Fachwörter-Lexikon
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Sol-Gel-Beschichtung
Bei der Sol-Gel-Beschichtung handelt es sich um ein neueres Verfahren zur Auftragung von vorzugsweise dünneren Schichten aus sehr unterschiedlichen Materialien, das prinzipiell für allen Grundwerkstoffen einsetzbar ist. Der Auftrag erfolgt hierbei in zwei Schritten. Im ersten Schritt wird durch Tauchen des zu beschichtenden Grundwerkstoffes in eine Lösung mit den Ausgangsstoffen der Schicht ein Flüssigkeitsfilm aufgebracht. Das Lösemittel richtet sich nach der Art des aufzubringenden Stoffes und dem zu beschichtenden Grundwerkstoff, der möglichst gut benetzt werden muss. Die gute Benetzbarkeit ist erforderlich, um eine geschlossene (defektfreie) Beschichtung gewährleisten zu können. Im zweiten Schritt des Auftragsprozesse erfolgt das Erzeugen des Gelzustandes aufgrund von Hydrolyse- und Kondensationsreaktionen. Das Gelieren kann durch Wärmezufuhr beschleunigt werden. Anschließend kann der Prozess (auch mehrmals) wiederholt und damit die Schichtdicke erhöht werden. Neben dem Tauchen kommen für die Herstellung von Sol-Gel-Beschichtungen auch andere Verfahren des Nassauftragens wie Schleudern oder Spritzen in Betracht. Zudem eignet sich die Technologie sehr gut zur Beschichtung von stark strukturierten und komplexen Teilen. Sol-Gel-Schichten basieren in vielen Fällen auf hochvernetzenden Silikatschichten. Die Eigenschaften können durch weitere Bestandteile in breitem Maße verändert werden, zum Beispiel in Richtung Benetzung, Reibung, Farbe oder Photokatalyse. Die Dicken der Schichten reichen von einigen 10 nm bis in den Mikrometerbereich.
Klimawechseltest – Automobilindustrie
Die Basistestverfahren wie NSS-, AASS-, CASS- oder Kesternich-Test lassen Vergleiche verschiedener Beschichtungen in der Entwicklung, beziehungsweise Produktionschargen in der Qualitätsprüfung zu. Sie erlauben aber keine Prognosen über die Beständigkeit von Oberflächen in der Gebrauchsumgebung. Dies jedoch war, beziehungsweise ist eine essentielle Forderung vor allem der Automobilindustrie, die inzwischen individuelle Klima-Wechseltest-Verfahren entwickelt hat. Die zum Teil recht komplexen Werkstandards nationaler und internationaler Hersteller stellen hohe Ansprüche an die Reproduzierbarkeit der Prüfklimate, um eine globale Vergleichbarkeit von Prüfergebnissen zu gewährleisten.
Um eine einwandfreie Funktion von Korrosionsprüfgeräten zu gewährleisten, beziehungsweise verlässliche Ergebnisse zu erzielen, sind vor allem einige Voraussetzungen für die einwandfreie Funktion des Korrosionsprüfgerätes zu beachten beziehungsweise zu erfüllen:
Abluft: Zur Ableitung vorgesehene Rohrleitungen dürfen nicht direkt an ein Laborabluftsystem angeschlossen werden, sondern es muss ein atmosphärischer Ausgleich geschaffen werden, um einen Unterdruck im Prüfraum auszuschließen. Abluftschläuche müssen so verlegt werden, dass sich kein Wassersack durch rückfließendes Kondensat bilden kann. Am besten wird die Abluft gegendruckfrei nach außen abgeführt.
Druckluft: Gemäß der DIN EN ISO 9227 muss die für die Nebelerzeugung verwendete Druckluft öl- und partikelfrei sein. Daher sollte stets eine Filtereinheit installiert und regelmäßig gewartet werden.
Testlösung: Die Testlösung darf nicht wiederverwendet werden, sondern muss über den Abfluss des Prüfgerätes entsorgt werden. Für die Bereitung sind die Vorgaben der jeweiligen Normen strikt einzuhalten, zum Beispiel die Reinheit des Natriumchlorids, die Leitfähigkeit des demineralisierten Wassers oder der pH-Wert. Die Vorratstanks sind sauber zu halten und vor allem vor Algenbefall zu schützen.
Probenvorbereitung: Zum Ritzen von lackierten Oberflächen sind genormte Werkzeuge, zum Beispiel Ritzstichel nach Sikkens, van Laar oder Clemen zu verwenden, die mit möglichst gleichem Andruck angewendet werden. Ferner ist festzulegen, ob die Prüfteile oder -bleche vor der Prüfung in welcher Weise zu reinigen sind.
Positionierung der Teile im Prüfraum: Prüflinge dürfen nicht übereinander oder auf den Boden gestellt werden. Unregelmäßig geformte Teile müssen so positioniert werden, dass sich kein Kondensat an Stellen ansammelt, die für die Bewertung von Bedeutung sind. Bei Vergleichsuntersuchungen in verschiedenen Laboratorien sollte die Positionierung der Prüflinge zuvor vereinbart werden. Prüfbleche sind in Halter zu stellen, die die Positionierung in den von der jeweiligen Norm vorgegebenen Winkel ermöglichen.
Bewertung der korrodierten Oberflächen: Die Bewertung erfolgt im allgemeinen visuell nach entsprechenden Normen, beispielsweise zur Ermittlung des Rost- oder Blasengrades. Im Falle von Vergleichsuntersuchungen sollte ebenfalls eine Abstimmung zwischen den Laboratorien erfolgen.
Funktionsprüfung: Neben den Wartungsintervallen und Kalibrierung von Steuerungen, Reglern und Sensoren ist zum Beispiel bei Salzsprühnebelprüfgeräten die Bestimmung der Korrosivität des Prüfgerätes gemäß der DIN EN ISO vorgeschrieben. Dabei wird der Masseverlust von Gebrauchsnormalen (Prüfblechen) aus Stahl oder Zink nach Bestimmten Testzeiten unter definierten Testbedingungen durch Differenzwägung vor und nach dem Test ermittelt. Die sogenannte Abtragsrate muss dabei in vorgegebenen Toleranzbereich liegen.
Ausscheidungshärtung
Die Bildung von feinen, homogen verteilten Partikeln des Legierungselements innerhalb der Grundmatrix ermöglicht bei einigen Metallen eine Festigkeits- und Härtesteigerung. Dies wird durch Phasenumwandlungen erreicht, die durch geeignete Wärmebehandlungen hervorgerufen werden. Der Begriff Härtung durch Alterung ist ebenfalls zutreffend, da sich die Festigkeit mit zunehmender Zeit entwickelt (wenn die Legierung altert). Durch Ausscheidungshärtung können beispielsweise Aluminium, Kupfer-, Kupfer-Beryllium-, Kupfer-Zinn- und Magnesium-Aluminium-Legierungen sowie einige eisenbasierte Werkstoffe verfestigt werden.
Als Voraussetzung für die Ausscheidungshärtung muss das Legierungssystems zwei Anforderungen erfüllt: eine beträchtliche maximale Löslichkeit der einen Komponente in der anderen (Größenordnung von mehreren Prozent) und eine Löslichkeit von Komponente B in Komponente A, die mit sinkender Temperatur abnimmt.
Allgemeines Phasendiagramm einer aushärtbaren Legierung (A-B) / Bildquelle: Materialwissenschaften und Werkstofftechnik/VCH-Verlag
Im ersten Schritt der Wärmebehandlung wird das Lösungsglühen durchgeführt, bei dem alle Atome in einem Mischkristall gelöst werden (einphasig). Der Prozess beinhaltet das Aufheizen der Legierung auf eine bestimmte Temperatur, die so lange konstant gehalten wird, bis die gesamte vorhandene b-Phase aufgelöst ist. In diesem Zustand besteht die Legierung allein aus der a-Phase mit der Zusammensetzung c0. Dann wird die Legierung abgeschreckt. Die Diffusion wird dadurch behindert und es entsteht ein Nichtgleichgewichtszustand, in dem ein übersättigter Mischkristall vorliegt. In diesem Zustand ist die Legierung noch relativ weich und formbar. Der zweite Wärmebehandlungsschritt dient der Erzeugung von Ausscheidungen. Bei einer Warmauslagerung wird der übersättigte Mischkristall erwärmt, so dass eine ausreichende Diffusionsgeschwindigkeit vorliegt. Es bilden sich fein verteilte Ausscheidungen. Dieser Prozess wird als Auslagern oder Altern bezeichnet. Nach einer entsprechenden Haltezeit wird die Legierung auf Raumtemperatur abgekühlt. Die erzielbaren Eigenschaften hängen von der Auslagerungstemperatur und der Haltezeit bei dieser Temperatur ab. Einige Legierungen altern sogar bei Raumtemperatur (Kaltauslagerung).