Aluminium lackieren in der Industrie

Aluminium ist im Maschinen- und Apparatebau, aber auch in der Lebensmittelindustrie oder der Architektur ein sehr beliebter und wichtiger Werkstoff. Es ist ein echtes Leichtmetall mit einer geringen Dichte, hat eine hohe Leitfähigkeit für Strom und Wärme und ist leicht zu bearbeiten. An der Luft bildet es eine schützende Schicht aus, die es vor weiterer Korrosion und Umwelteinflüssen schützt. Alternativ kann man Aluminium auch lackieren. Eine Lackierung kann den gleichen Schutz bieten – wenn einige Vorkehrungen während des Lackiervorgangs und davor beachtet werden.

In welchen Bereichen der modernen Industrie werden lackierte Aluminiumteile benötigt?

Werkstücke aus Aluminium kommen in sehr vielen industriellen Bereichen zum Einsatz. Als Leichtmetall wird es gerne für Konstruktionen im Fahrzeug, Schiffs- und Flugzeugbau eingesetzt. In der Architektur ist es Konstruktions- und architektonisches Element. Die Elbphilharmonie ist ein Beispiel dafür. Aber auch viele Gebrauchsgegenstände werden aus “Alu” hergestellt, wie Kochgeschirr, Pfannen oder auch Verpackungen für Lebensmittel und Medikamente.

Aluminium oxidiert an der Luft und bildet eine beständige Aluminiumoxidschicht aus. Wenn die Ansprüche an das Material nicht zu hoch sind, reicht diese Schicht In vielen Fällen aus. Allerdings ist sie nicht exakt definiert, die Dicken sind nicht gleichmäßig und genügen bei zahlreichen Anwendungen, vor allem in der Industrie, nicht immer den gewünschten Vorgaben. In anderen Bereichen der Aluminiumverarbeitung sind bestimmte Farben und Oberflächen gewünscht. Gerade im Automobilbau wird das Leichtmetall gerne verbaut – der Werkstoff ist hier sehr gefragt, um Gewicht zu sparen und leichtere Autos zu bauen. Das macht kleinere Motoren und weniger Kraftstoffverbrauch möglich.

Viele Schritte von der “Rohware” zum fertig lackierten Endprodukt

Um Aluminium zu lackieren, müssen die in der Prozesskette eingesetzten Produkte optimal aufeinander abgestimmt sein. Die Vorbehandlung sorgt für eine glatte, ideal zu bearbeitende Oberfläche. Die Aluminium Grundierung muss stimmen. Verunreinigungen aus vorhergehenden Schritten, wie Ölfilme oder Reste von Schmiermitteln müssen vollständig entfernt werden. Das daran anschließende Lackierverfahren baut darauf auf und sorgt dafür, dass das gesamte Werkteil umfassend beschichtet wird. Die Haftung zwischen Werkstoff und Lack bzw. Beschichtung muss stimmen und Fehler, wie zum Beispiel noch vorhandene Restfeuchte, müssen ausgeschlossen werden. Der Lackiervorgang verläuft in mehreren Schritten.

Die Vorbehandlung ist das A und O

Um Aluminium zu lackieren, muss zunächst die Metalloberfläche vorbehandelt werden. Damit die Lackschicht gut auf dem Untergrund haftet, müssen zwei Voraussetzungen erfüllt sein: In der Vorbehandlung muss die natürlich entstandene Aluminiumoxidschicht vollständig entfernt werden. Zum zweiten muss Aluminium vor dem Lackieren absolut sauber sein. Reste aus vorherigen Produktionsschritten, wie Staub, Metallspäne, Schmiermittel oder Ölfilme, können die Haftung der Lackschicht auf der Metalloberfläche stören. Der Lackfilm ist ungleichmäßig und der Beschichtungsprozess, bei dem es zur Ausbildung einer Haftschicht zwischen der Metalloberfläche und dem Lack kommt, kann behindert werden. Fehler in der Lackschicht und Korrosionsschäden können die Folge sein. Gerade wenn ein Bauteil Umwelt- und Witterungseinflüssen ausgesetzt ist, schlagen sich diese Fehler in der Lebenszeit des Bauteils nieder.

Je nach Größe des Bauteils und dem Anwendungsbereich, kann die Vorbehandlung eines Aluteils auf unterschiedliche Weise erfolgen.

Mechanische Bearbeitungsverfahren

Die mechanische Bearbeitung von Oberflächen entfernt unerwünschte Überzüge auf der Oberfläche. Zunder, fest haftender Schmutz und Ruß sowie die an der Luft gebildete Aluminiumoxidschicht werden im ersten Schritt der Aluminiumverarbeitung entfernt. Typische mechanische Verfahren sind Abschleifen, Bürsten oder auch Sandstrahlen. Das Werkzeug reicht vom Schleifpapier, mit dem die Oberfläche manuell abgetragen wird, bis hin zu Schwingschleifern und festmontierten Schleifmaschinen. Oft werden in der Industrie die Oxidrückstände auf dem Werkstoff auch durch Sandstrahlen abgetragen. Durch die mechanische Bearbeitung wird die Oberfläche aufgeraut, was deren Haftungseigenschaften für die Folgeschritte verbessert. Nach der mechanischen Bearbeitung schließt sich im Regelfall die Reinigung an. Wasserbasierende Reinigungsmittel entfernen leicht lösliche Substanzen von der obersten Schicht, organische Lösungsmittel entfernen Fette und Öle. Das Ziel ist die Bildung einer fettfreien Oberfläche – die Voraussetzung, um Aluminium zu lackieren. Auch die Entfernung relativ festsitzender Verunreinigungen durch Ultraschall ist eine Möglichkeit.

Chemische Bearbeitungsverfahren

Auf die Entfettung der Oberfläche folgt im Regelfall die chemische Bearbeitung. Beizmittel, das heißt Säuren oder Laugen, lösen die Oxidschicht auf. Gleichzeitig wird die Oberfläche aufgeraut. Auch das erhöht, wie zuvor bei der mechanischen Behandlung, die Haftungsbedingungen für den nachfolgenden Lackierungsschritt. Je nachdem ob es sich um ein Alublech oder ein Werkteil mit einer diffizileren Oberfläche handelt, wird für diese Art der Vorbehandlung ein Sprüh- oder Tauchbad eingesetzt. Vor allem für Werkteile, die Bohrungen oder Hohlkammern haben, eignen sich Tauchbäder besser, um die schlecht zugänglichen Orte vollständig zu benetzen. Zwischen den einzelnen Schritten werden die Teile gründlich mit vollentsalztem Wasser, am besten in mehreren Bädern nacheinander gespült. Dadurch werden alle Chemikalien und sonstigen störenden Stoffe aus den vorhergehenden Schritten vollständig entfernt. Nun steht eine einwandfreie Oberfläche zur Verfügung, die vor dem nun folgenden Lackierungsschritt nur noch vollständig getrocknet werden muss.

Zwei etablierte Verfahren werden in der Industrie zum Lackieren von Alu eingesetzt

Um Aluminium zu lackieren kann man, je nach Werkstück und Anforderungsprofil zwischen verschiedenen Verfahren wählen.

Pulverbeschichtung kurz erklärt…

Bei der Pulverbeschichtung wird die gewünschte Farbe als feines Pulver auf das Aluminium aufgesprüht. Hier wird ein spezieller Trick angewandt: Der Pulverlack besteht aus feinen Körnern, die negativ aufgeladen werden. Das Werkstück aus Aluminium ist positiv aufgeladen. Dadurch werden die Pulverkörnchen angezogen und bleiben kurzzeitig auf der Aluminiumoberfläche haften. Das so beschichtete Werkstück kommt in einen Ofen und wird auf Temperaturen um die 200°C erhitzt. Der Pulverlack besteht aus Farbpigmenten, einem Bindemittel und einem Härter. Das Bindemittel ist eine Kunstharzkomponente, zum Beispiel ein Acrylat- oder Epoxidharz. Wenn das Werkstück in den Brennofen kommt, reagieren Härter und Bindemittel miteinander, der Lack härtet aus und es bildet sich eine feste Verbindung zwischen der Metalloberfläche und dem Coating. Diese ist im Vergleich zu einer Lackschicht viel dicker und damit weniger anfällig gegen äußere Einflüsse. Typische Schichtdicken liegen im Bereich von 60 bis 120 µm, sie können aber sowohl noch dicker als auch etwas dünner aufgetragen werden. Die Pulverbeschichtung wird in der Industrie immer dann gewählt, wenn das lackierte Aluminiumteil Umwelteinflüssen ausgesetzt ist. Auch gegenüber Salzen, Feuchtigkeit oder chemischen Stoffen ist die Pulverbeschichtung die Methode der Wahl. Die Pulverbeschichtung ist außerdem gegenüber dem Nasslackieren die umweltfreundlichere Variante. Hier wird nur das Farbpulver eingesetzt wird und keine weiteren lösemittelhaltigen Chemikalien, die während des Trocknungsvorgangs verdampfen.

Nasslackieren für spezielle Anwendungen

Möchte man eine sehr glatte Oberfläche, ist die Pulverbeschichtung nicht die Methode der Wahl. Denn pulverbeschichtetes Aluminium besitzt immer eine “körnige” Struktur. Eine glatte Oberfläche ist nur mit einer Lackierung zu erreichen. Die aufzutragende Farbe ist in einem Lösungsmittel gelöst und wird nass aufgetragen. Anschließend verdunstet das Lösungsmittel und der Lack härtet aus.

Tauchen, Walzen oder Gießen

Das Aufbringen des Lacks kann in einem Tauchbad erfolgen. Beim Tauchlackieren wird das gesamte Werkstück eingetaucht, vollständig benetzt und anschließend wieder entfernt. Nutzt man ein Tauchbad, muss man darauf achten, dass sich beim Eintauchen keine Luftblasen bilden und beim Entfernen aus dem Bad eine gleichmäßige Schicht gebildet wird. Beim Gießen werden die zu lackierenden Teile über verschiedene Förderbänder während des Lackvorgangs transportiert. Die Transportgeschwindigkeit kann eingestellt werden. Über den sogenannten Gießkopf, einem Gefäß, das sich über die gesamte Breite des Förderbandes erstreckt, wird die Lackflüssigkeit verteilt. Dabei wird ein sogenannter “Farbvorhang” gebildet, der senkrecht nach unten auf das Werkstück läuft. Diese Art der Lackierung eignet sich für flache Gegenstände – ein Alublech würde man auf diese Weise lackieren.

Schließlich kann man die Lackierflüssigkeit auch über Walzen auf ein Aluminiumwerkstück übertragen. Man unterscheidet zwischen Auftragswalze und Dosierwalze, über die die gewünschte Lackmenge eingestellt wird. Mit dieser Methode können ebenfalls flache Werkstücke, Alublech oder auch Konservendosen lackiert werden. Für das Lackieren im Nassverfahren besteht, im Gegensatz zum Pulverschichtverfahren, keine Größenbegrenzung. Sie wird daher vor allem für große Werkteile, Alublech oder Alubänder, eingesetzt.

Aluminium zeigt sich heutzutage nicht nur metallisch glänzend, sondern oft versteckt unter farbigen Schichten. Das Leichtmetall “Alu” wird in der Industrie gerne und viel eingesetzt – wenn es farbig sein soll, so sind beim Lackierungsprozess verschiedene Vorkehrungen zu beachten, um ein einwandfreies und langlebiges Ergebnis zu erzielen.