Fachwörter-Lexikon
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Legierungsschichten – galvanisch abgeschieden – Eigenschaften
Eine große Zahl an abscheidbaren Legierungen sind in der Gruppe der Edelmetalle verfügbar. Gold und Silber beispielsweise sind mit relativ vielen Metallen in weiten Konzentrationsbereichen mischbar. Zudem kann durch Legierungsbildung die Härte der reinen, weichen Metalle Gold und Silber erhöht werden. Bei Gold kann durch geringe Anteile an Kobalt, Nickel, Indium, Eisen, Silber, Kupfer, Kadmium oder Zink die Härte von deutlich unter 100 HV bei reinem Gold auf Werte bis 250 HV gesteigert werden. Zur Änderung der Farbe von Gold sowie zur Härtesteigerung und Reduzierung der Schichtkosten können Legierungen mit Kupfer, Nickel, Silber, Indium, Kobalt, Kadmium, Eisen oder Palladium abgeschieden, bei denen die Farben von kräftigem Gelb über Rosefarben bis zu Hellgelb und Weiß veränderbar sind. Die Härten reichen bis etwa 350 HV. Im Falle von Palladium kommt vor allem eine Legierung mit 25 % Nickel zum Einsatz, die sich durch eine höhere Härte gegenüber reinem Palladium auszeichnet.
Kupfer kann zusammen mit Zink oder Zinn abgeschieden werden. Das entstehende Messing im Falle von Kupfer-Zink mit 25 % bis 35 % Zink wird in Dicken bis etwa 30 µm abgeschieden. Galvanisch abgeschiedene Bronzen (Kupfer-Zinn) besitzen eine gute Korrosionsbeständigkeit und sind sehr verschleißbeständig. Die Zinnanteile können nahezu beliebig eingestellt werden und variieren hierbei die Farbe von Rot über Gelb bis zu Weiß. Die höchsten Härte werden bei einem Zinnanteil von etwa 60 % erreicht und können von deutlich unter 100 HV für reines Kupfer auf bis zu 200 HV für Bronze mit 60 % Zinn gesteigert werden.
Eine der wichtigsten technischen Legierungen im Bereich der Galvanotechnik ist Nickel-Phosphor. Die Abscheidung erfolgt bevorzugt durch chemische Abscheidung und zeichnet sich dadurch auch durch eine außerordentlich gleichmäßige Schicht über die gesamte zu beschichtende Oberfläche aus. Die Einteilung erfolgt drei Bereiche für Phosphorgehalte in der Legierung. Diese unterscheiden sich deutlich in ihrem mechanischen und chemischen Verhalten. Bis zu Gehalten von etwa 10 % lassen die Schichten eine kristallines Gefüge erkennen, während bei mehr als 10 % ein röntgenamorpher (glasartig) Aufbau mit gleichmäßig verteilten Phasen an Ni3P vorliegt. Die Nickel-Phosphor-Legierung kann durch eine Wärmebehandlung bei Temperaturen über 300 °C in den mikrokristallinen Zustand überführt werden, was mit einer deutlichen Härtesteigerung verbunden ist. Damit stehen sehr korrosions- und verschleißbeständige Oberflächen zur Verfügung, deren Härte zwischen etwa 500 HV (Abscheidezustand) und mehr als 1000 HV (nach Wärmebehandlung) betragen. Weitere ebenfalls sehr verschleiß- und korrosionsbeständige Schichten bestehen aus Nickel-Kobalt (bis 50 % Kobalt).
Die Korrosionsschutzschichten aus Zink können durch Legieren mit Nickel (10 % bis 15 %) härter und korrosionsbeständiger gemacht werden. Vor allem in der Automobilindustrie wird seit einigen Jahren für Verbindungselemente vorzugsweise Zink-Nickel als Korrosionsschutz eingesetzt. Daneben wird Zink-Eisen mit etwa 0,5 % Eisen aufgrund einer verbesserten Korrosionsbeständigkeit und höheren Härte (im Vergleich zu Reinzink) verwendet.
Dampfentfettung
Für die Reinigung durch Dampfentfetten werden die zu reinigenden Teile in eine abgeschlossene Anlage über einer knapp unter dem Siedepunkt befindlichen Entfettungslösung gebracht. Der Raum über der Flüssigkeit ist stark angereichert mit dampfförmigen Entfettungsmittel. Dieses kondensiert auf der zu reinigenden Oberfläche und entfaltet dort die Reinigungswirkung. Diese ist aufgrund der Tatsache, dass hohe Temperaturen und vor allem ein reines Entfettungsmittel vorliegt, sehr intensiv. Die abzureinigenden Öle und Fette sammeln sich in der flüssigen Phase. Auch ein Rückbefetten der gereinigten Oberfläche beim Entnehmen von Teilen aus der Entfettung ist hierbei weitgehend ausgeschlossen (Rückbefettung entsteht durch Verdunsten von Entfettungsmittel, wobei das darin gelöste Fett/Öl auf der Oberfläche verbleibt)
Anodisation von Alumi-nium – Eigenschaften
Stabile und gleichmäßige Oxidschichten entstehen auf reinem Aluminium oder Aluminiumlegierungen mit Magnesium und Zink. Stark störend wirken beispielsweise die Legierungselemente Kupfer oder Eisen, die – wenn überhaupt – nur in geringen Mengen vorhanden sein dürfen. Anodisch erzeugte Oxidschichten auf Aluminium verbessern dessen Korrosionsbeständigkeit. Das Oxid besitzt amphoteren Charakter, das heißt es wird sowohl von starken Säuren als auch von starken Laugen angegriffen. In schwach sauren und schwach alkalischen Lösungen ist die Oxidschicht dagegen beständig, weshalb Aluminium unter normalen Umgebungsbedingungen sehr korrosionsbeständig ist. Je dicker eine Schicht ist, um so länger dauert die Auflösung, deshalb steigt die Korrosionsbeständigkeit mit der Dicke der Oxidschicht. Aluminiumoxid besitzt eine deutlich höhere Härte als das metallische Aluminium. Die Härte der Oxidschicht liegt je nach Legierung und Anodisationsverfahren bei etwa 250 HV bis 600 HV.
Anodisierte und eigefärbte Tele / Bildquelle: Stark Eloxal
Die Haftung der anodischen Oxidschichten ist unübertrefflich gut, was sich in der Art der Entstehung begründet: Es handelt sich um eine so genannte Konversionsschicht, die durch Umwandlung des vorhandenen Grundmaterials erzeugt wird. Durch die atomare Anbindung von Schicht an das Substrat kann es nicht zu Abplatzungen kommen, wie sie bei auf ein Grundmaterial aufgebrachten Lackschichten zu beobachten sind. Allerdings sind anodisierte Schichten relativ spröde, so dass an Biegestellen oder durch Spannungen im Material vor allem bei dickeren Schichten Rissbildungen auftreten können. Die Haptik der Aluminiumoxidschichten ist ähnlich der des reinen Metalls, so dass sich der Eindruck beim Berühren eines anodisierten Aluminiumteils nicht wesentlich von dem eines nicht anodisierten unterscheidet. Das visuelle Erscheinungsbild hängt von der Dicke des erzeugten Aluminiumoxids ab. Dünne Oxidschichten (im Bereich von einigen Mikrometern) verändern den Glanz des Aluminiumteils nicht. Deshalb eignen sich die dünnen Oxidschichten (Glanzanodisieren) zur Erhöhung des Korrosions- und Verschleißschutzes von hochglanzpoliertem Aluminium. Bei Schichten von deutlich über etwa 10 µm wird die Oberfläche matt und trüb. Bei technischen Teilen zum Beispiel Leichtbauteilen für Fahrzeuge stellen dicke Oxidschichten keine Beeinträchtigung dar, da solche Teile in der Regel keine glänzenden Oberflächen aufweisen müssen.
Hartanodisation von technischen Aluminiumteilen / Bildquelle: AHC