Fachwörter-Lexikon
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Chromschichten – Hartverchromung
Neben der dekorativen Verchromung, wie sie vor allem im Bereich der Automobil- oder Sanitärindustrie sehr gefragt ist, ist der zweite große Bereich der galvanischen Chromabscheidung der der Hartverchromung. Hartchromschichten dienen als Verschleiß- und Korrosionsschutz von hochbelasteten Grundwerkstoffen, vorrangig von Stählen, und sind beispielsweise für Hydraulikteile, Walzen für die Papierindustrie oder Metallverarbeitung sowie für Werkzeugteile in der Textilerzeugung derzeit unabdingbar. Die Abscheidung von Hartchromschichten erfolgt ebenfalls aus Elektrolyten auf Basis von sechswertigem Chrom, mit modifizierten Arbeitsparametern. Die hergestellten Schichtdicken richten sich nach den Beanspruchungen in Bezug auf Verschleiß und Korrosion sowie danach, ob die Oberfläche beispielsweise durch Schleifen und Polieren zusätzlich mechanisch bearbeitet werden muss. Üblich sind Schichtdicken zwischen etwa 20 µm und mehr als 1000 µm.
Walze, hartverchromt und mechanisch auf Hochglanz poliert / Bildquelle: LKS
Insbesondere wenn die aufgebrachten Chromschichten mechanisch geschliffen und polierte werden sollen, sind höhere Dicken (z. B. mehr als 100 µm) sinnvoll. Bei dickeren Chromschichten (größer als etwa 50 µm) ist damit zu rechnen, dass die Rauheit zunimmt, beziehungsweise auch Auswüchse (Knospen) entstehen können. Ist bei solchen dicken Chromschichten für den Einsatz eine geringe Rauheit (hohe Ebenheit) gefordert, so kann das mechanischen Schleifen und Polieren unumgänglich sein.
Hartchromschichten können durch die mechanische Nachbearbeitung den selben Glanz bzw. die selbe geringe Rauheit aufweisen wie dekorative Glanzchromschichten. Die Unterscheidung richtet sich deshalb nicht nach dem visuellen Erscheinungsbild, sondern nach den vorrangigen Anforderungen an die Chromschichten.
Oxidation
Ursprünglich verstand man unter Oxidation die Reaktion eines Stoffes mit Sauerstoff, wie beispielsweise die chemische Reaktion der Verbrennung. Der Brennstoff reagiert dabei mit Sauerstoff (Oxygenium). Es bilden sich neue Stoffe, die Oxide. Zum Beispiel: Metall + Sauerstoff → Metalloxid oder Nichtmetall + Sauerstoff → Nichtmetalloxid.
Oxidation: Magnesium gibt 2 Elektronen ab und wird zum 2-fach positiv geladenen Ion (Kation).
Reduktion: Sauerstoff nimmt die 2 Elektronen auf und wird zum 2-fach negativ geladenen Ion (Anion).
Reaktionsgleichung: Mg2+ + O2- → MgO
Verbrennungen liefern Wärme, d.h. die Reaktion verläuft exotherm. Es gilt das Gesetz von der Erhaltung der Masse.
Flammen und Lichterscheinungen treten auf, wenn der Brennstoff aufgrund seiner Reaktionswärme vergast. Die Reaktion der Brenngase mit dem Sauerstoff erzeugen eine Flamme (kann unterschiedliche Farben haben).
Die Reaktionsgeschwindigkeit der Oxidation ist abhängig vom Bestreben des Sauerstoffs ein Atom an sich zu binden. Je unedler ein Metall ist, umso größer ist die Reaktionsgeschwindigkeit, d.h. umso heftiger ist die Reaktion:
- Langsame Oxidation: Altern von Gummi, Verwesung organischer Stoffe, Atmung.
- Schnelle Oxidation: Reaktionen unter Licht und Wärmeeinwirkung, z.B. Kohle, Papier, Holz, Benzin, Erdgas.
- Sehr schnelle Oxidation: Explosion unter Licht- und Druckeinwirkung oder Verpuffung, d. h. feinst verteilter Brennstoff gut mit Sauerstoff vermischt, z.B. Staubexplosion.
Man spricht auch von Oxidation, wenn kein Sauerstoff an der Verbindung beteiligt ist. Im Allgemeinen ist die Oxidation ein Prozess, bei dem einem Atom Elektronen entzogen werden, d.h. Oxidation ist die Abgabe von Elektronen oder die Erhöhung der Oxidationszahl eines Atoms.
Oxidation: Magnesium gibt 2 Elektronen ab und wird zum 2-fach positiv geladenen Ion (Kation).
Reduktion: Chlor kann nur 1 Elektron aufnehmen und wird zum 1-fach negativ geladenen Ion (Anion). Für das 2. abgegebene Elektron wird ein 2. Chloratom benötigt.
Reaktionsgleichung: Mg2+ + 2Cl- → MgCl2
Das Massenverhältnis liegt also hier bei 1:2.
Die Elektronenabgabe (Oxidation) geschieht bei den Elementen links im PSE (bis zu 4 Valenzelektronen).
Nach dem verschiedengroßen Bestreben zu oxidieren und in den Ionenzustand überzugehen, kann man die Metalle in einer Oxidierbarkeitsreihe ordnen. Sie wird auch als Spannungsreihe der Metalle bezeichnet. Das unterschiedliche Bestreben in den Ionenzustand überzugehen, zeigt sich an der Verdrängung der edlen Metalle aus ihrer Ionenform durch unedle Metalle (Eisenstab in Kupfersulfatlösung).
Spannungsreihe der Metalle:
Ein Elektron, das von einem Atom abgegeben wird, muss nicht völlig von ihm entfernt werden. Es genügt schon, wenn eine polare kovalente Bindung mit einem elektronegativeren Atom geknüpft und die Bindungselektronen nur partiell abgezogen werden.
Nitrocarburieren – Pulvernitrocarburieren
Beim Pulvernitrocarburieren werden die Werkstücke in einen Kasten eingesetzt, der vollständig mit einem zum Nitrocarburieren geeigneten Pulver gefüllt ist. Anschließend werden Kasten, Pulver und Werkstück in einem Ofen auf Temperaturen zwischen 500 °C und 590 °C (vorzugsweise 570 °C) erwärmt. Die Behandlungsdauer beträgt etwa 4 h bis 5 h. Das Pulver ist eine Mischung aus Stickstoff- und kohlenstoffabgebendem Calciumcyanamid (CaCN2) und einem Aktivator zur Beeinflussung der Nitrocarburierwirkung. Durch thermischen Zerfall des Calciumcyanamids wird Kohlenstoff beziehungsweise Stickstoff freigesetzt, der in die Stahloberfläche eindiffundieren kann. Das Verfahren wird in der Praxis wenig eingesetzt.