Fachwörter-Lexikon

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Kalknatronglas, Herstellung

Die industrielle Erschmelzung von Massenglas erfolgt in riesigen Wannenöfen. Sie bestehen aus einer nach oben geschlossenen Schmelzwanne von 20 m bis 80 m Länge und bis zu 10 m Breite, in der sich die Schmelze befindet. Auf die Glasschmelze sind Brennerflammen gerichtet, die die Schmelze bis auf 1650 °C erhitzen. Das Ausgangsgemisch wird kontinuierlich am einen Ofenende zugegeben, schmilzt in der Ofenwärme und fließt zähflüssig unter weiterem Erhitzen langsam zum anderen Ofenende zu den Entnahmestellen. Dabei findet eine Homogenisierung, das heißt die völlige Auflösung und gleichmäßige Verteilung der Einzelbestandteile (Schlierenfreiheit) und die so genannte Läuterung, d.h. die Entfernung von Gasblasen aus der Schmelze statt. Um diesen Vorgang zu beschleunigen, werden chemische Läuterungsmittel, wie beispielsweise Glaubersalz (Natriumsulfat Na2SO4) der Schmelze zugesetzt.

Floatglasherstellung / Bildquelle: Materialwissenschaft und Werkstofftechnik/VCH-Verlag

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. 

Einleitung - Übersicht

Durch Verschleiß entstehen den Volkswirtschaften jährlich Schäden in Milliardenhöhe. Die Broschüre Basiswissen Verschleiß und Verschleißschutz soll einen Beitrag dazu leisten, die jährlich entstehenden Schäden in Folge Verschleiß zu reduzieren. Sie behandelt die Themen Reibung, Verschleiß, Verschleißschutz und die dazugehörigen Analyseverfahren. Die Broschüre liefert einen umfassenden Überblick über die Themen rund um den Verschleiß und den Verschleißschutz. Um den Verschleiß von Bauteilen und deren Ausfallrisiko zu reduzieren, erfordert es einer intensiven Zusammenarbeit der Fachleute entlang der Prozesskette von der Konstruktion über die Fertigungstechnik bis hin zur Beschichtung. Dabei spielt die Verschleiß- und Schadensanalytik eine wichtige Rolle. Denn diese ist Voraussetzung dafür, um die Ursachen für Verschleiß und Ausfälle zu ermitteln und um letztlich dadurch nachhaltige Gegenmaßnahmen treffen zu können. Eine Basis für ein gutes Verständnis wird einführend mit dem Grundlagenwissen rund um Reibung und Verschleiß und der Aufbau des tribologischen Systems und dem Zusammenhang zwischen der Oberflächenbeschaffenheit und dem Reibungs- und Verschleißverhalten in den ersten beiden Abschnitten gelegt. Aufgrund der Wichtigkeit der Verschleiß- und Schadensanalytik wurde diesem Thema ein eigenes Kapitel gewidmet, in dem auch die dazugehörigen Verfahren behandelt werden. Beim Thema Verschleiß ist eines der wichtigsten Themen der Verschleißschutz. Dieser kann durch geeignete Werkstoffauswahl, durch gezielte Gestaltung der Oberflächen oder durch aufgebrachte Schutzschichten erfolgen. Diese unterschiedlichen Möglichkeiten werden alle einzeln beleuchtet und knapp und verständlich beschrieben sowie durch Bilder und Skizzen veranschaulicht. Beim Verschleißschutz dürfen natürlich die Analysemethoden zur Charakterisierung der Verschleißschutzmaßnahmen nicht fehlen, womit die Broschüre abschließt. Im Steinbeis-Transferzentrum Tribologie an der Dualen Hochschule in Karlsruhe beschäftige ich mich zusammen mit meinem Team mit der tribologischen Analytik sowie mit Beratungen und Seminaren rund um die Themen Reibung und Verschleiß. Wir führen Dienstleistungen für die Industrie durch und sind Kooperationspartner von Forschungseinrichtungen. Die Dienstleistungen umfassen hochauflösende Vermessungen von Oberflächentopografien, Beschichtungsanalysen, Material- und Beschaffenheitsanalysen bis hin zu kompletten Entwicklungsprojekten. Neben einer modernen Analytik ist unsere Stärke das tribologische Fachwissen durch jahrelange Erfahrung. Einen Überblick über unser Dienstleistungsangebot und unsere technische Ausstattung gibt die Homepage: www.steinbeis-analysezentrum.com

Im einzelnen werden folgende Themen dargestellt:

  • Grundlagenwissen
  • Oberflächenbeschaffenheit
  • Tribologische Prüfung
  • Verschleiß- und Schadensanalyse
  • Verschleißschutz
  • Analysenmethoden Verschleißschutz

 

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