Beim Kleben, Beschichten, Lackieren, Bedrucken oder Versiegeln stoßen die meisten Hersteller früher oder später auf Probleme mit der Haftung, dem Korrosionsschutz oder strukturelle Schwächen.
In Branchen wie der Automobil-, der Luft- und Raumfahrt- sowie der Elektronikindustrie ist eine hochwertige Oberflächenbeschaffenheit entscheidend, um diese Probleme zu vermeiden.
Abplatzende Farbe, rissige Dichtungen, ungleichmäßige Beschichtungen, nicht haftende Drucke und nicht haltende Verklebungen sind nur einige der Fertigungsprobleme, die durch eine Oberflächenbehandlung vermieden werden können.
In diesem Artikel erklären wir, was eine Oberflächenbehandlung ist, und erläutern ihre Vorteile für verschiedene Anwendungen. Wir helfen Ihnen außerdem bei der Auswahl der passenden Oberflächenbehandlung aus den 10 gängigsten Methoden.
Inhaltsverzeichnis
Die Oberflächenbehandlung umfasst verschiedene Methoden, mit denen die Oberflächeneigenschaften von Materialien (meist Metallteile und Substrate) durch physikalische, chemische oder thermische Techniken verändert werden. Diese verschiedenen Arten der Oberflächenbehandlung können die Haftfähigkeit, den Korrosionsschutz, die Haltbarkeit oder die Leistungsanforderungen eines Materials verbessern.
Die Oberflächenbehandlung kann auch eingesetzt werden, um die Leitfähigkeit zu verbessern und Verunreinigungen von Metalloberflächen zu entfernen, um sie anschließend zu beschichten oder zu verkleben. Aus diesem Grund wird dieser Herstellungsprozess auch als „Oberflächenvorbereitung“ bezeichnet.
Im Wesentlichen trägt ein Oberflächenbehandlungsverfahren dazu bei, Ausschuss, Abfall, Rückrufe und Rückgaben auf ein Minimum zu reduzieren. Außerdem hilft es, Probleme mit der Sicherheit und im Bereich der öffentlichen Gesundheit zu vermeiden.
In der Automobil- sowie Luft- und Raumfahrtindustrie zum Beispiel sind die Zuverlässigkeit und Haltbarkeit von Materialien nicht verhandelbar. Ohne eine angemessene Oberflächenvorbereitung können diese Materialien von Oxidation, Korrosion, Verunreinigung oder schwacher Haftung bei Klebeanwendungen betroffen sein.
Für die meisten Branchen bietet die Oberflächenbehandlung 5 Hauptvorteile:
Die Auswahl der richtigen Methode hängt von 4 wesentlichen Faktoren ab:
Die nachstehende Tabelle gibt einen Überblick über die wichtigsten Methoden. Diese werden im nächsten Abschnitt näher erläutert:
Das sind die 10 am häufigsten verwendeten Oberflächenbehandlungstechniken in der Fertigung:
Die Laserreinigung ist eine hochpräzise, berührungslose Methode zur Entfernung von Verunreinigungen, Rost, Oxiden, Farbe und Beschichtungen (z. B. Pulverbeschichtung, E-Beschichtung, Phosphatbeschichtung) von Metalloberflächen, die das Substrat nicht beschädigt.
Diese Technik kann auch eine optimale Verklebung vor dem Schweißen oder der Montage gewährleisten, wie in diesem Video zu sehen ist:
Im Gegensatz zu chemischen und Strahlbehandlungen erzielen gepulste Laserstrahlen konsistente Ergebnisse bei der Entfernung von Verunreinigungen selbst auf dünnen oder weichen Oberflächen und kommen ohne Verbrauchsgüter aus.
Die Lasertexturierung erzeugt Strukturen im Mikro- und Nanobereich, um die Textur und Rauheit von Metallteilen zu verändern.
Diese Oberflächenbehandlungsmethode bietet viel Kontrolle über die Oberflächenbeschaffenheit (linear, zufällig, gitterförmig oder kreisförmig), was eine optimale Verklebung oder thermische Spritzbeschichtung gewährleisten kann.
Die Lasertexturierung, auch Laserstrukturierung genannt, ist eigentlich eine 3-in-1-Methode: Dabei wird die Oberfläche des Materials gereinigt, geätzt, um die gewünschte Textur und Rauheit zu erzeugen, und ihre chemische Zusammensetzung geändert, um die Haftfähigkeit zu erhöhen.
Die Laserhärtung (auch Laserwärmebehandlung genannt) wird eingesetzt, um die Verschleißfestigkeit und die mechanischen Eigenschaften (z. B. Härte, Festigkeit) von Metallkomponenten zu verbessern.
Dabei wird ein Laserstrahl auf das Material gerichtet, um lokalisierte Bereiche der Oberflächenschicht zu erhitzen, die dann schnell abkühlt. Dadurch wird die Mikrostruktur des Metalls verändert, wodurch eine gehärtete Oberflächenschicht entsteht.
Eine solche Behandlung verlängert die Lebensdauer eines Metallteils und verhindert ein mögliches Verformen oder Verziehen.
Beim Laserauftragschweißen werden mit einem Laserstrahl Materialschichten auf eine Metalloberfläche aufgetragen, um die Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit zu verbessern oder beschädigte Bereiche zu reparieren. Der Laserstrahl erzeugt ein Schmelzbad (einen überhitzten Oberflächenbereich) auf dem Metall.
Eine Düse führt den Materialstrom gleichzeitig oberhalb des Substrats zu, sodass das Auftragschweißen mit hoher Präzision im erhitzten Bereich erreicht werden kann. Das aufgebrachte Material besteht in der Regel aus einem Metallpulver oder Draht.
Beim chemischen Ätzen wird eine chemische Lösung (z. B. Eisenchlorid) auf die Oberfläche aufgebracht. Diese reagiert mit dem Material, um den gewünschten Effekt zu erzielen. Die Oberfläche wird anschließend abgespült oder neutralisiert, um die Reaktion zu stoppen.
Diese Methode wird häufig in der Mikroelektronik und bei medizinischen Geräten eingesetzt. Es handelt sich um eine vielseitige, kostengünstige und präzise Möglichkeit, um die Korrosionsbeständigkeit zu verbessern und die Oberfläche von Metallen, Keramik und Halbleitern durch chemische Reaktionen zu reinigen.
Das chemische Ätzen erfordert jedoch eine strenge Kontrolle, um chemische Verunreinigungen und Schwankungen in der Wirksamkeit zu vermeiden. Da bei diesem Verfahren flüssige Abfälle anfallen, kann es auch ein Sicherheitsrisiko für die Bediener und die Umwelt darstellen.
Die gebräuchlichste abrasive Strahltechnik ist das Sandstrahlen. Dabei wird Sand mit hoher Geschwindigkeit auf eine Oberfläche geschossen, um Verunreinigungen zu entfernen oder die Haftfähigkeit zu verbessern.
Diese kostengünstige Technik eignet sich am besten für große Flächen und Materialien wie Edelstahl und Kohlenstoffstahl.
Es besteht jedoch das Risiko einer Rekontamination der Proben mit Metallpartikeln. Beim abrasiven Strahlen werden zudem Verbrauchsgüter (z. B. Sand) verwendet, die recycelt werden müssen.
Der hohe Wartungsaufwand veranlasst auch immer mehr Hersteller, Alternativen zum Sandstrahlen in Betracht zu ziehen.
Plasmabehandlungen können für Kunststoffe, Glas, Verbundwerkstoffe, Polymere und Aluminium eingesetzt werden. Bei dieser Methode wird ein teilweise ionisiertes Gas (z. B. Argon oder Sauerstoff) erhitzt und die Oberfläche des Materials beschossen, um die Haftfähigkeit zu verbessern.
Diese Art der Oberflächenbehandlung ist zwar wirtschaftlicher, bietet jedoch weniger Kontrolle als andere Methoden, da beim Plasmaätzen eine Maske auf die Oberfläche aufgebracht werden muss, um das Muster zu steuern. Diese Methode kann auch verkohlte Rückstände hinterlassen.
Bei dieser Methode werden Lösungsmitteldämpfe eingesetzt, die aus einem erhitzten Bad entweichen und in eine Kammer eintreten, in der das Material behandelt wird.
Der Lösungsmitteldampf beseitigt Verunreinigungen auf dem Material, indem er kondensiert und von der Oberfläche abtropft. Da das Material nicht getrocknet werden muss, ist das Entfetten mit Dampf relativ zeitsparend.
Obwohl das Lösungsmittel wiederverwendet werden kann, muss es regelmäßig gewechselt werden. Außerdem ist eine genaue Überwachung erforderlich, um Verunreinigungen zu vermeiden.
Diese Methode wird auch als anodische Oxidation bezeichnet und eignet sich am besten für Leichtmetalle wie Titan, Aluminium und Magnesium. Dank der Elektrolyse ermöglicht dieses Verfahren die Bildung einer Oxidschicht auf dem Metall, die den Korrosionsschutz und das Erscheinungsbild verbessert.
Um die Haltbarkeit zu erhöhen, kann auch eine dicke Keramikschicht durch Eloxieren auf die Oberfläche des Metallteils aufgebracht werden.
Das Eloxieren erfordert eine hohe Anfangsinvestition und zusätzliche Arbeitsschritte, die dieses Verfahren relativ zeitaufwendig machen.
E-Coating ist eine gängige Methode, bei der leitfähige Metallteile in eine Elektrolytlösung auf Wasserbasis getaucht werden, die auch eine Grundierung oder Farbe enthält.
Wie die Pulverbeschichtung beruht dieses Nassverfahren auf den gegensätzlichen elektrischen Ladungen des Werkstücks und der Farbe oder der Grundierung, wodurch letztere an der Metalloberfläche anhaften kann.
Je länger Sie das Teil in dem E-Coat-Bad lassen, desto höher ist die Spannung der elektrischen Ladung und desto dicker wird die Beschichtung.
Bei der Galvanisierung kommt ein ähnliches Verfahren mit einem Bad aus Elektrolytlösung zum Einsatz. Der Hauptunterschied liegt in der Verwendung von Metallbeschichtungen (z. B. Cadmium, Kupfer, Chrom, Gold, Nickel, Silber, Zinn oder Zink) zum Überziehen des Metallteils.
Das Ergebnis von E-Coating und Galvanisierung ist eine verbesserte Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit und eine glatte, haltbare Oberfläche.
Andererseits erfordern beide Methoden eine beträchtliche Anfangsinvestition sowie große Mengen an Verbrauchsgütern und erzeugen zudem Abwasser.
Die Lasertechnologie bietet präzise, effiziente und umweltfreundliche Behandlungslösungen für verschiedene Anwendungen wie das Kleben von Metallen, das Batterieschweißen und die thermische Spritzbeschichtung. Sie kann die Kosten erheblich senken und die Geschwindigkeit und Wiederholbarkeit Ihrer Abläufe verbessern.
Wenn Sie Laser für Ihre Oberflächenvorbereitung und -behandlung in Betracht ziehen, wenden Sie sich noch heute an unsere Experten.
Catherine holds a bachelor’s degree in Engineering Physics and a master's degree in Physics. She completed her master’s in partnership with Laserax to develop industrial solutions for the laser texturing of metallic surfaces. She is now the Applications Lab Supervisor at Laserax, where she oversees the team that tests and optimizes laser processes for clients.
Das E-Coating-Verfahren, auch bekannt als Elektrotauchlackierung, ist eine äußerst zuverlässige Methode zum Schutz von Metallteilen vor Korrosion, UV-Belastung und Verschleiß. Wenn Sie verstehen, wie die E-Coating funktioniert und wie Sie dieses Verfahren optimieren können, können Sie einen optimalen Durchsatz gewährleisten, Fehler reduzieren und hochwertige Beschichtungen erzielen.
Die Entfernung von Oberflächenverunreinigungen ist ein wesentlicher Schritt, der sich direkt auf die Leistung und Haltbarkeit von Materialien und Komponenten auswirkt. Wenn Sie über Oberflächenverunreinigung Bescheid wissen, können Sie übliche Dekontaminationsmethoden vergleichen und verstehen, wie sich die Lasertechnologie von herkömmlichen Methoden unterscheidet.
Bei der Laserablation wird mit einem Laserstrahl Material aus einem begrenzten Bereich entfernt. Dieses Verfahren wird in verschiedenen industriellen Anwendungen eingesetzt und kann dauerhafte Markierungen erzeugen (Lasermarkierung), diverse Verschmutzungen und Beschichtungen von Oberflächen entfernen (Laserreinigung), die Rauhigkeit eines Werkstücks verändern (Lasertexturierung), eine Oberfläche durchschneiden (Laserschneiden) und vieles mehr.
