Fachwörter-Lexikon
Das vollständige Fachwörter Lexikon ist nur für Abonnenten abrufbar. Sie sind nicht angemeldet, bitte loggen Sie sich ein oder schliessen Sie ein Abonnement ab.
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.
Nichtrostende Stähle
In vielen Industriezweigen, insbesondere in der Nahrungsmittel-, Textil-, Zellulose- und Papierindustrie, in der chemischen Industrie, in der Medizintechnik, im Fahrzeugbau sowie in der Meeres- und Offshore Technik werden nichtrostende Stähle benötigt. Die wichtigste Eigenschaft dieser Stähle ist ihre chemische Beständigkeit. Die mechanisch technologischen Eigenschaften (z. B. Festigkeit, Zähigkeit) sind dabei zweitrangig.
Vor mehr als 80 Jahren wurde entdeckt, dass Chrom ab einer bestimmten Konzentration im Stahl dessen Korrosionsbeständigkeit erheblich verbessert. Der erste nichtrostende Stahl mit 18 % Chrom und 8 % Nickel wurde im Jahre 1912 von Maurer und Strauss bei Krupp unter dem Markennamen V2A entwickelt und patentiert. Durch Zugabe weiterer Legierungselemente wurden rasch weitere nichtrostende Stahlsorten mit optimierten Eigenschaften entwickelt. Die Stähle sind häufig unter Handels- oder Markenbezeichnungen wie beispielsweise V4A, NIROSTA oder Chromargan bekannt. Die in der Praxis übliche Verwendung des Begriffs "Edelstahl" für die nichtrostenden Stähle ist allerdings nicht korrekt, da diese Bezeichnung nach DIN EN 10020 eine Hauptgüteklasse kennzeichnet.
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.