Fachwörter-Lexikon
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Verschleißschutz – verschiedene Verfahren
In vielen Anwendungen wie beispielsweise bei Motoren oder beweglichen Maschinenelementen sind die Oberflächen von Bauteilen einer hohen Reibung ausgesetzt. Der Verschleiß der Oberflächen kann durch die Auftragung von Schichten unterschiedlicher Art verhindert werden. Dabei steht die Verteilung der Aufgaben bei der Auswahl der verwendeten Materialien im Vordergrund: Das Grundmaterial stellt die mechanische Festigkeit und Form, während die Oberfläche beziehungsweise die Schicht den Schutz gegen Verschleiß, Korrosion und/oder Oxidation übernimmt.
Die Effizienz von modernen Verbrennungsmotoren für Fahrzeuge, insbesondere mit Hochleistungsmotoren verwenden für Kolben und Zylindern derartige Schichtsysteme. Geeignet als Schutz gegen Verschleiß sind insbesondere Chrom- und Nickel- beziehungsweise Nickeldispersionsschichten (mit Hartstoffen wie Siliziumcarbid). Die Schichten werden hierfür in Dicken zwischen 10 µm und etwa 40 µm abgeschieden. Zur Einhaltung der exakten geometrischen Form kommen einmal Honverfahren zum Einsatz. Neuere Entwicklungen arbeiten mit besonderen, angepassten Anodengeometrien, um die Stromdichtunterschiede sowie die daraus resultierenden Abweichung der Schichtdicke an Kanten zu vermeiden.
Während Kolben für Motoren wie klassische Einzelteile in einem Galvanikverfahren auf Gestellen behandelt werden, stehen für die Zylinder in den Motorblöcken Spezialanlagen zur Verfügung, bei denen nur der Zylinderbereich von Elektrolyt durchströmt wird, während der übrige Motorblock nicht mit den galvanischen Medien in Berührung kommt. Die hohen Strömungen erlauben auch die Anwendung von höheren Stromdichten, so dass die Abscheidegeschwindigkeiten auf einige Mikrometer pro Minute gesteigert werden können.
Vergleichbare Schichtsysteme können sowohl auf Stahl als auch auf Aluminium aufgebracht werden. Dadurch trägt Aluminium auch bei Motoren und sonstigen Teilen in Fahrzeugen zur Einsparung von Gewicht bei.
Zinnschichten – Anwendung – Elektrotechnik
Zinn und vor allem Zinn-Blei werden in der Elektronik und Elektrotechnik abgeschieden. Für Leiterplatten wird aus Gründen der Temperaturbelastung eine möglichst geringe Schmelztemperatur der verwendeten Lote angestrebt, weshalb eine Legierung aus Zinn-Blei mit etwa 40 % Blei eine begehrte Zusammensetzung war. Im Zuge der Vermeidung von toxischen Stoffen wurde Blei allerdings vor einigen Jahren aus elektronischen Produkten verbannt, so dass die Zinn-Blei-Legierung heute nicht mehr verwendet wird. Durch den Einsatz von Reinzinn ist die Löttemperatur von 185 °C (Zinn-Blei mit 40 % Blei) auf 230 °C (Reinzinn) angestiegen. Die Schichtdicke für galvanisch abgeschiedene Lötschichten liegt bei 5 µm. Diese Schicht hat in erster Linie die Aufgabe, einen lötfähigen Untergrund zu gewährleisten, der beim Durchlaufen der Lötprozesse (z.B. durch Schwalllöten) mit Lot benetzt wird und so eine sichere Verbindung zwischen Leiterbahn und Bauelement auf einer Leiterplatte entsteht. Eine weitere Aufgabe von Zinnschichten auf elektrischen und elektronischen Bauelementen und Schaltungen ist die Funktion als Lötresist. Hier kommt die gute Beständigkeit von Zinn gegenüber den eingesetzten Ätzmitteln zum Tragen.
Nickelschichten – Beispiel Galvanoformung
Aus Elektrolyten auf Basis von Nickelsulfamat wird sehr duktiles Nickel mit geringsten Anteilen an Fremdstoffen abgeschieden. Dabei kann die Abscheidung durch Auswahl der Arbeitsparameter so gewählt werden, dass die Schicht Druck- oder Zugspannungen aufweist. Diese Eigenschaft eignet sich insbesondere zur Herstellung Teilen durch das sogenannte Galvanoforming. Hierbei wird auf die Urform Nickel bis zu Dicken von mehreren Millimetern abgeschieden und anschließend die Urform entfernt, wodurch ein Bauteil hergestellt werden kann, das eine komplexe Form und komplexe Oberflächenstruktur besitzen kann. Nickel aus Sulfamatelektrolyten weist ein Härte zwischen etwa 200 HV und etwa 500 HV (je nach gewählten Arbeitsparameter), eine Zugspannung zwischen 500 N/mm2 und 900 N/mm2 sowie eine Dehnung zwischen 5 % und 20 % (beides durch eine Wärmbehandlung beeinflussbar).