Beschichten
Beschichten
Inhaltsverzeichnis Beschichten 3 Beschichten aus dem gas-
oder dampfförmigen Zustand 3 Flammgrundieren 3 Diffusionsverfahren 3
Vakuumdampfverfahren 4 Beschichten aus dem flüssigen, breiigen
oder pastenförmigen Zustand 4 Schmelztauchverfahren 4 Organische
Überzüge (Anstriche) 6 Beschichten von Papier und Textilien 8
Beschichten aus dem breiigen oder pastösen Zustand 9 Beschichten
aus dem ionisierten Zustand 10 Oxidschichten 10 Phosphatieren 11
Chromatieren 11 Anorganische, elektrolytische Beschichtung 11
Aufbringen von Metallschichten auf anderen Metallen bzw. Werkstoffen
durch chemische Lösungen 12 Aufbringen von Metallschichten
auf anderen Metallen durch elektrochemische Verfahren 12 Galvanisierung 13
Beschichten aus dem festen (körnigen) oder pulvrigen Zustand 16
Mitralverfahren 16 Pulverbeschichten (Pulvertauchbeschichtung,
Rilsanisieren) 16 Elektrostatische Pulverbeschichtung 16 Flammspritzen 17
Diamantbeschichtung 17 Kunststoffüberzüge 17 Gummiüberzüge
bzw. Gummiauskleidungen 18 Beschichten durch Schweißen 18
Beschichten durch Löten 18 Elektrochemische Spannungsreihe 18
Möglichkeiten der Reinigung 18 Beschichten
Die Fertigungsverfahren dieser fünften Hauptgruppe werden in
vier Gruppen eingeteilt (Abbildung 1). Unter Beschichten versteht
man ganz allgemein das Aufbringen einer dünnen Schichte eines
anderen Werkstoffes auf einen Grundwerkstoff. Diese Beschichtung hat
in den meisten Fällen die Aufgabe, vor Korrosion oder vor Angriffen
von Atmosphärilien zu schützen. sie hat aber auch dekorative
Aufgaben oder soll die Weiterverarbeitung erleichtern bzw.
ermöglichen. Beschichten aus dem gas- oder
dampfförmigen Zustand Flammgrundieren Die Oberfläche wird
mit einer Sauerstoffazetylenflamme „passiviert“, wobei
viele kleine Flämmchen nebeneinander in einem besonders konstruierten
Brenner brennen. Dadurch erreicht man eine Verbesserung des Haftgrundes
für einen nachfolgenden Anstrich. Diffusionsverfahren
Das Werkstück wird in einer Mischung des pulverförmigen
Überzugmetalls in Gegenwart von Salzen, Übertragungsstoffen
und Sand eingebettet. Bei höheren Temperaturen diffundieren Moleküle
des Überzugsmetalls in das Grundmetall und bilden eine Legierungsschicht,
die die Oberfläche schützt, besonders widerstandsfähig
ist gegen Beschädigung, Abblättern und Verformung. Genannt
seien folgende Verfahren: Sheradisieren Stahl in Zinkpulver
und Quarzsand 2 bis 4 Stunden bei 700 K (430 °C) trommeln.
Kalorisieren (Alitieren) Stahl in Alupulver und Al203 und
Chlorammonium 1 bis 3 Stunden bei 11 70 K (900 °C) glühen.
Alumentieren Mit Aluminiummetall spritzen, dann 4 Stunden
bei 1100 K (830 °C) glühen. Tauchalitieren In
Alubad tauchen, dann bei 1270 K (1000 °C) glühen.
Inchromieren Stahl mit Chromchlorid umgeben, bei 1270 K (1000
°C) glühen, Schichtdicke ca. 0,1 mm. Vakuumdampfverfahren
Kathodenzerstäubung Im Vakuum treten freie Atome des Überzugsmetalls
aus festen oder flüssigen Metallen aus und breiten sich geradlinig
wie ein Lichtstrahl aus, sie bleiben auf festen Körpern haften.
Sie treffen dort mit großer Energie auf. Die aus der Kathode
austretenden Metallatome können auch mit dem Restgas chemisch
reagieren. Hochvakuumaufdampfverfahren Bei diesem Verfahren
erfolgt das Loslösen der Atome durch thermische Energie. Die
Temperaturen liegen über 1300 K. Die Trägerwerkstoffe sind
aber an der Reaktion nicht beteiligt, dieses Verfahren ist auch für
Nichtmetalle (Papier und Kunststoffe) anwendbar (Spiegelbelegung,
Reflektoren, Kunststoffleuchten). Beschichten aus dem
flüssigen, breiigen oder pastenförmigen Zustand Schmelztauchverfahren
Das Schmelztauchverfahren ist eines der ältesten Verfahren zur
Herstellung metallischer Überzüge.
Das Grundmetall wird nach sorgfältiger Reinigung in einem Bad
aus geschmolzenem, flüssigem Überzugsmetall eingetaucht.
Es können deshalb nur Metalle mit niedrigem Schmelzpunkt als
Beschichtung verwendet werden. Naßverzinken Die geheizten
Werkstücke werden gespült und gehen durch Salmiak in den
Zinkkessel. Der Salmiak spielt hier die Rolle eines Flußmittels
(Abbildung 2). Trockenzinkverfahren Beim Trockenzinkverfahren
werden nur trockene Werkstücke in den Zinkkessel eingebracht
und hinterher sofort abgekühlt. Die Zinkschicht ist hier sehr
dünn, die Werkstücke sind hinterher biegefähig, ohne
daß die Zinkschicht reißt (Abbildung 3).
Sendzimirverfahren Bei diesem großtechnischen
kontinuierlichen Verzinkverfahren wird zuerst im Ofen eine dünne
Oxidschichte erzeugt, die anschließend mit Ammoniak reduziert
wird. Dadurch entsteht eine gleichmäßige Verbindung zwischen
dem Metall und dem Zinküberzug. Feuerverzinnen Dieses
ist noch älter als das Schmelztauchverzinken. Bei einem Schmelzpunkt
von 405 K (232 °C) bildet sich ein dünner Zinnüberzug,
auch die Eisenzinnlegierung, die zwischen Zinn und Stahl liegt, ist
verhältnismäßig dünn. Bei Blechen sprechen
wir von Weißblech. Verzinnte Gegenstände sind von allem
für die Nahrungs- und Genußmittelindustrie sowie
für die Verpackung von besonderer Wichtigkeit.
Die Teile werden nach sorgfältiger Reinigung der Oberfläche
durch eine Flußmitteldecke in das Zinnbad eingetaucht.
Auch das Verzinnen von Gußeisen ist möglich, hier ist eine
genaue Vorbehandlung durch Beizen unbedingt notwendig (der Graphit
muß aus der Oberfläche entfernt werden). Feuerverzinnt
werden Bleche, Bänder und Drähte, es gibt hiefür eigene
Anlagen. Aluminiumbeschichten Hier wird in der gleichen Weise
nach einem Schmelztauchverfahren gearbeitet. Die Temperatur des Aluminiumbades
beträgt 948 K (675 °C). Im Stahl bildet sich eine AI3Fe-
und AI2Fe-Zwischenschicht, die spröd ist, darüber eine dünne
Aluminiumschicht.
Feuerverbleien Da sich auf der Oberfläche keine Bleieisenlegierung
bildet, muß eine Zwischenschicht erzeugt werden, oder dem Blei
müssen Zusätze (Antimon oder Zinn) hinzugegeben werden.
Verbleiung ist nur dort statthaft, wo die Werkstücke nicht mit
Menschen oder mit menschlicher Nahrung in Berührung kommen, z.
B. bei Gasmessern. (Metall-)Spritzverfahren Bei Teilen, die
nicht eingetaucht werden können, d. h.
bei großen Konstruktionsteilen oder im Freien,- muß, dieses
Verfahren angewendet werden. Metalle werden in Draht- oder
in Pulverform einem besonders konstruierten Brenner (er wird auch
Spritzpistole genannt) zugeführt, werden in ihm geschmolzen und
die schmelzflüssigen Tropfen mittels Druckluft oder mittels der
Heizgase auf das Grundmetall geschleudert. Aber auch auf Kunststoffen,
Baustoffen und Papier ist es möglich, einen Metallüberzug
anzubringen. Verspritzt werden Zink, Aluminium, Blei, Kupfer,
auch rostfreie Stähle, aber auch Spezialstahllegierungen mit
hoher Verschleißfestigkeit und keramische Stoffe. Molybdän
wird als Grundschicht verwendet. Die Oberfläche muß rauh
sein.
Die auf das Grundmetall auftreffenden Tröpfchen verklammern sich
mechanisch in ihm und die nächsten wieder in diesen. Mit
Stahl gespritzte Oberflächen bilden einen guten Untergrund für
Lackierungen, sie können durch mechanische Nachbehandlungen verdichtet
und geglättet werden. Man erhält hier einerseits einen guten
Korrosionsschutz, andererseits aber auch Schutz gegen Verschleiß
auch an örtlich begrenzten Stellen, z.B. bei Erneuerung von Gleitflächen.
Organische Überzüge (Anstriche) Anstrichstoffe verwendet
man zum Schutz, aber auch zum schöneren Aussehen der Werkstücke.
Auch die Lebensdauer und das Aussehen von Bauten, Anlagen und Geräten
sowie Maschinen und Fahrzeugen, Möbeln usw. hängen oft entscheidend
von der Güte des organischen Anstriches ab. Anstrichstoffe
sind flüssig, breiig oder teigig und bestehen aus den sogenannten
Pigmenten und/oder Farbstoffen, dem Bindemittel, weiters benötigt
man Verdünnungsmittel und Zusatzstoffe. Pigmente Man unterscheidet:
Anorganische Pigmente Erdfarben, Zinkweiß, Bleimennige,
Kobaltblau, Zinnober, Ultramarin, Chromgelb, um nur einige zu nennen.
Metallische Pigmente Aluminiumpulver, Zinkpulver. Schwarze
Pigmente: Ruß.
Organische Pigmente Teerfarbstoffe, Anilinfarben, Pflanzen-
und Tierfarbstoffe. Bindemittel Bindemittel halten die Pigmente
zusammen und haften am Untergrund. Sie sind auch für die Oberfläche
des fertigen Anstriches verantwortlich. Man unterscheidet physikalisch
trocknende Bindemittel (durch Verdunstung des Lösungsmittels)
und durch chemische Reaktion trocknende Bindemittel (z. B. durch Oxidation).
Die rein physikalisch trocknenden Bindemittel nehmen an Bedeutung
ab. Hierher gehören die Nitrolacke, Chlorkautschuklacke.
Durch chemische Reaktion trocknende Bindemittel werden in immer stärkerem
Maße angewendet (Epoxidharze, Polyurethanharze usw.). Bei ihnen
genügt meist die Lufttrocknung, während Phenolharze und
Harnstoffharze eine Ofentrocknung benötigen. Die wichtigsten,
mit Wasser nicht verdünnbaren Bindemittel sind Öle, die
durch Oxidation trocknen, wie z.
B. Leinöl. Es wird hauptsächlich für die sogenannten
Ölfarben, aber auch beim Glaserkitt verwendet. Für Mauerwerke
werden meist wäßrige Bindemittel gebraucht oder wäßrige
Kunstharzdispersionen. Lösungs- und Verdünnungsmittel
Diese Mittel sollen die Anstrichmittel für die Verarbeitung in
eine geeignete Viskosität überleiten. Lackbenzin oder Testbenzin,
Terpentinöl, Xylol eignen sich für lufttrocknende Lacke,
Toluol, Benzol und Alkohole für ofentrocknende Lacke, Ketone
und Ester für physikalisch trocknende Lacke.
Zusatzstoffe Diese werden den Lacken und Harzen beigegeben,
um Dehnbarkeit oder eine schnellere Trocknung oder bessere Zähigkeit
zu erhalten. Dazu zählen Weichmacher, Silikate oder Trocknungsstoffe,
Härter und Spezialzusätze, wie Netzmittel und Mattierungsmittel
usw. Anstriche Man unterscheidet farblose Anstrichstoffe, transparente
Anstrichstoffe und pigmentierte Anstrichstoffe. Das können Ölfirnisse,
Ölfarben, Lackfarben oder auch Lacke, Kunstharzlacke bzw. Kunstharzfarben
sein. Im allgemeinen werden die Lacke und Farben nach dem Bindemittel
oder nach dem Verwendungszweck eingeteilt, wie Ölfarben, Bitumenlacke,
Epoxidharzlacke oder Bautenanstriche, Autolacke, Metallschutzlacke,
Isolierlacke usw.
Nach der Vorbehandlung, d. h. nach der Untergrundvorbehandlung,
wird in den meisten Fällen ein Grundanstrich aufgebracht, von
seiner Haftung hängt der spätere Lackanstrich ab. Dann wird
gespachtelt, anschließend meist geschliffen, dann werden Zwischenanstriche
zur Erzielung einer ausreichenden Schichtdicke bzw. Oberflächenglätte
durchgeführt, zuletzt kommt der Schlußanstrich oder Deckanstrich.
Die gesamte Schichtdicke des Anstrichsystems muß größer
sein als die größte Rauhtiefe des Untergrundes.
Es dürfen keine Spannungen zwischen den einzelnen Schichten auftreten.
Bei Stahl wird als Grundanstrich meistens Bleimennige mit Öl
verwendet oder Alkydharz oder andere reaktive Grundanstriche als Haftgrund.
Die Verarbeitungsverfahren der Anstriche Diese Verfahren richten
sich nach dem Gegenstand sowie nach dem Umfang der Produktion.
Streichen Das Streichen mit Pinsel oder Bürste ist immer noch
das üblichste Verfahren (etwa 50111,), obwohl der Zeitaufwand
sehr erheblich ist. Spritzverfahren Ein schnelles und einfaches
Lackieren. Der Lack muß genau auf das Verfahren, das verwendet
wird, eingestellt werden.
Man unterscheidet Hochdruckspritzen (etwa 2 bis 5 bar), die Luft reißt
den Lackstrahl mit sich. Beim Niederdruckspritzen (nur 1 bar) ist
die Zerstäubung nicht so fein, aber der Lackverlust ist geringer.
AerosoIspritzverfahren heute üblich für kleine
Mengen und für den Haushalt. Luftloses Spritzen Es
ist dies ein Höchstdruckspritzverfahren, das mit 40 bis 170 bar
arbeitet. Die Austrittsdüse hat etwa 0,3 mm Durchmesser, der
Stahl zerreißt beim Austreten in feinste Tröpfchen.
Heißspritzverfahren Beim Heißspritzverfahren wird
der Lack bis auf 360 K (90 °C) vorgewärmt, dadurch ist der
Lösungsmittelbedarf wesentlich geringer.
Auch der Druck kann niedriger gehalten werden. Elektrostatisches
Spritzen Beim elektrostatischen Spritzen werden , die Lacktröpfchen
elektrisch geladen. Das Werkstück saugt sie direkt an, es gibt
keinen Lackverlust durch Nebel. Heute wird meist eine elektrostatische
Zerstäubung an rotierenden Kanten durchgeführt. Tauchen
Das gesamte Werkstück wird in ein Lackbad eingetaucht. Der überflüssige
Lack tropft ab.
Beim Fluten oder auch beim Gießen werden die Gegenstände
mit Lack überzogen, die überflüssige Lackmenge
tropft ab. Walzlackieren Es wird für große Flächen
angewendet, um Lack zu sparen. Trommellackieren für kleine
Teile Nach der Lackierung muß das Werkstück trocknen; entweder
das Lösungsmittel verdunstet oder der Lack oxidiert. Die Trocknung
erfolgt bei höheren Temperaturen in Trockenkanälen oder
Trockenöfen. Man unterscheidet Konvektionstrocknung durch umgewälzte
warme Luft oder Infrarottrocknung durch Bestrahlung der einzelnen
Werkstücke. Beschichten von Papier und Textilien
Durch Beschichten kann man diese Werkstoffe undurchlässig gegen
Wasser, Öle und Fette machen.
Außerdem wird ihre Widerstandsfähigkeit gegen mechanische
Beanspruchungen erhöht. Meist werden mehrere Beschichtungen hintereinander
aufgetragen, der Vorstrich soll gut haften, der Mittelstrich ist der
Träger der Beschichtung (er enthält Farb- und Füllstoffe)
und der Schlußstrich gibt das endgültige Aussehen.
Die Stoff- oder Papierbahnen laufen unter einem Rakel hindurch, das
die Beschichtungsdicke festlegt. Man unterscheidet Walzrakel, Gummituchrakel,
Beschichtung durch Walzen oder durch Breitschlitzdüsen.
Die Maschinen werden meist Streichmaschinen genannt.
Beschichten aus dem breiigen oder pastösen Zustand Emaillieren
Auf die saubere und leicht aufgerauhte Oberfläche wird eine breiige
Masse aus anorganischen, nichtmetallischen Stoffen aufgetragen und
im Brennofen eingebrannt.
Email besteht aus einem Gemisch von Silikaten, Boraten und
Aluminaten sowie weiteren Rohstoffen. Das Grundemail enthält
bestimmte Haftoxide, um eine gute Bindefähigkeit mit dem Metall
zu erreichen. Das Werkstück wird in die Schlichte getaucht, sie
wird mit dem Pinsel aufgetragen oder aufgespritzt, getrocknet und
bei etwa 1170 K (900 °C) eingebrannt. Dann folgt die Deckemailschicht.
Sie wird puderartig aufgebracht oder aufgespritzt und anschließend
eingebrannt. Das Deckemail hat niedrigere Schmelztemperaturen als
das Grundemail.
Email ist eine anorganische, durch Fritten (Schmelzen) entstandene,
glasartig erstarrte, meist getrübte Masse. Emailüberzüge
bestehen meist aus mehreren Schichten auf dem metallischen Werkstoff.
Selbstverständlich können Emailüberzüge auch bunt
oder mit Bildern verziert werden, z. B. Badewannen, Emailgeschirr,
Emailschmuck. Email ist besonders empfindlich gegen Schlag und Wärmespannungen.
Überzüge aus feuerfesten, keramischen Stoffen Raketen,
Düsenflugzeuge und Atomreaktoren sind nur möglich, wenn
Werkstoffe bzw. Schutzverfahren für hochhitzebeständige
Beanspruchungen vorhanden sind. Manche keramische Stoffe besitzen
hohe Warmfestigkeit, Verschleißfestigkeit, Härte- und Zunderbeständigkeit.
Sie werden deshalb als Überzüge zum Korrosions- und Zunderschutz
eingesetzt. In Breiform oder in Pastenform werden Karbide,
Boride und Silicide aufgetragen, auch Fritten, in denen Keramik und
Metall gemischt sind, sind vorhanden. Man spricht von Cermet (ceramic
and metall).
Beton Streichfähiger, in Wasser angerührter Zement
reagiert alkalisch und schützt nicht nur den Stahl, sondern beseitigt
auch dünne Rostschichten und haftet sehr gut am Stahl. Er wird
im Schiffbau verwendet, auch für Boiler-Innenwandauskleidungen
usw. Sind dickere Auflagen erwünscht (4 bis 5 cm), wird das Torkret-Spritzverfahren
für Zementmörtel angewendet. Wasserglas-Isolierungsschichten
für Stahl, Nickel, Kupfer Wasserglashaltige Anstriche auf der
Basis des Kaliumsalzes werden auf die Metalloberflächen aufgebracht
(Inveron-Verfahren). Wasserglaslösungen erhöhen auch die
Widerstandsfähigkeit von Beton gegen organische Säuren (Huminsäuren).
Beschichten aus dem ionisierten Zustand Hier
muß zwischen anorganischen nichtmetallischen und metallischen
Schichten unterschieden werden.
Beide Arten können durch chemische bzw. elektrochemische Verfahren
aufgebracht werden (Abbildung 4). Bei metallischen Überzügen
unterscheidet man stromlose Metallabscheidung und galvanische Abscheideverfahren.
Auf den Grundwerkstoffen bildet sich eine Metallschicht aus, wenn
das Grundmetall in bestimmten Lösungen eintaucht. Oxidschichten
Natürliche Oxidation Eine Oxidhaut entsteht in folgenden
Fällen: Bei einigen Metallen, z. B.
Aluminium, Blei, genügt bereits die natürliche Atmosphäre.
Durch die Reaktion wird auf dem Trägermetall die Schichte fest
verankert, sie bildet einen guten Haftgrund für Anstriche. Die
Oberfläche muß vorher fettfrei und metallrein sein.
Brünieren Die Ausbildung der Schichte erfolgt bei niedriger
Temperatur in einer wäßrigen Lösung von Eisenchlorid
und geringen Zusätzen von Kupfer- und Quecksilberverbindungen.
Schwarzfärbeverfahren Beim Schwarzfärbeverfahren
werden die Werkstücke in nitrathaltigen, alkalischen Bädern
mit Zusätzen bei 390 bis 440 K (ca. 120 bis 170 °C) schwarz
gefärbt.
thermische Oxidationsverfahren Bei den thermischen Oxidationsverfahren
bei 470 bis 870 K (200 bis 600 °C) verwendet man Salzschmelzen
aus Ätznatronphosphat und Nitrit. Einbrennen Hier
werden die Werkstücke durch tierische und pflanzliche Öle
in der Hitze schwarz gefärbt. Eloxieren bei Aluminium
mit kochendem Wasser oder Dampf. Phosphatieren Die Herstellung
einer Phosphatschicht ist eines der wichtigsten Schutzverfahren bei
Stahl. Aus einer sauren Lösung werden auf der Stahloberfläche
verschiedene Phosphate abgeschieden, und zwar aus Mangan-, Zink- und
Eisenphosphaten. Man spricht von Dünschichtphosphatierverfahren
oder Kaltphosphatierungen, auch von Bondern.
Es gibt hier eine Reihe von verschiedenen Verfahren (DIN 50942,
Verfahrensgruppe AmF), die bei 290 bis 370 K (20 bis 100 °C) in
1 bis 5 Minuten Schichten von 0,2 bis 15 mm erzeugen. Die Phosphatschicht
hat keine ausreichende Schutzwirkung bei Stahl, deshalb wird passiviert,
dann gespült und getrocknet und anschließend lackiert oder
in Öl getaucht. Auch Zink, Kadmium und Aluminium sowie
seine Legierungen können durch Lösungen aus F, Cr03 und
P2O3 phosphatiert werden. Chromatieren Zink, Kadmium und besonders
Magnesiumlegierungen sind auch chromatierbar. Zinn und Kupfer
sowie Kupferlegierungen können durch Lösungen mit Natriumchromat
bzw. Kaliumdichromat und noch mit anderen Zusätzen geschätzt
werden.
Anorganische, elektrolytische Beschichtung Elektrophosphatieren
Durch den elektrischen Strom kann die Phosphatschicht noch wesentlich
verstärkt werden. Eloxalverfahren Eine weitere Oxidschichtaufbringung
stellt das Eloxalverfahren bei Aluminium dar. Bei Temperaturen
zwischen 290 und 330 K (20 und 60 °C) und Stromstärken zwischen
0,5 und 4 A/cm2 wird Aluminium in Aluminiumoxid umgewandelt. Dabei
wächst die Oxidschicht ein Drittel nach außen und zwei
Drittel nach innen in das Metall hinein. Sie kann nachgedichtet und
gefärbt werden. Beispiele sind die vielen Maschinenschilder,
Portale, Fenster usw.
Die wichtigsten Eloxalverfahren sind genormt. Man spricht von
GX- und GS-Verfahren, vom Chromsäureverfahren 1 und 11, das sind
Gleichstromverfahren, das WX-Verfahren ist ein Wechselstromverfahren.
Das Nachverdichten (Sealing) erfolgt mit Heißwasser,
Dampf und Lösungen von Kobaltnickelsalzen., Elomagverfahren
(AMCR-Verfahren) Auch Magnesiumlegierungen können durch anodische
Behandlung dicke und widerstandsfähige Schichten erhalten. Man
verwendet Chromat und Fluoridelektrolyte und erhält eine Schutzschicht
aus Magnesiumoxid. Auch hier gibt es wieder eine große Anzahl
verschiedenster Verfahren.
Aufbringen von Metallschichten auf anderen Metallen bzw. Werkstoffen
durch chemische Lösungen Ist das Überzugsmetall unedler
als das Grundmetall, wird zuerst das Überzugsmetall aufgelöst.
Je weniger Poren die Überzüge haben, um so besser ist die
Schutzschicht. Allgemein liegt die Badtemperatur zwischen 290
und 350 K (18 und 75 °C), die Badspannung zwischen 0,3 und 6 Volt
und die abgeschiedene Menge zwischen 0,04 (Chrom) und 4,0 (Silber)
Gramm/Ah. Die wäßrige Lösung oder auch die Salzschmelze
enthält in lonenform das Metall. Das Überzugsmetall muß
edler sein als das Grundmetall, seine Ionen gehen in Lösung,
dadurch scheiden sich die des Überzuges ab.
Ist das Grundmetall überzogen, hört die Abscheidung auf.
Die Verfahren sind billig und erzeugen überall die gleiche
Schichtdicke. Bei Erwärmung spricht man von „Sudverfahren“.
Eine chemische Kupferabscheidung kann man auf Stahl durch Eintauchen
in Kupfervitriollösung erreichen. Dies wird beim Anreißen
verwendet, um den Piß gut sichtbar zu machen. Weiters
gibt es Vernickelungs-, Verchromungs-, Versilberungsverfahren.
Silberüberzüge können auf Kunststoff, Porzellan, Glas
usw. aufgebracht werden. Aufbringen von Metallschichten
auf anderen Metallen durch elektrochemische Verfahren Elektroplattieren
(Galvanisieren) Bei der nächsten großen Gruppe, beim sogenannten
Galvanisieren oder Plattierverfahren, wird das Überzugsmetall
durch elektrischen Strom in geringer Dicke aus Salzbädern auf
den Grundmetallen abgeschieden. In Bädern werden die Werkstücke
als Kathoden eingehängt, auf der anderen Seite das Abscheidungsmetall
als Anode. Auf der einen Seite gehen die Metallionen in Lösung
und scheiden sich auf der anderen Seite, am anderen Pol, auf dem Werkstück
ab. Praktisch können alle Metalle und Legierungen als Grundmetall
mit metallischen Überzügen jeder Art versehen werden.
Die Überzüge sind elektrisch leitend. Der Hauptzweck ist
der Korrosionsschutz des Grundmetalls, aber man will auch spezielle
dekorative Wirkungen zur Erhöhung des Verkaufswertes erzielen,
weiters will man die Oberflächeneigenschaften verbessern.
Einwandfreie Überzüge durch galvanische Verfahren erfordern
eine sorgfältige Vorbehandlung des Grundmetalls. Schnell sich
ausbildende Passivschichten oder natürliche Deckschichten müssen
während der Bearbeitung verhindert werden. Kupferüberzüge
Sie dienen vor allem als Zwischneschicht für nachfolgende Verchromung.
Meist werden zyanidische Elektrolyte mit Netzmittel, Soda oder Pottasche
und Glanzzusatz verwendet.
Messingüberzüge Messingüberzüge werden
ähnlich wie Kupferüberzüge hergestellt, nur wird dem
Bad auch Zinkzyanid beigesetzt. Nickelüberzüge Sie
sind von allen Metallüberzügen am weitesten verbreitet,
haben ein angenehmes, warm gelblichblankes Aussehen und gute Korrosionsbeständigkeit.
Meist wird auf Nickel noch ein sehr dünner Chromüberzug
aufgebracht. Dies ist der übliche Überzug für die meisten
Gebrauchsmetalle gegen atmosphärische Beanspruchung. Chromüberzüge
Sie zeichnen sich durch Härte, blankes bläuliches Aussehen
aus, sind gut beständig und haben fettabweisende Wirkung. Sie
werden häufig für dekorative Zwecke verwendet.
Man spricht auch vom Glanzverchromen (nur dekorative Wirkung) und
Hartverchromen (hier beträgt die Chromschicht bis 20 am).
Zinküberzüge Sie werden in dichter und gleichmäßiger,
feinkristalliner Struktur in kurzer Zeit abgeschieden. Die meisten
Bäder enthalten Zinkzyanide, Netzmittel und Glanzbildner, auch
gehärtete Werkstücke können verzinkt werden.
Kadmiumüberzüge Sie sind ähnlich wie Zinküberzüge,
ihr Hauptanwendungsgebiet ist der Rostschutz. Zinnüberzüge
Sie zeichnen sich durch gute Beständigkeit gegen die Atmosphäre
sowie auch gegen Salzlösungen aus und sind gut lötfähig.
Ein immer größerer Prozentanteil wird heute verzinnt.
Etwa 30000 t Weißbleche werden im Jahr gefertigt. Aus den Bädern
kommt das Zinnblech matt, nach Durchlaufen durch den Trockenofen erhält
das Weißblech eine glänzende Oberfläche. Bleiüberzüge
Sie dienen ebenfalls zum Korrosionsschutz. Für dekorative Zwecke
müssen sie mit einem Farbanstrich versehen werden. Edelmetallüberzüge
Man versilbert Anoden und Kathoden bei Elektrogeräten, oder Bestecke,
und vergoldet hauptsächlich in der Schmuck- und in der Uhrenfertigung.
Man unterscheidet dort Hartvergoldungsbäder und auch Goldlegierungsbäder.
Galvanisierung Die „Galvanisierung“,
wie die Werkstatt zum Galvanisieren heißt, ist für kleine
Werkstücke mit Glocken- oder Trommelapparaten (Abbildung 5) ausgerüstet.
Es ist weiters üblich, Becken mit den verschiedensten Flüssigkeiten
Elektrolyt, Spülwasser, Neutralisierungswasser usw. nebeneinander
zu stellen oder die Werkstücke in Körben einzutauchen. Von
diesen Bädern ist es nur ein kleiner Schritt zu automatischen
Beschickungsanlagen von Karusselautomaten oder Durchlaufautomaten
(Abbildung 6). Für die Massenfertigung werden Bandanlagen bevorzugt,
besonders bei Blechen und Bändern (Abbildung 7).
Beschichten aus dem festen (körnigen) oder pulvrigen Zustand
Die Verfahren dieser Gruppe zeichnen sich dadurch aus, daß
das Beschichtungsmaterial in Pulverform oder in körniger Form
aufgebracht wird und entweder durch Kraft oder durch Wärme auf
dem Grundmetall haftet.
Mitralverfahren Die Werkstücke werden in einer Trommel
bewegt; ein wäßriges Medium enthält pulverförmiges
Zink, zusätzlich kleine Prallkörper und bestimmte Chemikalien
als „Promotor“. Nach einer Stunde Trommeln ist das eingesetzte
Zinkpulver eine feste Schichte auf der Werkstückoberfläche.
Die Schichte ist etwa 10 bis 80 am dick. Pulverbeschichten
(Pulvertauchbeschichtung, Rilsanisieren) Die Werkstücke werden
vorgewärmt und in eine Wanne mit Rilsan (das ist ein Kunststoffpulver)
eingetaucht. Das Kunststoffpulver wird durch Luft in Bewegung gehalten
und klebt auf dem warmen Werkstück. Nach dem Herausnehmen aus
dem Bad kommen die Werkstücke in den Ofen, das Rilsanpulver schmilzt
zu einem dichten, festen, glänzenden Überzug auf dem Werkstück
zusammen (Abbildung 8).
Heute werden Zäune, Griffe von Werkzeugen, Gartenmöbel
u. a. m. mit diesem Überzug überzogen. Selbstverständlich
gibt es auch andere Kunststoffe, die sich dafür eignen.
Neben Anlagen für Einzelstücke gibt es auch Durchlaufanlagen.
Elektrostatische Pulverbeschichtung Die gereinigten Werkstücke
wandern auf einem Förderband durch die Pulverkammer, Epoxidpulver
wird mit Pistolen aufgeblasen und bleibt am anderen Pol, den Werkstücken,
fest haften. Anschließend durchlaufen sie einen Einbrennofen
(530 K bzw. 260 °C); es entstehen sehr harte, kratzfeste und abriebfeste
Schichten bis 200 [£m. Diese Anlagen arbeiten vollautomatisch,
die Werkstücke müssen nur aufgehängt und abgenommen
werden (Abbildung 9). Flammspritzen Bei dieser Art der
Kunststoffbeschichtung wird das Pulver, welches mit einem Teil der
Verbrennungsluft zugeführt wird, in der Flamme schmelzflüssig
gemacht und durch die Verbrennungsgase auf die Fläche aufgeschleudert
(Abbildung 10). Diamantbeschichtung In steigendem
Maße werden heute Diamantwerkzeuge verwendet, insbesondere in
der Fein- und Feinstbearbeitung, aber auch beim Zahnarzt.
Die Diamanten werden gebrochen und auf ein bestimmtes Korn gesiebt.
Der Werkzeugträger wird an jenen Stellen, wo er mit Diamant beschichtet
werden soll, metallisch rein gemacht (die anderen Flächen werden
abgedeckt) und in ein elektrolytisches Bad eingebracht. In dieses
Bad werden die Diamantkörner geschüttet, so daß sie
alle Flächen, an denen sie einmal anliegen sollen, dicht bedecken.
Durch elektrolytische Abscheidung des Bindemittels werden die
Diamantkörner, die an der Oberfläche des Werkstückträgers
anliegen, fest mit dem Träger verklammert. Kunststoffüberzüge
Metalle können auch durch Kleben (Heißkleben in Pressen)
mit Kunststoffolien beschichtet werden. Derart beschichtete Bleche
sind durch Umformen verarbeitbar.
Das typische Beispiel sind Platalbleche für Möbel oder Garagentore.
Bei Werkstücken, die zu groß sind, um sie in eine
Sinteranlage einzulegen, kann mittels des Flammspritzens eine Kunststoffschicht
aufgebracht werden. Gas und Preßluft werden einer Brennpistole
zugeführt, ein zweiter Luftanschluß geht über einen
Wirbelsinterbehälter, rührt dort das Pulver auf und nimmt
es in entsprechend benötigter Menge mit. Gummiüberzüge
bzw. Gummiauskleidungen Gummi kann gestrichen oder gespritzt
werden, meist werden aber Bahnen auf dem Metall aufgelegt bzw. in
die Behälter eingelegt und dann auf das Metall aufvulkanisiert.
Beschichten durch Schweißen Man unterteilt in: Preßauftragsschweißung
Schmelzauftragsschweißung Beschichten durch Löten
Man unterteilt in: Weichauftragslöten Hartauftragslöten
Hochtemperaturauftragslöten Elektrochemische Spannungsreihe
Um die vielen Metalle bezüglich ihrer Reaktionsfähigkeit
- zumindest im ungefähren - miteinander vergleichen zu können,
ging man daran, sie nach einem bestimmten System zu ordnen. Dabei
gilt als Ordnungsprinzip das verschieden starke Bestreben, Elektronen
abzugeben, d.h. Kationen in einer Lösung auszubilden. Abbildung
11 - Beispiel einer Spannungsreihe In der Spannungsreihe stehen
links vom Wasserstoff unedle, rechts edle Metalle. Unedle Metalle
lösen sich leichter, d.
h. werden leichter oxidiert, als die edlen Metalle. Da in der
Spannungsreihe links stehende Metalle leichter oxidierbar sind als
die rechts stehenden, ist es verständlich, daß die links
stehenden Metalle rechts stehende Metalle, die als Ionen in Lösungen
vorliegen, reduzieren können. Dabei werden sie selbst gleichzeitig
oxidiert. Mittels der Spannungsreihe kann man solche Redoxreaktionen
vorausbestimmen. Þ Schutzwirkung von Metallschichten
Möglichkeiten der Reinigung Die Verfahren zur Reinigung von Oberflächen
werden in die Gruppen mechanische, chemische und elektrolytische Behandlungen
unterteilt.
Mechanische Oberflächenbehandlungen Schleifen Polieren
Strahlen Chemische Oberflächenbehandlungen Beizen
Elektrolytische Oberflächenbehandlung
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