Oberflächenbearbeitung von Metallen

Die Oberflächenbearbeitung von Metallen besteht aus verschiedenen Verfahren die jeweils unterschiedliche Oberflächengüten erzielen. Sehr genaue Oberflächen werden zum Beispiel bei Bauteilen benötigt, die eng toleriert gefügt werden sollen, wie Passungen, Welle-Nabeverbindungen, Führungen von Arbeitsmaschinen und Messwerkzeugen etc. Aber auch aufgrund von ästhetischen Gesichtspunkten und um die Optik eines Bauteils zu verbessern werden Oberflächen veredelt.

Oberflächenbearbeitung von Metallen

Oberflächenbearbeitung von Metallen

Die Oberflächengüte wird durch den arithmetischen Mittelwert Ra, die größte Höhe des Profils Rz und den Materialanteil des Profils Rmr angegeben. Je nach geforderter Rauhigkeit kommen Schleifen, Mattieren, Bürsten, Polieren, Entgraten, Honen, Läppen, Strahlen und Restaurieren zum Einsatz. Beim Schleifen an Schleifböcken oder Bandschleifmaschinen kann eine Genauigkeit von Rz = 0,1 µm erreicht werden. Das Mattieren und Bürsten entfernt groben Schmutz und kleine Unregelmäßigkeiten auf der zuvor bearbeiteten Oberfläche.

Polieren/Polierläppen erreicht eine Genauigkeit von ca. Rz = 0,04 µm und ist somit eines der genauesten Verfahren zur Oberflächenbehandlung. Beim Entgraten von Bauteilen werden fertigungsbedingte Grate entfernt, die zu Komplikationen beim Fügen führen könnten und potentielle Verletzungsrisiken darstellen. Honen wird sowohl für Innen- als auch Außenkonturen verwendet. Man unterscheidet in Langhub- und Kurzhubhonen. Kurzhubhonen, auch Superfinishverfahren genannt, dient der Bearbeitung der Mantelflächen von Wellen usw und erzielt eine Güte von Rz = 0,04 µm. Langhubhonen wird angewandt beim Bearbeiten von Bohrungen wie zum Beispiel beim PKW-Motor die Kolbenlaufflächen der Zylinder. Beim Honen können ebenfalls Rauhigkeiten von Rz = 0,04 µm erreicht werden. Das Läppen von Bauteilen wird meist bei sehr harten Materialien eingesetzt und erreicht eine Oberflächengüte von Rz = 0,25 µm. Beim Strahlen von Werkstücken oder Bauteilen zur letzten Bearbeitung der Oberfläche werden verschiedene Strahlmedien eingesetzt: Es gibt Sandstrahlen, Glasperlenstrahlen, Keramikstrahlen, Stahlkugelstrahlen, Wasserstrahlen und Trockeneisstrahlen. Je nach Material des Bauteils wird das jeweilige Strahlmedium ausgewählt um die Oberfläche nicht zu beschädigen, sondern sie zu veredeln.

Heutzutage spielt die Oberflächenbearbeitung eine große Rolle in der Wirtschaft, da die Optik meist den Preis bestimmt. Jede glänzende Edelstahloberfläche, sei es der Kühlschrank in der Küche, das Hifi-Regal im Wohnzimmer oder die Abfalltonne in der Fußgängerzone, wurde zuvor bearbeitet damit sie spiegelt oder besonders glatt und schön anzusehen ist.
Aber auch andere Materialien wie Holz, Kunststoff oder Stein lassen eine Oberflächenbearbeitung zu. Mit mehr oder weniger den gleichen Verfahren wie beim Metall wird hier das Aussehen verschönert, die Fügefähigkeit verbessert oder der Korrosionsschutz erhöht.

Ohne Oberflächenbehandlungen wären manche Maschinen und Konstruktionen überhaupt nicht möglich, wir würden zum Beispiel heute kein ruhiges Auto fahren und nicht in Flugzeugen fliegen.

Aluminium eloxiert

Aluminium ist ein der dritten Hauptgruppe zugeordnetes chemisches Element mit dem Kürzel „Al“. Es ist das am dritthäufigsten vorkommende Metall der Erde, kommt jedoch aufgrund seiner hohen Reaktionsfreudigkeit sehr oft nur in Verbindungen vor.

Aluminium eloxiert

Aluminium eloxiert

Aufgrund dieser hohen Reaktionsfreudigkeit reagieren auch aus Aluminiumgefertigte Gegenstände und Werkstücke schnell mit ihrer Umwelt. Dabei bildet sich meist ein dunkler Schleier auf der ansonsten glänzenden Oberfläche des Metalls. Dennoch hat Aluminium einen großen Stellenwert als Werkstoff, da es, obwohl es sehr leicht ist, dennoch auch sehr stabil ist. Um also diese Vorteile des Metalls nutzen zu können, ohne seine Nachteile in Kauf nehmen zu müssen, überzieht man oftmals Oberflächen aus Aluminium mit einer Schutzschicht aus einem anderen Werkstoff beziehungsweise mit einer dünnen Aluminium-Oxidschicht, um die entsprechende Fläche vor Korrosion zu schützen.

Das Verfahren, um eine solche schützende Oxidschicht herzustellen, nennt sich Eloxal-Verfahren. Bei diesem Verfahren wird das Aluminium zunächst vorbehandelt, sprich gereinigt und entfettet. Danach wird es in einem Elektrolysebad (Aluminium) eloxiert. Hierbei wird mittels Elektrolyse die äußerste Aluminiumschicht oxidiert und schafft somit eine Art Schutzschicht für den Rest des Werkstoffes. Diese entstandene oxidierte Schicht wird oftmals noch mit Hilfe verschiedener Farbstoffe gefärbt und danach verdichtet.

Die Verdichtung kann dabei mittels Wasserdampf, aber auch auf chemischer Basis erfolgen. Meist wird eine Kombination von beiden Verfahren angewandt. Wie hart oder weich die aufgebrachte Schutzschicht schließlich ist, hängt vor allem von der Wahl der Oxidationsbedingungen und des Elektrolyts ab. Durch das Zugeben verschiedener Zusätze kann man die Beschaffenheit der Schutzschicht genauso einrichten, wie man sie für den jeweiligen Verwendungszweck braucht.