Walter Muller. Oberflachenschutzschichten und Oberflachenvorbehand lung

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1 Walter Muller Oberflachenschutzschichten und Oberflachenvorbehand lung

2 Viewegs Fachblicher der Technik Fertigungstechnik Es erscheinen folgende Bande: Zerspantechnik Umformtechnik Stanztechnik GieBtechnik SchweiBtechnik Galvanische Schichten und ihre Prufung Oberflachenschutzschichten und Oberflachenvorbehandlung Werkzeugmasch i nen Vorrichtungsbau MeB- und Pruftechnik

3 Walter MOiler Oberflachenschutzschichten und Oberflachenvorbehandlung Mit 50 Bildern und 23 Tabellen Friedr. Vieweg + Sohn. Braunschweig

4 Dr.-Ing. Walter Millier ist Fachhochschullehrer der Fachhochschule Hagen, Abteilung Iserlohn, Fachbereichsleiter "Physikalische Technik" und Stellvertreter des Rektors der Fachhochschule Hagen. Verlagsredaktion: Alfred Schubert, Willy Ebert ISBN ISBN (ebook) DOl / Alle Rechte vorbehalten Copyright 1972 by Friedl. Vieweg + Sohn GmbH, Verlag, Braunschweig Die Vervielfiiitigung und Ubertragung einzelner Textabschnitte, Zeichnungen oder Bilder, auch fur Zwecke der Unterrichtsgestaitung, gestattet das Urheberrecht nur, wenn sie mit dem Verlag vorher vereinbart wurden. 1m Einzelfall mu]?, iiber die Zahlung einer Gebiihr fur die Nutzung fremden geistigen Eigentums entschieden werden. Das gilt fur die Vervielfiiltigung durch alle Verfahren einschliefllich Speicherung und jede Ubertragung auf Papier, Transparente, Filme, Bander, Platten und andere Medien. Satz: Friedr. Vieweg + Sohn, Braunschweig Druck: E. Hunold, Braunschweig Buchbinder: W. Langeliiddecke, Braunschweig

5 Vorwort In einem Band liber Oberflachentechnik sollten die Vorbehandlung der Werksti.icke, die wichtigsten Verfahren des Oberflachenschutzes und die Prtifung der Schutzschichten behandelt werden. Wegen des sich ergebenden Umfangs wurde eine Aufteilung in die Bande "Galvanische Schichten und ihre Prtifung" und "Oberflachenschutzschichten und Oberflachenvorbehandlung" vorgenommen. Die beiden Bande wollen dem in der Ausbildung stehenden Techniker und Studenten der Ingenieurwissenschaften mit den Methoden und Moglichkeiten des Oberflachenschutzes vertraut machen. Dartiber hinaus wollen sie aber auch dem in der Praxis stehenden Betriebsingenieur in mancherlei Hinsicht eine Hilfe bieten, sei es bei der Wahl des Oberflachenschutzverfahrens oder, wenn es darum geht, Fehlerursachen zu erkennen und zu beseitigen. Theoretische Grundlagen werden soweit behandelt, wie es flir die anwendungsbezogene Darstellung des Stoffes flir erforderlich schien. Die in allen Kapiteln eingestreuten hauptsachlich chemischen Rezepturen und Betriebsbedingungen sind weniger flir den Lemenden als flir den auf den verschiedenen Gebieten praktisch Tiitigen gedacht. In engem Zusarnmenhang mit dem Abschnitt "Phosphatieren" steht der Abschnitt IV, D.6 "Phosphatschichten und ihre Prtifung" des Bandes "Galvanische Schichten und ihre Prtifung". Der Oberflachenbehandlung von Aluminium und seiner Legierungen wurde im Kapitel IV dieses Bandes ein eigener Abschnitt D gewidmet. Neben der Betrachtung der Schichtbildung, der Glanz-, Anodisier-, Farbe- und Verdichtungsverfahren wird auf die Einrichtung eines Anodisierbetriebes nilier eingegangen, wobei die Prtifmethoden als zur Einrichtung gehorend mit behandelt werden. Besonderer Dank gilt einschlagigen Firmen flir die Vberlassung von Bildunterlagen. Herm Dipl,lng. Justus Mundt danke ich flir die Vberlassung der schematischen Darstellung verschiedener Flarnmspritzmethoden. Meinem Kollegen, Herm Dipl.-Chem. Gerhard Kloetz bin ich flir Anregungen beziiglich der Korrosionsprtifungen zu Dank verpflichtet, die im ersten Band behandelt werden. Mogen die Bande dem in der Metallverarbeitung tatigen Techniker und Ingenieur und dem dahin Strebenden eine Hilfe sein. Flir anregende Kritik ist der Verfasser stets dankbar. Iserlohn, im Marz 1972 Dr.-Ing. Walter Miiller

6 I nhaltsverzeichnis I. Schleifen und Polieren 1 A. Mechanisches Schleif en 1 Schleifvorgang 1 Schleifmittel 1 a) Natiirliche Schleif mittel 2 b) Kiinstliche Schleifmittel 2 c) Physikalische Eigenschaften der Schleifmittel 3 d) Komung der Schleifmittel 4 Bindung der Schleifmittel 5 a) Anorganische Bindung 5 b) Organische Bindung 5 4. Schleifscheibe 6 a) Hlirtegrad der Schleifscheibe 6 b) Geflige der Schleifscheibe 7 c) Formen der Schleifscheibe 7 d) Behandlung der Schleifscheibe 9 5. Schleifbiinder 9 6. Diamantwerkzeuge Schleifbearbeitung 11 a) Schleifen mit Schleifscheiben 11 b) Bandschleifen 14 c) Automatisches Schleifen 17 d) Schleif- und Polierhilfsmittel 18 B. Mechanisches Polieren 19 Poliervorgang 19 Poliermittel 19 a) Tripel 19 b) Wienerkalk 20 c) Kreide 20 d) Polierrot 20 e) PoliergrUn 20 f) Tonerde 20 g) Diamant 20 Polierscheiben und Polierbiinder 20 a) Tuchschwabbeln 21 b) Polierringe 21 c) Zungenringe 21 d) Schleif mop 21 e) Polierfllz 21 f) Polierband Automatisches Polieren Polieren von Massengiitem Mattieren und Kratzen 24 a) Kratzen 24 b) Mattieren 25

7 VIII lnhaltsverzeichnis C. Elektrolytisches Polieren Mechanismus des elektrolytischen Polierens Anwendung des elektrolytischen Polierens Polierelektrolyte a) Perchiorsiiure-Essigsiiureanhydrid-Elektrolyt b) Phosphorsiiure-Schwefelsiiure-Elektrolyt II. A. B. Oberflachenreinigung Grobreinigung Mechanische Grobreinigung a) Grobreinigung mittels mechanischer Reinigungsgeriite b) Strahlverfahren Thermische Grobreinigung (Entzunderung) a) Flammstrahlen b) Schutzflammen Chemische Entzunderung a) Beizen und Brennen b) Elektrolytische Entzunderung c) Abwittern Feinreinigung (Entfettung) Organische Feinreinigungsmittel a) Trichloriithylen b) Perchioriithylen c) Emulsionsentfettung Anorganische, alkalische Reinigungsmittel a) Verseifen b) Peptisieren c) Emulgieren d) Zusammensetzung alkalischer Reinigungsmittel Reinigungsverfahren mit alkalischen Losungen a) Abkochentfettung und elektrolytische Entfettung b) Ultraschallreinigung c) Nachbehandlung m. A. Anstrichmitteliiberziige Anstrichmittel, allgemeine Grundlagen Anstrichmittelaufbau a) Aufbau von Alillenanstrichen b) Kostenfragen Filrnbildung a) Polykondensation b) Polyaddition c) Polymerisation

8 lnhaltsverzeiehnis IX B. NatiirHche Bindemittel 73 Anstriehmittel auf 5lbasis 73 a) Naturale 74 b) Veredelte Naturale 74 Naturharzbindemittel 75 a) Nieht veredelte Naturharze 75 b) Veredelte Naturharze 76 c) Cellulosederivate 77 C. Kunstharzbindemittel 77 Polykondensationsharze 78 a) Aldehydharze 78 b) Polyesterharze (Alkydharze) 80 e) Polyamide 81 Polyadditionsharze 81 a) Isoeyanatharze (Polyurethane) 81 b) Epoxydharze 82 Polymerisationsharze 83 a) Polyiithylen 84 b) Polyvinylehlorid 85 c) Aerylat- und Metaacrylatpolymerisate 85 d) Styrolpolymerisate und Misehpolymerisate 86 D. Weitere Bindemittel 86 Kautschukbindemittel 86 a) Cyclokautsehuk 86 b) Chlorkautschuk 86 Siliconanstrichmittel 87 Anstriehmittel auf Teer- und Bitumenbasis Metallpigmentanstrichmittel 88 a) Aluminium 88 b) Zink 88 e) Blei 89 E. Pigmente 89 TeilehengrofJe und Deekflihigkeit 89 Pigmentierungsgrad und Pigmentreaktion 92 Rostschutzpigmente 93 F. Verarbeitung und Trocknung der Anstrichmittel 94 Pinsel teehnik 94 Spritzteehnik 95 a) Einriehtung einer Laekiererei 95 b) Spritzkabinen, Spritzstiinde 95 e) Spritzpistole, Spritzteehnik 96 d) Warm-, Heif.-, Dampf- und Flammspritzen 100 e) Hoehstdruekspritzverfahren (Airless-Spritzen) 100 Elektrostatisehes Spritzverfahren Tauehverfahren und Flutungsverfahren (Flow-coating-Verfahren) Lackierwalzenverfahren 103

9 x Inhaltsverzeichnis Elektrophoretisches Lackieren a) Wasserlosliche Bindemittel b) Grundlagen des Elektrophoreseverfahrens c) Eindringtiefe d) Elektrophoresebetrieb Einbrenntrocknung a) Umluftofen b) Infrarotofen N. A. Weitere Oberfliichenschutzverfahren Mechanische Metallauftragsverfahren MetaIlschmelzentauchverfahren a) Feuerverzinken b) Feuerverzinnen c) Feuerverbleien d) Feuerveraluminieren Metallspritzverfahren a) Spritzverfahren b) Haftgrundvorbereitung c) Gefiige der Spritzschichten d) Nachbehandlung der Spritzschichten e) Anwendung des Metallspritzens f) Normen B. C. Diffusions- und Vakuumabscheidungsverfahren Diffusionsverfahren a) Sherardisieren b) Chromieren c) Alitieren d) Weitere Diffusionsverfahren Vakuumabscheidung von Metallen und Metallverbindungen 130 a) Vakuumbedampfung 130 b) Kathodenzerstllubung 136 Chemische Schutzschichterzeugung 139 Phosphatieren 139 a) Vorgiinge bei der Phosphatierung 139 b) Kinetik der Phosphatschichtbildung 141 c) Phosphatschichten 142 d) Diinnschichtphosphatierung 142 e) Phosphatieren mittels wasserfreier LOsungen 143 f) Durchfiihrung der Phosphatierung 144 Chromatieren 144 Stromlose Metallabscheidung 146 a) Ionenaustauschverfahren 147 b) Reduktionsverfahren 147

10 Inhaltsverzeichnis XI D Oberflachenbehandlung von Aluminium und seiner Legierungen Chemische Oxydationsverfahren a) B6hmitverfahren b) MBV-Verfahren c) EW-Verfahren d) Weitere chemische Oxydationsverfahren Vorbehandlung fur elektrochemische Oxydationsverfahren a) Werkstoffe und ihre Auswahl b) Mechanische Oberflachenbehandlung c) Beizen Glanzverfahren a) Erftwerkverfahren b) Alupol-IV-Verfahren c) LPW-Verfahren Eloxalverfahren (Anodisierverfahren) a) Aufbau und Struktur der Eloxalschichten b) Gleichstrom-Schwefelsaureverfahren c) G leichstrom-schwefelsaure-oxalsaureverfahren d) Oxalsaureverfahren e) Chromsaureverfahren Spezielle Eloxalverfahren a) Verfahren zur Farbanodisation b) Ematalverfahren c) Hartanodisieren d) Band- und Masseneloxieren Allgemeine Bemerkungen zum Eloxieren Fiirben von Aluminium und von oxydiertem Aluminium a) Fiirben von Aluminium b) Fiirben von chemisch erzeugten Aluminiumoxidschichten c) Farben von anodisch erzeugten Aluminiumoxidschichten d) Eloxalschicht als Trager lichtempfindlicher Stoffe Verdichten (Sealen) der Eloxalschichten a) Heiliwasser- und Dampfverdichtung b) Nickelacetat- und Nickelacetat-Kobaltacetat-Verdichtung c) Bichromatverdichtung Eloxierfehler Ausstattung der Anodisierbetriebe a) Allgemeine Betriebsanlage b) Organisation Priifmethoden und Verfahren a) Schichtdickenmessung b) Kontrolle der Verdichtung c) Priifung der Farbeindringtiefe d) Priifung der Lichtbestandigkeit Sachwortverzeichnis