Fachwörter-Lexikon
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Einsatzhärten
Kohlenstoffarme Stähle (C < 0,30 %) sind zäh, gut zerspanbar und gut schweißbar, jedoch nicht (martensitisch) härtbar. Häufig wird aber von diesen Stählen zusätzlich eine harte und verschleißbeständige Oberfläche gefordert. Um diese eigentlich einander widersprechenden Forderungen zu erfüllen, eignet sich das Einsatzhärten. Der zu geringe Kohlenstoffgehalt fordert vor dem Härten das sogenannte Aufkohlen.Das Werkstück wird in kohlenstoffabgebender Umgebung längere Zeit (einige Stunden bis max. 200 h) bei Temperaturen im Austenitbereich geglüht, da bei diesen Temperaturen der Stahl aufgrund seines austenitischen Gefüges erheblich mehr Kohlenstoffatome lösen kann. Der Kohlenstoff diffundiert aus dem umgebenden Medium in das Innere des Stahls. Der Kohlenstoffgehalt steigt dabei, zumindest in der Randschicht, von 0,1 % bis 0,25 % (Kohlenstoffgehalt der zum Einsatzhärten geeigneten Stähle) auf 0,7 % bis 0,9 % (optimaler Kohlenstoffgehalt der aufgekohlten Randschicht) kontinuierlich an. Durch das Aufkohlen wird die Randschicht gut härtbar, während der Kern aufgrund seines nach wie vor niedrigen Kohlenstoffgehalts zäh und verformungsfähig bleibt.
Feste Aufkohlungsmittel sind in der Regel eine Mischung aus einem Kohlenstoffträger z.B. Holzkohle und einem Aktivierungsmittel zur Beschleunigung der Kohlenstoffaufnahme sowie einem Bindemittel. Die Aufkohlzeit liegt dabei bei mehreren Stunden (7-9 h).
Die Aufkohlen in flüssigen Aufkohlungsmitteln erfolgt in Salzschmelzen. Als Kohlenstofflieferant dienen in der Regel Alkalicyanide, wie z.B. Natriumcyanid (NaCN) oder seltener auch Kaliumcyanid (KCN) bei Aufkohlungszeiten von ca. 3 h.
Gasförmige Aufkohlungsmittel bestehen im Wesentlichen aus Kohlenstoffmonoxid (CO), Kohlenstoffdioxid (CO2), Wasserstoff (H2), Wasserdampf (H2O), Sauerstoff (O2) und gegebenenfalls Methan (CH4) in sehr unterschiedlichen Konzentrationen. Die Vorteile des Gasaufkohlens liegen in einem hohen Mechanisierungs- bzw. Automatisierungsgrad, einer schnellen Schichtbildung sowie günstigen Arbeitsbedingungen. Außerdem lässt sich der Aufkohlungsprozess (Kohlenstoffpegel) besser kontrollieren und regeln. Nachteilig sind allerdings die hohen Anlagenkosten.
Chromschichten – Hartverchromung
Neben der dekorativen Verchromung, wie sie vor allem im Bereich der Automobil- oder Sanitärindustrie sehr gefragt ist, ist der zweite große Bereich der galvanischen Chromabscheidung der der Hartverchromung. Hartchromschichten dienen als Verschleiß- und Korrosionsschutz von hochbelasteten Grundwerkstoffen, vorrangig von Stählen, und sind beispielsweise für Hydraulikteile, Walzen für die Papierindustrie oder Metallverarbeitung sowie für Werkzeugteile in der Textilerzeugung derzeit unabdingbar. Die Abscheidung von Hartchromschichten erfolgt ebenfalls aus Elektrolyten auf Basis von sechswertigem Chrom, mit modifizierten Arbeitsparametern. Die hergestellten Schichtdicken richten sich nach den Beanspruchungen in Bezug auf Verschleiß und Korrosion sowie danach, ob die Oberfläche beispielsweise durch Schleifen und Polieren zusätzlich mechanisch bearbeitet werden muss. Üblich sind Schichtdicken zwischen etwa 20 µm und mehr als 1000 µm.
Walze, hartverchromt und mechanisch auf Hochglanz poliert / Bildquelle: LKS
Insbesondere wenn die aufgebrachten Chromschichten mechanisch geschliffen und polierte werden sollen, sind höhere Dicken (z. B. mehr als 100 µm) sinnvoll. Bei dickeren Chromschichten (größer als etwa 50 µm) ist damit zu rechnen, dass die Rauheit zunimmt, beziehungsweise auch Auswüchse (Knospen) entstehen können. Ist bei solchen dicken Chromschichten für den Einsatz eine geringe Rauheit (hohe Ebenheit) gefordert, so kann das mechanischen Schleifen und Polieren unumgänglich sein.
Hartchromschichten können durch die mechanische Nachbearbeitung den selben Glanz bzw. die selbe geringe Rauheit aufweisen wie dekorative Glanzchromschichten. Die Unterscheidung richtet sich deshalb nicht nach dem visuellen Erscheinungsbild, sondern nach den vorrangigen Anforderungen an die Chromschichten.
Kupferschichten – Kunststoffmetallisierung
Auf galvanisierfähigen Kunststoffen (bevorzugt ABS) wird die Möglichkeit zur Herstellung von hochglänzenden Oberflächen sowie die gute Korrosionsbeständigkeit von Kupfer genutzt. In Kombination mit Nickel und Chrom waren Kupferschichten lange Zeit ein Teil der hochqualitativen Korrosionsschutzschichten beispielsweise auf Armaturenteilen der Sanitärindustrie. Aus Kostengründen wird heute auf Kupfer verzichtet.