Worin besteht die Problematik?
Welcher Ansatz ist erforderlich, um eine Studie zum Reinigungsverfahren im Kontext der industriellen Kennzeichnung durchzuführen?
Die industrielle Kennzeichnung ist in vielen Branchen eine unverzichtbare Praxis, insbesondere in der Luft- und Raumfahrt, der Medizintechnik, der Automobilindustrie … Dabei handelt es sich um ein Verfahren, mit dem Informationen auf Produkten oder Bauteilen angebracht werden, etwa Seriennummern, Barcodes, Herstellungsdaten, Logos oder andere spezifische Anweisungen. Diese Kennzeichnungen sind entscheidend für die Rückverfolgbarkeit, das Qualitätsmanagement, die Einhaltung gesetzlicher Vorschriften und die Produktsicherheit.
Kontext der Studie zum Reinigungsverfahren
Zunächst führt der Kunde von FILAB seinerseits eine Oberflächenbehandlung an Nickel-Dichtungen durch. Dabei handelt es sich um eine Laseroberflächenbehandlung vom Typ Texturierung, mit der sich Effekte erzeugen oder neue Eigenschaften auf allen Materialarten je nach gewünschter Funktion verleihen lassen.
Nach dieser Laserkennzeichnung bleibt eine geringe Menge Staub zurück.
Gegenstand der Studie ist einerseits die Messung dieser auf den Teilen nach der Kennzeichnung abgelagerten Nickelstaubmenge und andererseits der Vergleich von drei Reinigungsverfahren nach der Kennzeichnung.
Für die vergleichende Studie werden 3 Proben analysiert:
- roh (ohne Reinigung),
- Reinigung mit Lösungsmittel und Ultraschall,
- Reinigung mit Bürste plus Abblasen.
Messung der Nickelmenge und Vergleichsstudie
Analyse mittels REM-EDX (Rasterelektronenmikroskop)
Die Technologie der Rasterelektronenmikroskopie REM-EDX ist ein bekanntes und anerkanntes Verfahren. Sie ermöglicht die Erzeugung hochauflösender Bilder der Oberfläche einer Probe (Vergrößerung in der Größenordnung von *1000000). Sie wird verwendet, um die chemische Zusammensetzung und die Morphologie fester Materialien zu untersuchen.
In diesem konkreten Zusammenhang zeigt die REM-EDX-Analyse der Nickel-(Ni)-Dichtungen:
- Das Vorhandensein von Partikeln um jedes Loch auf allen texturierten Teilen.
- Die Oberflächen der Löcher hingegen weisen keine Partikel auf, sondern lediglich Hohlräume infolge der Laserkennzeichnung.
- Die Partikelmenge scheint auf den gereinigten Teilen (Bürsten + Abblasen) geringer zu sein als auf den Rohteilen.
- Andererseits ist es schwierig festzustellen, ob die Partikelmenge auf den durch Ultraschall entfetteten Teilen geringer ist.
Zusätzliche Analysen mittels ICP-AES
Die ICP-AES ist eine hochentwickelte Technik, die ein induktiv gekoppeltes Plasma nutzt, um Atome und Ionen einer Probe anzuregen und dadurch für jedes Element spezifische Lichtemissionen zu erzeugen. Dank ihrer Empfindlichkeit und ihrer Fähigkeit, mehrere Elemente gleichzeitig zu analysieren, erweist sich die ICP-AES als unverzichtbares Werkzeug für eine präzise und schnelle Charakterisierung von Materialien.
Die ICP-AES-Analyse zeigt, dass:
- Der ermittelte Nickelgehalt bei den gebürsteten und entfetteten Produkten geringer ist als bei den ohne Reinigungsverfahren analysierten Produkten.
- Die Behandlungen haben also tatsächlich den Effekt, den Nickelgehalt und damit die Menge der auf den Teilen vorhandenen Partikel zu reduzieren.
- Die Reinigung durch Bürsten und Abblasen scheint etwas wirksamer zu sein als die Entfettung mit Ultraschall.
Zusätzliche Analysen mittels FTIR
Die Infrarotspektroskopie mit Fourier-Transformation – oder FTIR-Spektroskopie – ist ein Analyseverfahren, mit dem das Absorptionsspektrum einer festen, flüssigen oder gasförmigen Probe ermittelt werden kann. Als zerstörungsfreie Methode messen chemische Analysen mittels FTIR die von einer Probe absorbierte Lichtmenge. Dies geschieht in Abhängigkeit von der Wellenlänge, die von einem Infrarotstrahl ausgesendet wird.
In dieser Studie ermöglicht die FTIR den Nachweis von Polylactat- und Cellulosepartikeln (im Zusammenhang mit dem Bürsten der Teile).
Fazit der Studie
Die von FILAB durchgeführten Analysen liefern präzise Einblicke in die Wechselwirkung zwischen unerwünschten Partikeln und den Oberflächen der behandelten Teile und unterstreichen die entscheidende Bedeutung einer sorgfältigen Auswahl geeigneter Reinigungsverfahren.
Für den Kunden von FILAB ist es wichtig, bei der Wahl dieser Methoden methodisch vorzugehen und dabei nicht nur deren Wirksamkeit bei der Entfernung von Verunreinigungen zu berücksichtigen, sondern auch ihre Fähigkeit, die strukturelle und funktionale Integrität der Teile zu erhalten.
So ist der Kunde nach den durchgeführten Analysen und Expertisen in der Lage, die beste Entscheidung entsprechend seinen Anforderungen zu treffen.
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Häufige Fragen
Wie lassen sich Reinigungsverfahren nach einer Lasermarkierung auf Nickel vergleichen?
Der Vergleich besteht darin, die verbleibenden Partikel auf unbehandelten Teilen und auf Teilen zu charakterisieren, die nach den jeweiligen Verfahren gereinigt wurden. In dieser Untersuchung verglich FILAB eine Reinigung mit Lösungsmittel und Ultraschall mit dem Bürsten und anschließendem Abblasen. REM-EDX, ICP-AES und FTIR-Spektroskopie lieferten ergänzende Ergebnisse zu den Rückständen.
Was zeigt die REM-EDX-Analyse an laserbeschrifteten Metallteilen?
Mit der REM-EDX-Analyse lassen sich Partikel lokalisieren, ihre Morphologie beobachten und ihre Elementzusammensetzung charakterisieren. An den Nickelverbindungen dieser Untersuchung waren nach der Lasertexturierung Partikel rund um die Bohrungen vorhanden. Die Beobachtungen deuteten nach dem Bürsten und Abblasen auf eine Verringerung hin, ermöglichten jedoch allein keine eindeutige Unterscheidung aller Verfahren.
Warum sollte die Partikeluntersuchung durch eine ICP-AES-Bestimmung ergänzt werden?
Die ICP-AES ermöglicht eine quantitative Bestimmung des in den für die Analyse vorbereiteten Proben vorhandenen Nickels. Sie ergänzt die Oberflächenbilder, deren Auswertung qualitativ bleiben kann. In dieser Studie zeigten die Ergebnisse nach beiden Reinigungsverfahren einen geringeren Gehalt als im Ausgangszustand, mit einem leichten Vorteil für das Bürsten mit anschließendem Abblasen.
Kann eine wirksame Reinigung von Metallpartikeln andere Rückstände hinterlassen?
Ein Reinigungsverfahren kann Metallpartikel reduzieren und gleichzeitig andere Stoffe einbringen oder zurücklassen. In dieser Studie wies die FTIR-Spektroskopie Polylactat- und Cellulosepartikel nach, die mit dem Bürsten in Verbindung standen. Die Bewertung muss sich daher auf sämtliche relevanten Rückstände erstrecken, abhängig von den Sauberkeitsanforderungen an das Bauteil.
Welches Reinigungsverfahren sollte nach einer Lasertexturierung gewählt werden?
Die Auswahl hängt von der angestrebten Sauberkeit, den festgestellten Rückständen und der Verträglichkeit der Behandlung mit dem Bauteil ab. Unter den Bedingungen dieser Studie entfernte das Bürsten mit anschließendem Abblasen das gemessene Nickel geringfügig besser, allerdings wurden auch organische Rückstände festgestellt. Die Ergebnisse dienen dazu, einen auf den industriellen Bedarf abgestimmten Kompromiss auszuwählen und anschließend zu validieren.