Fachwörter-Lexikon
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Zink auf Stahl - Wasserstoffversprödung
Zinkschichten besitzen auf Stahl die Eigenschaft, das Grundmaterial durch den Effekt des kathodischen Korrosionsschutzes außerordentlich gut gegen Korrosionsangriffe zu schützen. Zu diesem Zweck werden Zinkschichten in breitem Umfang auf Stahlteile in breitem Umfang abgeschieden. Allerdings tritt bei der galvanischen Abscheidung als Nebenreaktion eine Wasserstoffentwicklung auf. Ein Teil des Wasserstoffs ist in der Lage als Wasserstoffatom in das Metallgitter des Stahls einzudiffundieren. In der Folge können durch den eingelagerten Wasserstoff die mechanischen Eigenschaften des Stahls verschlechtert werden, im ungünstigsten Fall bis zum spröden Verhalten, wodurch bei Belastungen sogenannter Sprödbruch auftritt - dieser Effekt ist als Wasserstoffversprödung bekannt und besonders bei hochfesten Stählen sehr kritisch.
Um Wasserstoffversprödung bei hochfesten Stählen zu vermeiden, werden Stahlteile nach dem galvanischen Verzinken einer Temperaturbehandlung unterzogen. Bei Temperaturen von etwa 200 °C kann der Wasserstoff bei einer Behandlungsdauer von einigen Stunden aus dem Metall entfernt werden. Diese Behandlung muss beispielsweise bei Schrauben ab einer Festigkeitsklasse von 10.9 und höher nach dem galvanischen Beschichten zwingend vorgenommen werden.
Bei der galvanischen Beschichtung von Stahl mit Zink-Nickel wurde in mehreren Untersuchungen festgestellt, dass dort keine Wasserstoffversprödung auftritt. Dies wird darauf zurückgeführt, dass zu Abscheidungsbeginn eine sehr dünne Nickelschicht gebildet wird, die als Wasserstoffsperre wirkt.
Porosität von galvanischen Metallschichten
Galvanische Metallabscheidungen sind ab Schichtdicken von 2 µm bis 4 µm porenfrei. Allerdings hängt die Porosität von galvanisch abgeschiedenen Metallschichten sehr stark von der Sauberkeit der Grundmetalloberfläche (Reste von Fett, Öl, Polier-/Schleifrückstände oder Oxiden aus den Vorstufen der Bearbeitung), dem Anteil und der Art an Metallverbindungen bei Legierungen oder der Mikrorauheit der Oberflächen ab. Ungünstige Metallverbindungen oder starke Mikrorauheiten können die Porosität der Metallschicht erhöhen beziehungsweise deutlich höhere Metallschichtdicken zum Erzielen einer porenfreien Beschichtung erforderlich machen.
Nitrierschicht – Gasnitrieren
Beim Gasnitrieren wird das Werkstück im Ammoniakgasstrom (reines Ammoniak NH3 oder NH3 mit Inertgaszusätzen, wie z.B. Stickstoff) bei Temperaturen zwischen 500 °C und 550 °C (je nach erforderlicher Dicke der Nitrierschicht) 4 h bis 100 h behandelt. Das Ammoniak wird an der Werkstückoberfläche thermisch zersetzt. Ein Teil des dabei frei werdenden Stickstoff diffundiert in die Oberfläche des Werkstücks ein und baut die Nitrierschicht auf. Das Gasnitrieren wird in der Regel nur für legierte Stähle angewandt, da sich bei unlegierten Stählen eine spröde, zum Abplatzen neigende Nitrierschicht bildet.