Galvanisiergerechtes Konstruieren

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1 Galvanisiergerechtes Konstruieren Informationstagung Korrosionsschutz ohne Chrom-VI Velbert Datei: Velbert_210605b.ppt TKGT / / Seite 1

2 Galvanisiergerechtes Konstruieren und Fertigen Informationstagung Korrosionsschutz ohne Chrom-VI Velbert Datei: Velbert_210605b.ppt TKGT / / Seite 2

3 Inhalt 1. Grundlagen / allgemeine Vorgaben 2. Normvorgaben 3. Fertigungseinflüsse 4. Umweltgerechtes Konstruieren Datei: Velbert_210605b.ppt TKGT / / Seite 3

4 1. Grundlagen (1) Die galvanische Schicht nimmt Einfluss auf die Eigenschaft des Bauteils. Deshalb ist es wichtig das bereits bei der Gestaltung des Bauteils die Eigenschaften des Schichtsystems berücksichtigt werden. Sinnvollerweise findet zwischen allen Beteiligten Fertigungsplaner, Konstrukteur Galvaniker ein Dialog statt. (Ist eine Forderung der bekannten Q-Normen) Datei: Velbert_210605b.ppt TKGT / / Seite 4

5 1. Grundlagen (2) Wechselwirkungen der Bauteilform und der Schichtbildung müssen bekannt sein. Der Konstrukteur (nicht nur er) sollte die Grundprinzipien der galvanischen Metallabscheidung kennen. Datei: Velbert_210605b.ppt TKGT / / Seite 5

6 1. Grundlagen (3) Hierzu gehören: Einflüsse der Bauteilform und Wechselwirkungen mit den Feldlinien beim Galvanisieren. Schichtverteilung auf dem Bauteil, oder Bauteilen einer Charge je nach Art der Behandlung (Gestell oder Trommel) Datei: Velbert_210605b.ppt TKGT / / Seite 6

7 Abscheidung von galvanischen Schichten Grundlagen Grundlagen Alle wichtigen Metalle des täglichen Gebrauchs lassen sich mit galvanischen Verfahren abscheiden. Die so erzeugten Schichten schützen die Grundwerkstoffe vor Korrosion und geben gleichzeitig ein dekoratives Aussehen. Datei: Velbert_210605b.ppt TKGT / / Seite 7

8 Abscheidung von galvanischen Schichten Grundlagen Grundlagen Von dekorativer Galvanotechnik spricht man, wenn perfekte Optik der Oberfläche gefragt ist, und die aufgebrachte Schicht keine wesentliche technische Funktion erfüllen muß. In einer großen Palette von verschiedenen Überzügen können der Konstrukteur, der Designer und der Fertigungsplaner die technisch optimale und wirtschaftlichste Oberfläche finden. Verzinken, eventuell kombiniert mit Nachbehandlungen, Zinklegierungs-Schichten, Kupfer/Nickel/Chrom als Schichtsystem, Chemisch Vernickeln, Anodisieren von Aluminium, Versilbern, Vergolden - das alles sind Möglichkeiten der korrosionsschützenden funktionellen Galvanotechnik. Datei: Velbert_210605b.ppt TKGT / / Seite 8

9 Abscheidung von galvanischen Schichten Grundlagen Grundlagen Umweltfreundliche Galvanotechnik Durchdachte Systeme machen die Galvanotechnik umweltverträglich. Der sorgsame Umgang mit Rohstoffen, Wasser und Energie führt zu einem ausgewogenen Kosten-Nutzen-Ergebnis. Durch verantwortungsbewußten Umgang mit Elektrolyten und Spülen wird die Umweltbelastung minimiert. Da sich durch das Faraday'sche Gesetz die Menge des eingesetzten Materials exakt bestimmen läßt, ist Sparsamkeit bei der galvanischen Metallabscheidung in jedem Fall das Grundprinzip. Datei: Velbert_210605b.ppt TKGT / / Seite 9

10 Abscheidung von galvanischen Schichten Grundlagen Elektrolytische Abscheidung Das Abscheiden von Metallen durch galvanische Verfahren beruht auf den Vorgängen der Elektrolyse. Unter Elektrolyse faßt man die Vorgänge zusammen, bei denen Gleichstrom in Elektrolyten chemische Reaktionen einleitet und unterhält. Datei: Velbert_210605b.ppt TKGT / / Seite 10

11 Abscheidung von galvanischen Schichten Grundlagen Außenstromlose Abscheidung - Ionenaustausch- oder Sudverfahren: hier werden die Elektronen durch Auflösung des Grundwerkstoffs gebildet. Der Grundwerkstoff ist unedel Das in der Lösung vorhandene edlere Ion scheidet sich unter Aufnahme der Elektronen ab. - Reduktionsverfahren: Beim Reduktionsverfahren liegt in der Lösung ein Reduktionsmittel vor, welches sich unter Abgabe von Elektronen oxidiert. Als Reduktionsmittel verwendet werden z.b. Natriumhypophosphit, Natriumborhydrid, Formaldehyd. Datei: Velbert_210605b.ppt TKGT / / Seite 11

12 Schema einer Elektrolysezelle Datei: Velbert_210605b.ppt TKGT / / Seite 12

13 Abscheidung von galvanischen Schichten Grundlagen Faradaysches Gesetz Der Zusammenhang zwischen dem Strom bei der Elektrolyse und den durch ihn umgesetzten Stoffmengen ist durch die Faraday`schen Gesetze gegeben. 1. Die infolge eines Stromdurchganges I in der Zeit t durch den Elektrolyten umgesetzten Stoffmenge M ist der durch den Elektrolyten geflossenen Elektrizitätsmenge I x t = Q proportional. M = Q x Ae Die Konstante Ae ist die Menge eines Stoffes, die durch 1 Amperesekunde (1 Coulomb) umgesetzt wird. In der Galvanotechnik wird als praktische Einheit die Strommenge 1 Amperestunde (Ah) = 3600 Coulomb benützt. 2. Die elektrochemischen Äquivalente Ae verhalten sich wie die chemischen Äquivalente Ac. Ae x F = Ac Die Konstante F wird Faraday Konstante genannt. F = C = 26,8 Ah Datei: Velbert_210605b.ppt TKGT / / Seite 13

14 Abscheidung von galvanischen Schichten Grundlagen Schichtverteilung Galvanisch abgeschiedene Schichten sind üblicherweise nicht gleichmäßig auf dem beschichteten Bauteil verteilt. Dies beruht auf der Eigenschaft elektrischer Feldlinien. Makrostreufähigkeit beschreibt die Schichtverteilung in einem Makroprofil (>1 mm). Sie ist abhängig von Stromlinien, Badgeometrie, Leitfähigkeit. Die Mikrostreufähigkeit wirkt im Mikroprofil < 1 mm. Hier liegen wirksame Dickenunterschiede der Diffusionsschicht vor. Achtung: Eine Verbesserung der Mikrostreufähigkeit führt zu einer Verschlechterung der Makrostreufähigkeit. Datei: Velbert_210605b.ppt TKGT / / Seite 14

15 Feldlinienverteilung bei unterschiedlichen Kathodenformen Datei: Velbert_210605b.ppt TKGT / / Seite 15

16 Ungleiche Schichtverteilung an Kanten / Winkeln Datei: Velbert_210605b.ppt TKGT / / Seite 16

17 Kantenschwäche des Niederschlags bei scharfer Kante / besser bei Radius Datei: Velbert_210605b.ppt TKGT / / Seite 17

18 Günstige und ungünstige Konstruktionen Datei: Velbert_210605b.ppt TKGT / / Seite 18

19 Hartverchromter Zylinder Datei: Velbert_210605b.ppt TKGT / / Seite 19

20 Günstige Konstruktion (statt Blech, Vollmaterial) Datei: Velbert_210605b.ppt TKGT / / Seite 20

21 Ungünstige Konstruktion einer Schiene / Kapillarwirkung im Innern Datei: Velbert_210605b.ppt TKGT / / Seite 21

23 Möbelbauteil mit Nickelschicht / Schichtdickenunterschiede in der Tiefe Datei: Velbert_210605b.ppt TKGT / / Seite 23

24 Korrosion an vernickelten und vergoldeten Beschlägen aufgrund von Oberflächenrauheit Datei: Velbert_210605b.ppt TKGT / / Seite 24

25 Korrosion an Beschlägen aufgrund unterschiedlicher Schichtdicken Datei: Velbert_210605b.ppt TKGT / / Seite 25

26 Galvanisiergerecht? Datei: Velbert_210605b.ppt TKGT / / Seite 26

27 Galvanisiergerecht? Glanzchrom / dekorativ Datei: Velbert_210605b.ppt TKGT / / Seite 27

28 Galvanisiergerecht? Zink-Eisen schwarzchromatiert Datei: Velbert_210605b.ppt TKGT / / Seite 28

29 Gestelle zum Galvanisieren Datei: Velbert_210605b.ppt TKGT / / Seite 29

30 Max µm Min µm Datei: Velbert_210605b.ppt TKGT / / Seite 30

31 Max. 21 µm Min. 13 µm Max. 12 µm außen Min. 7 µm innen Schichtverteilung auf einem verzinkten Halter Datei: Velbert_210605b.ppt TKGT / / Seite 31

32 3 LGA KompetenzZentrum Galvanotechnik 13 µm 3µm 8 µm 13 µm 10 µm Datei: Velbert_210605b.ppt TKGT / / Seite 32

33 Schrauben richten sich beim Galvanisieren aus Datei: Velbert_210605b.ppt TKGT / / Seite 33

34 Datei: Velbert_210605b.ppt TKGT / / Seite 34

35 Streufähigkeit verschiedener Elektrolyte Datei: Velbert_210605b.ppt TKGT / / Seite 35

36 Abscheidung von galvanischen Schichten Grundlagen Schichtverteilung Die Einebnung ist ein Sonderfall der Mikrostreufähigkeit, sie wirkt ebenfalls im Bereich < 1 mm. Sie bewirkt eine Abnahme von Rauheit. Datei: Velbert_210605b.ppt TKGT / / Seite 36

37 Einebnung der Oberfläche / Querschliff von Zinkschicht Datei: Velbert_210605b.ppt TKGT / / Seite 37

38 Einebnung Datei: Velbert_210605b.ppt TKGT / / Seite 38

40 2. Normvorgaben (1) Normung DIN EN 1403 Galvanische Überzüge Verfahren für die Spezifizierung allgemeiner Anforderung Die Bezeichnung muß sich aus folgendem zusammensetzen: A) galvanischer Überzug; B) der Nummer der europäischen Norm, der der betreffende Überzug entsprechen muß: (z. B. DIN 50961, DIN EN usw.) Datei: Velbert_210605b.ppt TKGT / / Seite 40

41 2. Normvorgaben (2) Normung /DIN EN 1403 C) einem Bindestrich; D) der Bezeichnung für das Grundmetall (z. B. Fe, Zn usw.) E) einem Schrägstrich; F) den zusätzlich anzuwendenden Bezeichnungen in der Aufeinanderfolge der einzelnen Stufen der Überzüge, jeweils durch einen Schrägstrich getrennt. Um jeweils fehlende Stufen anzuzeigen, muß eine Verdoppelung der Trennzeichen erfolgen. Datei: Velbert_210605b.ppt TKGT / / Seite 41

42 2. Normvorgaben (3) Normung /DIN EN 1403 Bezeichnungen Das Grundmetall wird durch sein chem. Symbol gekennzeichnet Der Metallüberzug wird durch sein chem. Symbol gekennzeichnet Gefolgt von einer Ziffer die die kleinste örtliche Schichtdicke angibt. Gefolgt von kleinen Buchstaben, die die Art des Überzugs angeben (siehe Einzelnorm) Wenn der Überzug eine Legierung ist, der Hauptlegierungsanteil mit % Angabe Bei Edelmetallen wird der Masseanteil in Klammern angegeben Datei: Velbert_210605b.ppt TKGT / / Seite 42

43 2. Normvorgaben (4) Normung /DIN EN 1403 Eine Wärmebehandlung wird gekennzeichnet mit den Buchstaben HT, der Temperatur, und der Haltedauer in Stunden. Beispiel: HT(190)3 Umwandlungsüberzüge werden entsprechend der Einzelnorm angegeben Zusätzliche Behandlungen werden gemäß Anhang C dieser Norm (Tabelle) festgelegt. Beispiel: Galvanischer Überzug DIN EN Fe/HT(190)2/Zn12//D/T2 oder: DIN EN Fe//Cu20/Ni25b//Cr mc oder: Galvanischer Überzug DIN Fe//Cr50 Datei: Velbert_210605b.ppt TKGT / / Seite 43

44 2. Normvorgaben (5) Normung /DIN EN 1403 /VDA (10.04) Beispiel: Galv. Zinküberzug, passiviert und versiegelt, silberfarbig, Trommelverfahren VDA Zn-p-v(Tr) SI Hier wird gleichzeitig eine Mindestschichtdicke von 8 µm vorgeschlagen Grenzen können anwendungsspezifisch festgelegt werden. Datei: Velbert_210605b.ppt TKGT / / Seite 44

45 Bild 1 aus DIN /Darstellung allg. Schichtvorgaben mit Hinweis auf die entsprechende Spezialnorm Datei: Velbert_210605b.ppt TKGT / / Seite 45

46 Bild 2 aus DIN /Darstellung allg. Schichtvorgaben mit Hinweis auf die entsprechende Spezialnorm Datei: Velbert_210605b.ppt TKGT / / Seite 46

47 Bild 2 aus DIN /Linienarten für Oberflächenbereiche Datei: Velbert_210605b.ppt TKGT / / Seite 47

48 Bild 7 aus DIN / Wesentliche Fläche Datei: Velbert_210605b.ppt TKGT / / Seite 48

49 2. Normvorgaben (5) Normung /DIN EN 1403 Informationen, die der Auftraggeber geben muß Wesentliche Informationen Der Auftraggeber muß folgende Informationen geben: Die Bezeichnung des aufzubringenden Überzuges (siehe Abschnitt 5); die Anforderungen für jede Wärmebehandlung vor und/oder nach der elektrolytischen Metallabscheidung (siehe 5.4); die wesentliche Fläche, z.b. durch entsprechend gekennzeichnete Muster; Datei: Velbert_210605b.ppt TKGT / / Seite 49

50 10 Centstück mit 20 mm Durchmesser Datei: Velbert_210605b.ppt TKGT / / Seite 50

51 2. Normvorgaben (6) Normung /DIN EN 1403 die Beschaffenheit, den Zustand und das Aussehen des Grundmetalls, wenn durch eine dieser Eigenschaften die Verwendungsfähigkeit und/oder das Aussehen des Überzuges beeinflußt werden kann; die Lage unvermeidbarer Fehlstellen auf der Oberfläche, wie z.b. Befestigungs- oder Kontaktstellen; Datei: Velbert_210605b.ppt TKGT / / Seite 51

52 2. Normvorgaben (7) Normung /DIN EN 1403 das erforderliche Aussehen, z.b. glänzend, matt, seidenglänzend oder ein anderes Aussehen, vorzugsweise durch ein Muster, das das geforderte Aussehen hat; die Probenahme, die annehmbare Qualitätsgrenzlage oder jede andere Anforderung an die Prüfungen, falls von ISO 4519 : 1980 abgewichen werden soll (siehe 7.2); die Normen für Schichtdickenmessungen, Korrosionskurzzeitprüfungen oder Haftfestigkeitsprüfungen (siehe 7.1). Datei: Velbert_210605b.ppt TKGT / / Seite 52

53 2. Normvorgaben (8) Normung /DIN EN 1403 Zusätzliche Informationen Wenn zutreffend, müssen folgende zusätzliche Informationen vom Auftraggeber gegeben werden: jede besonderen Anforderungen oder Einschränkungen für die Vorbereitung des zu galvanisierenden Gegenstandes; jede besonderen Anforderungen für die Neubearbeitung verworfener Gegenstände Datei: Velbert_210605b.ppt TKGT / / Seite 53

54 2. Normvorgaben (9) Normung /DIN EN 1403 Zusätzliche Informationen jede besondere Anforderung, die von der Form oder der Art der Herstellung des Bauteils abhängig ist; jede anderen besonderen Anforderungen (z.b. Rauheit und Toleranzen). Datei: Velbert_210605b.ppt TKGT / / Seite 54

55 2. Normvorgaben (10) Normung /DIN EN 1403 Bestellangaben Es sind, soweit erforderlich zu vereinbaren: Besondere Eigenschaften des Grundwerkstoffes, die das Aufbringen der Überzüge beeinflussen können Die wesentlichen Flächen (Funktionsflächen), z.b. durch Zeichnungen oder Übergabe eines entsprechend bezeichneten Musters Datei: Velbert_210605b.ppt TKGT / / Seite 55

56 10 Centstück zur Bestimmung der wesentlichen Fläche Datei: Velbert_210605b.ppt TKGT / / Seite 56

57 2. Normvorgaben (11) Normung /DIN EN 1403 Bestellangaben Das gewünschte Aussehen, z.b. glänzend oder matt, vorzugsweise durch Übergabe eines entsprechenden Musters Die Lage der Kontaktstellen, falls ihre Wahl nicht dem Hersteller überlassen werden kann Das Verfahren zum Prüfen der Korrosionsbeständigkeit Datei: Velbert_210605b.ppt TKGT / / Seite 57

58 Auswertung der Überwachungsergebnisse gemäß DIN SS Abtrag g/m² SW OGW UGW W 1 (g/m²) W 2 (g/m²) W 3 (g/m²) W 4 (g/m²) W 5 (g/m²) Firma Nr. Datei: Velbert_210605b.ppt TKGT / / Seite 58

59 2. Normvorgaben (12) Normung /DIN EN 1403 Bestellangaben Das Verfahren zum Messen der Schichtdicke Das Verfahren zum Prüfen des Haftvermögens Die Anzahl der Proben für die Prüfungen nach den Abschnitten 4e) bis 4g) Wärmebehandlungen vor bzw. nach dem Aufbringen der Überzüge Gegebenenfalls weitere Vereinbarungen, z.b. Festlegungen von weiteren Qualitätsmerkmalen Datei: Velbert_210605b.ppt TKGT / / Seite 59

60 µm Maximalw erte der Abw eichung 10,00 8,00 6,00 4,00 2,00 0,00-2, Lfd. Nr Max Datei: Velbert_210605b.ppt TKGT / / Seite 60

62 3. Fertigungseinflüsse (1) Werkstoffauswahl Die zu galvanisierenden Bauteile dürfen keine Verarbeitung-, Bearbeitungs- und /oder Oberflächenfehler wie zum Beispiel Risse, Porennester, Fremdstoffeinschlüsse, Doppelungen usw. enthalten. Datei: Velbert_210605b.ppt TKGT / / Seite 62

63 3. Fertigungseinflüsse (2) Werkstoffauswahl Arbeitsgänge beim Galvanisieren Die Haltbarkeit metallischer und nichtmetallischer Überzüge wird entscheidend durch die Reinheit der Oberfläche beeinflußt. Gut haftende Überzüge können nur auf fettfreien, metallisch reinen Oberflächen erzielt werden. Deshalb wird die Qualität eines Überzugssystems maßgeblich von der Vorbehandlung mitbestimmt. Schmutz muß von der Oberfläche beseitigt werden Zunder und Oxide Schneidemulsionen und Konservierungsstoffe sowie Fette, Öle und Schmutz unterschiedlichster Art Datei: Velbert_210605b.ppt TKGT / / Seite 63

64 Fehlstellen in der Stahloberfläche führen zu einem ungünstigen Galvanisierergebnis Datei: Velbert_210605b.ppt TKGT / / Seite 64

65 Einschlüsse im Stahl (Mangansulfid) Datei: Velbert_210605b.ppt TKGT / / Seite 65

66 Rohteil Stahl / Schweißstelle mit eingebranntem Fett /Aufkohlung Datei: Velbert_210605b.ppt TKGT / / Seite 66

67 Rohteil Stahl /so kann ein Rohteil auch aussehen / gut Datei: Velbert_210605b.ppt TKGT / / Seite 67

68 Rohteil Stahl / nach der Lötbehandlung nicht ordnungsgemäß gesäubert. Datei: Velbert_210605b.ppt TKGT / / Seite 68

69 Spanend bearbeitete Bauteile mit Ausblühungen nach dem Verzinken Datei: Velbert_210605b.ppt TKGT / / Seite 69

70 Poren in der Oberfläche Datei: Velbert_210605b.ppt TKGT / / Seite 70

71 Querschliff und REM Aufnahme von Poren in der Oberfläche Datei: Velbert_210605b.ppt TKGT / / Seite 71

72 Bauteile die zum Verkleben neigen Datei: Velbert_210605b.ppt TKGT / / Seite 72

73 Bauteile die zum Verkleben neigen Datei: Velbert_210605b.ppt TKGT / / Seite 73

74 Einzelteile die zum Verklemmen neigen Datei: Velbert_210605b.ppt TKGT / / Seite 74

75 Verklemmte Bauteile Datei: Velbert_210605b.ppt TKGT / / Seite 75

76 Beim Verformen mit besonderem Schmierstoff in Berührung gekommen Datei: Velbert_210605b.ppt TKGT / / Seite 76

78 Flüssigkeitsreste Ungünstige Konstruktionen (schöpfende Teile) / besser mit Löchern Datei: Velbert_210605b.ppt TKGT / / Seite 78

79 Schöpfende Bauteilgeometrien vermeiden Datei: Velbert_210605b.ppt TKGT / / Seite 79

82 Zusammenfassung Wenn zwischen Konstrukteur, Fertigungsplaner und Galvaniker ein Dialog stattfindet, der die Vorgaben der Normen und die Gesetzmäßigkeiten der Galvanotechnik berücksichtigt, kommen wir der optimalen Schicht und der Fähigkeit des Beschichtungsprozesses immer näher. Datei: Velbert_210605b.ppt TKGT / / Seite 82

83 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Datei: Velbert_210605b.ppt TKGT / / Seite 83

84 Kompetenz-Zentrum Galvanotechnik LGA Kompetenz-Zentrum Galvanotechnik Tillystraße Nürnberg Tel.: Fax.: Norbert.Distelrath@LGA.de Internet: Datei: Velbert_210605b.ppt TKGT / / Seite 84