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Definition Anodisieren
Verfahren
Das Aluminiumwerkstück wird - bei der elektrolytischen Oxidation in einem sauren Elektrolyten an den positiven Pol einer Gleichstromquelle angeschlossen - zur Anode. Bei Stromfluss wandern sauerstoffhaltige Anionen mit negativer elektrischer Ladung von der Kathode zur Anode und geben dort Sauerstoff ab. Dieser reagiert mit dem Aluminium zu Aluminiumoxid. Zuerst entsteht eine sehr dünne, porenfreie, elektrisch isolierende Sperrschicht. Diese setzt dem Stromdurchgang einen Wiederstand entgegen, der jedoch infolge der Badspannung durchschlagen wird. Der Elektrolyt rückt in die Durchschlagsporen nach und bildet am metallischen Aluminiumgrund eine neue, kompakte Sperrschicht aus. Den kompakten, dielektrischen Charakter hat dabei immer nur die frisch und unmittelbar am Aluminium gebildete Sperrschicht. Dieser Vorgang wiederholt sich laufend: Dadurch wächst auf die Sperrschicht eine poröse Aluminiumoxidschicht auf. Da sich unzählige solcher Poren nebeneinander befinden, wächst die Schicht gleichmässig ins Metall hinein. Weil das Aluminiumoxid im Vergleich zum metallischen Aluminium einen grösseren Volumenanteil besitzt, wächst die Oxidschicht, bezogen auf die ursprüngliche Oberfläche zu einem bestimmte Anteil aus dem Aluminium heraus. Die Oxidschicht ist aufgrund ihres Wachstums fest mit dem Grundmetall verankert und kann mechanisch nur unter Zerstörung des Schichtsystems abgelöst werden. Die anodische Oxidschicht ist ein genaues topografisches Abbild der ursprünglichen Oberfläche.
Die dem VSA angeschlossenen Anodisierbetriebe bieten eine Vielzahl von unterschiedlichen Anodisierverfahren an, welche es ermöglichen, Oxidschichten mit sehr unterschiedlichen Eigenschaften zu erzeugen. So lassen sich verfahrensabhängige Oxidschichten unterschiedlicher Dicken und Schichtstrukturen herstellen, die den jeweils gewünschten dekorativen oder technischen Anforderungen entsprechen.
Eigenschaften
GS-Anodisation (Gleichstrom/Schwefelsäure-Verfahren)
Die Aluminiumoxidschicht wird mit Gleichstrom in einem Schwefelsäure-Elektrolyten bei 18 - 20 °C aufgebaut. Auf Wunsch können diese Schichten anschliessend auch eingefärbt werden. Die beste Korrosionsbeständigkeit wird durch die abschliessende Verdichtung in heissem Wasser (Sealing) erreicht. Bei Halbzeug in Anodisier-Qualität werden gewöhnlich transparente, farblose Schichten erzeugt. Verschiedene Legierungselemente wie Silizium, Mangan, Kupfer oder Zink können eine Trübung oder Färbung der Oxidschicht verursachen. Für den dekorativen Einsatz von entscheidender Bedeutung ist, neben der Aluminiumlegierung, auch die Herstellungsart des Halbzeugs und die angewendete Wärmebehandlung.
Die Schichtdicken bewegen sich, je nach Einsatzgebiet, zwischen 5 und 30 ym. Die Standardschichtstärke bei der GS-Anodisation liegt bei 10 - 20 ym.
GSX-Hartanodisation (Gleichstrom/Schwefelsäure/Oxalsäure-Verfahren)
Die Hartoxidschicht wird in einem stark gekühlten Schwefelsäure-Oxalsäure-Elektrolyten mittels Gleichstrom aufgebaut. GSX-Schichten sind äusserst hart, korrosionsbeständig und im Verhältnis zu den anderen Verfahren wesentlich dicker. Verschiedene Legierungsbestandteile wie Silizium, Mangan, Kupfer oder Zink führen zu einer Trübung und Färbung (Eigenfarbe) der Oxidschicht. Übliche Schichtdicken liegen im Bereich von 30 - 80 ym.
Ein gutes Preis-Leistungs-Verhältnis wird mit einer Schichtstärke von 50 ym erreicht. Zur Erhöhung der Verschleissfestigkeit und zur Verbesserung der Gleiteigenschaften können die GSX-Hartoxidschichten mit einem PTFE-Film versehen werden.
Chromsäure-Anodisation
In einem Chromsäure-Elektrolyten werden bei Temperaturen um 40 °C mittels Gleichstrom chromhaltige Aluminiumoxidschichten erzeugt. Diese Oxidschichten sind sehr dünn, aber ausserordentlich korrosionsbeständig. Sie sind elastisch und die behandelten Teile können in gewissen Grenzen verformt werden, ohne dass Schichtrisse oder Abplatzer entstehen. Übliche Schichtdicken liegen im Bereich von 1,5 - 6 ym. Je nach Legierung entsteht eine opake grün-graue Eigenfärbung. Speziell eignen sich unverdichtete Chromsäureschichten bei Raumfahrt- und Flugzeugteilen als Haftgrund für Lacke und technische Verklebungen.
Ematalieren/Hartematalieren
In einem Spezialelektrolyten (Oxal-, Bor-, Zitronensäure und Kaliumtitanoxalat) werden bei Temperaturen um 40 °C mittels Gleichstrom die Ematalschichten erzeugt. Die Schichtstärken betragen beim Ematal 8 - 20 ym und beim Hartematal 20 - 30 ym. Die zur GS- oder GSX-Oxidschicht unterschiedliche Schichtstruktur verleiht den Ematal-/Hartematalschichten eine glatte Oberfläche mit einer nur minimalen Aufrauung der ursprünglichen Oberflächengüte. Dadurch ist eine hohe Beständigkeit bei Roll- und Gleitpaarungen gegeben. Höchste Korrosionsbeständigkeit der Schichten gewährleisten den vielfältigsten Einsatz in aggressiven Umgebungen (z.B. Chemische Industrie, Motorentechnik usw.). Die Ematalschichten haben ein emailartiges Aussehen und eine je nach Legierung hellgraue bis bronzene Farbe.
Permalux-Farb-Hartanodisation
Die farbige Hartoxidschicht wird in einem speziellen organischen Säuregemisch mittels Gleichstrom aufgebaut. Das Permalux-Farb-Hartanodisationsverfahren bietet - aufgrund seiner speziellen Schichtcharakteristik - grösseren Widerstand gegenüber mechanischen und chemischen Einflüssen als das GS-Verfahren. Permalux-Oberflächen werden darum überall dort eingesetzt, wo Ästhetik mit hohem Oberflächenschutz verbunden sein muss.
Verdichtung (Sealing)
Bei anodisch erzeugten Oxidschichten werden in einem abschliessenden Arbeitsgang die Poren der Oxidschicht geschlossen. Diese verliert dadurch die Fähigkeit, Fremdstoffe aufzunehmen und erreicht einen glasartigen und grifffesten Zustand. Vor dem Verdichten adsorbierte Stoffe - wie Farbstoffe oder farbgebende Salze - werden in der Oxidschicht eingebunden und fixiert. Beim Verdichten im Heisswasserbad bei über 97 °C wird das Aluminiumoxid hydratisiert. Dieser Vorgang ist mit einer Volumenvergrösserung verbunden, welche zum Porenverschluss führt. Die gut verdichtete Oxidschicht ist für eine qualitativ hervorragende Werkstückoberfläche enorm wichtig. Die Verdichtung wird daher auch entsprechend streng überwacht.
Chromatieren (Chemische Oxidation von Aluminium)
Chemische Konversionsschichten bilden sich bei der Behandlung in wässerigen chromsäurehaltigen Lösungen. Neuerdings werden für die Elektro-, Elektronik- und Autoindustrie auch die RoHS-konformen Konversionsschichten angeboten. Diese sind dann statt Cr6-haltig nur noch Cr3-haltig oder gar chromfrei. Die Chromatierschichten sind sehr dünn und bewirken keine oder nur minimale Massveränderungen. Je nach Anwendung werden transparente oder gelbe Chromatierschichten eingesetzt. Aufgrund der geringen Abriebfestigkeiten bietet die chemische Konversionsschicht keinen Schutz vor mechanischem Verschleiss.
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