Praktische Oberflächentechnik

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. Die Oberfläche muß funktional werden. Unter Funktionalität versteht man dabei, daß sie allen aus dem Gebrauch, dem Eisatz und der Verwendung entstehenden Ansprüchen genügen muß. Dazu zählen der Korrosionsschutz ebenso wie der dekorative Eindruck, die Rauhigkeit oder Glätte ebenso wie die Härte oder die Schmierstoffbelegung der Oberfläche.

Klaus-Peter Müller

2. Mechanische Verfahren der Oberflächentechnik

Zusammenfassung

Unter einer mechanischen Bearbeitung einer Oberfläche versteht man in der Oberflächentechnik alle mechanischen Arbeiten, die die Topographie der Oberfläche verändern. Nicht dazu zählen Verfahren, die dazu dienen, die Maßgenauigkeit eines Werkstücks herzustellen, obgleich bei der Herstellung der Maßgenauigkeit durch mechanische Bearbeitung auch die Topographie der Oberfläche verändert wird. Die Oberflächentechnik interessiert sich daher für Verfahren, die auch eingesetzt werden, um die Maßgenauigkeit zu verändern, wie auch für solche Arbeiten, bei denen ausschließlich die Topographie verändert wird.

Klaus-Peter Müller

3. Oberflächenbehandlung durch Strahlen

Zusammenfassung

Unter einer mechanischen Oberflächenbehandlung mit Strahlmitteln versteht man, daß die Oberfläche mit körnigen Materialien unterschiedlicher Form und Größe beworfen wird. Das körnige Material besitzt dabei eine durch Fremdeinwirkung vorgegebene erhöhte Relativgeschwindigkeit zur Oberfläche. Diese Geschwindigkeit wird dem Korn entweder durch Werfen oder durch ein strömendes Trägermedium mitgeteilt. Beim Werfen wird das Korn von rotierenden Armen eines Schleuderrades erfaßt. Beim Transport durch ein Transportmedium erhält letzteres über Pumpen oder Kompressoren zunächst eine kinetische Energie, ehe das Korn in das Transportmedium eingetragen wird. Als Transportmedien kommen allgemein Luft oder Wasser in Betracht (Naßstrahlen). Das beschleunigte Korn trifft dann auf die rauhe Oberfläche eines Werkstücks, auf der es eine spanabhebende Funktion ausüben soll.

Klaus-Peter Müller

4. Öle und Fette in der Industrie

Zusammenfassung

Der Oberflächeningenieur sollte zum ersten Mal bei Einkauf der metallischen Rohware zu Rate gezogen werden. 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, Ȕle, Rost, Staub, Abrieb, Schleif-und Poliermittel und anderes. Alle Verunreinigungen der Oberfläche müssen daher im ersten Schritt durch eine Reinigung entfernt werden.

Klaus-Peter Müller

6. Phosphatieren

Zusammenfassung

Das Lackieren von Erzeugnissen aus Eisen und Stahl dient nicht nur dazu, die Erzeugnisse dekorativ ansehnlicher zu gestalten. Auch der Korrosionsschutz der Artikel soll dadurch entscheidend verbessert werden.

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 selber. Gerade beim Spülen versucht man Kosten einzusparen und erreicht meist genau das Gegenteil. Eine genaue Vorschrift für richtige Spültechnik kann nicht gegeben werden, weil hier individuelle Prozeßfragen Varianten erforderlich machen. In den folgenden Abschnitten werden daher einige Fälle diskutiert, die als typisch für ihre Sparte anzusehen sind.

Klaus-Peter Müller

10. Angewandte Vorbehandlungsverfahren

Zusammenfassung

Die Oberflächenbehandlung von Draht stellt ebenso wie die in Emaillierprozessen einen Sonderfall dar. Hier sind Techniken verbunden mit Besonderheiten nachfolgender Prozesse, so daß es notwendig ist, beiden Verfahren je ein Sonderkapitel zu widmen.

Klaus-Peter Müller

11. Auftragsschichten

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.

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12. 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.

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13. 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 Beschichtun, 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.

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14. Chemisches Metallisieren

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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, das dekorativer aussieht, besseren Korrosionsschutz bietet oder/und die abrasiven Eigenschaften der Oberfläche verbessert, zu überziehen. 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.

Klaus-Peter Müller

15. Galvanisches Metallisieren

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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.

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16. Schmelztauchschichten

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Unter Schmelztauchschichten werden Schichten verstanden, die durch Eintauchen eines metallischen Werkstücks in geschmolzenes Metall erzeugt werden. Tabelle 16-1 zeigt, welche technisch wichtige Schmelztauchschichten auf gängige Werkstoffe aufgebracht werden.

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17. 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.

Klaus-Peter Müller

18. Metallische Dickschichten

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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

19. Dünnschichttechnologie

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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

20. Chemische und anodische Oxidschichtbildung bei Aluminium

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

21. 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 [183, 184] mit auf ihre Produktionen zugeschnittenen Regeln herausgegeben. Vergleicht man jedoch diese Regelwerke, so schälen sich allgemein gültige Konstruktionsregeln heraus, die man gelegentlich nur mit Ergänzungen für den Spezialfall versehen muß.

Klaus-Peter Müller

22. Korrosion metallischer Oberflächen

Zusammenfassung

Unter Korrosion metallischer Oberflächen solte man jede auf äußere Einwirkung mechanischer, chemischer oder physikalischer Art zurückzuführende 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 [185]. Sie betrachtet die Korrosion lediglich als Angriff auf die mechanischen 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 Gebrauchsfáhigkeit oder Funktionalität der Oberfläche.

Klaus-Peter Müller

23. Reibung und Verschleiß

Zusammenfassung

Die Wissenschaft über Vorgänge bei der Reibung wird Tribologie genannt. Wenn zwei Werkstückoberflächen sich berühren, berühren sich nicht zwei glatte Flächen, sondern zwei Rauhigkeiten.

Klaus-Peter Müller

24. Grundzüge der Abwasserbehandlung im oberflächentechnischen Betrieb

Zusammenfassung

Obgleich die heutige Technik viele Methoden anbietet, Prozesse oder Teilschritte von Prozessen abwasserfrei zu betreiben, fällt in fast jedem normalen Betrieb oder Betriebsteil der Oberflächentechnik Abwasser an. Diese Abwässer können mit Schadstoffen, Giften , Schwermetallen oder auch nur mit organischen Verbindungen und Salzen beladen sein, so daß der Betrieb gegebenenfalls Vorrichtungen zu ihrer Reinigung und zur Beseitigung der Abfallstoffe aus den Abwässern errichten muß.

Klaus-Peter Müller

25. Beschichtungsfehler und ihre Ursachen

Zusammenfassung

Fehler, Fehlererscheinungsbilder und Fehlerursachen können so erheblich verschieden sein, daß es kaum möglich sein wird, alle Möglichkeiten zu erfassen. Im folgenden Abschnitt sollen wichtige Fehler, ihr Erscheinungsbild und ihre Behebung für die wichtigsten Beschichtungsverfahren zusammengestellt werden.

Klaus-Peter Müller

26. Anmerkungen zu Prüfmethoden. Die wichtigsten DIN-Vorschriften

Zusammenfassung

Zahlreiche Prüfmethoden sind mittlerweile in umfangreichen Sammelwerken nach DIN oder ISO und in Merkblättern der Industrieverbände festgelegt worden. Verwiesen sei daher an dieser Stelle auf die im Literaturverzeichnis aufgeführten Quellen [207 – 211]. In den folgenden Kapiteln werden daher nicht alle Prüfmethoden, die in der Norm verzeichnet sind, aufgeführt, sondern nur solche behandelt, die für die alltägliche Praxis von Bedeutung sind.

Klaus-Peter Müller

27. Literatur

Klaus-Peter Müller

28. Bildquellennachweis

Klaus-Peter Müller

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