Eigenschaften nach Maß

Werkstoffe

Oberflächentechnik – Aluminiumwerkstoffe verbinden niedriges Gewicht mit guter Verarbeitbarkeit und Festigkeit. Eine konturentreue und individuell anpassbare chemische Vernickelung vermindert zudem die Korrosions- und Verschleißgefahr bei optimaler Duktilität und Lötbarkeit.

18. März 2015

Ein wichtiger Trend speziell im Automobil- und Maschinenbau ist der Einsatz von Aluminiumlegierungen in immer mehr Anwendungsfällen, vor allem aufgrund der leichten Verarbeitbarkeit, dem geringen Gewicht und der Festigkeit dieser Werkstoffklasse. Für manche Anwendungen bieten Aluminiumwerkstoffe jedoch zu wenig Widerstand gegen Korrosion und Verschleiß, so dass ein zusätzlicher Oberflächenschutz notwendig wird.

Nahezu ideal für die Veredelung der Oberflächen von Aluminiumwerkstoffen für Konstruktionsbauteile eignet sich dabei die chemische Vernickelung nach dem Durni-Coat-Verfahren (DNC-AL), das die AHC Oberflächentechnik GmbH aus Kerpen entwickelt hat. Bei diesem Verfahren wird eine Nickel-Phosphor-Legierungsschicht in einem wässrigen Elektrolyten mit gelösten Nickelionen auf einer aktivierten Oberfläche haftfest abgeschieden. Ein Reduktionsmittel liefert den Phosphor, der gleichmäßig in die Nickelschicht eingebaut wird. Die Schicht wächst dabei auf der gesamten Bauteiloberfläche in gleichmäßiger Stärke auf, so dass sich auch tiefe Bohrungen und Hohlräume beschichten lassen. Ecken und Kanten weisen keine Verdickungen und Einschnitte, Kerben keine Schichtverminderungen auf. Eine Chemisch-Nickel-Schicht auf Aluminiumwerkstoffen kombiniert damit eine hohe Korrosions- und Verschleißfestigkeit mit Duktilität und Lötbarkeit sowie einer konturentreuen und porenfreien Nachbildung der Grundwerkstoffoberfläche.

Individuelle Eigenschaften

Nach geeigneter Vorbehandlung lassen sich heute fast alle Aluminiumlegierungen im Durni-Coat-Verfahren haftfest mit Nickel beschichten. Wichtig für die Wahl der Verfahrensvariante und der Schichtdicke sind dabei unter anderem die Korrosionsbedingungen, die Art und Beschaffenheit des Grundwerkstoffes und seiner Oberfläche, das Tribosystem sowie die erforderliche Lebensdauer.

Entsprechend den gewünschten Oberflächeneigenschaften kann dazu die Phosphorkonzentration zwischen drei und 14 Prozent eingestellt werden. Ausreichenden Korrosionsschutz und Abriebfestigkeit für die meisten Anwendungsfälle bieten Chemisch-Nickel-Schichten mit einem Phosphorgehalt von etwa 9 bis 12 Prozent. Ein geringer Phosphorgehalt bewährt sich bei hohen Verschleißbeanspruchungen und bietet zugleich Korrosionsfestigkeit gegenüber hochkonzentrierter Natronlauge. Bei einem hohen Phosphorgehalt dagegen sind die Schichten etwas duktiler und außerdem gut beständig gegen chloridhaltige Medien bei mechanischer Belastung. Die benötigte Schichtdicke richtet sich weitgehend nach den Verschleiß- und Korrosionsbeanspruchungen und lässt sich im Bereich von 5 bis über 50 Mikrometer einstellen.

Vielfältiger Einsatz

Einsatzgebiete findet die Durni-Coat-Veredelung zum Beispiel in der Elektronikbranche. Hier dient bereits eine dünne Vernickelungsschicht von wenigen Mikrometern als Löthilfe, um Aluminiumwerkstoffe mit anderen Werkstoffen zu verlöten, etwa mit Halbleiterbauteilen, Kühlkörpern, Gehäuseteilen oder Kontaktstiften. Sofern die Schicht rundum geschlossen ist, besteht dabei auch keine Gefahr von Kontaktkorrosion beim Zusammenbau von Werkstoffen mit unterschiedlichem elektrochemischen Verhalten.

Anwendungsfelder für DNC-AL-behandelte Werkstücke im Automotive-Bereich sind beispielsweise Kolben von Dieselmotoren, die damit sicher gegen Kavitationserosion geschützt werden, oder Aluminium-Verdichterräder für Turbolader, wo die chemische Vernickelung die thermomechanische Belastbarkeit deutlich erhöht. Bei Steuerkolben für Hydrauliksysteme gewährleistet das Durni-Coat-Verfahren besonders geringe Spaltmaße. Die Steuerkanten der Kolben werden dazu konturengetreu beschichtet und anschließend maßgenau eingeschliffen. Dies reduziert das Risiko von Kolbenklemmern und verbessert die tribologischen Eigenschaften des Kolbens. Das innovative Beschichtungsverfahren stellt dabei sicher, dass die Schicht auch im Kantenbereich nicht abplatzt.

Verschleißfrei ohne Schmierung

Ein Beispiel für den Einsatz von chemisch vernickelten Bauteilen aus dem Maschinenbau liefert eine Spindelbaureihe für die automatisierte Handhabung von Gewindebauteilen in der Montagetechnik. Die in Monoblock-Bauweise gefertigten Gehäuse der Spindeln bestehen aus einer hochfesten Aluminiumlegierung, deren innere und äußere Oberflächen durch die chemische Vernickelung besonders verschleiß- und korrosionsfest ausgerüstet sind. Dabei ermöglicht erst die konturengetreue Abbildung der Oberfläche mit überall gleichmäßiger Schichtdicke, dass die Beschichtung bei den präzise gefertigten Spindelkomponenten überhaupt infrage kommt.

Ein Vorteil des DNC-AL-Verfahrens ist auch die Möglichkeit, Feststoffpartikel wie zum Beispiel PTFE in die Beschichtung einzubauen, die die Gleitreibung deutlich senken und den Abrieb fast vollständig unterdrücken. Zudem verhindert das Trockenschmiermittel den Adhäsionsverschleiß ohne die Gefahr, dass Fette oder Abrieb auf die zu bearbeitenden Werkstücke gelangen.bt

Auf einen Blick

- Die AHC Oberflächentechnik GmbH in Kerpen ist ein Spezialist für die Entwicklung funktioneller Oberflächenbeschichtungen von Werkstoffen aus verschiedenen Grundmaterialien.

- Eigenentwickelte Verfahren erfüllen höchste Qualitätsanforderungen in vielen Branchen.

- Hannovermesse Halle 3, Stand H26

Erschienen in Ausgabe: 02/2015