Fachwörter-Lexikon

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Zink - dekorative Anforderung

Als eine dekorative Schicht wird meist eine glänzende Schicht verstanden. Im Zusammenhang mit galvanisch aufgebrachten Metallschichten ist zu beachten, dass der Glanz vor allem durch die mechanische Oberflächenbearbeitung (Schleifen, Polieren) des Grundwerkstoffes erzeugt wird. Darüber hinaus kann durch Verwendung von speziellen Verfahrensvarianten der galvanischen Abscheidung (Glanzverfahren) der Glanzeffekt einer galvanischen Metallschicht nochmals gesteigert werden.

Dekorativen Effekt kann allerdings auch eine gleichmäßig mattierte Oberfläche besitzen. In diesem Fall wird die Oberfläche (nach Schleifen und Polieren) mittels Strahlverfahren (z.B. mit Glasperlen) oder durch Bürsten mattiert. Das dann verwendete galvanische Verfahren darf keinen Glanz erzeugen, sondern muss den Matteffekt erhalten; in diesem Fall wird von glanzerhaltenden galvanischen Verfahren gesprochen.

Für die Abscheidung von Zink stehen sowohl glanzerzeugende als auch glanzerhaltende Abscheideverfahren zur Verfügung. Durch eine zusätzlich aufgebrachte Passivierung/Versiegelung oder Transparenzlackierung kann der dekorative Effekt der Beschichtung konserviert werden.

Schwarze Zinkschichten (in der Regel auf Basis einer galvanischen Zink-Eisen-Schicht mit Nachbehandlung) können sowohl in matter als auch in glänzender Ausführung hergestellt werden.

Versiegelung

Versiegelungen werden insbesondere seit Einführung der Passivierungen, die kein sechswertiges Chrom mehr enthalten (siehe Passivierungen), eingesetzt. Sie erhöhen die Beständigkeit der insbesondere auf Zinkoberflächen eingesetzten Passivierungen. Versiegelungen sind sehr dünne Filme aus anorganisch-organischen Verbindungen. Hierfür kommen vor allem hochvernetzende Siliziumoxidverbindungen zusammen mit organischen Verbindungen (wie Polyethylen) zum Einsatz. Versiegelungen werden durch Tauchen in wässrigen Lösungen der anorganisch-organischen Verbindungen aufgebracht und durch anschließendes Trocknen bei Temperarturen über beispielsweise 50 °C ausgehärtet. Sie sind in zahlreichen Zusammensetzungen erhältlich, die auf die jeweiligen Anforderungen abgestimmt sind. Beispielsweise können mittels Versiegelungen die Reibwerte von Verbindungsteilen (Schrauben) eingestellt oder durch Zusatz von speziellen Nanopartikeln eine Selbstheilwirkung erzeugt werden. Eine der vorrangigen Eigenschaften ist die Erhöhung der Korrosionsbeständigkeit der Passivierung und damit auch der passivierten metallischen Korrosionsschutzschicht (meist für Zink oder Zinklegierungen verwendet).

Tribologisches System

Das in Abbildung 1 schematisch dargestellte tribologische System ist eine Abstrahierung, die letztlich auf jeden denkbaren Verschleißfall anwendbar ist. Der im Mittelpunkt der Betrachtung stehende Grundkörper befindet sich in Kontakt und Relativbewegung mit einem (festen, flüssigen oder gasförmigen) Gegenkörper. Das Beanspruchungskollektiv und hierbei insbesondere die aufgebrachte Belastung bestimmt im Zusammenspiel mit der Mikrogeometrie und dem Verformungsvermögen von Grund- und Gegenkörperwerkstoff die Kontaktbedingungen (d.h. die reale Kontaktfläche).

 

Abb. 1: Tribologisches System (in Anlehnung an die zurückgezogene DIN 50320 [3])

 

Zwischen den beiden Körpern befindet sich häufig ein Zwischenstoff. Dabei kann es sich beispielsweise um Luft, Wasser, Abrasivpartikel oder auch gezielt zur Verschleißminderung eingebrachte Schmierstoffe handeln. Der Zwischenstoff hat in Kombination mit dem Umgebungsmedium (häufig identisch mit dem Zwischenstoff) und der Temperatur des Systems entscheidenden Einfluss auf eventuell parallel auftretende korrosive Prozesse, die wiederum das Verschleißverhalten beeinflussen können. Die Festlegung der Systemgrenze entscheidet darüber, in welchem Umfang äußere Faktoren mit in die Verschleißbetrachtung einbezogen werden. So kann es für orientierende Untersuchungen im Labormaßstab sinnvoll sein, eine enge Systemgrenze zu ziehen, während für betriebsähnliche Versuche die Grenze hinreichend weit gefasst sein sollte, um alle potentiellen Einflüsse realitätsnah abbilden zu können. Diese Ausführungen verdeutlichen, dass die Verschleißbeständigkeit eines Werkstoffs nur in Bezug auf den konkreten Anwendungsfall und unter Berücksichtigung aller Systembestandteile bewertet werden kann. Kein Werkstoff ist per se verschleißbeständig.

Wie Abbildung 1 zu entnehmen ist, umfasst das auf Grund- und Gegenkörper wirkende Beanspruchungskollektiv zahlreiche, höchst unterschiedliche Einzelfaktoren, die jedoch alle miteinander verknüpft sind. So ergeben sich die in der Grenzfläche wirkenden Belastungen (Kräfte und Momente) unmittelbar aus den Bewegungsverhältnissen und dem Reibungszustand. Ausgehend von einem festen Gegenkörper werden vier Grundformen der Kinematik von Festkörpern unterschieden (Abb. 2). Das Gleiten ist charakterisiert durch eine Translation in der Kontaktfläche (Pendant für flüssigen oder gasförmigen Gegenkörper: Strömen), während beim Rollen eine Rotation um eine parallel zur Kontaktfläche orientierte Momentanachse stattfindet. Beim Bohren hingegen rotiert der Gegenkörper senkrecht zur Grenzfläche. Ein intermittierender Kontakt senkrecht zur Kontaktfläche wird als Stoßen oder Prallen bezeichnet [1]. Reale Verschleißfälle sind häufig durch eine Kombination dieser elementaren Bewegungsformen gekennzeichnet. So besitzen zum Beispiel Rollbewegungen fast immer mikroskopische oder makroskopische Gleitanteile, so dass stattdessen der Begriff Wälzen verwendet wird.

 

 

Abb. 2: Elementarformen der Kinematik von Festkörpern: a) Gleiten, b) Rollen (Wälzen), c) Bohren, d) Stoßen / Prallen

 

Bezüglich des Reibungszustandes wird zwischen drei Grundarten unterschieden. Festkörperreibung bezeichnet die Reibung  zwischen zwei, in unmittelbarem Kontakt stehenden festen Körpern (sind die Oberflächen der Reibpartner hierbei mit einem molekularen Grenzschichtfilm bedeckt, ist auch der Begriff Grenzschichtreibung üblich) [1]. Sind Grund- und Gegenkörper durch einen flüssigen Film lückenlos voneinander getrennt, liegt Flüssigkeitsreibung vor (bzw. Gasreibung bei einem gasförmigen Film). Trennt der flüssige Film die Reibpartner nur teilweise, so dass noch Bereiche mit Festkörperreibung vorhanden sind, handelt es sich um Mischreibung [1]. Im praktischen Einsatzfall wie zum Beispiel in Wälzlagern wird üblicherweise die Flüssigkeitsreibung angestrebt. Realisiert wird dies mithilfe von Flüssigschmierstoffen. Der Begriff Schmierung bezeichnet folgerichtig die Verringerung von Reibung und Verschleiß zwischen zwei sich relativ zueinander bewegenden Reibpartnern [2]. Wie in den folgenden Kapiteln noch näher ausgeführt werden wird, ist die Schmierung trotz ihrer großen praktischen Bedeutung nur eine der zahlreichen Möglichkeiten des Verschleißschutzes.

[1] H. Czichos, K.-H. Habig: Tribologie -Handbuch – Tribometrie, Tribomaterialien, Tribotechnik. 3. Aufl., Wiesbaden: Vieweg + Teubner, 2010. – ISBN 978-3-8348-0017-6

[2] V. L. Popov: Kontaktmechanik und Reibung  – Von der Nanotribologie bis zur Erdbebendynamik. 3. Aufl., Berlin Heidelberg: Springer Vieweg, 2015. – ISBN 978-3-662-45974-4

[3] Norm DIN 50320:1979-12: Verschleiß – Begriffe, Systemanalyse von Verschleißvorgängen, Gliederung des Verschleißgebietes. Berlin: Beuth Verlag, 1997 zurückgezogen

 

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