Beim Anodisieren handelt es sich um die Oxidation eines Metalls in einem Elektrolyten, die zur Bildung einer Oxidschicht auf der Metalloberfläche führt.
Es handelt sich um eine der wichtigsten Methoden zur Oberflächenveredelung von Metallen und fällt in die Kategorie der Oberflächenbeschichtungsverfahren. Besonders häufig wird es bei Aluminium und seinen Legierungen eingesetzt.
Was ist Aluminiumanodisierung?
Beim Anodisieren von Aluminium entsteht durch Anlegen von elektrischem Strom eine Oxidschicht auf der Oberfläche. Während des Elektrolyseprozesses setzen Hydroxidionen (OH⁻) im Elektrolyten Elektronen an der Anode frei, wodurch Wasser und Sauerstoff entstehen.
Dieser entstehende Sauerstoff reagiert dann mit dem Aluminium und erzeugt eine dickere Schicht aus Aluminiumoxid (Al₂O₃).
Aluminiumteile werden eloxiert, dann gefärbt und versiegelt, um gefärbte Produkte zu erhalten, die sich durch hohe Verschleißfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit auszeichnen.
Aluminium-Eloxierfluss
#1. Festes Aluminiumteil:
Um einen guten elektrischen Kontakt zu gewährleisten, muss das Werkstück sicher auf der Zahnstange befestigt werden. Industriell werden hierfür verschiedene vorgefertigte Zahnstangen verwendet, typischerweise aus Titan oder Aluminium.
#2. Entfetten:
Aluminiumteile sammeln während der Verarbeitung häufig Öle, Schleifmittel, Staub und andere Verunreinigungen an, die die Leitfähigkeit beeinträchtigen können. Diese Verunreinigungen müssen durch eine Vorbehandlung entfernt werden.
#3. Spülen:
#4. Alkalische Behandlung:
Tauchen Sie die Teile 37.5–1 Minuten lang in eine 3%ige Natriumhydroxidlösung (NaOH).
#5. Spülen:
#6. Säurebehandlung:
Weichen Sie die Teile 10 Minuten lang in einer 3%igen Salpetersäurelösung (HNO₃) ein, um Reststoffe nach der alkalischen Behandlung zu entfernen.
#7. Eloxieren:
Verwenden Sie einen Schwefelsäureelektrolyten mit einer Dichte von 1.125–1.140 (Konzentration ca. 16.5–18.0 %). Kontrollieren Sie die Elektrolyttemperatur zwischen 12 und 25 °C und halten Sie die Spannung im Tank zwischen 12 und 20 V. Der Anodisierungsprozess dauert typischerweise 30–40 Minuten.
#8. Spülen:
#9. Färbung:
Farbstoffe werden in anorganische und organische Typen unterteilt, wobei organische Farbstoffe in industriellen Anwendungen häufiger zum Einsatz kommen. Die Färbung kann ein- oder mehrfarbig erfolgen.
#10. Versiegelung:
Nach dem Färben die Aluminiumteile gründlich abspülen und sofort 90 Minuten lang in 100–30 °C heißes destilliertes Wasser tauchen. Durch den Siedevorgang entsteht eine gleichmäßige, porenfreie Oberfläche und eine dichte Oxidschicht, die den Farbstoff im Eloxalfilm einschließt.
Funktionsprinzip der Aluminium-Eloxierung
Nach dem Eloxieren bildet sich auf der Oberfläche von Aluminiumbauteilen eine poröse, adsorptionsfähige Oxidschicht.
Diese Schicht kann durch kovalente Bindungen, Wasserstoffbrücken oder andere Arten chemischer Wechselwirkungen chemische Bindungen mit organischen Farbstoffen oder anorganischen Pigmenten eingehen, was zur Bildung farbiger Komplexe führt.
Dieser Prozess verleiht der Aluminiumoberfläche eine lebendige und dauerhafte Färbung.
Versiegelungsprinzip beim Eloxieren
Die Versiegelung ist ein wichtiger Nachbehandlungsschritt im Eloxalprozess. Ihr Hauptzweck besteht darin, die Poren in der Oxidschicht zu schließen und sie so in eine nicht-adsorbierende Oberfläche umzuwandeln oder bestimmte Substanzen in die Poren einzubringen, um die Eigenschaften der Oxidschicht zu verändern oder zu verbessern.
Der Versiegelungsprozess umfasst die Auflösung von Oxiden und Hydroxiden, die sich dann erneut in den Poren ablagern, oder die Ablagerung anderer Materialien, um eine dichte und funktionale Oberfläche zu bilden.
Chemische Reaktion
Der Versiegelungsprozess lässt sich durch folgende chemische Reaktion darstellen:
Al₂O₃ + H₂O → Al₂O₃‧H₂O
Bei dieser Reaktion entsteht hydratisiertes Aluminiumoxid, das zur Versiegelung der Poren beiträgt.
Haupteffekte der Versiegelung
Beseitigung der Adsorption:
Nach der Versiegelung verliert die Oxidschicht ihre poröse Struktur, wird nicht mehr adsorbierend und verhindert die Aufnahme von Verunreinigungen oder Farbstoffen.
Verbesserte Haltbarkeit:
Die versiegelte Oberfläche weist eine verbesserte Beständigkeit gegen Verschleiß, Abrieb und mechanische Beschädigungen auf.
Erhöhte thermische Stabilität:
Die versiegelte Oxidschicht kann höheren Temperaturen ohne Beeinträchtigung standhalten.
Verbesserte Isolationseigenschaften:
Die dichte, versiegelte Oberfläche verbessert die elektrische Isolierung und eignet sich daher für Anwendungen, die dielektrische Eigenschaften erfordern.
Versiegelungsmethoden
Heißwasserversiegelung:
Das eloxierte Teil wird in heißes Wasser (normalerweise nahe der Siedetemperatur) getaucht, wodurch sich das hydratisierte Aluminiumoxid bildet und die Poren versiegelt.
Chemische Versiegelung:
Mit speziellen Versiegelungslösungen (z. B. Nickelacetat) werden Verbindungen in den Poren abgeschieden, die die Korrosionsbeständigkeit und andere Eigenschaften verbessern.
Dampfversiegelung:
Auf die eloxierte Oberfläche wird Dampf aufgebracht, der die Bildung von hydratisiertem Aluminiumoxid fördert und die Poren versiegelt.
Arten von eloxiertem Aluminium
Aluminium eloxiert kann in Chromsäure-Anodisierung, Schwefelsäure-Anodisierung und Hartbeschichtungs-Anodisierung unterteilt werden.
Eloxiert Typ I: Chromsäure-Eloxierung
Art des Anodisierungsprozesses, bei dem Chromsäure als Elektrolytlösung verwendet wird.
Spezielle Schritte für das Eloxieren vom Typ I:
- Vorbehandlung: Anschließend wird das Metall in eine Chromsäurelösung getaucht, die alle Öl- und Oxidrückstände entfernt, die den Anodisierungsprozess stören könnten. Dieser Schritt ist entscheidend für die ordnungsgemäße Haftung der Eloxalschicht.
- Anodisieren: Anschließend wird der Metallgegenstand in ein Bad aus Chromsäure-Elektrolytlösung getaucht. Durch die Lösung wird ein elektrischer Strom geleitet, wodurch sich auf der Oberfläche des Metalls eine dünne Schicht Aluminiumoxid bildet.
- Abspritzen: Nach dem Eloxieren wird das Metallobjekt gründlich mit Wasser abgespült, um überschüssige Chromsäurelösung zu entfernen
- Beschichtungsdicke: Ungefähr 10 μm.
Eloxiert Typ II: Schwefelsäure-Eloxierung
Das Eloxieren mit Schwefelsäure ist die häufigste Art des Eloxierungsverfahrens für eloxierte Aluminiumteile.
Spezielle Schritte für das Eloxieren vom Typ II:
- Anodisieren: Anschließend wird der Metallgegenstand in ein Bad aus Schwefelsäure-Elektrolytlösung getaucht. Durch die Lösung wird ein elektrischer Strom geleitet, wodurch sich auf der Oberfläche des Metalls eine dicke Schicht Aluminiumoxid bildet. Die Dicke der Eloxalschicht kann durch Einstellen der Zeit und Spannung des Eloxalprozesses gesteuert werden.
- Färben (optional): Falls gewünscht, kann die Eloxalschicht durch Eintauchen des Objekts in eine Färbelösung gefärbt werden. Der Farbstoff wird von der porösen Eloxalschicht absorbiert und erzeugt auf der Metalloberfläche eine Reihe von Farben.
- Abspritzen: Nach dem Anodisieren wird der Metallgegenstand gründlich mit Wasser abgespült, um überschüssige Schwefelsäurelösung zu entfernen.
Beschichtungsdicke: 2.5–30 μm.
Betriebsbedingungen: Spannung 12–22 V, Stromdichte 260 A/dm².
Eloxiert Typ III: Hardcoat-Anodisierung
Das Hardcoat-Anodisieren oder Hartanodisieren ist ein Spezialgebiet Anodisierungsprozess Dadurch entsteht eine dicke, dichte und extrem harte Eloxalschicht auf der Metalloberfläche.
Spezielle Schritte für das Eloxieren vom Typ III:
- Eloxieren: TDas Metallobjekt wird dann in ein Bad aus Schwefelsäure-Elektrolytlösung getaucht, die typischerweise viel kälter und konzentrierter ist als die, die beim Eloxieren vom Typ II verwendet wird.
Durch die Lösung wird ein elektrischer Strom geleitet, wodurch sich auf der Oberfläche des Metalls eine dicke und dichte Schicht Aluminiumoxid bildet. Die Dicke der Eloxalschicht kann durch Einstellen der Zeit und Spannung des Eloxalprozesses gesteuert werden.
- Nachbehandlung: Nach dem Eloxieren wird das Metallobjekt typischerweise einem Nachbehandlungsprozess unterzogen, der das Versiegeln der eloxierten Schicht, das Färben der eloxierten Schicht oder das Aufbringen einer Gleitbeschichtung auf die Oberfläche der eloxierten Schicht umfassen kann.
Beschichtungsdicke: 50 – 150 μm.
Betriebsbedingungen: Spannung 20–60 V, Stromdichte 2–5.5 A/dm².
Verwendung: Ideal für anspruchsvolle Anwendungen wie Kolben, Zylinder, Zylinderlaufbuchsen, Hydraulikkomponenten, Turbinenteile, Ventile, Zahnräder, Schusswaffenkomponenten, Kupplungen und Bremsscheiben.
Andere Elektrolyte und ihre Anwendungen
Phosphorsäure-Anodisierungselektrolyt:
- Anwendung: Wird hauptsächlich in der Galvanik verwendet, um eine hochporöse Oberfläche zu erzeugen und so die Beschichtungshaftung zu verbessern.
Borsäure-Anodisierungselektrolyt:
Anwendung: Wird hauptsächlich bei der Herstellung von Kondensatoren verwendet.
Oxalsäure-Anodisierungselektrolyt:
Anwendung: Erzeugt eine gelbe Oxidschicht, die härter ist als die in herkömmlichen Schwefelsäurebädern gebildeten.
Gemischter Elektrolyt aus sulfonierter organischer Säure und Schwefelsäure:
Anwendung: Ergibt eloxierte Beschichtungen in Bronze, Gold, Grau und Schwarz. Diese Beschichtungen sind dichter und härter als die Beschichtungen aus herkömmlichen Schwefelsäurebädern.
Gängige Farboptionen zum Eloxieren
Klar oder natürlich
Dies ist die Farbe der ungefärbten Eloxalschicht, die typischerweise hellgrau oder silberfarben ist.
Schwarz
Schwarz eloxiertes Aluminium wird durch die Verwendung einer Kombination aus Nickelacetat und einer Heißwasserdichtung erreicht.
Gold
Goldeloxiertes Aluminium wird durch die Verwendung eines Elektrolyten auf Zinnsulfatbasis und einer Heißwasserdichtung erreicht.
Rot
Rot eloxiertes Aluminium wird durch die Verwendung einer Kombination aus Nickelacetat und einem roten Farbstoff erreicht.
Blau
Blau eloxiertes Aluminium wird durch die Verwendung einer Kombination aus Nickelacetat und einem blauen Farbstoff erreicht.
Grün
Grün eloxiertes Aluminium wird durch die Verwendung einer Kombination aus Nickelacetat und einem grünen Farbstoff erreicht.
Lila
Lila eloxiertes Aluminium wird durch die Verwendung einer Kombination aus Nickelacetat und einem violetten Farbstoff erreicht.
Häufige Anwendungen für das Eloxieren
Luft- und Raumfahrt
Durch Eloxieren kann die Verschleißfestigkeit und thermische Stabilität des Materials verbessert werden, wodurch es sich gut für den Einsatz in Flugzeugkomponenten wie Flügelhäuten, Rumpfrahmen und Fahrwerken eignet.
Automobilindustrie
Durch dieses Verfahren kann ein dekoratives und langlebiges Finish erzielt werden, das Kratzern, Dellen und Korrosion widersteht und gleichzeitig das Gesamtbild und den Wert des Fahrzeugs verbessert. Es ist cWird häufig in Motorteilen, Rädern und Verkleidungsteilen verwendet.
Architektur
Durch Eloxieren kann eine langlebige und pflegeleichte Oberfläche erzielt werden, die beständig gegen Witterungseinflüsse, UV-Strahlung und Korrosion ist und gleichzeitig eine große Auswahl an Farb- und Texturoptionen bietet. Es wird häufig in architektonischen Anwendungen wie Gebäudefassaden, Fensterrahmen und Dachsystemen verwendet.
Elektronik
Eloxierte Beschichtung kann eine dünne und leichte Schutzschicht bieten, die gegen Kratzer, Abnutzung und Korrosion beständig ist und gleichzeitig das Erscheinungsbild und die Haptik des Geräts verbessert.
Es wird in vielen elektronischen Geräten, darunter Smartphones, Tablets und Laptops, als schützende und dekorative Beschichtung für Metallgehäuse und -komponenten verwendet.
Sportwaren
Aufgrund seiner leichten, langlebigen und korrosionsbeständigen Eigenschaften. Eloxierte Oberflächen wird in vielen Sportartikelanwendungen verwendet, darunter Fahrräder, Angelrollen und Schusswaffen.
Welche Materialien können eloxiert werden?
Aluminium und seine Legierungen sind aufgrund ihres hohen Festigkeits-Gewichts-Verhältnisses, ihrer guten Korrosionsbeständigkeit und ihrer Fähigkeit, dabei eine dichte und stabile Oxidschicht zu bilden, die am häufigsten eloxierten Metalle Eloxieren. Zu den gängigen Aluminiumlegierungen, die eloxiert werden, gehören 6061, 6063 und 7075.
Magnesium kann auch eloxiert werden, allerdings kann der Prozess aufgrund der Reaktivität des Metalls und der Möglichkeit der Bildung einer instabilen Oxidschicht anspruchsvoller sein. Titan ist ein weiteres Metall, das eloxiert werden kann, der Prozess ist jedoch in der Regel komplexer und teurer Eloxieren von Aluminium aufgrund der Eigenschaften des Metalls.
Im Allgemeinen hängt die Fähigkeit, ein Metall zu eloxieren, von seiner Fähigkeit ab, während des Eloxierungsprozesses eine stabile Oxidschicht zu bilden. Weitere Faktoren, die die Anodisierbarkeit eines Metalls beeinflussen können, sind seine Zusammensetzung, die Oberflächenbeschaffenheit und alle bereits vorhandenen Oberflächenbehandlungen oder Beschichtungen
Vorteile des Eloxierens von Aluminiumteilen
Eloxieren von Aluminiumteilen bietet mehrere Vorteile, die es zu einer beliebten Wahl für verschiedene Anwendungen machen.
Korrosionsbeständigkeit:
Die auf dem Metall gebildete Oxidschicht ist stabiler als das Grundmetall selbst und bietet eine höhere Korrosionsbeständigkeit.
Verschleißfestigkeit:
Eloxierte Oberflächen weisen eine hervorragende Verschleißfestigkeit auf und eignen sich daher ideal für Anwendungen wie Zahnräder, Kolben und Turbinenschaufeln.
Hafteigenschaften:
Aluminium eignet sich nach dem Eloxieren zum Galvanisieren. Die eloxierte Oberfläche besteht aus einer diskontinuierlichen Aluminiumoxidschicht mit zahlreichen Poren.
In einem Phosphorsäurebad werden diese Poren leitfähig und ermöglichen so die Galvanisierung. Darüber hinaus verbessert die poröse Struktur durch mechanische Verzahnung die Haftung.
Elektrische Isolierung:
Die eloxierte Schicht bietet eine hervorragende elektrische Isolierung und kann hohen Temperaturen ohne Qualitätsverlust standhalten, was sie in der Kondensatorindustrie wertvoll macht.
Emissionsgrad und Reflexionsgrad:
Eloxierte Oberflächen werden in der Luft- und Raumfahrt, der Elektronik und anderen Branchen aufgrund ihrer thermischen und optischen Eigenschaften, einschließlich Wärmeabgabe und Lichtreflexion, verwendet.
Lichtempfindliche Anwendungen:
Die poröse Beschaffenheit der eloxierten Oberfläche ermöglicht die Imprägnierung lichtempfindlicher Materialien, wodurch eine Oberfläche entsteht, die ähnlich wie ein fotografischer Film funktioniert.
Dekorative Oberflächen:
Durch die Kombination verschiedener Aluminiumlegierungen mit Vorbehandlungsverfahren und Eloxalsystemen lassen sich langlebige und ästhetisch ansprechende Dekoroberflächen erzielen.
Was ist der Unterschied zwischen Eloxieren und Galvanisieren?
Galvanisieren und Eloxieren sind beides Oberflächenbehandlungsverfahren zur Verbesserung der Eigenschaften von Metallen.
Prozess
Beim Galvanisieren handelt es sich um einen Prozess, bei dem durch elektrochemische Abscheidung eine dünne Metallschicht auf einen Metallgegenstand aufgetragen wird. Beim Anodisieren handelt es sich um einen Prozess, bei dem durch elektrochemische Oxidation eine dicke und poröse Oxidschicht auf der Oberfläche eines Metallgegenstands erzeugt wird.
Materialien
Galvanisieren kann auf einer Vielzahl von Metallen angewendet werden, darunter Gold, Silber, Kupfer, Nickel und Zink, während das Anodisieren typischerweise auf Aluminium und seinen Legierungen angewendet wird.
Immobilien
Galvanisieren kann verwendet werden, um das Aussehen, die Korrosionsbeständigkeit und die Verschleißfestigkeit eines Metallgegenstands zu verbessern, während Eloxieren diese Eigenschaften ebenfalls verbessern kann, aber auch zusätzliche Vorteile wie elektrische Isolierung und erhöhte Schmierfähigkeit bieten kann.
Dicke
Die Dicke der galvanisierten Schicht ist typischerweise viel dünner als die der eloxierten Schicht, die zwischen einigen Mikrometern und mehreren zehn Mikrometern liegen kann.
Kosten
Galvanisieren ist im Allgemeinen kostengünstiger als Eloxieren, die Kosten können jedoch je nach Art des zu plattierenden Metalls, der Dicke der Galvanisierungsschicht und anderen Faktoren variieren.
Häufig gestellte Fragen
F: Können Kunststoffteile eloxiert werden?
A: Kurze Antwort: Nein
Obwohl Kunststoff je nach Kunststoffmaterial wie galvanisiert aussehen kann,
Es gibt einige Techniken, die manchmal als „Kunststoffanodisierung“ bezeichnet werden, wie beispielsweise die plasmaelektrolytische Oxidation (PEO), mit der auf einigen Arten von Kunststoffmaterialien eine harte und verschleißfeste Oberflächenschicht erzeugt werden kann. Bei diesen Verfahren handelt es sich jedoch nicht um echte Anodisierungsverfahren, sondern um separate, für Kunststoffe spezifische Oberflächenbehandlungstechniken.
F: Sind eloxierte Oberflächen leitfähig?
A: Eloxierte Oberflächen sind im Allgemeinen nicht leitend. Dies liegt daran, dass beim Anodisierungsprozess eine dünne Schicht Aluminiumoxid auf der Oberfläche des Metalls entsteht, bei dem es sich um ein isolierendes Material handelt.
Es ist erwähnenswert, dass eloxiertes Aluminium durch die Zugabe leitfähiger Materialien oder Beschichtungen, beispielsweise einer leitfähigen Polymerbeschichtung oder einer Schicht leitfähiger Farbe, leitfähig gemacht werden kann. Dies ist jedoch ein vom Standard-Anodisierungsprozess getrennter Prozess und erfordert zusätzliche Schritte und Materialien.