Kupferlegierungen finden breite Anwendung in der Elektrotechnik, Elektronik, Automobilindustrie und Feinwerktechnik, wo hervorragende Leitfähigkeit, ein ansprechendes Aussehen und eine hohe Oberflächenqualität unerlässlich sind. Beim Walzen, Stanzen, Lagern und Handhaben wird die Materialoberfläche häufig durch Walzöle, Oxidationsrückstände, organische Verbindungen und Partikel aus der Luft verunreinigt. Diese Verunreinigungen beeinträchtigen nicht nur die Haftung, sondern mindern auch den natürlichen metallischen Glanz der Kupferoberfläche. In diesem Kundenprojekt bestanden die Hauptziele in der effizienten Entfernung der Oberflächenverunreinigungen und der Erzielung einer sichtbar helleren, saubereren Oberfläche vor der Weiterverarbeitung.
Die Lösung lieferte das Keylink-Atmosphärenplasmasystem, ausgestattet mit einem speziell entwickelten rotierenden Plasmabrenner (H).2 Desoxidator-Plasmabrenner). Der standardmäßige rotierende Plasmabrenner verfügt über einen Flammendurchmesser von 40 mm. Für Anwendungen mit breiteren Blechen und Spulen sind größere Brennerkonfigurationen mit Flammendurchmessern bis zu 100 mm erhältlich. Die rotierende Plasmakonstruktion gewährleistet eine äußerst gleichmäßige Energieverteilung über die gesamte Behandlungsfläche und führt so zu einer gleichbleibenden Reinigungsleistung und exzellenter Prozessstabilität.
Die Kupferlegierungsbleche und -walzen mit einer Dicke von 0,125 mm wurden mit einem Gasgemisch aus 51 % Wasserstoff (H₂) und 95 % Stickstoff (N₂) behandelt. Wasserstoff reduziert effektiv dünne Oxidschichten und trägt zur Entfernung von Kohlenwasserstoffverunreinigungen bei, während Stickstoff die Plasmaentladung für einen zuverlässigen und reproduzierbaren Betrieb stabilisiert. Das Atmosphärendruckplasmaverfahren entfernt Verunreinigungen auf molekularer Ebene berührungslos und erhält so die Integrität des dünnen Kupfermaterials.
Die anfängliche Bearbeitungsgeschwindigkeit betrug 10 mm/Sekunde mit einem einzelnen rotierenden Plasmabrenner. Abhängig vom gewählten Gasgemisch, den Prozessparametern und den Reinigungsanforderungen lassen sich höhere Produktionsgeschwindigkeiten erzielen. Für die Serienfertigung kann ein zweiter oder dritter rotierender Plasmabrenner vertikal angeordnet werden, wodurch der Durchsatz deutlich gesteigert und gleichzeitig eine hervorragende Reinigungsgleichmäßigkeit gewährleistet wird.
Die Reinigungsleistung wurde durch Kontaktwinkelmessungen vor und nach der Plasmabehandlung überprüft. Stärker verschmutzte Proben wiesen vor der Behandlung einen durchschnittlichen Kontaktwinkel von 104,74° auf, während weniger stark verschmutzte Proben einen Durchschnittswert von 95,5° zeigten. Nach der Plasmabehandlung sank der durchschnittliche Kontaktwinkel auf 28,5°, wie in der beigefügten Grafik dargestellt. Diese deutliche Reduzierung bestätigt die effektive Entfernung der Oberflächenverunreinigungen und eine signifikante Erhöhung der Oberflächenenergie.
Neben der messbaren Verbesserung der Benetzbarkeit stellte der Kunde nach der Behandlung eine deutlich hellere und gleichmäßigere metallische Oberflächenstruktur fest. Die Entfernung von Oberflächenfilmen und leichten Oxidverunreinigungen stellte den natürlichen Glanz der Kupferlegierung wieder her und trug dazu bei, dass das Material sowohl die technischen als auch die optischen Qualitätsanforderungen erfüllte. Die sauberere, hellere Oberfläche bot zudem verbesserte Voraussetzungen für Beschichtung, Bedruckung, Löten, Schweißen und Kleben.
Zusammenfassend
Diese Fallstudie zeigt, wie Keylink-Atmosphärenplasmasysteme fortschrittliche Rotationsplasmatechnologie, eine optimierte H₂/N₂-Gaschemie und skalierbare Produktionskapazität kombinieren, um herausragende Reinigungsergebnisse für Kupferlegierungsbleche und -walzen zu erzielen. Das System verbessert nicht nur die Oberflächenenergie und die Haftungseigenschaften, sondern auch das Erscheinungsbild des Materials. So können Hersteller anspruchsvolle Kundenspezifikationen erfüllen und gleichzeitig die Produktionseffizienz durch flexible Mehrbrennerkonfigurationen steigern.
Verbesserung des Kontaktwinkels nach Plasma-Oberflächenbehandlung
