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Vorbehandlung von Oberflächen

Die Haftfähigkeit von Beschichtungen und die Haltbarkeit von Klebeverbindungen hängen von der Beschaffenheit der beteiligten Oberflächen ab. Die Vorbehandlung verleiht dem Material die Eigenschaften, die für eine erfolgreiche Weiterverarbeitung erforderlich sind. Die Oberflächentechnik nutzt, abgestimmt auf das vorliegende Metall und das beabsichtigte Endergebnis, verschiedene Vorbehandlungsprozesse. Hier erhalten Sie einen Überblick über die einzelnen Verfahren der Oberflächenvorbehandlung.

Zweck der Vorbehandlung

Die Beschichtung und das Kleben beruhen hauptsächlich darauf, dass sich eine Flüssigkeit oder ein Pulver auf der Oberfläche gleichmäßig verteilt, in dort vorhandene Unebenheiten eindringt und sich beim Festwerden darin verhakt.

Dafür muss die Oberfläche frei von Fremdstoffen sein, und sie muss ein definiertes Rauheitsprofil aufweisen. Diese Voraussetzungen werden bei der Oberflächenvorbehandlung geschaffen.

Die Hauptaufgaben der Vorbehandlung bestehen demzufolge in der Reinigung und Konditionierung der Oberflächen. Um diese Aufgaben zu erfüllen, nutzt die Oberflächentechnik mechanische und chemische Verfahren.

Mechanische Verfahren der Vorbehandlung

Die mechanischen Verfahren der Vorbehandlung zielen darauf ab, hartnäckige, feste Verunreinigungen (Rost, Zunder, Altlacke) zu entfernen, die Teile zu entfetten und die Oberflächen aufzurauen. In einigen Fällen führt die mechanische Oberflächenvorbehandlung dazu, dass sich oberflächennahe Werkstoffbereiche verfestigen.

Bürsten

Die einfache Art, Rost, Zunder oder alte Lackschichten mechanisch zu beseitigen, ist das Bürsten. Diese Arbeit erfolgt entweder von Hand mit einer Drahtbürste oder mit runden Bürsten, die auf einem Schleifbock rotieren.

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Daneben sind großtechnische Anlagen im Einsatz, in denen die Teile an rotierende Bürsten vorbeigeführt werden. Je nach Ausführung hinterlassen die Bürsten auf den Oberflächen Spuren in Form von Kratzern. Diese können gewollt sein oder durch nachträgliches Schleifen beseitigt werden.

Schleifen

Beim Schleifen trägt ein Werkzeug (Schleifstein, Schleifscheibe, Schleifpapier) mit unregelmäßigen Schneiden Material von der Oberfläche eines Werkstücks ab. Charakteristisches Merkmal ist dabei die Körnung des Werkzeugs. Je höher die Körnung ist, umso mehr und umso feinere Körner befinden sich pro cm² auf der Werkzeugoberfläche. Entsprechend grob oder fein wird das Schleifbild. Auf diese Weise lässt sich Metall so bearbeiten, dass ein genau definiertes Rauheitsprofil entsteht.

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Strahlen

Strahlen ist ein in der Oberflächentechnik weit verbreitetes Verfahren, Werkstücke mechanisch zu reinigen. Dabei prallt ein strömungsfähiges Medium mit hohem Druck auf die Teile und trägt Verschmutzungen ab. Vorteilhaft ist, dass der Strahl auch in Hohlräume und an schwer zugängliche Bereiche gelangen kann. Von der Wahl des Strahlmediums und der Aufprallgeschwindigkeit hängt es ab, ob die Werkstücke nur entrostet und gereinigt werden, oder ob gleichzeitig eine Verdichtung der oberflächennahen Werkstoffbereiche erreicht wird.

Als Strahlmedium kommen folgende Stoffe zum Einsatz:

  • Dampf
  • Wasser
  • Granulat aus Nussschalen oder Hartholz
  • Glasperlen
  • Sand
  • Stahlschrot
  • Korund

Prallen die harten Strahlmittel (Stahlschrot, Korund) mit hohem Druck und großer Geschwindigkeit auf die Metalloberfläche auf, verändert sich das Gefüge des Metalls. Die mechanischen Kräfte führen zu einer lokalen bleibenden Verformung, die mit einer Erhöhung der Festigkeit einhergeht. Die kleinen Abdrücke der Partikel im Material ergeben ein leicht aufgerautes Oberflächenprofil, das sehr gut für eine nachfolgende Beschichtung geeignet ist.

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Enthält das Wasser beim Wasserstrahlen Reinigungsmittel, wirken mechanische und chemische Prozesse gleichzeitig.

Chemische Verfahren der Vorbehandlung

Die chemischen Verfahren der Vorbehandlung in der Oberflächentechnik umfassen das Reinigen und Entfetten mit Hilfsstoffen, das Beizen, die Aktivierung und die Passivierung der Metalloberfläche.

Reinigung und Entfettung

Öle und Fette dienen dem temporären Korrosionsschutz von Metallen. Bevor sich das Metall fertig bearbeiten lässt, müssen diese Stoffe entfernt werden. Sie würden sonst die Beschichtung oder das Zusammenkleben von Teilen behindern. Die Verunreinigungen werden entweder durch Tauchen oder durch Spritzen entfernt. Gebräuchliche Reinigungsmittel sind organische Lösungsmittel und Tenside, wobei letzteren der Vorzug zu geben ist.

Lösungsmittel sind gesundheits- und klimaschädlich. Beim Umgang mit diesen Stoffen sind besondere Vorkehrungen, wie Absaugungen oder persönliche Schutzausrüstungen erforderlich.

Vorteilhaft ist, dass die Lösungsmittel meistens rückstandsfrei verdunsten. Nach dem Reinigen mit wässrigen Tensidlösungen müssen die Teile in mehreren Stufen gründlich gespült werden, um die verbliebenen Anhaftungen zu beseitigen. Der letzte Spülgang erfolgt in der Regel mit vollentsalztem Wasser, sodass sich beim Trocknen keine Kalkrückstände oder Wasserflecken auf dem Metall bilden können.

Beizen und Aktivieren

Das Beizen erfolgt mit starken Säuren oder Laugen. Diese Stoffe lösen natürlich entstandene Oxidationsprodukte (z. B. Rost) von den Oberflächen der Werkstücke. Die oxidfreie Oberfläche wird vorrangig benötigt, wenn die Teile anschließend galvanisch beschichtet oder Klebeverbindungen hergestellt werden sollen.

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Mit dem Beizen ist die Aktivierung der Metalloberfläche verbunden. Die Oberflächentechnik ist dann in der Lage, gezielt Passivierungsschichten auf dem Metall herzustellen, die als Korrosionsschutz und als Haftgrund für die Lackierung benötigt werden.

Passivieren

Die Passivierung ist das gezielte Herstellen einer Schutzschicht auf der Metalloberfläche. Auf das Metall abgestimmte Chemikalien verbinden sich mit den oberflächennahen Werkstoffbereichen zu einer dichten Schicht, die den Angriff von Luftsauerstoff und Feuchtigkeit abwehrt. Dadurch verbessert sich der Korrosionsschutz. Kommt es beim Betrieb der lackierten Teile zu Beschädigungen der Lackschicht, unterrostet diese nicht.

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Passivierungsschichten bilden aufgrund ihrer Struktur überdies einen perfekten Haftgrund für eine nachfolgende Lackierung. Die Oberflächentechnik setzt bei der Vorbehandlung vor allem die Phosphatierung und die Chromatierung ein, um derartige Schichten zu erzeugen.

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Weil das Grundmaterial an der Schichtbildung beteiligt ist und sich durch die chemische Reaktion umwandelt, bezeichnet man Passivierungsschichten auch als Konversionsschichten und die Passivierung als Konversionsverfahren. An die Passivierung schließen sich Spülprozesse an, bei denen die Rückstände der Chemikalien entfernt werden. Den Abschluss der Vorbehandlung bilden das Spülen mit vollentsalztem Wasser und die Trocknung der Teile.