Alu für die Oberfläche

Aluminium - Vom Motorblock bis hin zur Linearführung: Alu ist ein vielfältiger Werkstoff, der meist als Vollmaterial verwendet wird. Galvanische Beschichtung metallischer Produkte oder elektrisch leitfähiger, vorbeschichteter Kunststoffe mit Aluminium oder Aluminium-Magnesium-Legierungen eröffnen neue Perspektiven.

01. Juli 2005

Entwickelt und patentiert wurde das Verfahren zum Korrosionsschutz bereits 1956 am Max-Planck-Institut für Kohlenforschung in Mülheim an der Ruhr, und schon in den 70er- und 80er-Jahren des vergangenen Jahrhunderts wurde es erfolgreich angewendet. Diese ersten Ansätze scheiterten jedoch an falschen Marktstrategien, fehlender Konsequenz bei der Orientierung auf notwendige technische Entwicklungen, aber auch an noch nicht vorhandenem Verfahrens-Know-how. Spätestens seit 1995 konnten Spezialisten aus Wissenschaft und Industrie die Qualitätssicherheit, Zuverlässigkeit, Reproduzierbarkeit und Sicherheit des Verfahrens zu marktfähigen Kosten optimieren. Gelöst wurden die hohen Anforderungen an eine sichere und wirtschaftliche Fertigung in einer wissenschaftlich-technischen Gemeinschaftsleistung unter anderem von der Aluminal GmbH & Co. KG in Montabaur in Kooperation mit dem Mülheimer Max-Planck-Institut, dem Steinbeis Transferzentrum sowie der Fachhochschule Ingolstadt. Seit dem Jahr 2002 gehört Aluminal zur Friedhelm Loh Group mit Sitz im hessischen Haiger.

Die Vorteile der Aluminierung zeigen sich im Praxiseinsatz: So bietet das Verfahren im Vergleich zur elektrolytischen oder Feuerverzinkung eine vielfach erhöhte Korrosionsbeständigkeit. Zudem benötigt die galvanische Aluminierung eine niedrigere Beschichtungs¬temperatur als Feuerverzinkung und erfordert keine Chromat-Behandlung. Außerdem ist die Reinst-Aluminium-Beschichtung temperaturbeständig bis zu 400 Grad Celsius, sie bietet eine gute elektrische und thermische Leitfähigkeit und erlaubt extreme Verformungen des beschichteten Werkstücks. Zudem beeinflussen weder das Beschichtungsmaterial selbst noch das Verfahren das Grundmaterial in thermischer, mechanischer oder chemischer Hinsicht. Nicht zuletzt bietet die metallisch silberhelle Oberfläche ein hohes Reflexionsvermögen gegen Licht und Wärme.

Eigenschaften per Test bestätigt

Ausführliche Tests und Untersuchungen verschiedener Forschungsinstitute und Industrieunternehmen bestätigen die erstklassigen Eigenschaften des Verfahrens. So zeigte eine mit Aluminium/Magnesium beschichtete 8.8-Stahlschraube am Magnesium-Getriebe des Audi A2 nach einer simulierten zehnjährigen Feldbelastung eine deutlich geringere Korrosion gegenüber einer Beschichtung mit Zink und kathodischer Tauchlackierung (KTL). Dasselbe gilt für galvanisch aluminierte Stanznieten im Vergleich zu der serienmäßigen mechanisch aufgebrachten Al/Zn/Sn-Beschichtung.

Auch im Salzsprühtest und beim Kontaktkorrosions-Verhalten zeigt eine elektrolytische Aluminierung eine deutlich geringere Korrosion gegenüber der Feuerverzinkung und der elektrolytischen Verzinkung. Besonders langlebig ist eine Aluminiumbeschichtung aufgrund ihrer hohen Umformbarkeit, die eine Dehnung über 80 Prozent ohne Rissbildung ermöglicht. So ergaben Tests bei der Volkswagen AG mit aluminiumbeschichteten Quetschhülsen eine sehr gute Duktilität des Überzugs ohne Enthaftungserscheinungen und mit gleichmäßigen Schichtdicken auch in stark verformten Bereichen.

Gute Lackhaftung auf der Oberfläche

Untersuchungen der Fachhochschule Ingolstadt und der Audi AG ergaben zudem eine sehr gute Haftung des Lacks auf aluminierten Oberflächen, wenn diese beispielsweise mit Ti/Zr-Konversionsschichten oder einer speziellen Phosphatierung vorbehandelt wurden. Entscheidende Entwicklungen der letzten Jahre ermöglichen es heute, auch Ware in Trommeln zu beschichten (Schüttgut). Die dabei verwendeten Elektrolyte erlauben dieselben mittleren Stromdichten und Leitfähigkeiten wie vergleichbare Systeme der wässrigen Galvanik. In der großtechnischen Umsetzung wird die Ware über eine Vakuumschleuse in das sauerstofffreie System transportiert. Die Anlage selbst arbeitet unter einem leichten Stickstoff-Überdruck, damit kein Sauerstoff eindiffundieren kann. Nach einer Aktivierung der Oberfläche, die unter anderem auch aus einem nicht wässrig aufgebrachten Nickelflash bestehen kann, erfolgt die eigentliche Beschichtung wie bei klassischen elektrochemischen Verfahren. Die kathodische Stromausbeute beträgt 100%. Die Beschichtungszeiten für Schichtdicken von 10 bis 12 Mikrometer sind mindestens so kurz wie bei vergleichbaren Zi-Ni-Systemen.

Für die Zukunft verspricht das Verfahren die Lösung einer Reihe von heute noch bestehenden Applikationsproblemen. Möglich machen dies vor allem die hohe Temperaturbeständigkeit und die extrem gute Umformbarkeit von Rein-Aluminiumbeschichtungen, die es erlauben, auch beschichtete Rohre und Hülsen zu biegen oder zu verformen. Zudem ermöglicht die galvanische Aluminierung einen Verzicht auf chromathaltige Konversionsschichten auch beim schweren Korrosionsschutz und ermöglicht die Beschichtung hochfester Stähle ohne die Gefahr der Versprödung durch Wasserstoffbeladung.

Auf dem Gebiet der Endlosbeschichtung bieten die Eigenschaften von Aluminium neue Möglichkeiten: Etwa als Ersatz für das Verzinnen bei der Weißblechherstellung für die Lebensmittelindustrie, durch die Verwendung von hochfesten Stählen oder die Beschichtung von Magnesiumlegierungen sowie mit neuen Optionen zur optischen Gestaltung von Oberflächen.

Neue Chancen ergeben sich auch in der Automobiltechnik: Das Verfahren bietet nicht nur eine hohe Korrosionsbeständigkeit, sondern erfüllt auch die Vorschrift der Altautoverordnung nach Cr(VI)-Freiheit. Zudem eröffnet die metallisch glänzende Oberfläche neue Möglichkeiten für das Design. Im Bereich der Petrochemie- und Offshore-Technik ermöglicht die hohe Meerwasserbeständigkeit des Aluminiums einen Ersatz von toxischen cadmiumhaltigen Rostschutzbeschichtungen.

In der Luft- und Raumfahrt- sowie Verkehrstechnik verhindern Beschichtungen mit Aluminium die anodische Korrosion und verbessern die Schwingfestigkeit. Auch für den Einsatz in der Medizintechnik eignet sich die Beschichtung mit dem nicht toxischen Aluminium, zumal reines Aluminiumoxid über eine hervorragende Kompatibilität zum menschlichen Knochengewebe verfügt. Nicht zuletzt prädestiniert die Kombination dekorativer Eigenschaften mit chemischer Beständigkeit die Aluminiumbeschichtung für Anwendungen im Apparate- und Maschinenbau sowie in der Bautechnik.

Dr. Jörg Heller, Geschäftsführer Aluminal

Erschienen in Ausgabe: 04/2004