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Beschichten

01. Was ist Beschichten?

Nach DIN 8580 ist Beschichten das Aufbringen einer fest haftenden Schicht aus formlosem Stoff auf ein Werkstück ohne wesentliche Änderung der Geometrie des Werkstücks.

02. Welchen Zweck verfolgt das Beschichten?

  1. Reduzierung der Abnutzung des beschichteten Werkstoffs, z. B.:

    • Verbesserung der Verschleißbeständigkeit

    • Schutz gegen Korrosion

    • Verbesserung der thermischen Beständigkeit.

  2. Ausbessern von Materialfehlern/Fehlstellen, z. B.:

    • Ausgleich von Rissen

    • Abdecken offener Lunker.

  3. Herstellen erforderlicher Oberflächeneigenschaften, z. B.:

    • Dekoration

    • Leitfähigkeit

    • Wärmedämmung

    • Elektrische Isolation.

03. In welche Verfahrensgruppen wird das Beschichten unterteilt?

Nach DIN 8580 wird die Hauptgruppe 5 neben der Beschichtung durch Schweißen und Löten in vier Untergruppen gegliedert; dabei wird unterschieden nach dem Zustand des Beschichtungsstoffes vor dem Beschichten (vgl. auch: Tabellenwerke, Einteilung der Beschichtungsverfahren). Die zu beschichtenden Werkstücke werden als Substrat bezeichnet.

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Daneben kann man noch die Unterteilung in organische und anorganische Beschichtungsstoffe vornehmen:

BeschichtungsstoffeBeispiele
Organische Stoffe
  • Farben, Lacke
  • Kunststoffe
  • Öle, Fette, Wachse, Parafine
  • Gummi, Teer, Bitumen
Anorganische Stoffe
  • Metalle
  • Metallverbindungen
  • Nichtmetalle, z. B. Silikate, Keramik, Emaille

04. Welche Vorbehandlungen des Substrats sind vor dem Beschichten erforderlich?

Das Substrat (das zu beschichtende Werkstück) erfährt eine Vorbehandlung der Oberflächen, um eine optimale Haftung des Beschichtungsstoffes zu erreichen. Denkbar sind folgende Vorbehandlungen:

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05. Welche Verfahren der Beschichtung aus dem festen Zustand gibt es?

Dazu ausgewählte Verfahren (vgl. außerdem in den Tabellenwerken: Schutzschichten, Anwendungsziele und Anwendungsgrenzen, z. B. Friedrich Tabellenbuch, a. a. O, S. 6 – 66 ff.):

  1. Wirbelsintern

    ist ein Verfahren zur Beschichtung von Substraten mit Kunststoffen: In einem Behälter wird Kunststoffpulver durch Druckluft aufgewirbelt und in der Schwebe gehalten. Das über die Schmelztemperatur des Kunststoffes aufgewärmte Werkstück wird in das Wirbelbett eingetaucht. Das Kunststoffpulver schmilzt und bildet am Substrat eine geschlossene Oberfläche.

    Beschichtungsstoffe: Thermoplastische Kunststoffe

    Anwendungsbereiche: Dekorationsbeschichtung, Gleit- und Korrosionsschutz.

  2. Elektrostatisches Beschichten:

    Der Beschichtungsstoff (z. B. duroplastisches Pulver) wird elektrostatisch aufgeladen und mittels einer Sprühpistole fluidisiert. Der Beschichtungsstoff haftet an der Oberfläche des Substrats (Coulomb’sche Anziehungskräfte). Anschließend durchläuft das Werkstück einen Ofen. Durch die Erhitzung verteilt sich der aufgebrachte Beschichtungsstoff gleichmäßig auf der Oberfläche des Substrats.

  3. Beim thermischen Spritzen wird der Beschichtungsstoff geschmolzen und mittels unterschiedlicher Verfahren auf die vorbereitete Oberfläche des Substrats aufgebracht; Verfahren sind z. B.: Drahtflammspritzen, Pulverflammspritzen, Hochgeschwindigkeitsflammspritzen.

    Anwendungsbereiche: Es können Spritzschichten von einigen Hundertstel bis zu wenigen Millimetern aufgebracht werden. Der Einsatz erfolgt bei Werkstücken, die nur partiell beschichtet werden müssen.

06. Welche Verfahren der Beschichtung aus dem flüssigen Zustand gibt es?

Beispiele:

  • Anstreichen

  • Tauchen

  • Rollen

  • Bedrucken

  • Schmelztauchen

  • Spritzen

  • Gießen

  • Walzen

  • Lackieren

  • Emaillieren.

Das Schmelztauchen erfolgt meist als Feuerverzinken: Das Substrat wird in 450 °C heiße Zinkschmelze getaucht und dadurch mit Zink beschichtet. Das Emaillieren erfolgt durch Tauchen oder Spritzen. Nach dem Auftragen und Abtrocken wird der Beschichtungsstoff bei 750 … 900 °C gebrannt.

Beschichtungsstoffe:

Lösungen organischer/anorganischer Stoffe, Lacke/Farben, Metall-, Kunststoff-, Glasschmelzen

Anwendungen:

  • Emaillieren: Behälter, Geschirr, chemische Apparaturen

  • Lackieren: Karosserien, Rohrbau

  • Schmelztauchen: Bleche, Bänder, Stahlprofile.

07. Welche Verfahren der Beschichtung aus dem gas- oder dampfförmigen Zustand gibt es?

Bei diesen Verfahren wird der Beschichtungsstoff in den gas- oder dampfförmigen Zustand gebracht und in dünnen Schichten auf das Substrat aufgetragen. Die Dicke der Schichten reicht von einigen Nanometern bis in den Mikrometerbereich (Dünnschichttechnik).

Beschichtungsstoffe:

Nitride, Carbide, Oxide, Metalle, Metalllegierungen

Anwendungen:

Maschinenbau, Elektroindustrie, Optik zur Herstellung von Verschleiß-, Oxidations- und Korrosionsschutz, Gleitflächen, Dekoration

Man unterscheidet PVD- und CVD-Verfahren:

Beschichten aus dem gas- oder dampfförmigen Zustand
VerfahrenBeschreibung
PVD-Verfahren
Physical Vapour Deposition
Die Beschichtung erfolgt aus dem dampfförmigen Zustand. Der feste Beschichtungsstoff (Target) wird in einem Vakuum verdampft. Die Dämpfe scheiden sich auf dem relativ kalten Substrat als Schicht ab.
CVD-Verfahren
Chemical Vapour Deposition
Die Beschichtung erfolgt aus dem gasförmigen Zustand. Der Beschichtungsstoff wird chemisch gebunden (z. B. Chloride, Fluoride) und in gasförmigem Zustand in den Reaktor geleitet. Bei 700 … 900 °C bildet sich chemisch der Schichtwerkstoff, der sich auf dem Substrat abscheidet.

Prinzipskizzen:

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08. Welche Verfahren der Beschichtung aus dem ionisierten Zustand gibt es?

Man unterscheidet drei Verfahren:

Beschichten aus dem ionisierten Zustand
 Elektrostatisches BeschichtenElektrolytisches BeschichtenChemisches Beschichten
 
BeschreibungDurch ein elektrisches Feld wird der Beschichtungsstoff ionisiert, beschleunigt und auf dem Substrat abgelagert.Galvanisieren: Die Beschichtung wird in wässriger Metallsalzlösung und einer äußeren Stromquelle erzeugt (→ A 5.1.1).
Das Werkstück ist als Kathode gepolt.
Die Schichten bilden sich in einer Säure- oder Metallsalzlösung durch Freisetzen von Ionen.
Beschichtungsstoff, z. B.Aluminium, Chrom, NickelNickel, Kupfer, Chrom, Zink, Zinn, CadmiumMangan, Aluminium
Anwendung, z. B.Korrosions-, Verschleißschutz, GleitschichtKarosseriebau, Sanitär, SchmuckindustrieChromatieren, Brünieren, Phosphatieren