Fachwörter-Lexikon
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Tempern
Unter Tempern wird im allgemeinen eine Wärmebehandlung verstanden, bei der mit Temperaturen zwischen Erwärmen (> 100 °C) und Glühen (<600 °C) gearbeitet wird.
Temperbehandlungen werden in der Oberflächentechnik beispielsweise zur Entfernung von Wasserstoff aus Metallen genutzt. Der Wasserstoff entsteht bei der kathodischen Abscheidung von Metallen als unerwünschtes, aber unvermeidliches Nebenprodukt aus der Zersetzung des Wassers. Sowohl die Wasserstoffentwicklung als auch die Reduktion von Metall verlaufen nach dem selben Prinzip. Je nach Art der Metalloberfläche, an der die Abscheidung abläuft, und der Zusammensetzung des Abscheideelektrolyten ist der Anteil an Wasserstoff unterschiedlich hoch; besonders viel Wasserstoff wird beispielsweise bei der Chromabscheidung aus stark sauren Elektrolyten erzeugt. Die Wasserstoffentwicklung verläuft so, dass an der Metalloberfläche zunächst atomarer Wasserstoff entsteht, der in einem Folgeschritt zu Wasserstoffmolekülen wird und als Gas von der Oberfläche abperlt. Allerdings reicht die kurze Zeitspanne aus, dass bei einigen Werkstoffen ein merklicher Teil des atomaren Wasserstoffs vor der Rekombination in das Metall diffundiert. Im Metall kann sich atomarer Wasserstoff innerhalb des Metallgitters bewegen und einlagern – insbesonder bei hochfesten Stählen oder Palladium. In der Folge wird das Metall mechanisch geschwächt. Dieser Effekt wird als Wasserstoffversprödung bezeichnet. Verfahren, die Wasserstoff entwickeln können – Metallabscheidung, Beizen in Säure, kathodische elektrolytische Entfettung – sind bei hochfesten Werkstoff kritisch zu betrachten. Hochfeste Werkstoffe werden deshalb nach einer kathodischen Behandlung bei Temperaturen zwischen etwa 200 °C und etwa 300 °C getempert – die Behandlungsdauer liegt bei 3 bis 1 Stunden.
Eine Temperbehandlung bei ca. 150 °C bis 250 °C
(einige Minuten auf Endtemperatur) ist aber auch ein gutes Verfahren, um die Haftfestigkeit von Beschichtungen zu prüfen. Ist die Haftung einer Beschichtung durch nicht gründlich entfernte Oxidschichten oder lokal vorliegenden Fettreste ungenügend, so entstehen aufgrund der unterschiedlichen Wärmeausdehnung von Beschichtung und Grundmaterial Aufwölbungen oder Risse in der Beschichtung. Das Verfahren wird insbesondere bei schwer zu beschichtenden Werkstoffen wie Aluminium angewandt.
Gleitschichten
Für gleitende Belastungen eignen sich Oberflächen mit geringer Rauheit und hoher Festigkeit. In Betracht kommen Chromschichten auf Nickeluntergründen. Für dekorative Oberflächen ist der Ersatz von Nickel durch Weißbronze denkbar (Problem Nickelallergie). Neben Chrom eignen sich bei gleitender Belastung Hartstoffschichten mit Härten zwischen 2000 HV und 5000 HV, die in Dicken unter 1 µm aufgebracht werden. Die geringe Rauheit eines solchen Verbundes wird durch die galvanische Unterschicht erzeugt, die zudem ein gutes Tragevermögen besitzen muss. Unter Tragevermögen ist eine geringe Verformung unter Last zu verstehen, so dass die oben liegende Hartsstoffschicht nicht bricht.
Ein gutes Gleitverhalten wird durch chemische abgeschiedene Nickelschichten, eventuelle mit Teflon-, Siliziumcarbid- oder Aluminiumoxidpartikeln in Form einer Dispersionsschicht. Solche Schichten werden in Dicken zwischen etwa 5 µm und bis zu 30 µm abgeschieden, je nachdem, welche sonstigen Anforderungen (z.B. Korrosion) bestehen.
Neben Metallschichten wird aber auch mit bestimmten Lacken mit höherer Festigkeit ein sehr gutes Gleitverhalten erreicht. Geeignete Lacksysteme basieren auf dem chemisch sehr beständigen PTFE (auch bekannt unter dem Markennamen Teflon). PTFE zeichnet sich neben den guten mechanischen Eigenschaften durch eine hohe Temperaturbeständigkeit und eine hohe Einsatztemperatur
(> 200 °C) aus. Dadurch ist es möglich, beispielsweise Bleche oder Bänder vor einer Umformung mit PTFE-Lack zu beschichten. Als Vorteil ist die einfachere Lackierung von Halbzeug (als Endlosmaterial) im Vergleich zu Formteilen und vor allem der Wirkung von PTFE als Umformhilfe und Schutz gegen mechanische Beschädigung der Oberfläche beim Umformen zu nennen.
Werkstoffverbunde
Erzeugnisse, die meist aus Schichten fest miteinander verbundener, unterschiedlicher Werkstoffe bestehen und als solche auch makroskopisch erkennbar sind. Es handelt sich nicht um einen einheitlichen (homogenen) Körper. Der größte Anteil an Werkstoffverbunden sind (flächenhafte) Schichtverbunde. Ihre Komponenten werden häufig durch Fügen (z.B. Sprengplattieren, Warmpressen, Walzplattieren oder Kleben) miteinander unlösbar verbunden. Jedoch sind auch Beschichtungsverfahren wie Galvanisieren oder Metallspritzen üblich. Beispiele für Werkstoffverbunde: Stahlbeton, verzinktes, plattiertes oder kunststoffbeschichtetes Blech, Bimetalle (z.B. Thermobimetalle als Schaltkontakte), Hartgewebe, Hartpapier oder Kunststoffpressholz (z.B. für den Modellbau), metalldrahtverstärktes Glas (Sicherheitsglas).