Der stromlose Vernicklungsprozess und seine Bedeutung

Fortschritte in der Röntgenfluoreszenz-Technologie ermöglichen die simultane Messung von Zusammensetzung und Schichtdicke von Nickelphosphors, der bei chemischen Vernicklungen verwendet wird.

Die chemische Vernickelung (englisch: Electroless Nickel - EN) wurde vor über 50 Jahren eingeführt, um leichtgewichtige Materialien zu schaffen, die eine bessere Treibstoffeffizienz, bessere Korrosionsleistung und Langlebigkeit bieten. Darüber hinaus gilt sie aufgrund ihrer Fähigkeit, zahlreiche Konstruktionsanforderungen zu erfüllen und die Umweltgesetze einzuhalten, als eine Alternative zur Beschichtung mit Chrom.

EN-Anwendungen sind in der heutigen Automobilindustrie weitgehend akzeptiert, beispielsweise für Einzelteile wie Getriebemontagen, Lager, Einspritzsysteme, Aluminium-Kraftstofffilter, Sollbruchbolzen und Entlüftungsventile und Ähnliches in der Luftfahrtindustrie zum Schutz von rotierenden Teilen und Wellen. Mit dieser Methode können Ablagerungen in einheitlicher Dicke zu erzeugt werden, auch wenn das Werkstück komplexe Formen und Geometrien aufweist.


Ortsaufgelöste Röntgenfluoreszenzanalyse (µ-RFA) für Qualitätssicherung und Screening eines Beschichtungsprozesses

RFA-Geräte werden bereits seit vielen Jahren eingesetzt, um die Elementzusammensetzung und Beschichtungsstärke zu ermitteln. Die Geräte werden zunehmend spezialisiert, um anspruchsvollere Analyseanforderungen zu erfüllen. Mikrofokus-RFA-Geräte sind darauf ausgelegt kleine Messpunkte auf der Probe anzuregen, indem ein großer primärer Röntgenstrahl auf Mikrometerebene reduziert wird.

Der Einsatz dieser Geräte war einstmals auf relativ wenige Anwendungen mit einer begrenzten Anzahl von Elementen oder Schichten, minimalen oder keinen spektralen Überlappungen beschränkt. Es konnten nur Elemente mit einer höheren Ordnungszahl erkannt werden. Diese Systeme wurden kontinuierlich weiterentwickelt und sind in der Lage, komplexere Anwendungen mit einer höheren Anzahl an Elementen oder Legierungen, bzw. Schichten und einer größeren Abdeckung des Periodensystems zu erfassen. Dieser RFA-Typ ist eine ideale Testmethode, da er eine zerstörungsfreie Messung der Dicke und Zusammensetzung gewährt und präzise, wiederholbare Analysen nur wenige Sekunden dauern, ohne dass Chemikalien oder Spülgase erforderlich sind.


Neue Fortschritte in RFA bieten zertstörungsfreie Echtzeitmessung von NiP

Neue Fortschritte in der µ-RFA-Technologie, beispielweise Hochleistungs-Silicon Drift Detektoren (SDD) haben es ermöglicht, Nickel- und Phosphor direkt zu messen, so dass sowohl die Schichtdicke als auch die chemische Zusammensetzung simultan ermittelt werden können.

Die Mikrofokus-RFA ist ein ideales Instrument zur kritischen Schichtdickenanalyse für die Qualitätskontrolle während des gesamten stromlosen Vernickelungsprozesses. Es kann präzise Messungen der Beschichtung liefern, wenn Messing-Nickel-Legierungen in unterschiedlichen Verhältnissen erzeugt werden sollen. In diesem Fall kann die RFA sicherstellen, dass das gewünschte Merkmal erreicht wird. Da die physikalischen und chemischen Eigenschaften der chemischen Vernickelung entscheidend vom zugrunde liegenden Phosphoranteil (%P) abhängen, ist es von großer Bedeutung, den korrekten Phosphorkonzentrationsbereich zu bestätigen, um eine homogene Verteilung der Schichtdicke sicherzustellen und den Phosphoranteil entsprechend zu regulieren.


Schlussfolgerung

Neue Entwicklungen bei der Mikrofokus-RFA ermöglichen die Bestimmung von Schichtdicke - und Zusammensetzung der chemischen Vernickelung auf Automobil-, Luftfahrt- und PCB-Komponenten. µ-RFA und alle anderen RFA-Methoden gelten als zerstörungsfrei und unterstützen Qualitätssicherungsmanager dabei, die chemischen Bedingungen beizubehalten und die Beschichtung zu kontrollieren.

Die Integration von RFA in ein Qualitätssicherungsprogramm kann Unterstützung dabei bieten, die Produktionsprozesse während aller Phasen des Beschichtungsprozesses zu überwachen, die Effizienz zu steigern, Kosten zu senken und vor allem die Risiken eines Produktrückrufs zu minimieren, indem die Produkte gemäß Spezifikationen wie den Folgenden beschichtet werden: AMS-2404, AMS-C-26074, ASTM B-733, ASTM B-656, IPC-4556, ASTM-B568 und MIL-DTL-32119. Beschichter, die für Qualitätskontrolle und -sicherung zuständig sind und in diesem Prozess RFA integrieren, um die Schichtdicke der chemischen Vernickelung zu messen, sind in der Lage, schnelle, präzise und wiederholbare Ergebnisse zu erreichen.

Angesichts der globalen Bedeutung der Regulierung von Blei und Chrom in den heutigen Herstellungsprozessen und mit dem Endziel, den Einfluss von gefährlichen Stoffen auf die Umgebung zu reduzieren, kann die Verwendung von RFA darüber hinaus im Gegenzug die einwandfreie Entsorgung von Elektronik und Altfahrzeugen sicherstellen und wertvolle qualitative und quantitative Analysen bieten, um im Recyclingprozess zu ermitteln, ob eine Blei- oder Chromlegierung im Herstellungsprozess der entsorgten elektronischen oder mechanischen Komponente verwendet wurde. Die RFA kann übrigens auch verwendet werden kann, um Gold aus Elektronikschrott zu gewinnen.

Zur präzisen, zerstörungsfreien Analyse stromloser Vernickelung auf kleinsten Elektronikbauteilen verfügen unsere neuesten Schichtdickenmessgeräte der Serie FT150 von Hitachi High-Tech Analytical Science über eine polykapillare Optik mit hochauflösendem Vortex®-Röntgenfluoreszenzdetektor mit einem Messfleck von <20 µm. 

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Datum: 13 June 2018

Autor: Matt Kreiner, Benchtop XRF Produktmanager

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