Häufig gestellte Fragen zum Thema Oberflächenbehandlung
Oberflächenbehandlung - Was ist das?
Der Begriff Oberflächenbehandlung umfasst alle Fertigungsverfahren und Technologien zur Veränderung der Eigenschaften von Werkstoffoberflächen. Durch die gezielte Anwendung der Oberflächentechnik kann die Oberfläche von Werkstoffen optimiert werden, damit das Material bestimmte Anforderungen erfüllt und den ständig steigenden Ansprüchen gerecht wird. Einige der verbesserten Funktionen sind dann zum Beispiel der mechanische Schutz vor Verschleiß, Barrierefunktionen und Grenzflächenwechselwirkungen wie Korrosionsbeständigkeit und Wärmedämmung oder Benetzbarkeit und Biokompatibilität, elektrische Funktionen wie die elektrische Isolation oder die Leitfähigkeit sowie natürlich verbesserte optische Funktionen. Ein sehr gutes Beispiel ist die Oberflächenbehandlung bei Stahl, der für den Karosseriebau von Autos verwendet wird. Der Werkstoff ist kostengünstig, leicht zu verarbeiten und hat ein gutes Crashverhalten, ist jedoch nicht korrosionsbeständig. Edelstahl wäre zwar korrosionsbeständig, ist aber weitaus kostspieliger, weniger fest und lässt sich nicht lackieren. Daher werden die Stahlbleche beim Karosseriebau unter anderem mit Oberflächenbeschichtungen versehen, die dem Korrosionsschutz dienen.
Welche Verfahren zur Oberflächenbehandlung werden von Firmen angeboten?
Schon circa 4.000 v. Chr nutzten die Menschen die Vorteile der Oberflächenbehandlung, als sie anfingen, die Oberflächen von Materialien für dekorative Zwecke zu vergolden. Schmiede ließen ihre frisch geschmiedeten Schwerter in Dunghaufen abkühlen, damit sich der Stahl am Rand mit Stickstoff anreichert, wodurch das Schwert an Härte gewinnt. Auch heute noch wird die Oberflächenbehandlung von Firmen in Industrie, Bau und Handwerk angewendet und ist dank modernster Verfahrenstechniken und Maschinen in den verschiedensten Branchen stark verbreitet. Dabei wird die Oberflächentechnik in unterschiedliche Verfahrensklassen aufgeteilt:\ 1. Die chemische Oberflächenbehandlung: Bei der chemischen Oberflächenbehandlung sind die Umwandlungsschichten in der Regel sehr dünn und deshalb dient dieses Verfahren hauptsächlich als Vorbehandlung. Welche chemischen Behandlungen am besten geeignet sind, hängt stets von den technischen Faktoren und den Designaspekten des jeweiligen Produktes ab. Die am häufigsten angewendeten chemischen Verfahren der Oberflächenbehandlung sind: Chromatieren, Phosphatieren (unter anderem mit Verbindung von Zink und Mangan), Verzinken (Feuerverzinkung, elektrolytische Verzinkung und mechanische Verzinkung), Passivieren, Plattieren, Brünieren, Beizen.\ 2. Die mechanische Oberflächenbehandlung: Heutzutage kann kaum ein Material ohne Oberflächenbehandlung alle Anforderungen erfüllen. Deshalb ist die gezielte Optimierung der Oberflächen von Werkstoffen je nach ihrem Einsatzzweck zwingend notwendig. Die am meisten angewendete Technik ist dabei die mechanische Oberflächenbehandlung, zu der folgende Verfahren gehören: Polieren (Elektro- und Laserpolieren), Bürsten und Schleifen (Trowalisieren), Strahlen (Kugelstrahlen, Sandstrahlen und Glasperlenstrahlen), Festwalzen, Laser peening, maschinelles Oberflächenhämmern, Gravieren.
Wie funktioniert die Oberflächenbehandlung von Metall?
Die Änderung der Oberflächeneigenschaften von Metallen ist heutzutage kaum noch wegzudenken und in vielen Industriezweigen auch zwingend notwendig. Das aus gutem Grund, denn die Oberflächenbehandlung ist ein sehr wichtiger Faktor für die Verlängerung der allgemeinen Lebensdauer von Metallen, zum Beispiel bei Karosseriebauteilen, Baugerüsten und bei Warenregalen. Die Hauptgründe für die Anwendung der Oberflächentechnik bei Metall sind Dekorationszwecke und/oder ein besseres Reflexionsvermögen, eine verbesserte Korrosionsbeständigkeit, eine verbesserte Härte des Metalls (um zum Beispiel Abrieb und Beschädigungen entgegenzuwirken). Zum Einsatz kommen die verschiedenen Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Metallen in den unterschiedlichsten Branchen -- im Prinzip in allen Firmen in der Industrie, im Bau und im Handwerk, die Bleche und Metalle verarbeiten. Das betrifft die Herstellung von Produkten und Teilen (Einzelteile und Serienfertigung) als auch die Verwendung von Werkzeugen und Betriebsmitteln. Die Branchen, in denen heute die Oberflächenbehandlung von Metall am häufigsten eingesetzt wird, sind unter anderem die Automobilindustrie, das Baugewerbe, Industrieanlagen, die Medizintechnik, Branchen, in denen Laborausstattung verwendet wird, die Elektroindustrie, die Containerindustrie sowie die Luftfahrt und Raumfahrt. Die behandelten Stücke erstrecken sich von einfachen Brillengestellen und Instrumenten über Autoteile und Metallbauträger bis hin zu Schrauben, Muttern, Nägeln, Bolzen und vielen weiteren Teilen. Im Gegensatz zu anderen Oberflächen, die vor dem Beschichten oder der weiteren Verarbeitung und Dekoration behandelt werden müssen, stehen für die Behandlung von Metalloberflächen unterschiedliche Methoden zur Verfügung.
Sowohl die angewandte Oberflächenbehandlung als auch die durchgeführte Vorbehandlung, die als zweite Schutzbarriere gegen Korrosion dient, ist äußerst wichtig. Zum einen gibt es die Verzinkung, bei der das Metall mit Zink überzogen wird, um es so zu isolieren und vor Korrosion zu schützen. Die verbreitetste Methode ist hier die Feuerverzinkung, wobei die Teile direkt nach der Herstellung in ein Bad mit geschmolzenem Zink (bei 450 °C) getaucht werden. So entsteht eine Zinkschicht auf dem Metallteil mit einer unterschiedlichen Stärke von circa 60 bis 90 µm. Durch diese Methode ist eine sehr lange Nutzungsdauer ohne Wartungsanforderungen gewährleistet.
Besonders gerne wird diese Verfahrenstechnik bei städtischen Einrichtungen und bei Außenanlagen (Strommasten, Ampeln, Absperrungen) verwendet. Außerdem ist die mechanische Widerstandsfähigkeit höher, weil die Teile durch das Eintauchen überall gleichmäßig beschichtet werden. Zum anderen gibt es die Lackierung, bei der das Metall mit einem Lack beschichtet wird, der dank der Rostschutzwirkung als physische Barriere gegen die Korrosion durch äußere Umgebungsbedingungen dient. Dieses Verfahren kann mittels elektrostatischer Lackierung oder durch die kathodische Tauchlackierung vollzogen werden. Bei der elektrostatischen Lackierung wird entweder Pulverlack oder Flüssiglack mithilfe von zwei unterschiedlichen Wirkungen auf die Werkstoffe aufgetragen. Einmal durch den kinematischen Effekt, die den Lack mit hoher Geschwindigkeit versprüht und einmal durch die elektrostatische Wirkung, die den Pulverlack anzieht, sodass er sich auf dem Werkstück niederlässt. Bei der kathodischen Tauchlackierung werden die Werkteile durch das Eintauchen mit Lack beschichtet. Die in einer wässrigen Lösung suspendierten positiven Ionen haften an dem Werkstoff und erzeugen so eine gleichmäßige Schicht auf der Oberfläche. Der Vorgang ist auch als elektrophoretische Abscheidung bekannt.
Wie funktioniert die Oberflächenbehandlung von Holz?
Welche Oberflächenbehandlung für Holz die Richtige ist, hängt von unterschiedlichen Faktoren, wie der Sorte und dem aktuellen Zustand des Holzes sowie von dem Einsatzzweck, ab. Zum Beispiel müssen verschmutzte oder beschädigte Stellen erst einmal gereinigt und in Ordnung gebracht werden (Vorbehandlung). In der Regel reicht dafür ein Stück Schleifpapier oder eine Schleifmaschine. Dann kann zu der Oberflächenbehandlung übergegangen werden, die in erster Linie das Holz vor Feuchtigkeit und Schimmelbildung, Reinigungschemikalien sowie vor Insektenbefall und Pilzbefall schützen soll. Besonders wichtig ist die korrekte Oberflächenbehandlung bei tragenden Bauteilen und im Innenbereich, beispielsweise bei Möbeln oder Bodenbelägen wird besonders darauf geachtet, keinen chemischen Holzschutz zu nutzen. Die am häufigsten angewendeten Methoden bei der Oberflächenbehandlung von Holz sind: 1. das Lackieren (bei antiken Möbeln am besten mit gesundheitlich unbedenklichem Schellack) 2. das Wachsen (besonders gut, wenn altes Aussehen erhalten bleiben soll) 3. die Versiegelung von Holz mit Ölen (fast alle Öle eignen sich dafür) 4. die Oberflächenbehandlung mit Feuer (so kommt die Maserung richtig zur Geltung) 5. das Bestreichen mit Holzteer, welcher schon seit Jahrhunderten benutzt wird, um Holzbauten und Schiffsrümpfe wasserresistent zu machen
Gesundheitliche Aspekte zur Oberflächenbehandlung
Häufig ist die Oberflächenbehandlung von Werkstoffen, wenn nicht richtig ausgeführt, mit Arbeitsgefahren und gesundheitlichen Gefahren verbunden. Damit diese gemieden werden können, müssen gewisse Richtlinien und Regeln bei der Oberflächenbehandlung befolgt werden. Zum Beispiel entstehen beim Schweißen Rauch und Stäube, die keinesfalls eingeatmet werden sollten. Die entstehenden gasförmigen und partikelförmigen Stoffe, auch Schweißrauche genannt, können zu einer Gesundheitsgefährdung führen und zählen zu den Gefahrstoffen im Sinne der Gefahrstoffverordnung (GefStoffV). Darüber hinaus sind beim Gasschweißen Brenngase die Energieträger und im Zusammenspiel mit brandförderndem Sauerstoff sind diese explosionsgefährlich. Dazu muss bei der Verwendung von sauerstoffverdrängenden Gasen ebenfalls die Erstickungsgefahr berücksichtigt werden. Treten luftgetragene Gefahrstoffe in die Atemluft, sind diese auf ein ungefährliches Maß zu reduzieren. Daher muss eine effektive Raumbelüftung mit Absaugfilteranlage nahe der Entstehungs- oder Freisetzungsstelle angebracht sein, um so einen hinreichenden Schutz der Beschäftigten zu gewährleisten. Auch beim Verarbeiten von Farben, Lacken und anderen flüssigen Beschichtungsstoffen umfasst der Arbeits- und Gesundheitsschutz sowohl die Herstellung und Lagerung der Produkte als auch deren Bereitstellung und Trocknung. Die Lacktrocknung darf nur in speziellen Abdunsträumen erfolgen oder in Kammer- und Durchlauftrocknern für eine beschleunigte Trocknung.
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