Die Wahl der Oberflächenbehandlung stellt jeden Konstrukteur vor eine Herausforderung. Es stehen zahlreiche Optionen zur Verfügung, und ein erfahrener Konstrukteur sollte neben Wirtschaftlichkeit und Praktikabilität auch den Montageprozess und gegebenenfalls Umweltauflagen berücksichtigen. Im Folgenden finden Sie eine kurze Einführung in einige gängige Beschichtungen für Verbindungselemente, basierend auf den oben genannten Prinzipien.
1. Elektrogalvanisierung
Zink ist die am häufigsten verwendete Beschichtung für Befestigungselemente im Handel. Es ist relativ günstig und optisch ansprechend. Gängige Farben sind Schwarz und Olivgrün. Allerdings ist seine Korrosionsbeständigkeit durchschnittlich und die niedrigste aller Zinkbeschichtungen. Üblicherweise wird der Salzsprühtest für verzinkten Stahl innerhalb von 72 Stunden durchgeführt. Spezielle Versiegelungsmittel gewährleisten zudem eine Beständigkeit von über 200 Stunden. Allerdings ist der Preis hoch und liegt 5- bis 8-mal so hoch wie der von normal verzinktem Stahl.
Das Verfahren der galvanischen Verzinkung neigt zur Wasserstoffversprödung, weshalb Schrauben ab der Festigkeitsklasse 10.9 in der Regel nicht galvanisiert werden. Zwar lässt sich der Wasserstoff nach der Verzinkung im Ofen entfernen, jedoch wird die Passivierungsschicht bei Temperaturen über 60 °C beschädigt. Daher muss die Wasserstoffentfernung nach der Galvanisierung und vor der Passivierung erfolgen. Dies ist mit einem hohen Aufwand und hohen Prozesskosten verbunden. In der Praxis wird Wasserstoff in der Regel nicht aktiv entfernt, es sei denn, dies wird von bestimmten Kunden ausdrücklich gefordert.
Die Übereinstimmung zwischen Drehmoment und Vorspannkraft bei verzinkten Verbindungselementen ist gering und instabil, weshalb diese im Allgemeinen nicht für die Verbindung wichtiger Bauteile verwendet werden. Um die Gleichmäßigkeit der Drehmomentvorspannung zu verbessern, kann nach der Verzinkung ein Schmiermittel aufgetragen werden.
2. Phosphatierung
Ein Grundprinzip ist, dass Phosphatieren zwar günstiger als Verzinken ist, aber eine geringere Korrosionsbeständigkeit aufweist. Nach dem Phosphatieren muss Öl aufgetragen werden, dessen Korrosionsbeständigkeit eng mit der Qualität des verwendeten Öls zusammenhängt. Beispielsweise kann nach dem Phosphatieren ein handelsübliches Rostschutzöl aufgetragen und ein neutraler Salzsprühtest über 10–20 Stunden durchgeführt werden. Hochwertiges Rostschutzöl benötigt hingegen bis zu 72–96 Stunden. Dessen Preis ist jedoch zwei- bis dreimal so hoch wie der von handelsüblichem Phosphatierungsöl.
Für die Phosphatierung von Verbindungselementen werden üblicherweise zwei Verfahren eingesetzt: Zinkphosphatierung und Manganphosphatierung. Zinkphosphatierung bietet eine bessere Schmierwirkung als Manganphosphatierung, während Manganphosphatierung eine höhere Korrosions- und Verschleißbeständigkeit als Zinkplattierung aufweist. Sie kann bei Temperaturen von 107–204 °C (225–400 °F) angewendet werden. Besonders geeignet ist sie für die Verbindung wichtiger Bauteile wie Pleuelschrauben und -muttern, Zylinderkopfschrauben, Hauptlager, Schwungradschrauben, Radschrauben und -muttern usw.
Hochfeste Schrauben werden phosphatiert, wodurch auch Wasserstoffversprödung vermieden werden kann. Daher werden Schrauben ab der Festigkeitsklasse 10.9 im industriellen Bereich üblicherweise phosphatiert.
3. Oxidation (Schwärzung)
Die Brünierung mit anschließender Ölung ist eine gängige Beschichtungsmethode für industrielle Befestigungselemente, da sie die kostengünstigste ist und vor dem Kraftstoffverbrauch ein ansprechendes Aussehen bietet. Aufgrund der Brünierung bietet sie jedoch kaum Rostschutz und rostet daher ohne Ölung schnell. Selbst mit Öl hält der Salzsprühtest nur 3–5 Stunden.
4. Galvanisierungsabteilung
Cadmiumplattierung bietet im Vergleich zu anderen Oberflächenbehandlungen eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit, insbesondere in maritimen Umgebungen. Die Kosten für die Abwasserbehandlung beim galvanischen Cadmiumplattieren sind jedoch hoch und liegen etwa 15- bis 20-mal höher als beim galvanischen Zinkplattieren. Daher wird es nicht in der allgemeinen Industrie, sondern nur in speziellen Anwendungsbereichen eingesetzt. Beispiele hierfür sind Befestigungselemente für Ölbohrplattformen und HNA-Flugzeuge.
5. Verchromung
Die Chrombeschichtung ist in der Atmosphäre sehr stabil, verfärbt sich kaum und verliert ihren Glanz nicht. Sie zeichnet sich durch hohe Härte und gute Verschleißfestigkeit aus. Verchromte Verbindungselemente werden in der Regel zu dekorativen Zwecken eingesetzt. In Industriezweigen mit hohen Anforderungen an die Korrosionsbeständigkeit findet sie selten Anwendung, da hochwertige verchromte Verbindungselemente genauso teuer sind wie Edelstahl. Nur wenn die Festigkeit von Edelstahl nicht ausreicht, werden verchromte Verbindungselemente verwendet.
Um Korrosion zu verhindern, sollten Kupfer und Nickel vor der Verchromung aufgebracht werden. Die Chromschicht ist bis zu 650 °C (1200 °F) temperaturbeständig. Allerdings besteht, ähnlich wie bei der elektrolytischen Verzinkung, auch hier das Problem der Wasserstoffversprödung.
6. Vernickelung
Wird hauptsächlich in Bereichen eingesetzt, die sowohl Korrosionsbeständigkeit als auch gute Leitfähigkeit erfordern. Zum Beispiel an den Ausgangsanschlüssen von Fahrzeugbatterien.
7. Feuerverzinken
Feuerverzinken ist eine thermische Diffusionsbeschichtung aus flüssigem Zink. Die Schichtdicke liegt zwischen 15 und 100 µm. Die Kontrolle des Verfahrens ist schwierig, jedoch bietet es eine gute Korrosionsbeständigkeit und wird häufig im Maschinenbau eingesetzt. Beim Feuerverzinken entstehen erhebliche Umweltbelastungen, darunter Zinkabfälle und Zinkdämpfe.
Aufgrund der dicken Beschichtung kann es beim Einschrauben von Innen- und Außengewinden in Befestigungselementen zu Schwierigkeiten kommen. Wegen der hohen Temperatur beim Feuerverzinken ist das Material nicht für Befestigungselemente oberhalb der Festigkeitsklasse 10.9 (340–500 °C) geeignet.
8. Zinkinfiltration
Zinkinfiltration ist eine metallurgische, thermische Diffusionsbeschichtung aus Zinkpulver. Sie zeichnet sich durch hohe Gleichmäßigkeit aus und ermöglicht die Erzeugung einer homogenen Schicht sowohl in Gewinden als auch in Sacklöchern. Die Schichtdicke beträgt 10–110 µm, wobei die Abweichung auf unter 10 % begrenzt werden kann. Die Haftung und der Korrosionsschutz auf dem Substrat sind im Vergleich zu anderen Zinkbeschichtungen (wie z. B. Elektroverzinkung, Feuerverzinkung und Dacromet) unübertroffen. Das Herstellungsverfahren ist schadstofffrei und besonders umweltfreundlich.
9. Dacromet
Es besteht kein Problem der Wasserstoffversprödung, und die Drehmomentvorspannungskonstanz ist sehr gut. Abgesehen von Chrom- und Umweltaspekten ist Dacromet tatsächlich am besten für hochfeste Verbindungselemente mit hohen Korrosionsschutzanforderungen geeignet.
Veröffentlichungsdatum: 19. Mai 2023
