Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Prozessentwicklung für Aluminium als Werkstoff für Leiter und Steckverbinder in der Automobilelektronik unter Einsatz angepasster Zinnlegierungsschichten

Der Einsatz von Aluminiumlegierungen bietet sich gegenüber den typischen Kupferlegierungen für bestimmte Anwendungen in der Automobilelektronik aufgrund des Gewichts- und vor allem des Kostenvorteils an. Jedoch erfordert dies i.d.R. eine an die Einsatzbedingungen angepasste Oberflächenbehandlung mithilfe einer galvanischen Beschichtung – häufig in Form einer Verzinnung. Die üblicherweise für die Al-Vorbehandlung eingesetzten Zinkatverfahren umfassen mehrere Prozessstufen und sind zeitintensiv, was eine Implementierung in kontinuierliche Prozesse erschwert. Ziel des Projekts ist die Entwicklung einer idealen, geschwindigkeitsoptimierten Prozesskette für die galvanische Zinn- bzw. Zinnlegierungsabscheidung auf Al-Bandsubstraten. Der Schwerpunkt liegt auf gezielten Verfahrensanpassungen zur Gestaltung hochvolumiger, kontinuierlicher Prozesse (vgl. Bandgalvanik), um optimale Durchlaufzeiten zu erreichen. Im Projekt sollen zunächst aussichtsreiche Kombinationen von Bandmaterial, Zinkatbeize und Beschichtung bei Standardbedingungen ermittelt werden und anschließend hinsichtlich Prozessgeschwindigkeit optimiert werden. Als Stellschrauben werden die Parameter Temperatur, Hydrodynamik und Stromunterstützung untersucht. Die anschließenden Probencharakterisierungen umfassen schwerpunktmäßig die Haftung, die Korrosions- und die Temperaturbeständigkeit. Gegen Projektende wird eine in Form und Umfang bisher noch nicht erstellte Bewertungsmatrix für die getesteten Kombinationen an unterschiedlichen Bandqualitäten, Zinkatprozessen und Elektrolyten verfügbar sein, speziell in Bezug auf die Erfordernisse bei höheren Durchsätzen, was die anschließende industrielle Nutzung beträchtlich erleichtert. Die Weiterentwicklung dieser Prozesskette ist von Interesse für die Hersteller von Prozesschemikalien, Elektrolyten und Kontakten / Steckverbindern sowie insbesondere für Lohngalvaniken, die sich in der Mehrzahl aus KMU zusammensetzen.

Ergebniszusammenfassung:

Das Hauptziel des Forschungsprojektes war die Erzeugung haftfester Zinnlegierungsschichten auf verschiedenen Aluminiumsubstraten mit Prozesszeiten, wie sie in Bandbeschichtungsanlagen vertretbar sind. Innerhalb des Projekts wurden zwei kommerziell verfügbare Zinkatprozesse (DIAPREP von IPT GmbH und Chemofit von Chemopur GmbH) auf ihre Eignung untersucht als Haftvermittler zu fungieren für unterschiedliche Aluminium-Bandqualitäten (Al99,5, AlMg3 und AlZn5,5MgCu) vor dem Galvanisieren mit Zinn bzw. Zinnlegierungen. Als Zinnelektrolyte wurden ebenfalls kommerzielle Produkte eingesetzt: sowohl ein stark saurer, bandanlagentauglicher Zinn-Silber-Elektrolyt (Slotoloy SNA30 von Fa. Schlötter), sowie ein schwach saurer Zinn-Zink-Elektrolyt (Dipsol SZ 240 von Fa. Dipsol).

Bei Prozesszeiten von 30s wurden auch auf höherlegierten Aluminiumsubstraten haftfeste Beschichtungen erzielt, wobei bei der Beschichtung mit Zinn-Silber-Legierung teilweise eine (Nickel-)Zwischenschicht erforderlich war.

Für die Erzielung haftfester und korrosionsbeständiger Beschichtungen erwies sich die Oberflächengüte der Aluminiumlegierungen von besonderer Bedeutung. Es hat sich gezeigt, dass Risse in der Oberfläche oder Ausscheidungen von Legierungsbestandteilen zur Bildung von Blasen oder Schichtabhebungen führen können.

Zudem deuten die Untersuchungsergebnisse darauf hin, dass scheinbar identische Zusammensetzungen von Aluminiumlegierungen nicht unbedingt identische Eigenschaften bzw. Anforderungen an die Vorbehandlung vor der Beschichtung aufweisen. Daher müssen hier im Bedarfsfall Anpassungen vorgenommen werden, um durchgehend haftfeste Beschichtungen zu erzielen.

Grundsätzlich kann gesagt werden, dass auch höherlegierte Aluminiumsubstrate, die für den Einsatz für Steckverbindungen notwendig sind, haftfest mit Zinnlegierungsschichten beschichtet werden können.