Lernmaterialien für Konversionsverfahren an der RWTH Aachen

Elektrochemische Konversionsverfahren (unter Außenstrom)
- anodische Oxidation
- Beispiel: Anodisieren / Eloxieren

Chemische Konversationsverfahren (ohne Außenstrom)
- Bsp. Phosphatieren, chromatieren, Brünieren

- geringe elektrische Leitfähigkeit
- geringe Wärmeleitfähigkeit
- Eigenfarbe
- Schichtdicken im Bereich 0,1 – 40 μm

Korrosionsschutz
Reibungsminimierung und Verschleißschutz (Tribologie)
Haftvermittlung
Dekoration

Anodisieren ist das elektrochemische Oxidieren von Metalloberflächen.
(„Eloxieren“ von Eloxal: Elektrolytische Oxidation von Aluminium)
- Dabei wird die Oberfläche des Metalls chemisch umgewandelt (Konversion).
- Das erfolgt durch einen elektrochemischen Prozess durch angelegten Außenstrom.
- Das Anodisieren wird vor allem für Aluminiumlegierungen angewandt.
- Es entsteht eine sehr harte und kratzfeste Oxidoberfläche.
- Die Oxidschicht kann dabei sehr einfach mit verschiedenen Farben eingefärbt werden.

- Verfahren sehr aufwendig

- Entsorgung der Elektrolyte notwendig

- lange Prozesszeiten durch das Verdichten der porösen Schichten

Natürliche Oxidschicht auf Aluminium:
Ausbildung einer Passivierungsschicht aus
Al 2 O 3 bei Lagerung an Luft im pH Bereich 4,5 bis 8,5 (Dicke ca. 5 10 nm)

Erhöhung der Korrosionsbeständigkeit und Verbesserung der Verschleißfestigkeit durch Anodisieren
Konversionsschicht auf Aluminium:
Konversion der Oberfläche des Metalls (Aluminium) durch Anlegen eines Außenstroms und Entstehung einer sehr
harten und kratzfesten Oxidoberfläche
a)
Porenfreie Formierungsschicht (Dicke ca. 1 µm) als Dielektrikum, von Elektrolytkondensatoren
Leicht verletzbar
 kein Korrosions und Verschleißschutz
b)
Poröse Oxidschicht mit darunter liegender Sperrschicht (Dicke ca. 5 40 µm)
Nachverdichtung
 hoher Korrosionsschutz

Vorbehandlung - Reinigung, fett- und ölfreie Oberfläche, mechanische und chemische Verfahren
Hauptbehandlung - Schichtherstellung in Elektrolytbädern, Schaltung des Werkstücks als Anode
Nachbehandlung - Nachverdichtung, Versiegelung, Einlagerung spezieller Stoffe

- geeignete Abdeckung der nicht zu beschichtenden Oberflächen
- Maskierung von Flächen durch Abdecklacke oder Klebebänder
- Verschluss von Bohrungen und Hohlräumen durch Stopfen

1. Bildung einer dünnen, völlig porenfreien Oxidschicht (Sperrschicht für Strom).
Die Sperrschicht kann nur solange wachsen, solange durch den angelegten Strom
Al-Ionen durch das Oxid diffundieren können.
Die Al-Ionen oxidieren unmittelbar an der Oberfläche des bereits gebildeten Oxids.
2. Dieser Mechanismus schreitet in einem, das Oxid schwach angreifenden,
elektrisch gut leitenden Elektrolyten (Schwefelsäure, Oxalsäure, Chromsäure) fort.
Es finden zahlreiche elektrische Durchschläge statt, so dass Poren entstehen,
auf deren Grund sofort wieder neues Oxid entsteht.
3. Die die Poren umkleidende „alte“ Schicht reagiert mit dem Elektrolyten
zu strukturlosem, fast wasserfreien Oxid.

- Dieser Vorgang wiederholt sich ständig - poröse Schichtanteil wird immer dicker
- Darunter befindet sich die Sperrschicht.
- Die Schicht frisst sich in den Werkstoff.
- Da das Oxid ein größeres Volumen als der Grundwerkstoff hat, wächst die Schicht zu 1/3 nach außen und zu 2/3 nach innen.

Verschluss der Poren durch Nachverdichtung
- Verbesserung Korrosionschutzu
Dichtung der Poren mit Dichromat, Silikat oder Metallsalz
- Verbesserung des Korrosionsschutzes
Einlagerung von Partikeln (Imprägnierung)
- Verbesserung der Gleit- und Haftreibeigenschaften
Einlagerung von Farbstoffen
- Optimierung der Dekorativen Eigenschaften

Weiterentwicklung des Anodisieren basierend auf der elektrolytischen Oxidation, aber unter Nutzung eines Plasmas
- Anodisch gepoltes Werkstück in chromfreiem, schwach alkalischen Elektrolyt
- Gepulster Wechselstrom führt zu kontrollierter Plasmaentladung (Funkenentladung)
- Kurzzeitiges punktuelles Aufschmelzen des WK und Reaktion mit aktiviertem Sauerstoff (lokal thermisch unterstützer Prozess)
Ausbildung drei amoprpher Oxidschichten (kristalline Bereiche)

Mittels Konversionsverfahren oder Umwandlungsverfahren werden Überzüge durch Redoxreaktionen zwischen einer Metalloberfläche und einer wässrigen Elektrolytlösung erzeugt. Hierbei wierd das Metal elektrochemisch umgewandelt.