Endbearbeitungsmaterialien

Die Endbearbeitung wird durchgeführt, um eine gewünschte Oberflächenbeschaffenheit eines gefertigten Teils zu erreichen. Die gängigsten Endbearbeitungen beziehen sich auf ästhetische Eigenschaften. Häufig sollen damit aber auch Eigenschaften für Kleben, Löten, Widerstand, Härte, elektrische Leitfähigkeit oder sogar Reibungskontrolle geändert werden.

Ein breites Spektrum an Endbearbeitungsmaterialien kann auf die verschiedenen Endbearbeitungsprozesse angewendet werden, wie z. B. Eloxierung, Tauchbeschichtung, Galvanisierung, Elektropolieren, chemische Beschichtung, Pulverbeschichtung und Spritzen.

Eloxierung zielt darauf ab, die Dicke der natürlichen Oxidschichten auf der Oberfläche von Metallteilen zu vergrößern. Elektrolytische Passivierung ist der Prozess, der bei der Eloxierung eingesetzt wird, um die gewünschten Eigenschaften zu erreichen, einschließlich Korrosions- und Verschleißfestigkeit, verbesserter Haftung für Farbe und Klebstoff sowie ästhetische Effekte.

Eloxierung ist besonders vorteilhaft, um eine deutlich dünnere Beschichtung als mit Farbe oder Pulver zu erzielen. Außerdem ist diese Endbearbeitung extrem belastbar, hart, abriebfest und langlebig, erschwinglich, umweltfreundlich und ein guter elektrischer Isolator. Ebenso verhindert Eloxierung Abblättern und Absplittern und bietet gleichzeitig ausgezeichneten Korrosionsschutz und Farbbeständigkeit.

Zu den Hauptmaterialien für Eloxierung gehören: Chromsäure, Schwefelsäure und harteloxierte Beschichtung.

Der Prozess der Eloxierung auf Basis von Chromsäure wird auch als Typ I-Eloxierung bezeichnet. Dies ist auch der älteste Eloxierungsprozess zur Verwendung mit Chromsäure. Chromsäure erzeugt dünne, 0,5 μm bis 18 μm starke, undurchsichtige Filme, die weich, duktil und bis zu einem gewissen Grad selbstreparierend sind. Sie sind schwieriger zu färben und können vor dem Lackieren als Vorbehandlung verwendet werden.

Der Prozess der Eloxierung auf Basis von Schwefelsäure ist die am häufigsten verwendete Lösung und wird als Typ-II-Eloxierung bezeichnet. Beschichtungen mit einer mittleren Dicke von 18 μm bis 25 μm werden in der Regel mit Schwefelsäure erzielt.

Der Prozess der Eloxierung auf Basis steigender Dicke wird als Typ-III-Eloxierung bezeichnet. Eine harteloxierte Beschichtung wird normalerweise auf stark verschleißbehaftete Industrieteile aufgetragen, die für den Einsatz in aggressiven oder stark korrosiven Anwendungen vorgesehen sind. Sie kann zwischen 25 μm und 150 μm dick sein. Die Eloxierungsdicke erhöht die Verschleißfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit, die Fähigkeit, Schmiermittel und PTFE-Beschichtungen zu erhalten, sowie die elektrische und thermische Isolierung.

Tauchbeschichtung ist ein Eintauch- oder Tauchverfahren, bei dem ein Substrat mit einem Pulver beschichtet wird, indem es mit konstanter Geschwindigkeit in eine Lösung aus Beschichtungsmaterial eingetaucht wird. Dieser Industrieprozess eignet sich für die Herstellung von Produkten mit großem Volumen, wie z. B. für beschichtete Gewebe oder Prophylaktika sowie für spezielle Beschichtungen im biomedizinischen Bereich. In der akademischen Forschung werden zahlreiche Forschungsprozesse zur chemischen und Nanomaterialtechnik eingesetzt, um die Verwendung von Tauchbeschichtungen zur Herstellung von Dünnfilmbeschichtungen zu untersuchen. Mit der Tauchbeschichtungstechnik ist es möglich, selbst bei sperrigen, komplexen Formen einen einheitlichen, hochwertigen Film zu erhalten.

Die bei der Tauchbeschichtung eingesetzten Hauptmaterialien sind: Gummiartiger Lack und Silikonbeschichtung.

Gummiartiger Lack ist ein wasserbasierter Lack mit Latexbindemittel.

Silikonbeschichtungsfilme können auf silikatbasierte Substrate wie Glas aufgebracht werden, um eine kovalent gebundene hydrophobe Beschichtung zu bilden. Viele Stoffe können beschichtet oder mit Silikon imprägniert werden, um stabile, wasserdichte Verbundwerkstoffe wie Silnylon zu bilden.

Galvanisierung wird von einer Vielzahl von Branchen angewendet. Hierbei handelt es sich um einen Endbearbeitungsprozess, bei dem Metallobjekte mit einer dünnen Schicht eines anderen Metalls beschichtet werden, um die gewünschte Eigenschaft zu erreichen, die dem ursprünglichen Werkstück fehlt. Der Prozess wird als Galvanotechnik bezeichnet. Die Galvanisierung zielt darauf ab, die Oberflächeneigenschaften eines Objekts wie Abrieb-, Verschleiß- oder Korrosionsbeständigkeit, Schmierfähigkeit oder Ästhetik zu verändern. Darüber hinaus wird gelegentlich eine Galvanisierung durchgeführt, um die Dicke von unterdimensionierten Teilen zu vergrößern oder um Objekte mit Galvanoformung zu formen.

Zu den Hauptmaterialien, die bei der Galvanisierung verwendet werden, gehören: Kadmiumbeschichtung, Chrombeschichtung, Kupferbeschichtung, Vergoldung, Hartverchromung, Vernickelung, Rhodiumbeschichtung, Versilberung, Verzinnung, Zinn-Bleibeschichtung, Zinkbeschichtung und Zink-Eisen-Beschichtung.

Kadmium-Galvanisieren bietet eine robuste und vielseitige Metallbeschichtung. Kadmium ist ein weiches weißes Metall, das beim Auftrage auf Stahl, Gusseisen, Temperguss, Kupfer und pulverförmiges Metall vor dem Substratmaterial korrodiert. Die Kadmiumbeschichtung bietet auch eine außerordentlich gute Haftfläche für Klebstoffe, wodurch sie ideal für den Einsatz in der Flugzeugherstellung und in Salzwasserumgebungen ist.

Die Chrom-Galvanisierung verteilt eine dünne Chromschicht auf ein Metallobjekt, um dekorative Zwecke oder Korrosionsbeständigkeit, einfache Reinigung oder erhöhte Oberflächenhärteeigenschaften zu erreichen.

Bei der Kupferbeschichtung wird mittels Elektrolyse eine dünne, feste Metallschicht aus Kupfer auf die Oberfläche eines Objekts aufgetragen.

Die Goldbeschichtung verteilt eine dünne Schicht Gold auf die Oberfläche eines anderen Metalls, meist Kupfer oder Silber (zur Herstellung von vergoldetem Silber), durch chemische oder elektrochemische Beschichtung.

Die verchromte Beschichtung, auch bekannt als industrielles Chrom oder technisches Chrom, wird durchgeführt, um Reibung zu verringern und die Haltbarkeit durch Abriebtoleranz und Verschleißfestigkeit im Allgemeinen zu verbessern. Darüber soll dieser Prozess das Kaltverschweißen oder Festfressen von Teilen minimieren, die chemische Trägheit auf eine breitere Palette von Bedingungen (besonders Oxidationsbeständigkeit) ausweiten und die Materialmasse für verschlissene Teile erhöhen, um ihre ursprünglichen Abmessungen wiederherzustellen.

Bei der Vernickelung wird eine dünne Nickelschicht auf ein Metallobjekt aufgebracht, um dekorative Zwecke oder Korrosionsbeständigkeit oder Verschleißfestigkeit zu erzielen oder um die Materialmasse bei verschlissenen oder unterdimensionierten Teilen zu erhöhen, um sie zur Altmaterialverarbeitung zu verwenden.

Die Rhodiumbeschichtung wird gelegentlich bei Weißgold, Silber oder Kupfer und den entsprechenden Legierungen eingesetzt. Zunächst wird in der Regel eine Sperrschicht aus Nickel aufgetragen, um eine Kontamination durch das Rhodiumbad zu verhindern, in dem die zuvor genannten Metalle aufgrund der in der Badzusammensetzung vorhandenen Schwefelsäure leicht aufgelöst werden.

Bei der Versilberung wird als kostengünstige Alternative zur Verwendung von massivem Silber eine dünne Schicht Silber auf einen Gegenstand verteilt. Zu den beliebten Beispielen für die Versilberung zählen Musikinstrumente, Besteck, verschiedene Gefäße und Kerzenhalter.

Die Verzinnung dient hauptsächlich dem Schutz von eisenhaltigen und nicht-eisenhaltigen Oberflächen. Sie ist aufgrund ihrer ungiftigen, duktilen und korrosionsbeständigen Eigenschaften besonders in der Lebensmittelverarbeitungsbranche nützlich.

Zinn-Blei-Beschichtungen werden in erster Linie für den Korrosionsschutz und als Lötbasis verwendet. Zinn-Blei oxidiert nicht leicht in der Luft und ist weich und sehr dehnbar. Die Farbe kann von mattem Grau bis zu sehr hellem Grau reichen.

Bei der Zinkbeschichtung wird eine dünne Zinkschicht auf Metallobjekte verteilt, um Oxidation durch Bildung einer Barriere zu verhindern. Diese Barriere dient als Opferanode, wenn sie beschädigt wird.

Die Zink-Eisen-Beschichtung bietet einen verbesserten Korrosionsschutz gegenüber Zink allein. Ebenso bietet sie eine gleichmäßige Verteilung der Ablagerungen und eine hervorragende Schmierfähigkeit, Duktilität und Härte.

Das Elektropolieren wird oft als der entgegengesetzte Prozess der Galvanisierung bezeichnet, da das Material aus einem metallischen Werkstück entfernt und nicht hinzugefügt wird. Das Verfahren wird auch als elektrochemische, anodische oder elektrolytische Polierung bezeichnet und zum Polieren, Passivieren und Entgraten von Metallwerkstücken eingesetzt. Beim Elektropolieren wird ein wissenschaftliches Verfahren angewendet, bei dem das Material mithilfe von elektrischen Strömen, Oxidation und Elektrolyten entfernt wird.

Das Elektropolieren ist von besonderem Vorteil bei Edelstahl, da Eisen von der Oberfläche entfernt wird, wodurch der Chrom-/Nickelgehalt verbessert wird, um eine überlegene Passivierung zu erreichen. Es sorgt außerdem für eine saubere, glatte Oberfläche, die die Sterilisation erleichtert und ein ästhetisches Aussehen bietet. Darüber hinaus kann dadurch bei Bedarf die Größe der Teile reduziert werden.

Die Hauptmaterialien, die beim Elektropolieren verwendet werden, sind in der Regel konzentrierte Mischungen aus Schwefelsäure und Phosphorsäure, die hauptsächlich aufgrund ihrer hohen Viskosität verwendet werden. Es gibt jedoch auch bekannte Verwendungen von Perchloraten mit Essigsäureanhydrid und Methanollösungen von Schwefelsäure. Diese Gemische werden auch als Elektropolierlösungen bezeichnet.

Schwefelsäure ist eine Mineralsäure mit der Summenformel H2SO4. Es handelt sich um eine farblose, geruchlose, klebrige Flüssigkeit, die in Wasser löslich ist. Seine starke saure Beschaffenheit macht sie äußerst korrosiv. Sie ist auch hygroskopisch, d. h. sie absorbiert Wasserdampf aus der Luft. Selbst bei moderaten Konzentrationen ist Schwefelsäure bei direktem Hautkontakt sehr gefährlich.

Essigsäureanhydrid oder Acetanhydrid ist die chemische Verbindung mit der Formel (CH3CO)2O. Es wird häufig abgekürzt als Ac2O und ist das einfachste isolierbare Anhydrid einer Carbonsäure und wird häufig als Reagenz bei der organischen Synthese verwendet. Es handelt sich um eine farblose Flüssigkeit, die stark nach Essigsäure riecht, die durch die Reaktion mit Feuchtigkeit in der Luft entsteht.

Phosphorsäure (auch Orthophosphorsäure oder Phosphor(V)-Säure) ist ein Mineral (anorganisch) und eine schwache Säure mit der chemischen Formel H3PO4. Orthophosphorsäure bezieht sich auf Phosphorsäure, die den IUPAC-Namen für diese Verbindung darstellt. Das Präfix ortho- wird verwendet, um die Säure von verwandten Phosphorsäuren, den sogenannten Polyphosphorsäuren, zu unterscheiden. Orthophosphorsäure ist eine ungiftige Säure, die rein bei Raumtemperatur und -druck ein Feststoff ist. Phosphorsäure ist nicht nur ein chemisches Reagenz, sondern hat auch eine Vielzahl von Anwendungen. Dazu gehören Rostumwandler, Lebensmittelzusatzstoffe, zahnmedizinische und orthopädische Ätzmittel, Elektrolyte, Lötflussmittel, Dispergiermittel, industrielles Ätzmittel, als Düngemittelrohstoff und als ein Bestandteil von Haushaltsreinigungsprodukten.

Die chemische Beschichtung ist ein rein chemischer Prozess, der eine Komponente härtet und deren Aussehen sowie Reibungs- und Korrosionsbeständigkeit verbessert. Sie wird auch als autokatalytische Beschichtung bezeichnet und es wird, wie der Name vermuten lässt, bei diesem Beschichtungsprozess keine Elektrizität verwendet. Die chemische Beschichtung ist besonders für Branchen von Vorteil, die eine vereinfachte, kostengünstige Methode zum Beschichten von Teilen mit Metall wünschen. Teile aus komplexen, aufwändigen Formen oder Teile, die anfällig für starke korrosive Faktoren sind, sind ideale Kandidaten für eine chemische Beschichtung.

Zu den Hauptmaterialien, die für die chemische Beschichtung verwendet werden, zählen: chemische Kupferbeschichtung, PTFE-Vernickelung und chemischer Nickel-Phosphor.

Die chemische Kupferbeschichtung bildet eine Kupferbeschichtung auf einem gewünschten Segment eines Teils.

Durch die chemische PTFE-Vernickelung (phosphorhaltiges Polytetrafluorethylen) werden Metalloberflächen über eine autokatalytische chemische Reaktion beschichtet, um eine wiederholbare Beschichtung mit gleichmäßiger Dicke zu erreichen. Dieser Prozess ermöglicht das Beschichten von Teilen mit scharfen Kanten, tiefen Aussparungen, Nähten, Gewinden und komplexen geometrischen Formen.

Es gibt drei Arten der phosphorhaltigen chemischen Vernickelung: Niedrig, mittel und hoch. Die Behandlung mit niedrigem Phosphorgehalt wird bei Beschichtungen mit einer Härte von bis zu 60 Rockwell C angewendet. Die chemische Vernickelung mit niedrigem Phosphorgehalt (MPEN) bezieht sich auf die Nickel-Phosphor-Legierung aus dem chemischen Prozess, bei dem die daraus resultierende Legierung aus mittleren Phosphorkonzentrationen besteht. Mittlere Werte variieren als Prozentsatz des Gewichts zwischen 4 und 10 %. Die chemische Vernickelung mit hohem Phosphorgehalt (HPEN) ist dank der hohen Korrosionsbeständigkeit ideal für Industriestandards, bei denen Schutz vor stark korrosiven sauren Umgebungen wie im Falle von Ölbohrungen und Kohlebergbau erforderlich ist.

Pulverbeschichtung Bei der Pulverbeschichtung werden Werkstücke mit einem frei fließenden, trockenen Pulver beschichtet, um eine härtere, widerstandsfähigere Oberfläche als herkömmliche Lacke zu erzielen. Sie wird am häufigsten auf Metalle aufgetragen und dient zum Beschichten von Haushaltsgeräten, Aluminiumextrusionen, Schlagzeug-Hardware sowie Automobil- und Fahrradteilen. In der Regel werden thermoplastische oder duroplastische Polymere mit einem elektrostatischen Prozess aufgetragen und anschließend durch Wärme ausgehärtet. Die Aushärtezeit bei Pulverbeschichtungen ist auffallend schneller als bei Flüssigbeschichtungen. Außerdem treten durch den Zustand als Pulver keine Nachteile durch Nachlaufen und Absacken auf.

Zu den Hauptmaterialien für Pulverbeschichtungen gehören: Pulvergrundierung und Pulverbeschichtung.

Pulvergrundierungen sorgen für zusätzliche Korrosionsbeständigkeit und eine bessere Oberfläche für ein ästhetisches Aussehen. Zu den verschiedenen Grundierungen zählen: Eposeal, Epoxy Polyester NZP, Epozinc 1000, Epozinc ZL und viele andere.

Pulverbeschichtungsmaterialien können in zwei Hauptkategorien unterteilt werden: Duroplaste und Thermoplaste. Duroplast-Grundierungen besitzen einen Vernetzer, der beim Brennen mit anderen chemischen Gruppen reagiert und somit die endgültigen Leistungseigenschaften verbessert. Thermoplastische Grundierungen unterliegen während des Brennvorgangs, der die endgültige Beschichtung vervollständigt, keinen zusätzlichen Prozessen.

Die gängigsten Polymere sind Polyester, Polyurethan, Polyester-Epoxid (Hybrid), reines Epoxid (Fusion Bonded Epoxy) und Acryl.

Beim Spritzen werden entweder Farbe, Tinte, Lack oder andere Materialien aufgesprüht, um die gewünschten Oberflächeneigenschaften eines Werkstücks zu erreichen. In der Regel wird das Spritzen mit Druckluft durchgeführt. Dabei werden Luftbürsten oder Spritzpistolen verwendet, die von Hand gehalten bzw. automatisiert werden können. Luftbürsten werden hauptsächlich für Werkstücke eingesetzt, die mehr Details erfordern. Spritzpistolen eignen sich besser zum Abdecken großer Oberflächen mit einer gleichmäßigen flüssigen Beschichtung.

Zu den Hauptmaterialien für das Spritzen gehören:

Leitfähige Beschichtung ermöglicht, dass Strom über die Oberfläche eines nichtleitenden Materials geleitet wird.

Flüssige Primer bieten eine glatte Schicht, auf der nachfolgende Beschichtungsmaterialien besser haften.

Flüssiger Deckanstrich bietet eine hochwertige Oberflächenbeschichtung auf einer grundierten Oberfläche und bietet ausgezeichnete Korrosions- und Chemikalienbeständigkeit.

Gummiartiger Lack ist ein wasserbasierter Lack mit Latexbinder.

Silikonbeschichtungsfilme können auf silikatbasierte Substrate wie Glas aufgetragen werden, um eine kovalent gebundene hydrophobe Beschichtung zu bilden. Viele Stoffe können beschichtet oder mit Silikon imprägniert werden, um stabile, wasserdichte Verbundwerkstoffe wie Silnylon zu bilden.