Die Beschichtung von Oberflächen metallischer Drähte dient einer Vielzahl von Beeinflussungen der Funktionalität der Drähte zum angedachten Einsatzgebiet. Diese erstrecken sich wesentlich auf folgende Schwerpunkte:
- Schutz der Drahtoberfläche vor Korrosionserscheinungen,
- Verbesserung der elektrischen und mechanischen Kontaktierbarkeit von Drähten,
- Erzeugung von physikalischen und chemischen Wechselwirkungen mit dem Draht infolge Temperatureinwirkung
Schichtaufbau eines Manteldrahtes (Foto: Elschukom)
Unter Beschichten versteht man in der Fertigungstechnik im Allgemeinen das Aufbringen einer Schicht aus formlosen Stoffen (Metalle, Lacke, Kunststoffe) auf einen Träger, der hier als Draht betrachtet wird. Der Prozess kann das Aufbringen von dünnen, dicken oder einer Kombination von mehreren zusammenhängenden Schichten leisten. Die Beschichtungsverfahren werden u.a. durch den Ausgangszustand des Beschichtungsmaterials bestimmt. Diese können flüssig sein (Lackieren, Tauchbeschichten) oder in gelöster Form (Galvanisieren, Verzinnen) vorliegen.
Das Tauchbeschichten umfasst z.B. das definierte Durchlaufen eines oder mehrerer Einzeldrähte durch ein Lotbad, um eine geschlossene Oberflächenschicht zu erzeugen. Diese sollen den Zweck erfüllen, den/die Drähte zu fixieren und einen definierten elektrischen Widerstand und vorgegebene mechanische Werte (Zugfestigkeit, Dehnung) zu realisieren.
Aufbau eines Mehrfachdrahtes aus dem Prozess der Tauchbelotung (Foto: Elschukom)
Der Prozess des Galvanisierens ermöglicht, insbesondere in Durchlaufgalvanikstrecken mit Geschwindigkeiten bis zu 80 m/min eine hocheffiziente Beschichtung bei automatischer Prozesskontrolle. Die Variationen der Schichtstärken und der Materialien bieten Spielraum für individuell angepasste Drahtqualitäten.
Eintauchen eines Flachdrahtes in ein Reinigungsbad vor der Galvanischen Beschichtung (Foto: Elschukom)
Im Beschichtungsprozess wird der Draht in mehreren „Schlaufen“ durch die Galvanikbäder geführt (Foto: Elschukom)
Schutz der Drahtoberfläche vor Korrosionserscheinungen
Metallische blanke Drähte sind, insbesondere im Fein- und Feinstdrahtbereich, anfällig gegenüber Korrosion (Oxidation, chemische Angriffe durch Umweltbedingungen). Kupfer- und Silberbasisdrähte haben eine starke Affinität zur Reaktion mit Sauerstoff. Um die Oxidbildung an der Drahtoberfläche zu vermeiden, sind mehrere Beschichtungen geeignet. Je nach weiterer Nutzung des Drahtes, ist eine leitfähige Beschichtung oder eine Lackbeschichtung wählbar. Vordergründig bei der Auswahl des Schutzes ist die vorgesehene Anwendung des Drahtes.
Verschiedene Kunststoffbeschichtungen
Durch eine Oberflächenbeschichtung sind – je nach Anwendungszweck – Variationen bei der geometrischen Gestaltung der Beschichtung möglich. Bei der Drahtbeschichtung mit isolierendem Lack bzw. der Kunststoffextrusion werden neben der Färbung auch vielfältige Materialeigenschaften der Kunststoffe genutzt.
Verbesserung der elektrischen und mechanischen Kontaktierbarkeit von Drähten
Fein- und Feinstdrähte erfüllen vorwiegend Funktionen bei elektrischen und mechanischen Anwendungen. Um einen zuverlässigen Einsatz der Drähte in angedachten Baugruppen zu ermöglichen, ist eine gute Kompatibilität erforderlich. Metallische Drähte (z.B. kupfer), die eine Neigung zu starken Oberflächenreaktionen aufweisen, können durch eine Oberflächenbeschichtung passiviert, d.h. geschützt werden. Kontaktierungen über einen Lötprozess, über Crimpen, Schweißen oder Bonden sind somit besser beherrschbar. Der Eigenschutz verschiedener Metalle (z.B. Al) mittels Oberflächenoxidation ist für weitere Anwendungen u.U. nachteilig.
Schichtaufbau eines verzinnten Drahtes
Eine Verbesserung der Kontaktierung und eine Reduzierung der Übergangswiderstände sind elektrisch von Vorteil und bieten für mechanische Kontaktierungen Vorteile.
Unter dem Mikroskop lassen sich Wechselwirkungen zwischen den Schichtmetallen erkennen.
Erzeugung von physikalischen und chemischen Wechselwirkungen mit dem Draht infolge Temperatureinwirkung
Ein Draht unterliegt bei Temperatureinwirkung vielseitigen Veränderungen. Die – durch die Temperatur aktivierten Prozesse – ermöglichen dem Material komplexe Wechselwirkungen innerhalb des Kernmaterials aber auch mit der Oberflächenbeschichtung. Physikalische Wechselwirkungen sind Änderungen der Gefüge-Struktur des Drahtes (Rekristallisation). Chemische Wechselwirkungen treten im Bereich Draht-Oberflächenbeschichtung auf. In Abhängigkeit der Materialauswahl dient eine Beschichtung als „chemische Blockadeschicht“ (z.B. Ni), oder sie fungiert als chemische Reaktionsschicht (Sn mit Cu oder Ag, Bildung von intermetallischen Phasen.
Eintauchen eines Flachdrahtes in ein Reinigungsbad beim Galvanischen Beschichtungsprozess
Hochwertige Kupfer-Pellets für den Beschichtungsprozess