Federbeschichtungen und Oberflächenbehandlungen

Es gibt viele Beschichtungen und Oberflächenbehandlungen für Metalle. Einige dienen in erster Linie dem Korrosionsschutz, während andere die Oberflächenhärte oder Verschleißfestigkeit verbessern sollen. Beschichtungen werden auch verwendet, um die Abmessungen (geringfügig) zu verändern und um einige physikalische Eigenschaften wie Reflexion und Farbe zu verändern. Die folgende Tabelle zeigt verschiedene Arten von Beschichtungen und Behandlungen für Metalle.

Besuchen Sie auch unsere Seite Federmaterialien, um mehr über die Auswahl des richtigen Federmaterials für Ihre Anwendung zu erfahren. Die Wahl des richtigen Federmaterials, der Oberflächenbehandlung und Oberflächenbehandlung stellt sicher, dass Ihr Federdesign für die Anwendung optimiert ist. Ein Lee Spring-Ingenieur kann bei jeder technischen Frage helfen.

Elektropolieren

Elektropolieren wird zum Polieren von Metallteilen verwendet. Das Prinzip ist genau umgekehrt wie das der Galvanisierung. Das Werkstück wird zur Anode in einem Elektrolyten, dem eine Kathode zur Vervollständigung des Stromkreises hinzugefügt wird. Bei der anschließenden Abscheidung wird das Material an erhabenen, rauen Stellen am schnellsten abgetragen, so dass eine sehr glatte, polierte Oberfläche entsteht.  Dieses Verfahren wird vor allem eingesetzt, um aus sehr glatten Ausgangsflächen spiegelnde Oberflächen zu erzeugen. * Eine Endoberfläche von weniger als 0,05 µm kann erreicht werden, wenn die anfängliche Oberflächenrauhigkeit (quadratischer Mittelwert) 0,18 bis 0,20 µm nicht überschreitet. Das Elektropolieren wird zum Polieren von Blechen und Teilen aus nichtrostendem Stahl verwendet.

Trommellackierung

Eine Trommellackiermaschine (Gleitschleifmaschine) ist eine oben offene, auf Federn gelagerte Wanne (oder Trog), die in der Regel mit Polyurethan ausgekleidet ist. Die Vibration wird entweder durch einen am Boden des Behälters angebrachten Vibrationsmotor, durch eine oder mehrere exzentrisch gelagerte Wellen, die von einem Standardmotor angetrieben werden, oder durch ein System von Elektromagneten erzeugt. Die Trommellackierung kann dazu beitragen, Metalle zu entgraten, Teile zu reinigen oder einen helleren Federschliff zu erzielen.

Trogvibratoren haben eine runde Trogform und einen auf Federn gelagerten Behälter. Der Trog wird durch exzentrische Gewichte auf einer vertikalen Welle in der Mitte des Trogs in Schwingung versetzt. Bei Aktivierung wird eine spiralförmige Bewegung auf die Masse der Teile und Medien übertragen. Der große Vorteil von Trogvibratoren ist, dass ein integriertes Trennsystem eingebaut werden kann. Zur Trennung der Teile von den Medien, wird ein Stausteg in die Rinne gesetzt, so dass die Teile und Medien nach oben und über den Stausteg hinaus gedrückt werden. Oberhalb des Staustegs befindet sich ein Sieb, über das die Teile und Medien geleitet werden. Die Medien fallen durch das Sieb zurück in den Trogvibrator. Die Teile werden über das Sieb in einen Auffangtrichter oder ein Förderband abgeleitet.

Shot Peening

Shot Peening ist eine Methode der Kaltbearbeitung, bei der Druckspannungen in den freiliegenden Oberflächenschichten von Metallteilen durch einen Strahl von Schrot erzeugt werden, der unter kontrollierten Bedingungen mit hoher Geschwindigkeit auf die Metalloberfläche gerichtet wird. Der Vorgang unterscheidet sich vom Strahlen durch seinen Hauptzweck und durch das Ausmaß, in dem es kontrolliert wird, um genaue und reproduzierbare Ergebnisse zu erzielen. Obwohl das Kugelstrahlen die zu behandelnde Oberfläche reinigt, besteht der Hauptzweck des Kugelstrahlens in der Erhöhung der Dauerfestigkeit.

Als Strahlmittel können Eisen-, Stahl- oder Glaskugeln oder geschnittener Stahl- oder Edelstahldraht verwendet werden. Die Metallkugel wird je nach Größe mit Nummern bezeichnet. Die nach MIL-S-13165 genormten Kugelnummern reichen von S70 bis S780. Die Kugelnummer entspricht ungefähr dem Nenndurchmesser der einzelnen Kugeln in Zehntausendstel Zoll. Die Effektivität des Shotpeening-Verfahrens wird anhand des Almenstreifens gemessen. Dabei handelt es sich um ein dünnes, flaches Stück Stahl, das auf einen massiven Block geklemmt und dem Schrotstrahl ausgesetzt wird, der eine Krümmung erzeugt. Das Ausmaß dieser Krümmung an einer Standardprobe dient als Messinstrument für die Intensität des Strahlungsprozesses.

Galvanisieren

Beim Galvanisieren wird eine galvanische Zelle geschaffen, in der das zu beschichtende Teil die Kathode und das Beschichtungsmaterial die Anode ist. Die beiden Metalle werden in ein Elektrolytbad gegeben und ein Gleichstrom von der Anode zur Kathode angelegt. Ionen des Beschichtungsmaterials werden durch den Elektrolyten auf das Beschichtungssubstrat getrieben und bedecken das Teil mit einer dünnen Schicht des Beschichtungsmaterials.

Stähle, Legierungen auf Nickel- und Kupferbasis sowie andere Metalle lassen sich leicht galvanisch beschichten. Es sind zwei Vorgehensweisen möglich. Wenn ein edleres (weniger aktives) Metall auf das Substrat aufgebracht wird, kann dies die Oxidationsneigung verringern und das Substrat vor Umwelteinflüssen schützen, solange die Beschichtung intakt bleibt. Zinn, Nickel und Chrom werden häufig für die Galvanisierung von Stahl verwendet, um die Korrosionsbeständigkeit zu erhöhen. Die Verchromung bietet auch eine Erhöhung der Oberflächenhärte auf HRC 70, was über der von vielen gehärteten legierten Stählen liegt. Leider kann jede Unterbrechung oder Vertiefung in der Beschichtung Knotenpunkte für eine galvanische Wirkung bilden, wenn leitende Medien (wie Regenwasser) vorhanden sind. Da das Substrat weniger edel als die Beschichtung ist, wird es zur Opferanode und korrodiert schnell. Die Galvanisierung mit Metallen, die edler sind als das Substrat, wird nur selten für Teile verwendet, die in Wasser oder andere Elektrolyte getaucht werden sollen.

Alternativ kann ein weniger edles Metall auf das Substrat aufgebracht werden, das als Opferanode dient und anstelle des Substrats korrodiert. Das häufigste Beispiel hierfür ist die Verzinkung von Stahl, auch Galvanisierung genannt. Der Zink- oder Kadmiumüberzug korrodiert allmählich und schützt das edlere Stahlsubstrat, bis die Beschichtung aufgebraucht ist, woraufhin der Stahl oxidiert. Zinküberzüge können statt durch Galvanisieren auch durch ein Verfahren namens „Hot Dipping“ aufgebracht werden, was zu einer dickeren und schützenden Beschichtung führt, die an ihrem „perlmuttartigen“ Aussehen erkennbar ist. Bei galvanischen Beschichtungen ist zu beachten, dass es zu einer Wasserstoffversprödung des Substrats kommen kann, was zu einem erheblichen Festigkeitsverlust führt. Galvanische Beschichtungen sollten nicht für Teile verwendet werden, die durch Ermüdung belastet werden. Die Erfahrung hat gezeigt, dass galvanische Beschichtungen die Ermüdungsfestigkeit von Metallen stark verringern und zu einem frühzeitigen Versagen führen können.

Wasserstoffversprödung – Wenn Kohlenstoffstahl zur Vorbereitung der Beschichtung oder bei einigen galvanischen Verfahren gebeizt wird, kann Wasserstoff vom Material absorbiert werden. Risse können sich zwar im Beiz- oder Galvanikbad bilden, treten aber häufiger auf, wenn die beschichteten Federn in Betrieb sind. Die Gefahr der Wasserstoffversprödung wird akuter, wenn (1) eine hohe Spannungskonzentration, (2) eine hohe Rockwell-Härte oder (3) ein hoher Kohlenstoffgehalt vorliegt. Gehärtete Werkstoffe sind besonders anfällig. Zur Vermeidung der Versprödung, müssen die Federn unmittelbar nach dem Beschichten gebrannt werden, um den Wasserstoff aus dem Material zu treiben.

Stromlose Beschichtung

Beim stromlosen Beschichten wird eine Nickelschicht auf das Substrat aufgebracht, ohne dass elektrischer Strom benötigt wird. Die „Kathode“ des Substrats (es gibt keine Anode) wirkt in diesem Fall als Katalysator, der eine chemische Reaktion auslöst, bei der Nickelionen in der Elektrolytlösung reduziert und auf dem Substrat abgeschieden werden. Die Nickelbeschichtung wirkt ebenfalls als Katalysator und hält die Reaktion in Gang, bis das Teil aus dem Bad genommen wird. Auf diese Weise können relativ dicke Beschichtungen erzeugt werden. Die Beschichtungen sind in der Regel zwischen 0,001 und 0,002 Zoll dick. Anders als beim Galvanisieren ist die chemisch abgeschiedene Nickelplatte völlig gleichmäßig und dringt in Löcher und Spalten ein. Die Beschichtung ist dicht und mit etwa 43 HRC ziemlich hart. Auch andere Metalle können stromlos beschichtet werden, am häufigsten wird jedoch Nickel verwendet.

Chemische Beschichtungen

Die gebräuchlichsten chemischen Behandlungen für Metalle reichen von einer Phosphorsäureabwaschung auf Stahl, die einen begrenzten und kurzfristigen Oxidationsschutz bietet, bis hin zu verschiedenen Anstrichen, die einen dauerhafteren Korrosionsschutz gewährleisten. Schwarzes Oxid ist eine kostengünstige Option zur Bildung einer Korrosionsschutzbarriere auf verschiedenen Arten von Stahl, Edelstahl oder Kupfersubstraten. Schwarzes Oxid kann auch Oberflächen mattieren, auf denen Lichtreflexionen unerwünscht sind.