Referat Beschichten - Beschichten aus dem gas- oder dampfförmigen Zustand

Beschichten

Die Fertigungsverfahren dieser fünften Hauptgruppe werden in vier Gruppen eingeteilt (Abbildung .

Unter Beschichten versteht man ganz allgemein das Aufbringen einer dünnen Schichte eines anderen Werkstoffes auf einen Grundwerkstoff. Diese Beschichtung hat in den meisten Fällen die Aufgabe, vor Korrosion oder vor Angriffen von Atmosphärilien zu schützen. sie hat aber auch dekorative Aufgaben oder soll die Weiterverarbeitung erleichtern bzw. ermöglichen.

Abbildung 1 - Einordnung des Beschichtens in die Fertigungsverfahren

Beschichten aus dem gas- oder dampfförmigen Zustand

Flammgrundieren

Die Oberfläche wird mit einer Sauerstoffazetylenflamme "passiviert", wobei viele kleine Flämmchen nebeneinander in einem besonders konstruierten Brenner brennen. Dadurch erreicht man eine Verbesserung des Haftgrundes für einen nachfolgenden Anstrich.

Diffusionsverfahren

Das Werkstück wird in einer Mischung des pulverförmigen Überzugmetalls in Gegenwart von Salzen, Übertragungsstoffen und Sand eingebettet. Bei höheren Temperaturen diffundieren Moleküle des Überzugsmetalls in das Grundmetall und bilden eine Legierungsschicht, die die Oberfläche schützt, besonders widerstandsfähig ist gegen Beschädigung, Abblättern und Verformung. Genannt seien folgende Verfahren:

 Sheradisieren

Stahl in Zinkpulver und Quarzsand 2 bis 4 Stunden bei 0 K 0 °C) trommeln.

 Kalorisieren (Alitieren)

^{Stahl in Alupulver und Al und Chlorammonium 1 bis 3 Stunden bei 1 0 K 0 °C) glühen.}

 Alumentieren

Mit Aluminiummetall spritzen, dann 4 Stunden bei 1 00 K 30 °C) glühen.

Tauchalitieren

In Alubad tauchen, dann bei 0 K 0 °C) glühen.

 Inchromieren

Stahl mit Chromchlorid umgeben, bei 0 K 0 °C) glühen, Schichtdicke ca. 1 mm.

Vakuumdampfverfahren

Kathodenzerst ubung

Im Vakuum treten freie Atome des Überzugsmetalls aus festen oder flüssigen Metallen aus und breiten sich geradlinig wie ein Lichtstrahl aus, sie bleiben auf festen Körpern haften. Sie treffen dort mit großer Energie auf. Die aus der Kathode austretenden Metallatome können auch mit dem Restgas chemisch reagieren.

Hochvakuumaufdampfverfahren

Bei diesem Verfahren erfolgt das Loslösen der Atome durch thermische Energie. Die Temperaturen liegen über 300 K. Die Trägerwerkstoffe sind aber an der Reaktion nicht beteiligt, dieses Verfahren ist auch für Nichtmetalle (Papier und Kunststoffe) anwendbar (Spiegelbelegung, Reflektoren, Kunststoffleuchten).

Beschichten aus dem flüssigen, breiigen oder pastenförmigen

_Zustand

Schmelztauchverfahren

Das Schmelztauchverfahren ist eines der ältesten Verfahren zur Herstellung metallischer Überzüge. Das Grundmetall wird nach sorgfältiger Reinigung in einem Bad aus geschmolzenem, flüssigem Überzugsmetall eingetaucht.  Es  können deshalb nur Metalle mit niedrigem Schmelzpunkt als Beschichtung verwendet werden.

Naßverzinken

Die geheizten Werkstücke werden gespült und gehen durch Salmiak in den Zinkkessel. Der Salmiak spielt hier die Rolle eines Flußmittels (Abbildung 2).

_{Abbildung 2 - Naßverzinken}

Trockenzinkverfahren

Beim Trockenzinkverfahren werden nur trockene Werkstücke in den Zinkkessel eingebracht und hinterher sofort abgekühlt. Die Zinkschicht ist hier sehr dünn, die Werkstücke sind hinterher biegefähig, ohne daß die Zinkschicht reißt (Abbildung 3 .

Abbildung 3 - Trockenzinkverfahren

Sendzimirverfahren

Bei diesem großtechnischen kontinuierlichen Verzinkverfahren wird zuerst im Ofen eine dünne Oxidschichte erzeugt, die anschließend mit Ammoniak reduziert wird. Dadurch entsteht eine gleichmäßige Verbindung zwischen dem Metall und dem Zinküberzug.

Feuerverzinnen

Dieses ist noch älter als das Schmelztauchverzinken. Bei einem Schmelzpunkt von 5 K 2 °C) bildet sich ein dünner Zinnüberzug, auch die Eisenzinnlegierung, die zwischen Zinn und Stahl liegt, ist verhältnismäßig dünn.

Bei Blechen sprechen wir von Weißblech. Verzinnte Gegenstände sind von allem für die Nahrungs- und

Genußmittelindustrie sowie für die Verpackung von besonderer Wichtigkeit. Die Teile werden nach sorgfältiger Reinigung der Oberfläche durch eine Flußmitteldecke in das Zinnbad eingetaucht.

Auch  das Verzinnen von Gußeisen ist möglich, hier ist eine genaue Vorbehandlung durch Beizen unbedingt notwendig (der Graphit muß aus der Oberfläche entfernt werden). Feuerverzinnt werden Bleche, Bänder und Drähte, es gibt hiefür eigene Anlagen.

Aluminiumbeschichten

Hier wird in der gleichen Weise nach einem Schmelztauchverfahren gearbeitet. Die Temperatur des ^{Aluminiumbades beträgt 948 K (675 °C). Im Stahl bildet sich eine AI}3^{Fe- und AI Fe Zwischenschicht, die} spröd ist, darüber eine dünne Aluminiumschicht.

Feuerverbleien

Da sich auf der Oberfläche keine Bleieisenlegierung bildet, muß eine Zwischenschicht erzeugt werden, oder dem Blei müssen Zusätze (Antimon oder Zinn) hinzugegeben werden.  Verbleiung ist nur dort statthaft, wo die Werkstücke nicht mit Menschen oder mit menschlicher Nahrung in Berührung kommen, z. B. bei Gasmessern.

(Metall-)Spritzverfahren

Bei Teilen, die nicht eingetaucht werden können, d. h. bei großen Konstruktionsteilen oder im Freien,- muß,

dieses Verfahren angewendet werden.

Metalle werden in Draht- oder in Pulverform einem besonders konstruierten Brenner (er wird auch Spritzpistole genannt) zugeführt, werden in ihm geschmolzen und die schmelzflüssigen Tropfen mittels Druckluft oder mittels der Heizgase auf das Grundmetall geschleudert. Aber auch auf Kunststoffen, Baustoffen und Papier ist es möglich, einen Metallüberzug anzubringen.

Verspritzt werden Zink, Aluminium, Blei, Kupfer, auch rostfreie Stähle, aber auch Spezialstahllegierungen mit hoher Verschleißfestigkeit und keramische Stoffe. Molybdän wird als Grundschicht verwendet. Die Oberfläche muß rauh sein. Die auf das Grundmetall auftreffenden Tröpfchen verklammern sich mechanisch in ihm und die nächsten wieder in diesen.

Mit Stahl gespritzte Oberflächen bilden einen guten Untergrund für Lackierungen, sie können durch mechanische Nachbehandlungen verdichtet und geglättet werden. Man erhält hier einerseits einen guten Korrosionsschutz, andererseits aber auch Schutz gegen Verschleiß auch an örtlich begrenzten Stellen,

z.B. bei Erneuerung von Gleitflächen.

Organische Überzüge (Anstriche)

Anstrichstoffe verwendet man zum Schutz, aber auch zum schöneren Aussehen der Werkstücke. Auch die Lebensdauer und das Aussehen von Bauten, Anlagen und Geräten sowie Maschinen und Fahrzeugen, Möbeln usw. hängen oft entscheidend von der Güte des organischen Anstriches ab.

Anstrichstoffe  sind flüssig,  breiig oder teigig und bestehen aus den sogenannten Pigmenten und/oder

Farbstoffen, dem Bindemittel, weiters benötigt man Verdünnungsmittel und Zusatzstoffe.

Pigmente

Man unterscheidet:

 Anorganische Pigmente

Erdfarben,  Zinkweiß, Bleimennige, Kobaltblau, Zinnober, Ultramarin, Chromgelb, um nur einige zu nennen.

Metallische Pigmente

Aluminiumpulver, Zinkpulver. Schwarze Pigmente: Ruß.

 Organische Pigmente

Teerfarbstoffe, Anilinfarben, Pflanzen- und Tierfarbstoffe.

Bindemittel

Bindemittel halten die Pigmente zusammen und haften am Untergrund. Sie sind auch für die Oberfläche des fertigen Anstriches verantwortlich.

Man unterscheidet physikalisch trocknende Bindemittel (durch Verdunstung des Lösungsmittels) und durch

chemische Reaktion trocknende Bindemittel (z. B. durch Oxidation).

Die rein physikalisch trocknenden Bindemittel nehmen an Bedeutung ab. Hierher gehören die Nitrolacke, Chlorkautschuklacke.

Durch chemische Reaktion trocknende Bindemittel werden in immer stärkerem Maße angewendet (Epoxidharze, Polyurethanharze usw.). Bei ihnen genügt meist die Lufttrocknung, während Phenolharze und Harnstoffharze eine Ofentrocknung benötigen.

Die wichtigsten, mit Wasser nicht verdünnbaren Bindemittel sind Öle, die durch Oxidation trocknen, wie z. B. Leinöl. Es wird hauptsächlich für die sogenannten Ölfarben, aber auch beim Glaserkitt verwendet. Für Mauerwerke werden meist wäßrige Bindemittel gebraucht oder wäßrige Kunstharzdispersionen.

Lösungs- und Verd nnungsmittel

Diese Mittel sollen die Anstrichmittel für die Verarbeitung in eine geeignete Viskosität überleiten. Lackbenzin oder Testbenzin, Terpentinöl, Xylol eignen sich für lufttrocknende Lacke, Toluol, Benzol und Alkohole für ofentrocknende Lacke, Ketone und Ester für physikalisch trocknende Lacke.

Zusatzstoffe

Diese werden den Lacken und Harzen beigegeben, um Dehnbarkeit oder eine schnellere Trocknung oder bessere Zähigkeit zu erhalten. Dazu zählen Weichmacher, Silikate oder Trocknungsstoffe, Härter und Spezialzusätze, wie Netzmittel und Mattierungsmittel usw.

Anstriche

Man unterscheidet farblose Anstrichstoffe, transparente Anstrichstoffe und pigmentierte Anstrichstoffe. Das können Ölfirnisse, Ölfarben, Lackfarben oder auch Lacke, Kunstharzlacke bzw. Kunstharzfarben sein. Im allgemeinen werden die Lacke und Farben nach dem Bindemittel oder nach dem Verwendungszweck eingeteilt, wie Ölfarben, Bitumenlacke,  Epoxidharzlacke oder Bautenanstriche, Autolacke, Metallschutzlacke, Isolierlacke usw.

Nach der Vorbehandlung, d. h. nach der Untergrundvorbehandlung, wird in den meisten Fällen ein Grundanstrich aufgebracht, von seiner Haftung hängt der spätere Lackanstrich ab. Dann wird gespachtelt, anschließend meist geschliffen, dann werden Zwischenanstriche zur Erzielung einer ausreichenden Schichtdicke bzw. Oberflächenglätte durchgeführt, zuletzt kommt der Schlußanstrich oder Deckanstrich.

Die gesamte Schichtdicke des Anstrichsystems muß größer sein   als die größte Rauhtiefe des

Untergrundes. Es dürfen keine Spannungen zwischen den einzelnen Schichten auftreten.

Bei Stahl wird als Grundanstrich meistens Bleimennige mit l verwendet oder Alkydharz oder andere reaktive Grundanstriche als Haftgrund.

Die Verarbeitungsverfahren der Anstriche

Diese Verfahren richten sich nach dem Gegenstand sowie nach dem Umfang der Produktion.

Streichen

Das Streichen mit Pinsel oder Bürste ist immer noch das üblichste Verfahren (etwa , obwohl der

Zeitaufwand sehr erheblich ist.

Spritzverfahren

Ein schnelles und einfaches Lackieren. Der Lack muß genau auf das Verfahren, das verwendet wird, eingestellt werden. Man unterscheidet Hochdruckspritzen (etwa 2 bis 5 bar), die Luft reißt den Lackstrahl mit sich. Beim Niederdruckspritzen nur 1 bar) ist die Zerstäubung nicht so fein, aber der Lackverlust ist geringer.

 AerosoIspritzverfahren

heute üblich für kleine Mengen und für den Haushalt.

 Luftloses Spritzen

Es ist dies ein Höchstdruckspritzverfahren,  das mit 0 bis 0 bar arbeitet. Die Austrittsdüse hat etwa

mm Durchmesser, der Stahl zerreißt beim Austreten in feinste Tröpfchen.

 Heißspritzverfahren

Beim Heißspritzverfahren wird der Lack bis auf 360 K (90 °C) vorgewärmt, dadurch ist der

Lösungsmittelbedarf wesentlich geringer. Auch der Druck kann niedriger gehalten werden.

 Elektrostatisches Spritzen

Beim elektrostatischen Spritzen werden , die Lacktröpfchen elektrisch geladen. Das Werkstück saugt sie direkt an, es gibt keinen Lackverlust durch Nebel.  Heute wird meist eine elektrostatische Zerstäubung an rotierenden Kanten durchgeführt.

Tauchen

Das gesamte Werkstück wird in ein Lackbad eingetaucht. Der überflüssige Lack tropft ab. Beim Fluten oder auch beim Gießen werden die Gegenstände mit

Lack überzogen, die überflüssige Lackmenge tropft ab.

Walzlackieren

Es wird für große Flächen angewendet, um Lack zu sparen.

Trommellackieren für kleine Teile

Nach der Lackierung muß das Werkstück trocknen; entweder das Lösungsmittel verdunstet oder der Lack oxidiert. Die Trocknung erfolgt bei höheren Temperaturen in Trockenkanälen oder Trockenöfen. Man unterscheidet  Konvektionstrocknung durch umgewälzte  warme Luft oder Infrarottrocknung durch Bestrahlung der einzelnen Werkstücke.

Beschichten von Papier und Textilien

Durch Beschichten kann man diese Werkstoffe undurchlässig gegen Wasser, Öle und Fette machen. Außerdem wird ihre Widerstandsfähigkeit gegen mechanische Beanspruchungen erhöht. Meist werden mehrere Beschichtungen hintereinander aufgetragen, der Vorstrich soll gut haften, der Mittelstrich ist der Träger der Beschichtung (er enthält Farb- und Füllstoffe) und der Schlußstrich gibt das endgültige Aussehen.

Die Stoff- oder Papierbahnen laufen unter einem Rakel hindurch, das die Beschichtungsdicke festlegt. Man unterscheidet Walzrakel, Gummituchrakel, Beschichtung durch Walzen oder durch Breitschlitzdüsen.

Die Maschinen werden meist Streichmaschinen genannt.

Beschichten aus dem breiigen oder pastösen Zustand

Emaillieren

Auf die saubere und leicht aufgerauhte Oberfläche wird eine breiige Masse aus anorganischen, nichtmetallischen Stoffen aufgetragen und im Brennofen eingebrannt.

Email besteht aus einem Gemisch von Silikaten, Boraten und Aluminaten sowie weiteren Rohstoffen. Das Grundemail enthält bestimmte Haftoxide, um eine gute Bindefähigkeit mit dem Metall zu erreichen. Das Werkstück wird in die Schlichte getaucht, sie wird mit dem Pinsel aufgetragen oder aufgespritzt, getrocknet und bei etwa 1170 K (900 °C) eingebrannt.  Dann folgt die Deckemailschicht. Sie wird puderartig aufgebracht oder aufgespritzt und anschließend eingebrannt. Das Deckemail hat niedrigere Schmelztemperaturen als das Grundemail.

Email ist eine anorganische, durch Fritten (Schmelzen) entstandene, glasartig erstarrte, meist getrübte Masse. Emailüberzüge bestehen meist aus mehreren Schichten auf dem metallischen Werkstoff. Selbstverständlich können Emailüberzüge auch bunt oder mit Bildern verziert werden, z. B. Badewannen, Emailgeschirr, Emailschmuck. Email ist besonders empfindlich gegen Schlag und Wärmespannungen.

Überzüge aus feuerfesten, keramischen Stoffen

Raketen, Düsenflugzeuge und Atomreaktoren sind nur möglich, wenn Werkstoffe bzw. Schutzverfahren für hochhitzebeständige Beanspruchungen vorhanden sind. Manche keramische Stoffe besitzen hohe Warmfestigkeit, Verschleißfestigkeit, Härte- und Zunderbeständigkeit. Sie werden deshalb als Überzüge zum Korrosions- und Zunderschutz eingesetzt.

In Breiform oder in Pastenform werden Karbide, Boride und Silicide aufgetragen, auch Fritten, in denen

Keramik und Metall gemischt sind, sind vorhanden. Man spricht von Cermet (ceramic and metall).

Beton

Streichfähiger, in Wasser angerührter Zement reagiert alkalisch und schützt nicht nur den Stahl, sondern beseitigt auch dünne Rostschichten und haftet sehr gut am Stahl. Er wird im Schiffbau verwendet, auch für Boiler-Innenwandauskleidungen usw. Sind dickere Auflagen erwünscht 4 bis 5 cm , wird das Torkret- Spritzverfahren für Zementmörtel angewendet.

Wasserglas-Isolierungsschichten für Stahl, Nickel, Kupfer

Wasserglashaltige Anstriche auf der Basis des Kaliumsalzes werden auf die Metalloberflächen aufgebracht (Inveron-Verfahren). Wasserglaslösungen erhöhen auch die Widerstandsfähigkeit von Beton gegen organische Säuren (Huminsäuren).