Beizen und Passivieren

« Was versteht man darunter eigentlich? »

Beizen und Passivieren sind chemische oder elektrochemische Verfahren der Oberflächentechnik, mit denen die Eigenschaften oberflächennaher Bereiche von Werkstoffen gezielt beeinflusst werden. Im Rahmen der Vorbehandlung von Werkstücken aus Metall tragen diese Verfahren zum Korrosionsschutz bei. Darüber hinaus schaffen sie die Voraussetzung für den reibungslosen Ablauf nachfolgender Beschichtungsprozesse.

Zweck der Vorbehandlung durch Beizen und Passivieren

An der Oberfläche reagieren Metalle mit dem Sauerstoff der Luft. Die Auswirkungen sind als Korrosionserscheinungen erkennbar. Auf diese Weise entstehen zum Beispiel Rost auf Eisenwerkstoffen und Patina auf Kupfer. Besonders bei der Anwesenheit von Feuchtigkeit bilden sich die störenden Oxidschichten. Hohe Temperaturen, die bei der Wärmebehandlung oder beim Walzen, Schweißen und Laserschneiden erforderlich sind, wirken sich verstärkend auf die Korrosion aus. Die Werkstoffe verzundern. Auf Stahl bleiben in den Wärmeeinflusszonen von Schweißnähten Anlauffarben zurück, die auf Materialveränderungen hinweisen.

Überlässt man die Bauteile in diesem Zustand sich selbst, zersetzen sie sich im Laufe der Zeit. Die Oberflächentechnik verhindert oder verzögert diesen Prozess durch die Erzeugung unterschiedlicher Beschichtungen, die die Atmosphäre und den Grundwerkstoff voneinander trennen. Die Haftfähigkeit einer Beschichtung ist jedoch nur dann gewährleistet, wenn die natürlichen Oxidschichten mit Beizprozessen beseitigt werden und danach durch Passivieren definierte Werkstoffstrukturen auf den Teileoberflächen erzeugt werden.

Der Beizprozess

Lockere Schichten aus Korrosionsprodukten können mechanisch abgetragen werden. Die Oxide, die danach auf den Oberflächen zurückbleiben, lassen sich durch das Beizen ablösen. Dabei kommen häufig Säuren und Säuregemische zum Einsatz. Die sauren Medien sind nicht in der Lage, Öle und Fette zu lösen. Deshalb ist vor der Behandlung mit diesen Chemikalien eine gründliche Entfettung erforderlich. Neben sauren Beizmitteln sind auch neutrale und alkalische Produkte im Einsatz. Alkalische Mittel ermöglichen es, die Entfettung und das Beizen in einem Arbeitsschritt durchzuführen. Neutrale Beizmittel setzen sich aus Salzen zusammen, die sich mit dem Metall zu wasserlöslichen chemischen Verbindungen umsetzen.

Chemische Beizprozesse

Die Beizmittel dringen durch die Oxidschicht und lösen darunter das Grundmaterial auf. Die Oxidschicht hat dann keine Verbindung mehr zum Metall. Die Zeit, die dem Beizmittel für diesen Prozess gewährt wird, muss auf das Produkt und den Werkstoff exakt abgestimmt werden. Die chemischen Reaktionen lassen sich außerdem über die Temperatur beeinflussen. Schließlich soll nur genau so viel Grundmaterial verloren gehen, wie zur Ablösung der Oxidschicht unbedingt notwendig ist. Nach der erforderlichen Zeit wird die Oberfläche gründlich mit Wasser abgespült. Zurück bleibt eine metallisch blanke Oberfläche.

Elektrolytische Beizprozesse

Der Beizprozess lässt sich auch auf elektrolytischem Weg durchführen. Dabei wird die Auflösung oberflächennaher Bereiche des Grundmetalls durch die Wirkung von Gleichstrom unterstützt. Die Möglichkeit, die für den elektrischen Strom verantwortliche Spannung präzise zu regeln, erweitert den Handlungsspielraum, beim Beizen exakte Ergebnisse zu erzielen.

Praktische Durchführung des Beizens

Die Durchführung der Beizprozesse ist durch die Art und Weise gekennzeichnet, wie die Oberfläche eines Metalls mit dem Beizmittel in Kontakt gebracht wird. Angewendet werden:

• Tauchen
• Sprühen
• Auftragen von Beizpasten
• Umlaufbeizen

Das Tauchen ist die effizienteste Methode, da in den Anlagen eine genaue Kontrolle der Prozessparameter und eine umweltgerechte Entsorgung verbrauchter Beizmittel gegeben sind. Durch eine sorgfältige Badpflege, bei der Abfallprodukte laufend ausgeschleust und Chemikalien nachdosiert werden, lassen sich Einspareffekte erzielen.

Metallbaukonstruktionen auf Baustellen werden häufig durch Sprühverfahren gebeizt. Dabei sind besondere Vorkehrungen für den Gesundheits- und Umweltschutz zu treffen, denn die meisten Beizmittel sind stark ätzend.

Wärmeeinflusszonen im Bereich von Schweißnähten lassen sich durch Beizpasten behandeln, die zielgenau auf die entsprechenden Regionen aufgetragen werden können. Das Umlaufverfahren wird in Rohrleitungen und Apparaten angewendet. Das Beizmittel fließt dabei im Kreislauf durch die Anlagensysteme.

Die Passivierung

Bildung von Konversionsschichten

Viele Metalle bilden unter der Einwirkung des Luftsauerstoffs und der Luftfeuchtigkeit eine dünne Schutzschicht aus, die verhindert, dass das Grundmaterial von korrosiven Medien angegriffen wird. Dieser Vorgang wird bei der Passivierung künstlich herbeigeführt. Unter dem Einfluss von Säuren entstehen dabei auf den Oberflächen Oxide oder Hydroxide der Metalle, die fest auf dem Werkstoff haften und auch hohen Temperaturen standhalten. Da sich die Metalle bei der Bildung der Schutzschicht umgewandelt haben, wird diese auch als Konversionsschicht bezeichnet. In der Oberflächentechnik erfolgt das Passivieren häufig vor der Lackierung, um eine gute Lackhaftung zu erreichen.

Passivieren von Kupferlegierungen, Stahl und verzinktem Stahl

Um Teile aus Kupferlegierungen, Stahl oder verzinktem Stahl passivieren zu können, müssen ihre Oberflächen frei von Ölen, Fetten und anderen Verunreinigungen sein. Deshalb erfolgt vor der Passivierung eine gründliche Reinigung. Störende Oxide, die sich von selbst oder im Rahmen einer vorausgegangenen Oberflächenbearbeitung gebildet haben, lassen sich durch Beizen entfernen. Danach werden die Teile in Becken mit dem Passivierungsmittel getaucht. Für die Ausbildung der benötigten Konversionsschicht sind die die Badzusammensetzung, die Verweilzeit und die Reaktionstemperatur entscheidend. Diese Prozessparameter werden ständig überwacht und im vorgegebenen Bereich gehalten. An das Passivieren schließen sich Spülprozesse an.

Eloxieren

Für das Passivieren von Aluminium wird ein elektrolytisches Verfahren genutzt, das auch als Eloxieren bezeichnet wird. In einem Schwefelsäurebad wir durch Gleichstrom Wasser in seine Ionen zersetzt. Das Aluminium wird als positive Elektrode geschaltet. Dort sammelt sich der Sauerstoff und bildet mit dem Grundmaterial Aluminiumoxid.