Hartanodisierung und natürliche Anodisierung: Eigenschaften und Unterschiede

Das Anodisieren von Aluminium , auch als anodische Oxidation bezeichnet, ist ein elektrolytischer Prozess, bei dem auf der Oberfläche des zu behandelnden Werkstücks eine Aluminiumoxidschicht gebildet wird, die dem behandelten Werkstück hervorragende Oberflächeneigenschaften verleiht.

Das industriell am weitesten verbreitete Verfahren zum Anodisieren von Aluminium erfolgt unter Verwendung einer Schwefelsäurelösung als Elektrolyt. Es gibt auch ein als Chromsäureanodisierung bezeichnetes Anodisierverfahren, bei dem eine Chromsäurelösung als Elektrolyt verwendet wird. Es handelt sich um eine industriell wenig genutzte Beschichtung, da Chromsäure krebserregend ist; sie wird hauptsächlich im Militär- und Luftfahrtbereich eingesetzt. Die zu behandelnden Werkstücke werden in ein Becken mit Elektrolyt getaucht, der anodische Strom wird an das Werkstück angelegt (daher der Name „Anodisieren“), während die kathodischen Elektroden an den Seiten des Beckens angeordnet sind. Der Prozess mit Schwefelsäure gilt als „umweltfreundlich“, da keine Stoffe wie Schwermetalle, Lösungsmittel oder krebserregende Substanzen verwendet werden.

HAUPTMERKMALE

Das Anodisieren ist die am häufigsten verwendete und am meisten geschätzte Beschichtung auf Aluminium, da sie den beschichteten Teilen bei recht geringen Kosten hervorragende Oberflächeneigenschaften verleiht.

Die Haupteigenschaften sind:

• Korrosionsbeständigkeit
• Verschleißfestigkeit
• Härte
• gleichmäßige Schichtdicke
• dielektrische Isolation
• Möglichkeit der Färbung mit Pigmenten, die in die Oxidschicht eindringen.

ANODISIERBARE LEGIERUNGEN

Die meisten Aluminiumlegierungen, die üblicherweise im Maschinenbau verwendet werden, können leicht und mit hervorragenden Ergebnissen anodisiert werden. Die Eigenschaften der Beschichtung können je nach verwendeter Legierung unterschiedlich sein, da es sich um einen Umwandlungsprozess von Aluminium zu Aluminiumoxid handelt und daher die Legierungszusammensetzung die Eigenschaften verändern kann. Die größten Schwierigkeiten treten bei Legierungen auf, die andere Elemente als Aluminium in großen Mengen enthalten, da nur Aluminium zur Bildung der Oxidschicht beiträgt. Daraus folgt, dass Legierungen mit hohen Kupferanteilen wie die 2000er-Serie keine hohen Schichtdicken erreichen können und die Oxidschicht etwas weniger kompakt sowie weniger korrosions- und verschleißbeständig ist. Siliziumhaltige Legierungen mit einem Anteil von mehr als 10 % können Farbunterschiede aufweisen und keine hohen Schichtdicken erreichen.

ARTEN DES ANODISIERENS

Es können zwei verschiedene Arten des Anodisierens in Schwefelsäure unterschieden werden, die sich sowohl in den Oberflächeneigenschaften als auch in dem Verfahren unterscheiden, mit dem sie durchgeführt werden:

• Natürliche Anodisierung, wie das Anodisieren OX-A
• Hartanodisierung, wie das Anodisieren OX-HS und OX-W

Die Unterschiede der anodischen Schicht und ihrer Oberflächeneigenschaften sind auf die Verwendung verschiedener Betriebsparameter zurückzuführen, insbesondere auf die Temperatur des Elektrolyten und den angelegten Strom (Volt und Ampere). Auch die Anlagen für den Prozess der anodischen Oxidation sind für die beiden Typen unterschiedlich.

NATÜRLICHE ANODISIERUNG

Die natürliche Anodisierung, auch dekorative Anodisierung genannt, wird hauptsächlich zu dekorativen oder schützenden Zwecken in wenig aggressiven Umgebungen eingesetzt. Sie ist hellgrau und lässt sich sehr gut mit Pigmenten einfärben, die in die Oxidschicht eindringen und so eine ausgezeichnete Farbwiedergabe sowie Kratz- und Verfärbungsbeständigkeit gewährleisten.

HARTANODISIERUNG

Die Hartanodisierung verbessert und erhöht die Eigenschaften der natürlichen Anodisierung dank einer sehr dichten und kompakten Oxidschicht mit hoher Härte und ausgezeichneter Korrosionsbeständigkeit. Diese Behandlung wird hauptsächlich in mechanischen Anwendungen eingesetzt, für die eine ausgezeichnete Verschleißfestigkeit erforderlich ist, sowie in industriellen oder maritimen Umgebungen, die durch aggressive Medien gekennzeichnet sind.

REFERENZNORMEN

Die wichtigsten technischen Normen und internationalen Standards für das Anodisieren lauten wie folgt:

Natürliche Anodisierung

Hartanodisierung

SCHICHTDICKE DER ANODISIERUNG

MASSBERECHNUNG

Um den Schichtdickenzuwachs beim Anodisieren besser zu verstehen und eine korrekte Maßberechnung vorzunehmen, ist es notwendig, den Mechanismus der Bildung der Anodisierschicht zu verstehen. Wie eingangs erwähnt, ist das Anodisieren ein Prozess, der Aluminium in Aluminiumoxid umwandelt und eine Schicht bildet, die unterschiedliche Schichtdicken haben kann. Das Wachstum des Aluminiumoxids führt unweigerlich zu einer Abnahme des metallischen Aluminiums, das in Oxid umgewandelt wird. Es muss daher darauf geachtet werden, die gesamte Schichtdicke der Anodisierung nicht als „Aufmaß“ zu betrachten; vielmehr muss man wissen, zu welchem Prozentsatz die Beschichtung „eindringt“ und zu welchem Prozentsatz sie „wächst“.

In der Präzisionsmechanik sind die Toleranzen sehr eng und der Konstrukteur hat Schwierigkeiten, sie festzulegen, wenn Beschichtungen aufgebracht werden, da sich die Bearbeitungstoleranzen zu denen der Beschichtung addieren. Die genaue und korrekte Definition der Endmaße und der Toleranzen der Beschichtung ist daher von grundlegender Bedeutung, um Fehler und daraus resultierenden Ausschuss oder Nacharbeiten zu vermeiden.

Bei Anwendungen der natürlichen Anodisierung, insbesondere dekorativen Anwendungen, wird fälschlicherweise angenommen, dass das Anodisieren kein Maßwachstum erzeugt. Bei solchen Anwendungen sind die Toleranzen nicht kritisch und es ist einfacher anzunehmen, dass keine Zunahme vorliegt. Tatsächlich erzeugt die Oxidschichtdicke ein Maßwachstum von etwa 30 % der Schichtdicke der Anodisierung, die normalerweise 10µm beträgt, wodurch also ein Wachstum von nur 3µm entsteht.

Eine weitere Variable, die die endgültigen Maße geringfügig beeinflussen kann, ist auf die dem Anodisieren vorgeschaltete Reinigungsbehandlung zurückzuführen, das sogenannte alkalische Beizen, das das Oberflächenaluminium leicht auflöst und dadurch das Endmaß verringert. Dieser Wert kann nicht standardmäßig definiert werden, da er von der Verweildauer in diesem Becken und von dessen Konzentration abhängt. Er kann von wenigen Mikrometern bei Bauteilen der Präzisionsmechanik bis zu einigen Hundertstel Millimetern bei Strangpressteilen reichen, bei denen die Strangpressriefen entfernt werden sollen.