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.

Hochlegierte Stähle

Bei dieser Stahlgruppe liegt der Anteil eines der Legierungselemente (ausgenommen Kohlenstoff) mindestens bei 5 % beträgt. Ziel dabei ist es, durch Zulegieren bestimmter Elemente besondere physikalische, chemische und mechanische Eigenschaften zu erreichen. Hochlegierte Stähle werden durch den Buchstaben X gekennzeichnet. Diesem wird der 100fache Kohlenstoffgehalt nachgestellt, dem wiederum die chemischen Symbole der Legierungselemente in der Reihenfolge sinkender Anteile folgen. Die nachfolgende Zahlenreihe gibt die prozentuale Menge der wichtigsten Legierungselemente an. Ein Stahlwerkstoff mit der Bezeichnung X3CrNiMoV18-8-2 kennzeichnet dementsprechend einen hochlegierten Stahl mit den Legierungselementen Chrom, Nickel, Molybdän und Vanadium in der Zusammensetzung mit 3/100 = 0,03 % Kohlenstoff, 18 % Chrom, 8 % Nickel, 2 % Molybdän und einem geringen Gehalt an Vanadium.

Passivierung

Unter Passivieren wird die Umwandlung einer aktiven – in der Regel eine metallischen – Oberfläche in eine aus einer Verbindung bestehenden Oberfläche verstanden. Eine solche Verbindung kann ein Oxid sein, beispielsweise ein Chromoxid auf einer Chromoberfläche. Passiviert werden Edelstähle, bei denen sich unter Einwirkung von Sauerstoff vor allem eine sehr stabile Chromoxidschicht bildet. Die Bildung der oxidischen Verbindung wird durch die Einwirkung einer sauren Lösung stark beschleunigt, kann aber auch an Luft erfolgen. Eine schützende Passivierung entsteht dann, wenn sich eine möglichst dichte und geschlossene Deckschicht auf einem Metall bildet. Das Passivieren von Metallen wird in der Praxis durch Tauchen in eine Passivierungslösung (oftmals Säuren) für wenige Minuten vorgenommen.
Unter der Bezeichnung Passivierungen werden alle Verfahren zur Erzeugung von passiven Oberflächenfilmen verstanden, die kein sechswertiges Chrom (Cr⁶⁺) beziehungsweise Verbindungen, die aus Lösungen mit sechswertigem Chrom hergestellt werden, enthalten. Bis etwa 2005 waren vor allem Oberflächen aus Zink und Zinklegierungen (galvanisch aufgebrachte Zinkschichten ebenso wie Zinkguss) oder Aluminium abschließend durch Chromatieren gegen Korrosionsangriff geschützt. Im Zuge der Altautoverordnung wurden das Chromatieren verboten, da in der Chromatierung geringe Mengen an sechswertigem Chrom enthalten sind. Diese Restmengen an sechswertigem Chrom haben den sogenannten Selbstheilungsprozess ausgelöst, indem sie bei einer oberflächlichen Beschädigung zur erneuten Bildung einer Chromatschicht geführt haben. Inzwischen wird nur noch in sehr wenigen Fällen chromatiert. 

Zink-Nickel-Schicht (rot) mit Passivierung (blau) / Bildquelle: Schlötter

Nur einige der heute verfügbaren Passivierungen sollen ebenfalls über die Eigenschaft der Selbstheilung verfügen. Ansonsten wird bei den Passivierungen zur Erhöhung der Beständigkeit zusätzlich mit einer Versiegelung nachbehandelt. Insgesamt zeichnen sich die Passivierungen (vor allem in Kombination mit einer Versiegelung) zwar ebenfalls durch hohe Beständigkeiten aus, sind aber aufgrund des deutlich höheren Aufwands für die Grundchemikalien und die Erhöhung der Zahl der Prozessschritte deutlich kostenintensiver.

Aluminiumabscheidung

Aluminium ist eines der unbeständigsten Metalle, verhält sich im Gebrauch aber wie ein relativ beständiges Metall. Dies liegt daran, dass sich Aluminium in Kontakt mit Luftsauerstoff augenblicklich mit einer dichten und sehr beständigen Oxidschicht überzieht. Die Reaktionsfähigkeit von metallischem Aluminium ist sogar so hoch, dass die Aluminiumoxidation zum Beispiel auch in Wasser oder einer wässrigen Lösung abläuft, in dem das Metall mit dem gelösten Sauerstoff beziehungsweise auch mit dem Sauerstoff des Wassermoleküls reagieren kann. Allerdings hängt diese Reaktion vom Säuregrad (pH-Wert) einer wässrigen Lösung ab. Aluminiumsalze (z.B. Aluminiumchlorid) kann zwar in Wasser gelöst werden, allerdings erfolgt beim erzeugen einer Stromflusses zwischen einer Anode und einem zu beschichtenden Metall als Kathode keine Aluminiumabscheidung, da die in der wässrigen Lösung vorhanden Wasserstoffionen (H⁺ bzw. korrekt H₃O⁺) wesentlich leichter reduziert werden, als die vorhanden Aluminiumionen (Al³⁺). Aus wässrigen Lösungen mit Aluminiumionen wird ausschließlich Wasserstoff abgeschieden. Die Aluminiumabscheidung gelingt nur dann, wenn Aluminiumsalze in einer nichtwässrigen Lösung, also beispielsweise einem wasserfreien organischem Lösemittel oder den seit einiger Zeit verfügbaren ionischen Flüssigkeiten vorliegen. Die Abscheidung von Aluminium ist seit 60 Jahren bekannt und wurde als Sigal-Verfahren 1973 von der Siemens AG patentiert. Die hierfür eingesetzten organischen Lösemittel sind allerdings leicht entflammbar und reagieren nachteilig in Kontakt mit Wasser. Die Abscheidung muss deshalb unter Ausschluss von Luft und Wasser in vollständig abgeschlossenen Autoklaven erfolgen. Hinzu kommt, dass die Aluminiumschichten nur dann optimal auf einem Grundwerkstoff haften, wenn dieser gründlich entfettet und gebeizt ist; beides Vorgänge, die in der Regel in wässrigen Medien durchgeführt werden und dem notwendigen wasserfreien Prozess entgegen wirken. Der hohe Aufwand für einen sicheren Betrieb des Prozesses haben bisher verhindert, dass sich die Aluminiumabscheidung aus organischen Lösemittel (aprotischen Lösemitteln) rentabel anbieten lassen. Derzeit wird die Aluminiumabscheidung für spezielle Anforderungen auf kleinen Teilen im Labormaßstab durchgeführt. Die in der Regel matten, hochreinen Aluminiumschichten zeigen ein sehr gutes Korrosionsverhalten und lassen sich mit den klassischen Verfahren anodisieren und beispielsweise einfärben. Da die Schichten zudem sehr duktil sind, können auch dickere Schichten im Bereich von 50 Mikrometer und mehr hergestellt werden, die mechanisch verformbar sind. Neben Aluminium wurden auch Aluminium-Magnesium-Schichten aus aprotischen Lösemitteln hergestellt. Die Abscheidung von Aluminium aus ionischen Flüssigkeiten befindet sich derzeit noch in der Entwicklung. Da die bisher verfügbaren ionischen Flüssigkeiten nur eine geringe Konzentration an Aluminiumsalzen lösen, ist die Abscheidegeschwindigkeit gering. Der große Vorteil der ionischen Flüssigkeiten wird darin gesehen, dass sie unter normaler Atmosphäre eingesetzt werden können. Auch hiermit sollten neben Reinaluminium Legierungen abgeschieden werden können.

Das vollständige Fachwörter Lexikon ist nur für Abonnenten abrufbar. Sie sind nicht angemeldet, bitte loggen Sie sich ein oder schliessen Sie ein Abonnement ab.