Ein Leitfaden. Oberflächenveredelung von Aluminium. 1 Grundsätzliches

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1 Oberflächenveredelung von Aluminium Ein Leitfaden 1 Grundsätzliches Der Werkstoff Aluminium ist aus unserem täglichen Umfeld nicht mehr wegzudenken. Außenbewitterte Bauteile wie Fassadenverkleidungen oder tragende Konstruktionen von Wintergärten, Innenanwendungen bei Messebausystemen, Systemkomponenten für die Fahrzeug- und Luftfahrtindustrie, Verkleidungen von Haushaltsgeräten oder Bilderrahmen - eine vollständige Aufzählung der Anwendungsbereiche von Aluminium und seinen verschiedenen Legierungen scheint schier unmöglich. - Metallfassaden - Automobil- und Kfz-Teile - Schiffsausstattungen - Flugzeugbau - Krankenhauseinrichtung - Labormöbel - Schulmöbel - Büromöbel - Rohrleitungen - Maschinenteile - Stahlflaschen - Beschläge - Werkzeuge - Waschmaschinen - Geschirrspüler - Kühl- und Gefriergeräte - Haushaltsgeräte - Deckenplatten - Lampen - Innenverkleidungselemente - Ladenbau - Regalbau - Radiatoren - Spielzeug - Metallkästen Zwar mit durchaus unterschiedlichen Anforderungen an die Schutzfunktion, verfolgt die Oberflächenveredelung von Aluminium jedoch immer die grundlegend gleichen Ziele: - Schutz und Erhaltung der Oberfläche - Gezielte Verbesserung der Werkstoffeigenschaften (z.b. Verschleißfestigkeit, Oberflächenhärte, Gleitfähigkeit) - Gestaltungsmöglichkeiten durch Finish und Farbe Irrerstr Nürnberg Telefon (0911) Seite 1 von 8

2 Dieser Leitfaden soll allen, die sich mit dem Werkstoff Aluminium befassen, Basiswissen für die Auswahl der anforderungs- und werkstoffgerechten Oberflächenbehandlung vermitteln. Wenn nämlich, wie es beim Schutz von Aluminiumoberflächen der Fall ist, international anerkannte Qualitätsstandards die langfristige Kundenzufriedenheit sichern, wenn technische, ökonomische und ökologische Anforderungen voll erfüllt sind, dann lassen sich durch entsprechende Abklärungen schon im Vorfeld einer Entwicklung Anwendungsfehler vermeiden. 2 Ein Verband für die Oberfläche Das Organ, welches die führenden Aluminium-Veredler in Deutschland vertritt, ist der VOA, der Verband für die Oberflächenveredelung von Aluminium e.v. Mit Sitz in Nürnberg, führt er die Fachunternehmen zusammen, die zum einen als Veredler mit Ihrem Oberflächen-Know-how ihr spezielles Metier beherrschen, zum anderen auch die wesentlichen industriellen Lieferanten, die mit ihren Fachkenntnissen die entsprechend fundierte Unterstützung von der Materialseite her bieten. 3 Aluminium ein Werkstoff mit Qualitäten Aluminium ist das in seinen Grundbestandteilen auf der Erde am häufigsten vorkommende Metall: es wird in der Hauptsache gewonnen aus Bauxit, dessen Vorkommen meist nahe unter der Oberfläche liegen und deshalb relativ einfach abzubauen sind. Die besonderen Vorzüge dieses Metalls, die es für eine Vielzahl von Anwendungen so interessant macht, liegen vor allem in der günstigen Konstellation von hoher Festigkeit bei gleichzeitig niedrigem Gewicht, einer Eigenschaft, die sich insbesondere durch diverse Legierungen noch wesentlich optimieren und auf den jeweiligen Anwendungsfall abstimmen lässt. Zudem kann der Werkstoff gegossen, gewalzt, geschmiedet und gepresst werden und eröffnet so fast unbegrenzte Möglichkeiten in der Formgebung. Die so erzeugten unterschiedlichen Oberflächen werden dann abschließend behandelt, um ihren an sie gestellten Anforderungen gerecht zu werden: Anforderungen an Finish, Farbe und Beständigkeit. Irrerstr Nürnberg Telefon (0911) Seite 2 von 8

3 4 Aluminiumoberflächen die Veredelungsverfahren Je nachdem, ob metallische Oberflächen gewünscht sind, ob Farbe oder Struktur die größere Rolle spielen, ob Klimaeinflüsse dem künftigen Produkt zusetzen werden, ob größtmöglicher Schutz gewünscht wird oder ob besondere Anforderungen an die mechanische Widerstandskraft zu stellen sind: die Oberflächenspezialisten - und um solche handelt es sich bei den Mitgliedern des VOA haben für jede Aufgabenstellung das optimale Veredelungsverfahren, immer in Verbindung mit der passenden Vorbehandlung. Zwei grundsätzliche Möglichkeiten bieten sich für die Veredelung von Aluminiumoberflächen: - Anodisieren - Pulverbeschichten 4.1 Anodisieren Anodisieren oder anodische Oxidation ist ein elektrolytisches Verfahren, das eine chemisch stabile Oxidschicht auf der Oberfläche des Aluminiums erzeugt. Die Schicht ist hart, porös, transparent, elektrisch nicht leitfähig und bildet einen integralen Teil des Aluminiums, so dass sie nicht abblättern oder abplatzen kann. Ist die Oxidschicht erst einmal erzeugt, kann sie anschließend auf eine Reihe von Arten eingefärbt werden, ehe sie zum Schluss noch verdichtet wird. Die Schichtdicken sind abstufbar und variieren von 5 Mikron bis 20 Mikron. Dekorative Zier- sowie Biegeteile liegen meist bei 5 Mikron-Schichtdicken, während 10 oder 15 Mikron gewöhnlich für Innenanwendungen eingesetzt werden. Außenanwendungen erfordern eine Schichtdicke von 20 Mikron. Die sogenannte Voranodisation ist ein abgewandeltes Verfahren, welches sich als Vorbehandlung für die Pulverbeschichtung etabliert hat. Es wird vor allem dort eingesetzt, wo ungünstige Umwelteinflüsse einen erhöhten Schutz gegen Korrosion speziell gegen die Filiformkorrosion erforderlich machen Das Verfahren Das Verfahren beginnt mit chemischem Reinigen, Entfetten und gegebenenfalls Beizen. Dies gibt der Oberfläche des Aluminiums ein mattes Aussehen, das durch die anodische Schicht sichtbar ist. Die anodische Schicht wird durch Eintauchen des Aluminiums in ein Bad mit verdünnter Schwefelsäure und unter Einwirkung elektrischen Stroms erzeugt. Irrerstr Nürnberg Telefon (0911) Seite 3 von 8

4 Da die Schicht porös und transparent ist, kann sie elektrolytisch oder mit organischen Farbstoffen eingefärbt werden. Abschließend wird das Metall durch kontrollierte Hydratation in kochendem destilliertem Wasser verdichtet Die Möglichkeiten der Farbgebung Alle anodisierten Oberflächen haben ein satinmattes Aussehen, es sei denn, als Vorbehandlung wurde eine mechanische Vorbehandlung (Schleifen, Bürsten, Polieren - u.u. in Kombination) oder chemisches Glänzen anstelle des Beizens gewählt. Naturfärbung (C0): ist eine klare, transparent anodisierte Schicht, der den silbrigen, natürlichen Glanz von Aluminium zeigt. Sie eignet sich vor allem für Produkte, bei denen der metallische Charakter des verwendeten Materials verdeutlicht werden soll. Organisches Färben: Bei diesem Färbeverfahren werden die Farbtöne von Hellgold (EV 2) und Messing (EV 3) erzeugt. Elektrolytisches Färben (C31 bis C35): ermöglicht die Herstellung einer Reihe von Farben zwischen hellbronze bis schwarz. Die Farbe wird durch Einlagerung von Zinn oder Kobalt in den Porenboden der anodischen Schicht erzeugt. Diese Substanzen absorbieren den blauen Anteil des einfallenden Lichts, so dass ein Bronze Ton reflektiert wird. Da die Färbung durch atomisch kleinen Partikeln hervorgerufen wird, ist sie absolut lichtbeständig. Interferenz Färben: ermöglicht ein Spektrum von Farben von stahlblau bis grau. Diese werden durch Licht-Interferenz hervorgerufen, die durch die Einlagerung von Salzen in den Boden vergrößerter Poren in der anodischen Schicht erfolgt. Auch hier wird die Farbe durch einen optischen Effekt erzeugt, der von der Partikel- Größe abhängt und damit vollkommen lichtbeständig ist. Kombinations- Färben (C61 bis C65): Eine große Vielfalt von Farbtönen wie Blau, Rot, Türkis, Grün und Orange kann durch die Kombination von elektrolytisch hergestellten Bronzetönen mit lichtechten organischen Farbstoffen hergestellt werden. Kombinationsfärbungen sind weitgehend farbbeständig. Zusätzliche Gestaltungsmöglichkeit der Oberflächen ergeben sich durch mechanische Vorbehandlungen wie Schleifen und Bürsten. Irrerstr Nürnberg Telefon (0911) Seite 4 von 8

5 Oberflächen-Vorbehandlung E 0 - technisch anodisiert E 1 - geschliffen und anodisiert E 2 - gebürstet und anodisiert E 3 - poliert und anodisiert E 4 - geschliffen, gebürstet und anodisiert E 5 - geschliffen, poliert und anodisiert E 6 - chemisch vorbehandelt und anodisiert 4.2 Pulverbeschichten Die Pulverbeschichtung ermöglicht farbstabile Schichten auf Bauteilen. Der eingesetzte Pulverlack erzeugt harte, stabile und haltbare Oberflächen. Sie bieten nicht nur hohen Schutz gegen Witterungseinflüsse und UV-Strahlung, sondern auch Beständigkeit gegenüber den verschiedensten Chemikalien. Gerade die Möglichkeit der anwendungsorientierten Optimierung der verwendeten Pulver erlaubt ganz spezielle Oberflächenlösungen für jeden denkbaren Einsatzbereich. Von Pulverherstellern wurde ein großes Spektrum von Pulvern in unterschiedlichen Farben, Glanzgraden und Metallic-Pulvern entwickelt. Die Pulverbeschichtung eröffnet Bauteilen somit eine enorme Farbvielfalt. In erster Linie bestimmt die Qualität des Pulvers die Haltbarkeit der Beschichtung. Die Haftung des Lacks ist von der Vorbehandlung des Aluminiums und einer sorgfältig überwachten Pulver Aushärtung abhängig. Irrerstr Nürnberg Telefon (0911) Seite 5 von 8

6 Pulverbeschichtungen sollten nur durch anerkannte Fachbetriebe durchgeführt werden, die eine geeignete Anlage mit prozeßgerechter Vorbehandlung und einer gesicherten Qualitätskontrolle verfügen Das Verfahren Vorbehandlung ist die Vorbehandlung der Aluminium-Oberfläche in einem mehrstufigen Tauch- oder Sprühverfahren. Das Aluminium wird gereinigt, gebeizt und neutralisiert, ehe die Oberfläche mit einem passiven Film versehen wird, der als Konversionsschicht zur Haftung des Pulverlacks dient. Die Kontrolle von Konzentrationen der eingesetzten Medien und deren Temperaturen ist obligatorisch. Pulveraufbringung erfolgt durch elektrostatisches Sprühen. Trockenes Pulver wird durch Luft i.d.r. mehreren Sprühpistolen zugeführt, die eine elektrostatische Ladung an die Pulver-Partikel weitergeben, so daß diese am Aluminium haften. Pulver, das nicht auf das Werkstück aufgebracht wird, kann gesammelt und dem Kreislauf wieder zugeführt werden. Aushärtung ist die überwachte Erwärmung der Bauteile auf ca. 200 C, wodurch eine Vernetzung der Pulverpartikel und deren Haftung hervorgerufen wird. Die Verweilzeit des Materials bei hohen Temperaturen muß an die verschiedenen Produkte und die eingesetzten Pulver angepasst werden Die Möglichkeiten der Farbgebung Pulverbeschichtungen sind in fast allen Farben möglich (z.b. RAL, RAL Design, NCS, Sikkens, DB-Farben (Eisenglimmer), BS 4800 u.v.m.). Eine große Palette an glänzenden, seidenmatten und matten Oberflächen ist in den meisten Farben verfügbar. Außerdem können metallic- und strukturierte Oberflächen geliefert werden. 5 Dauerhafte Oberflächenqualität - Reinigung und Pflege Jede noch so gute Oberfläche braucht Pflege. Diese erhält nicht nur das Aussehen, sondern sie trägt auch ganz entscheidend zur Lebensdauer bei. Für eloxierte wie auch für pulverbeschichtete Aluminiumoberflächen halten die Veredelungsbetriebe entsprechende Reinigungs- und Pflegeanleitungen bereit. Auch die dazu erforderlichen Reinigungsmittel und hilfsmittel, Reparatursets für kleine Beschädigungen und dergleichen mehr können meist dort bezogen werden. Irrerstr Nürnberg Telefon (0911) Seite 6 von 8

7 6 Ökologische Gesichtspunkte Aluminium- Oberflächen sind umweltfreundlich. Aluminium kann zu 100% ohne Qualitätsverlust wiederverwertet werden und wichtig (!) es kann unendlich oft (!) wiederverwertet werden. Pulverbeschichtungen haben gegenüber Naßlackierungen den Vorteil einer hochwertigen Oberfläche ohne Verwendung von Lösungsmitteln, so daß keine Emissionen entstehen. Nicht haftendes Pulver (Over Spray) kann wiederverwertet werden. Die Anodisierung nutzt wässrige Lösungen, die chemisch neutral abbaubar sind. Reststoffe sind aufgrund der von Unternehmen der Aluminium Oberflächen Industrie initiierten Forschungen heute in Stoffkreisläufe eingebunden. Beispielsweise werden Aluminium Hydroxid und Beizüberschüsse aus Anodisierbetrieben als Fällungsmittel in kommunalen Kläranlagen eingesetzt, die den Bezug wasserbelastender und teurer Einsatzstoffe überflüssig machen. Die Öko-Bilanz für die Oberflächenbearbeitung von Aluminium zeigt: 1. Aluminium ist ohne Qualitätsverlust für den Kunden unendlich wiederverwertbar. 2. Durch die Oberflächenbehandlung von Aluminium wird hinsichtlich Korrosionsschutz, Optik, Haltbarkeit, Pflege und Wiederverwertbarkeit von Aluminiumoberflächen ein Produktnutzen erzielt, der den Einsatz der benötigten Materialien rechtfertigt. Aluminium-Oberflächen sind technisch ohne ökologische Nachteile handhabbar, vorausgesetzt, die Oberfläche wird von einem für die Behandlung seiner Reststoffe anerkannten Fachbetrieb ausgeführt. 7 Qualitätssicherung Maßstab Gütezeichen Hochqualitative Oberflächen mit all ihren Vorteilen sind nur zu gewährleisten, wenn der Anbieter - durch korrekte Ausführung sicherstellt, dass die Oberfläche vorschriftsgemäß aufgebracht wird, - durch eine rigorose Qualitätskontrolle sicherstellt, dass die Oberfläche den jeweiligen Anforderungen entspricht. Einen Maßstab dafür stellen die Gütezeichen dar, die nach strengen Leistungsspezifiaktionen und prüfungen vergeben werden. Hierbei werden nicht nur die eingesetzten Materialien (etwa Chemikalien und Pulver), sondern auch die Ausführung der Oberflächenveredelung vorgeschrieben und laufend überwacht. Irrerstr Nürnberg Telefon (0911) Seite 7 von 8

8 Die Einhaltung der qualitätsrelevanten Parameter wird neben der kontinuierlichen Selbstüberwachung regelmäßig durch einen unabhängigen externen Sachverständigen überprüft. Diese Prüfungen erfolgen unangemeldet während der regulären Produktion. Für Eloxaloberflächen sind das QUALANOD und GAA (Gütegemeinschaft anodisiertes Aluminium) in Nürnberg. Für pulverbeschichtete Oberflächen sind das QUALICOAT in Nürnberg, und GSB INTERNATIONAL (Gütegemeinschaft für die Stückbeschichtung von Bauteilen) in Schwäbisch Gmünd. Irrerstr Nürnberg Telefon (0911) Seite 8 von 8