Harteloxieren von Aluminiumoberflächen
Harteloxieren, Hartanodisieren („Hard Anodizing“) oder Hardcoating beschreiben denselben Vorgang, bei dem für den technischen Gebrauch durch eine künstliche Oxidation eine extrem harte Schutzschicht auf Aluminiumwerkstoffen erzeugt wird. Beim Harteloxieren von Aluminium entsteht eine harte, nichtleitende und korrosionsbeständige Schicht, die das gesamte Bauteil umschließt und so die Robustheit und Härte verbessert. Das Aluminium bildet sich in Form regelmäßiger Sechsecke senkrecht zur Werkstückoberfläche aus. Die Aluminiumoxidschicht weist einen sehr guten Verschleiß-, und Korrosionsschutz auf, ein sehr gutes elektrisches Isolationsvermögen sowie gute Gleiteigenschaften.
Harteloxieren wird wegen der vielen positiven Eigenschaften dieser Oberflächenveredelung besonders bei Werkstücken angewendet, die starken Beanspruchungen ausgesetzt sind. Die Aluminiumoxidschichten, die durch das Harteloxieren entstehen, sind dichter und deutlich härter als jene, die durch das herkömmliche Eloxieren realisiert werden.
Vorteile einer Harteloxalschicht:
• Hardcoating von Bauteilen bis sechs Meter Länge
• Verfahrenstechnik für unterschiedliche Bauteilformen
• Harteloxieren von Einzelteilen und ganzen Serien
• höchste Präzision beim Harteloxieren
• Schichtdicken nach individuellen Anforderungen
• hervorragender und langfristiger Schutz der Bauteile
• Oberflächen mit besten elektrischen Isolationseigenschaften
• extrem hohe Oberflächenhärte
• Verschleißfestigkeit bis 520 HV (materialabhängig)
• Hitzebeständigkeit langfristig bei 200 °C, kurzfristig bis 2000 °C
• sehr gute Gleiteigenschaften der Oberflächen
• hervorragende Korrosionsbeständigkeit
• sehr hohe Abriebbeständigkeit
• Imprägnierungen durch Nachbehandlung möglich
• Eigeneinfärbung der Harteloxalschichten
• gutes Flüssigkeitshaltevermögen
• mikroraue Oberfläche der Bauteile
Funktionsweise des Harteloxierens
Das Harteloxieren ist ein beschleunigter, elektrochemischer Oxidationsprozess, bei dem eine starke Oxidschicht gebildet wird. Diese verleiht dem Aluminiumbauteil eine deutlich höhere Korrosionsbeständigkeit über einen langen Zeitraum.
Das Aluminiumbauteil wird beim Hartanodisieren mit einem positiven Pol verbunden, zum Beispiel in einen schwefelsauren Elektrolyten getaucht und anschließend Strom hindurchgeleitet. Auf diese Weise findet eine Umwandlung der Aluminiumoberfläche statt, denn diese reagiert mit dem Sauerstoff zu Aluminiumoxyd (Al2O3). In der Regel werden hierbei Schichtdicken von etwa 25 bis 50 µm erzeugt. Zudem ist die Aluminiumoxidschicht durch starke atomare Bindekräfte fest mit dem Metall darunter verbunden und deshalb so robust und widerstandsfähig.
Beim Harteloxieren / Hartanodisieren lassen sich durch Veränderungen bei den Parametern wie etwa seiner Temperatur, der Stromstärke sowie durch längere Expositionszeiten sehr gute Ergebnisse erzielen.
Abhängig von der jeweiligen Aluminiumlegierung lassen sich außerdem unterschiedliche Hartoxidschichten zwischen 20 und deutlich über 100 µm realisieren. Je reiner die Aluminiumlegierung ist, umso dicker kann sie sein, wobei für die Schichtstärke letztlich die Anforderungen bezüglich der Härte, Korrosionsfestigkeit und weiterer Eigenschaften ausschlaggebend sind.
Unterschied zwischen Harteloxieren und Eloxieren
Die Oberflächenschichten sind beim Harteloxieren, das mit hohen Stromstärken erfolgt, um ein Vielfaches dichter und härter als beim Eloxieren, das mit relativ geringen Stromstärken erfolgt.
Abhängig von der Aluminiumlegierung kann eine Härte der Harteloxalschicht zwischen 400 und 500 HV erreicht werden. Dabei liefert Harteloxal robuste und keramikartige Oberflächen, die selbst unter schwierigsten Bedingungen standhalten. Die Schutzschicht überzeugt außerdem mit einer hohen thermischen Beständigkeit und einer guten elektrische Isolation.
Oberflächeneigenschaften durch Harteloxieren
Harteloxalschichten haben viele Vorteile und bieten einen hervorragenden Oberflächenschutz. Einerseits sind sie extrem hart und verschleißfest, andererseits besitzen sie eine sehr hohe Korrosionsbeständigkeit und einen niedrigen Reibungswiderstand.
Die keramikähnliche Aluminiumoxidschicht ist elektrisch isolierend und hat eine geringe Wärmeleitfähigkeit sowie eine hohe elektrische Durchschlagfestigkeit, die je nach Schichtdicke und Legierung 20 bis 30 V pro µm beträgt. Die Temperaturbeständigkeit des Harteloxals ist hoch und liegt langfristig bei etwa 200 °C. Kurzfristig kann sie bei maximal 2000 °C liegen.
Imprägnierung von Harteloxalschichten
Die guten Gleiteigenschaften von Harteloxalschichten können in der Nachbehandlung mit Polytetrafluorethylen (PTFE / Teflon) noch weiter verbessert werden. Die Poren der Oxidoberfläche werden dabei mit einer PTFE-Lösung geschlossen, also imprägniert. PTFE wirkt dabei wie ein Trennmittel, an dem kaum etwas haften bleiben kann.
Anwendungsbereiche für das Aluminium Harteloxieren
Harteloxal bietet sich überall dort an, wo Aluminiumbauteile extremen Materialbeanspruchungen ausgesetzt sind. Harteloxalschichten veredeln zum Beispiel Lager, Steuerkolben, Steuerventile, Zahnräder, Schnecken, Gehäuse, Führungen, Formen usw.
In der Pneumatik, Hydraulik, Medizintechnik, im Automobilbau, Maschinen- und Anlagenbau, in der Industrie oder der Luft- und Raumfahrttechnik werden die widerstandsfähigen Bauteile wegen des relativ geringen Gewichts eingesetzt. Außerdem zeichnet sich die Aluminiumoxidschicht auf Grund ihrer Dichte und Struktur durch eine hohe Korrosionsbeständigkeit aus. Da Harteloxal als keramische Schicht isolierend wirkt, dient es auch zur elektrischen Isolation.
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