Hauchdünne Schichten erfordern besondere Bauteilreinigung

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Verknüpfung der Analyseverfahren zeigt Art der Verunreinigung

Nach der Reinigung vor der Beschichtung eines anderen zylindrischen Bauteils sind weiße Schlieren auf der Oberfläche aufgefallen (Bild 5). Durch das Verknüpfen mehrere Analysemethoden konnte ermittelt werden, um welche Art von Verunreinigung es sich hierbei handelte. Dazu wurde eine REM/EDX-Untersuchung (Rasterelektronen-Mikroskopie in Kombination mit Energiedispersiver Röntgenspektroskopie), ebenso wie die FT-IR-Spektroskopie (Fourier-Transformation Infrarot-Spektroskopie) angewandt.

Anhand der REM-Aufnahme kann man erkennen, dass es sich um eine kristalline Substanz handelt (Insert in Bild 6). Dem EDX-Spektrum kann entnommen werden, dass diese Substanz neben Kohlenstoff und Sauerstoff (C und O), vor allem Kalzium (Ca) enthalten ist (Bild 6). Die restlichen Elemente können wasserlöslichen Verunreinigungen zugeordnet werden.

Das ausgeprägte Kohlenstoffsignal deutet auf eine organische Substanz hin. Mittels FT-IR-Spektroskopie kann die Art der organischen Substanz ermittelt werden. In Bild 7 oben ist das Spektrum der kristallinen Verunreinigung auf der Bauteiloberfläche gezeigt. Im unteren Teil der Abbildung sind zwei Vergleichsspektren aus einer Datenbank gezeigt.

Dieser Vergleich zeigt, dass es sich bei den weißen Schlieren um Kalziumstearat handelt. Kalziumstearat zeichnet sich durch seine sehr guten Schmiereigenschaften und wasserabweisende Wirkung aus [5]. Durch die wasserabweisende Eigenschaft und die hohe Bindungsenergie zur Oberfläche ist Kalziumstearat durch eine wässrig-alkalische Reinigung nicht entfernbar. Somit kann nur ein Inhaltsstoff eines Kühlschmierstoffes dafür ausschlaggebend sein, ob die Bauteiloberfläche nach der Reinigung vor der Beschichtung beschichtungsfähig ist, oder nicht.

Gesamte Prozessführung ergibt beschichtungsfähige Oberfläche

Fazit: Es wurden einige Grundprinzipien der industriellen Teilereinigung dargestellt. Da es bei einem Reinigungsprozess im Endeffekt darauf hinausläuft, dass letztendlich nur zuvor vorhandene Verbindungen gegen andere, gewünschte Verbindungen ausgetauscht werden, ist ein Aspekt entscheidend: die Bindungsenergie der Verbindung zur Oberfläche.

Beispiele zeigen, wie stark es von der gesamten Prozessführung abhängt, ob eine Bauteiloberfläche beschichtungsfähig gereinigt werden kann. Auch Prozessschritte, die vielleicht zunächst als nicht so entscheidend angesehen werden, wie beispielsweise der Transport zwischen zwei Betriebsstätten, können ganz entscheidenden Einfluss auf die Oberflächenqualität haben.

Literatur

• [1] Breitmeier, Eberhard und Jung, Günther (1983): Organische Chemie II. Stuttgart: Georg Thieme Verlag, S. 571.

• [2] Atkins, Peter W. (1996): Physikalische Chemie, zweite Auflage, Weinheim: VCH, S.916 ff.

• [3] Haase, Brigitte (2010): EFDS Workshop Nasschemische Reinigung – Optimal beherrschen!, Dresden: Tagungsband der Europäischen Forschungsgesellschaft dünne Schichten e.V.

• [4] Kern GmbH Technische Kunststoffe, WWW-Seite, Stand: 2014, URL: http://www.kern.de/cgi-bin/riweta.cgi?nr=1301&lng=1&popup=2; Zugriff: 05.05.2014; 08:27 MEZ.

• [5 Wikipedia, WWW-Seite, Stand: 2014, URL: http://de.m.wikipedia.org/wiki/Calciumstearat; Zugriff: 13.07.2014; 14:48 MEZ.

* Dr. Barbara Tränkenschuh ist Project Manager Components Process Development bei der Oerlikon Balzers Coating Germany GmbH in 55411 Bingen

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