Skip to main content

1996 | Buch

Lehrbuch Oberflächentechnik

verfasst von: Klaus-Peter Müller

Verlag: Vieweg+Teubner Verlag

Buchreihe : Viewegs Fachbücher der Technik

insite
SUCHEN

Über dieses Buch

Wenn ein Auto ein Jahr nach Kauf rostet, oder wenn das Getriebe des Wagens schon nach 50 000 km Laufleistung entzwei geht, oder wenn der Auspuff des Autos schon den ersten Winter nicht heil übersteht, sprechen wir von außergewöhnlich schlechter Qualität des Produktes. Schlecht ist hier die oberflächentechnische Behandlung des Produktes. Die Fertigungstechnik, die mit der oberflächentechnischen Behandlung verbunden ist und die zu einem qualitativ hochwertigen Produkt führt, ist notwendiger Bestandteil aller Verarbeitungsprozesse in der metallverarbeitenden Industrie. Das gefertigte Produkt er­ hält erst durch eine oberflächentechnische Endbearbeitung seinen höherwertigen Ge­ brauchswert. Aus diesem Grunde ist Oberflächentechnik aus unserem heutigen indu­ striellen Leben nicht mehr fortzudenken. Nur durch die Kenntnisse auf dem Gebiet Oberflächentechnik und die daraus sich ergebenden höherwertigen Erzeugnisse kann sich ein modernes Industrieprodukt von billiger Massenware unterscheiden. Nur durch bessere Qualität der Erzeugnisse ist der Konkurrenzkampf gegen Billiglohnländer erfolg­ reich zu bestehen. Es gehört deshalb zum Wissensstand moderner Ausbildung in einem metallverarbeiten­ den Beruf, mit welchen Fertigungsmethoden man welche Oberfläche ökonomisch und ökologisch am günstigsten herstellen kann und welche Oberflächen für welchen Einsatz­ zweck am geeignetsten sind. Die vorliegende Ausgabe des Buches schließt eine Lücke in der Reihe der Fachbücher, die für die Ausbildung in metallverarbeitenden Berufen ange­ boten werden. Es behandelt die klassischen Arbeitstechniken in der Oberflächentechnik wie Galvanisieren, Lackieren, Reinigen und Phosphatieren etc.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter
1. Oberflächentechnik — Anwendung und Gliederung
Zusammenfassung
Die Oberfläche eines Werkstücks, das durch die Formgebung sein körperliches Aussehen bekommen hat, muß durch geeignete technische Maßnahmen in gebrauchsfähigen Zustand versetzt werden, bei denen die Oberfläche bearbeitet werden muß. Die Fertigungsprozesse, die man dabei einsetzt, nennt man eine oberflächentechnische Bearbeitung. Thema dieses Buches sind daher die industriell eingesetzten oberflächentechnischen Fertigungsprozesse und die Eigenschaften der im Prozeß hergestellten Oberflächen.
Klaus-Peter Müller
2. Mechanische Verfahren der Oberflächentechnik
Zusammenfassung
Bearbeitet man die Oberfläche durch Schleifen, Strahlen oder Polieren, so wird die Oberflächenrauhigkeit verändert. Obgleich viele derartige Verfahren auch dazu dienen, die Maßgenauigkeit eines Werkstücks herzustellen, werden in diesem Abschnitt die Verfahren nur unter dem Gesichtspunkt der Veränderung der Oberflächenrauhigkeit behandelt.
Klaus-Peter Müller
3. Oberflächenbehandlung durch Strahlmittel
Zusammenfassung
Unter einer mechanischen Oberflächenbehandlung mit Strahlmitteln versteht man, daß die Oberfläche mit körnigen Materialien unterschiedlicher Form und Größe beworfen wird, wodurch ein spanabhebender Angriff erfolgt. Das körnige Material wird dabei durch einen Luft- oder Wasserstrom oder durch ein Schleuderrad beschleunigt. Das Transportmedium wird zunächst durch Pumpen oder Kompressoren beschleunigt ehe das Korn in das Transportmedium eingetragen wird. Das beschleunigte Korn wirkt dann spanabhebend auf der Werkstückoberfläche. Je nach Größenrelation zwischen Rauhigkeit der Oberfläche und Korngröße des Strahlmittels ist der Strahleffekt unterschiedlich:
  • Bei zu kleinem Korn wird nur geringe Wirkung beobachtet, weil das Korn vorwiegend in die Vertiefungen der Oberfläche trifft.
  • Bei zu großem Korn geht etwas kinetische Energie durch Kippen des Korns verloren. Es kann sogar die Rauhigkeit erhöht werden.
Klaus-Peter Müller
4. Öle und Fette in der Industrie
Zusammenfassung
Oberflächentechnik beginnt schon beim Einkauf der metallischen Rohware. Bleche, Coils, Rohre, Drähte, Profile etc. sind mit Bearbeitungsrückständen oder/und Korrosionsschutzölen versehen, die den Anforderungen der nachfolgenden oberflächentechnischen Behandlung nicht hinderlich im Wege stehen sollten.
Klaus-Peter Müller
5. Reinigen und Entfetten
Zusammenfassung
Werkstücke, die aus der Bearbeitung in die Oberflächentechnik gelangen, tragen alle Rückstände, die mit dem Vormaterial hereingebracht oder im Laufe der Bearbeitung aufgetragen wurden. Die Rückstände sind Fette, Öle, Rost, Staub, Abrieb, Schleif- und Poliermittel und anderes. Alle Verunreinigungen der Oberfläche müssen daher im ersten Schritt durch eine Reinigung entfernt werden. Besonder Bedeutung hat die Reinigung in der Galvanik, der Dünnschichttechnik, aber auch in der Elektronik [35].
Klaus-Peter Müller
6. Phosphatieren
Zusammenfassung
Der Korrosionsschutz durch organische Überzüge wird beachtlich verbessert, wenn man zwischen Beschichtung und metallischem Werkstoff eine Phosphatschicht als Dampfsperre gegen den durch Lackschicht und Poren eindiffundierenden Dampf aufbaut. Eindiffundierende Wassermoleküle werden dadurch von der Phosphatschicht absorbiert, ehe sie mit dem darunterliegenden Metall in chemische Reaktion treten können. Andere Phosphatschichten werden als Schmiermittelträger bei schweren Umformarbeiten oder als Trockenschmierstoff eingesetzt. Neben reinen Phosphatschichten, in denen nur eine Kationensorte eingebaut wird, werden vielfach Mischphosphatierungen eingesetzt, deren Fertigung sich aber nicht prinzipiell von der reiner Phosphatschichten unterscheidet.
Klaus-Peter Müller
7. Chromatierverfahren und Brünierungen
Zusammenfassung
Die Bildung von Chromatschichten wird im allgemeinen nur bei Aluminium- und Zinkwerkstoffen angewendet. Je nach Farbe der gebildeten Schicht werden Gelb-, Grün-, Blau-, Schwarz- oder Transparentchromatierungen unterschieden.
Klaus-Peter Müller
8. Beizen und Entrosten
Zusammenfassung
Beizprozesse sind in der metallverarbeitenden Industrie heute weit verbreitet. Beizverfahren werden nicht nur als Vorbehandlungverfahren, sondern intensiv auch als Formgebungsverfahren angewendet. Im folgenden Abschnitt wird Beizen als Vorbehandlungsprozeß bei der Verarbeitung von Metallen und Kunststoffen, nicht jedoch als Formgebungsverfahren behandelt.
Klaus-Peter Müller
9. Spültechnik nach Vorbehandlungen
Zusammenfassung
Spülen ist genauso wichtig für den Erfolg einer Vorbehandlung wie die Vorbehandlung selbst. Gerade beim Spülen versucht man Kosten einzusparen. Man erreicht meist genau das Gegenteil. Man kann jedoch nicht generell eine Vorschrift für richtige Spültechnik geben, weil hier individuelle Prozeßfragen Varianten erforderlich machen. Im folgenden Abschnitt werden daher praktische Hinweise für die Ausführung des Spülvorganges in einigen Modellfällen gegeben.
Klaus-Peter Müller
10. Auftragsschichten und ihre Anwendungen
Zusammenfassung
Auftragsschichten sind Beschichtungen, deren Materialien auf die Oberfläche eines Werkstücks aufgetragen oder anderweitig aufgebracht werden. Das Werkstück gibt dabei die Form und im allgemeinen auch die mechanische Stabilität, die Beschichtung die Funktionalität der Oberfläche vor.
Klaus-Peter Müller
11. Organische Beschichtungen — Farben und Lacke
Zusammenfassung
Organische Beschichtungsstoffe bestehen zum überwiegenden Teil ebenfalls aus anorganischen Materialien. Klebefolien ausgenommen, enthalten organische Beschichtungsstoffe organische Filmbildner aber auch einen hohen Prozentsatz anorganischer Füllstoffe und Pigmente.
Klaus-Peter Müller
12. Das Emaillieren
Zusammenfassung
Emaillieren nennt man das Aufbringen eines Emails auf ein festes Substrat. Dabei ist Email die Beschichtung, das emaillierte Substrat (meist Stahlblech) ein Verbundwerkstoff mit anderen Eigenschaften als Grundwerkstoff oder Beschichtung für sich allein. Das ist unter den Beschichtungen einmalig, daß eine Beschichtung, die Eigenschaften des Gesamtwerkstoffs völlig verändert. Während eine Lackschicht oder eine galvanisch aufgebrachte Metallschicht einige Eigenschaften des Grundwerkstoffs wie Korrosionsfestigkeit etc. verändern, werden beim Emaillieren sämtliche Eigenschaften, auch die mechanischen Werte des Werkstoffs verändert, so daß ein eigener Verbundwerkstoff entsteht.
Klaus-Peter Müller
13. Chemisches Metallisieren
Zusammenfassung
Das Beschichten von Werkstücken mit Metallschichten hat immer den Zweck, ein billigeres Grundmaterial, aus dem die Form und Festigkeit des Werkstücks und damit auch die überwiegende Masse des Materials besteht, mit einem teureren Material zu überziehen, das dekorativer aussieht, besseren Korrosionsschutz bietet oder/und die abrasiven Eigenschaften der Oberfläche verbessert. Man sollte alle diese Prozesse mit Metallisieren bezeichnen. Metallisiert werden Kunststoffartikel, um sie zum Zwecke der Erdung elektrisch leitend zu erhalten oder um Metallartikel wie Radkappen, Zier- oder Verschlußkappen oder Stoßstangen aus Metall vorzutäuschen. Metallisiert werden aber auch Eisen-, Messing-, Aluminium- oder Zinkartikel, um die Gebrauchseigenschaften zu verbessern und um den Artikel für den Kunden attraktiver zu gestalten. Zum Metallisieren werden verschiedene Verfahren eingesetzt:
  • Schmelztauchschichten
  • chemisch aufgetragene Metallschichten
  • galvanisch aufgetragene Metallschichten
  • Aufschweißen von Metallschichten
  • Aufspritzen von Metallschichten
  • mechanisches Aufbringen von Metallschichten
  • im Vakuum aufgetragene Metallschichten
Schmelztauchschichten entstehen dadurch, daß man das Werkstück in gesclunolzenes Metall eintaucht und dadurch mit diesem Metall überzieht. Diese Methode ist die älteste Metallisierungsmethode. Sie ist daran gebunden, daß man temperaturbeständige Werkstücke verwendet, die weder verbrennen noch sich verziehen. Da dieser Vorgang früher mit einem sichtbaren Feuer unter dem Schmelzkessel verbunden war, wurden solche Verfahren als Feuerverzinken oder Feuerverzinnen etc. bezeichnet.
Klaus-Peter Müller
14. Galvanisches Metallisieren
Zusammenfassung
Wäßrige Lösungen von Salzen, Säuren oder Basen leiten den elektrischen Strom. Der Stromtransport wird durch die Wanderung der Ionen in der Lösung hervorgerufen und ist mit Materietransport verbunden. Trifft das wandernde Ion auf eine Elektrode, wird das Ion entladen. Ist das wandernde Ion ein Schwermetallion, so kann sich das Schwermetall beim Entladen auf der Elektrode abscheiden. Diesen Vorgang nennt man galvanisch Metallisieren.
Klaus-Peter Müller
15. Schmelztauchschichten
Zusammenfassung
Unter Schmelztauchschichten werden Schichten verstanden, die durch Eintauchen eines metallischen Werkstücks in geschmolzenes Metall erzeugt werden. Tabelle 15-1 zeigt, welche technisch wichtigen Schmelztauchschichten auf gängige Werkstoffe aufgebracht werden.
Klaus-Peter Müller
16. Diffusionsschichten
Zusammenfassung
Unter Diffusionsschichten werden Schichten verstanden, die durch Diffusionsprozesse entstehen. Solche Schichten können durch Aufnahme eines Werkstoffs in die Werkstückoberfläche oder durch wechselseitiges Ein- und Auswandern von Fremdatomen und das Werkstück aufbauende Atome entstehen. Im einzelnen werden darunter verstanden und behandelt
  • Härten und Aufkohlen
  • Carbonitrieren
  • Nitrieren
  • Borieren
  • Inchromieren
  • Alitieren und Sherardisieren
Klaus-Peter Müller
17. Metallische Dickschichten
Zusammenfassung
Reparaturschichten, aber auch abrasiv besonders belastete Schichten, müssen eine Auftragsstärke im Millimeterbereich erhalten. Methoden, um solche Schichten herzustellen, wurden beim chemisch Metallisieren bereits besprochen. Andere Werkstoffe als Nickel, harte metallische Legierungen etc. können nur durch spezielle Dickschichtverfahren wie Auftragsschweißen, Panzern, Plattieren oder Flammspritzen aufgetragen werden.
Klaus-Peter Müller
18. Dünnschichttechnologie
Zusammenfassung
Das Abscheiden dünner Schichten mit besonderen Eigenschaften kann auf zwei prinzipiell unterschiedlichen Wegen erfolgen, wobei die Grenzen zwischen beiden Verfahren fließend sind. Ein Weg zu dünnen Schichten besteht darin, daß man die chemische Schichtbildungsreaktion lokalisiert auf der Oberfläche des Werkstücks ablaufen läßt. Man nennt Verfahren dieser Art CVD-Verfahren (Chemical Vapour Deposition).
Klaus-Peter Müller
19. Aluminiumoxidschichten
Zusammenfassung
Aluminiumwerkstoffe werden durch Ausbildung einer Oxidschicht vor Korrosion geschützt. Dickere Oxidschichten dienen als Dielektrikum bei elektrischen Kondensatoren. Aluminiumoxidschichten lassen sich farbenprächtig einfärben ohne Lackanwendung. Die Herstellung solcher Schichten kann chemisch oder elektrochemisch erfolgen.
Klaus-Peter Müller
20. Behandlungsgerechtes Konstruieren
Zusammenfassung
Die Behandlung in oberflächentechnischen Verfahren und Prozessen erfordert die Einhaltung bestimmter Konstruktionsregeln, ohne deren Einhaltung die Behandlung erschwert oder gar unmöglich gemacht wird. Bislang haben zu diesem Problem nur die einzelnen Fachverbände Stellung bezogen und teilweise Broschüren mit auf ihre Produktionen zugeschnittenen Regeln herausgegeben. Vergleicht man jedoch diese Regelwerke, so schälen sich allgemeingültige Konstruktionsregeln heraus, die man gelegentlich nur mit Ergänzungen für den Spezialfall versehen muß. Folgende Regeln sollten beachtet werden:
Klaus-Peter Müller
21. Korrosion und Verschleiß der Oberflächen
Zusammenfassung
Unter Korrosion metallischer Oberflächen solte man jede auf äußere Einwirkung mechanischer, chemischer oder physikalischer Art zurückzufiihrende Veränderung einer Oberfläche bezeichnen. Auch ein im Sonnenlicht vergilbter Anstrich ist als ein korrodierter zu betrachten, weil nach DIN 55900 eine meßbare Veränderung des Werkstoffs vorliegt. Ebenso kann auch eine Farbveränderung einen Schaden darstellen, der z.B. zu einem Auswechseln eines Schildes zwingen kann. Eine Unterteilung der Korrosion in schädigende und nichtschädigende Korrosion ist überflüssig. Sie betrachtet die Korrosion lediglich als Angriff auf die mecha-nischen Eigenschaften. Im Sinnen der Oberflächentechnik ist Korrosion einer Oberfläche oft, aber nicht immer, verbunden mit der Schädigung des Basiswerkstoffs, aber stets verbunden mit einer Beeinträchtigung der Gebrauchsfähigkeit oder Funktionalität der Oberfläche.
Klaus-Peter Müller
22. Übungsaufgaben — Lösungen
Klaus-Peter Müller
23. Literatur
Klaus-Peter Müller
Backmatter
Metadaten
Titel
Lehrbuch Oberflächentechnik
verfasst von
Klaus-Peter Müller
Copyright-Jahr
1996
Verlag
Vieweg+Teubner Verlag
Electronic ISBN
978-3-322-89804-3
Print ISBN
978-3-528-04953-9
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-322-89804-3