Strahlen mit festem Kohlendioxid (CO2) als Vorbehandlungsverfahren vor dem Galvanisieren
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Ziel des Projekts war die Verifizierung des WENZEL-Modells sowie die Ergänzung der empirischen Modelle zur Schaffung von haftfesten Beschichtungen nach dem Galvanisieren. Dazu wurden verschiedene Strukturen in die Oberflächen der untersuchten Werkstücke eingebracht und ihr Einfluss auf Oberflächenparameter wie die Rauheit, Oberflächenspannung sowie den Abrollwinkel bestimmt. Zunächst wurden in Aluminiumwerkstücke durch verschiedene Fertigungsverfahren gerichtete sowie ungerichtete Strukturen eingebracht. Anschließend wurden die Werkstücke durch CO2-Schneestrahlen gereinigt und ein Vergleich mit der Referenzreinigung durch Aceton durchgeführt. Dabei konnte die gleiche Reinheit der Oberflächen der Werkstücke erreicht werden. Durch Messung der Abrollwinkel α der untersuchten Werkstücke konnten Rückschlüsse über die Benetzungseigenschaften der Werkstückoberflächen getroffen werden. Damit konnte homogenes sowie inhomogenes Benetzungsverhalten an gleichen Werkstückwerkstoffen bei unterschiedlicher Vorbehandlung nachgewiesen werden. Sowohl das Läppen als auch das Planschleifen erzeugten dabei Oberflächenstrukturen auf den AlSi12-, AlMg3- sowie CFK-Werkstücken, welche sich homogen nach W ENZEL benetzen lassen. Anschließend an die Oberflächenstrukturierung und die Reinigung wurden die Werkstücke galvanisch beschichtet. Durch Gitterschnitttests nach DIN EN ISO 2409 wurde die Haftfestigkeit der Beschichtung auf den Substraten bestimmt. Dabei konnten auf AlMg3-und AlSi12-Werkstücken haftfeste Schichten nachgewiesen werden. Durch Modellbildung wurden die signifikanten Einflüsse der Oberflächenparameter auf die Haftfestigkeit der aufgebrachten Beschichtungen ermittelt und das bestehende Modell erweitert. Es konnte gezeigt werden, dass der Abrollwinkel α und somit die Benetzbarkeit der Werkstückoberflächen einen Einfluss auf die Haftfestigkeit der aufgebrachten Beschichtungen auf AlSi12-Werkstücke hat. Die Annahme, dass die Oberflächen der untersuchten Werkstücke, welche sich homogen nach dem W ENZEL-Modell benetzen lassen, sich zur galvanischen Beschichtung eignen, wurde bestätigt. In einem 24h-Korrosionstest nach DIN EN ISO 9227-NSS konnte jedoch bei keinem eine ausreichend gute Korrosionsbeständigkeit erzielt werden. Mit den gewonnenen Erkenntnissen wurden Oberflächenstrukturen in die CFK-Werkstücke eingebracht. Dabei konnten Oberflächen, welche homogenes Benetzungsverhalten aufwiesen, durch Läppen, DPMP, Laserstrahlen sowie Trockeneisstrahlen geschaffen werden. Im Anschluss an die Oberflächenstrukturierung wurden die Werkstücke metallisch beschichtet. Die aufgebrachten Nickelschichten wiesen optisch keine Fehler auf, besaßen jedoch nur schlechte und unzureichende Schichthaftung auf den Substraten. Es konnte somit trotz Schaffung von Oberflächen, welche nach WENZEL benetzt werden, bei den CFK-Werkstücken keine zufriedenstellende Vorbehandlung vor dem Metallisieren gefunden und das W ENZEL-Modell somit nicht bestätigt werden. Abschließend erfolgte eine Wirtschaftlichkeitsbetrachtung zur Beurteilung der Leistungsfähigkeit der untersuchten Verfahren im Vergleich zur konventionellen Vorbehandlungsprozesskette nach VDI 2224. Insbesondere bei den untersuchten Aluminiumwerkstücken konnten dabei Verfahren verifiziert werden, welche eine hohe technische Wertigkeit durch den Wegfall der Chemikalien, die bei der konventionellen Vorbehandlung eingesetzt werden, besitzen. Es konnte weiterhin gezeigt werden, dass für kleine Stückzahlen bis 105.000 Werkstücken pro Jahr das Trockeneisstrahlen eine höhere Wirtschaftlichkeit im Vergleich zu den konventionellen Vorbehandlungsverfahren besitzt.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- (2018) Oberflächenvorbehandlung vor dem Galvanisieren. Zeitschrift für wirtschaftlichen Fabrikbetrieb 113 (3) 133–136
Uhlmann, Eckart; Jaczkowski, Robert
(Siehe online unter https://doi.org/10.3139/104.111770) - Dry ice blasting as a substitution for conventional electroplating pre-treatment processes. In: Manufacturing Review., Volume 3, 2016
Uhlmann, E.; Baira, E. M.; Jaczkowski, R.
(Siehe online unter https://dx.doi.org/10.1051/mfreview/2016023) - Stellgrößen beim Doppelseitenplanschleifen mit Planetenkinematik. In: ZWF Zeitschrift für wirtschaftlichen Fabrikbetrieb, 7-8/2016, Carl Hanser: München
Uhlmann, E.; List, M.; Lichtschlag, L.
(Siehe online unter https://doi.org/10.3139/104.111561) - Strahlen mit festem Kohlendioxid als Vorbehandlungsverfahren vor dem Galvanisieren. In: Freitagsseminar des ZOG (Zentrum für Oberflächentechnik Schwäbisch Gmünd e.V.), 2016
Funk, M.
- Trockeneisstrahlen als Vorbehandlungsverfahren vor dem Galvanisieren. Berichte aus dem Produktionstechnischen Zentrum Berlin. Hrsg.: Uhlmann, E. Dissertation. Technische Universität Berlin. Stuttgart: Fraunhofer IRB, 2016
Baira, E. M.
- Effect of dynamic contact angles on the suitability of pre-treatments for coating applications. In: Metal Finishing News MFN International und MFN China, Vol. 18 (March Issue), 2017
Uhlmann, E.; Flögel, K.
