichen, da der Elektrolyt durch die Nickelbelastung uneffektiver arbeitet. Zinnkonzentrationen ab 0,125 g/l führen im Kupferphosphonatelektrolyten zu matten und stumpfen Schichten. Ab einer Aluminiumkonzentration von 0,7 g/l im Elektrolyten ist es nicht mehr möglich, glänzende und schleierfreie Beschichtungsergebnisse in der Hull-Zelle zu realisieren.

Eingeschleppte Netzmittel aus der Aluminiumkonfektionierung vor der Verkupferung haben auch einen Einfluss auf die Qualität der Kupferschicht und scheinen die Aktivität der Kupferschicht negativ zu beeinflussen.

Um den Kupferphosphonatelektrolyten CPK1 der Firma TZO Leipzig GmbH besser zu charakterisieren, werden weitere Untersuchungen unter anderem Cyclovoltammetrie in Zusammenarbeit mit der TU Ilmenau durchgeführt.

In der TZO Leipzig GmbH werden neben anderen Oberflächenbehandlungen und innovativen Labordienstleistungen seit fast 30 Jahren Kupfer und Aluminiumbauteile, vorzugsweise aus Aluminiumlegierungen, mit einem jährlichen Umsatzvolumen von > 10 Millionen Euro galvanisiert. Dabei handelt es sich neben verchromten Baugruppen mit der Schichtfolge Kupfer, Nickel und Chrom für Innenausstattungen von Hochgeschwindigkeitszügen und Automobilzulieferungen überwiegend um zu beschichtende elektrische Kontaktbauelemente (Kabel- und Stromverbinder) mit Nickel-, Zinn- oder Silberüberzügen. Komplettiert wird das Leistungsspektrum durch zahlreiche Labordienstleistungen im Bereich der Umweltsimulation. Das im Unternehmen integrierte Labor für Umwelterprobung und Werkstoffprüfung (LUW) ist für ausgewählte Verfahren der Umweltsimulation und andere Prüfmethoden nach DIN EN ISO / IEC 17025 akkreditiert.

Zur Person:

Josef Krümmling absolvierte im Vorfeld des Studiums eine Ausbildung zum Galvaniseur. Im Anschluss folgte ein Bachelorstudium Chemieingenieurwesen an der HTW Dresden und aktuell das Masterstudium Elektrochemie und Galvanotechnik an der TU Ilmenau. In verschiedenen wissenschaftlichen Arbeiten setzte er sich bereits mit der Weiterentwicklung und Anpassung eines Kupferpyrophosphatelektrolyten, wie auch mit der Validierung eines Kupferphosphonatelektrolyten auseinander. Unterstützt wird er im Laufe des Masterstudiums durch das ZVO Masterstipendium.

Weitere Informationen:

Prof. Andreas Bund
Tel.: +49(0)3677/69-3107
Andreas.bund(at)tu-ilmenau.de

Technologie-Zentrum für Oberflächentechnik und Umweltschutz Leipzig GmbH
Hornstr. 5, 04249 Leipzig
Internet: https://tzoleipzig.de/

Kontakt:

Josef Krümmling
josef.kruemmling(at)tu-ilmenau.de