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Was ist Eloxieren? Prozess, Typen, Vorteile und Anwendungen

1. Was ist Eloxieren?

Hierbei handelt es sich um eine Oberflächenbehandlung, die in der Fertigung eingesetzt wird, um die Korrosionsbeständigkeit und Oberflächenfestigkeit von Metallteilen oder -produkten zu verbessern. Der Anodisierungsprozess nutzt einen elektrolytischen Mechanismus, um eine Oxidschicht auf dem Substrat zu erzeugen.

2. Wie wird das Eloxieren durchgeführt?

Der Eloxalprozess funktioniert nach einem elektrolytischen Prinzip. Ein Substrat, beispielsweise Aluminium, ist mit einer positiven Elektrode verbunden und fungiert als Anode. Als Kathode (negative Elektrode) dient dagegen ein gut leitendes Material. Als Kathoden zum Eloxieren von Aluminium eignen sich beispielsweise Aluminium oder Edelstahl. Daher sind H₂SO₄ (15–20 Gew.-%), CrO₃ (3–10 %) und H₃PO₄ (5–10 %) häufig verwendete Elektrolyte für diesen Prozess.

1) Vorbereitung und Reinigung

Für das Aufbringen anodischer Oxidschichten ist eine gleichmäßige und glatte Oberfläche entscheidend.
Dies wird durch mechanische Behandlung und chemische Reinigung erreicht. Durch mechanische Oberflächenbehandlungen wie Schleifen, Perlenstrahlen, Läppen und Polieren werden Oberflächenunregelmäßigkeiten und -fehler beseitigt. Bei der alkalischen oder sauren Reinigung werden Fett, Öl, Schmutz und andere Verunreinigungen entfernt, gefolgt von einer Spülung mit entionisiertem Wasser, um restliche Reinigungsmittel zu entfernen .

2) Elektrochemischer Prozess

Das zu eloxierende Teil wird zur Anode und das andere hochleitfähige Metall zur Kathode. Beide Teile befinden sich in einer Elektrolysezelle. Wenn Strom durch dieses Elektrolytgerät fließt, oxidiert die Anode und verliert Elektronen.
Anschließend reagieren die Metallionen mit Sauerstoffionen, die aufgrund ihrer positiven Ladung auf sie zuwandern. Hier entsteht O²⁻ durch die Dissoziation des Elektrolyten. An der Anode reagieren diese mit den Metallionen und bilden eine feste Metalloxidschicht.
 

3) Färbung

Färben: Die poröse Schicht nimmt den Farbstoff auf und durch Eintauchen des Teils in ein Färbebad können verschiedene Farben erzielt werden.
Elektrolytische Färbung: Metallsalze werden elektrochemisch in den Poren der Schicht abgeschieden und erzeugen so langanhaltende, nicht verblassende Farben.
 

4) Versiegelung

Durch den Anodisierungsprozess entstehen Farbstoffe in den Poren der Oberfläche. Eine Versiegelung ist unerlässlich, um das Risiko von Korrosion, Kratzern und Fleckenbildung aufgrund dieser Poren zu vermeiden. Bei schlechter oder fehlender Abdichtung kann sich in der porösen Metalloxidschicht Staub und Schmutz ansammeln.
Eloxierte Oberflächen können mit verschiedenen Techniken versiegelt werden: Kaltversiegelung, Mitteltemperaturversiegelung und Heißversiegelung
 

3. Arten der Eloxierung

Es gibt vier Arten von Anodisierungsprozessen, basierend auf der Art des Säurebads und der Dickenfähigkeit. Sie sind bekannt als: Typ I, Typ II, Typ II und Phosphorsäure-Anodisierung.

Eloxieren mit Chromsäure (Typ I)

Typ I oder Chromsäure-Anodisierung ist ideal, wenn Sie eine dünne Schicht benötigen, insbesondere für dekorative und einige funktionelle Anwendungen. Nach der Versiegelung kann es jedoch die Leistung von Typ II oder Hartbeschichtung nachahmen. Die Schichtdicken liegen zwischen 0,00002 Zoll und 0,0001 Zoll.

Anodisieren mit Schwefelsäure (Typ II)

Dies ist die gebräuchlichste Art, bei der Schwefelsäure als elektrochemisches Medium zur Bildung der Oxidschicht verwendet wird. Beim Anodisieren mit Schwefelsäure wird eine Lösung mit einer Konzentration von 15–20 % verwendet. Es bildet eine dickere Oxidschicht als Typ I und ist für ein breites Anwendungsspektrum geeignet. Die Dicken reichen von 0,0001 Zoll bis 0,001 Zoll. Die Eloxierung vom Typ II bietet außerdem eine hohe Korrosions- und Verschleißfestigkeit und ist in verschiedenen Farben erhältlich.

Hartanodisieren (Typ III)

Typ III ist der dichteste und stärkste Typ und führt zu einer dickeren Oberflächenoxidschicht. Daher ist es gut für raue und chemische Umgebungen geeignet. Die Dicken können zwischen 0,0005 Zoll und 0,006 Zoll liegen. Hartanodisieren wird vor allem für leistungsstarke und reibungsarme Bauteile eingesetzt. Beim Hartanodisierungsverfahren kann als Elektrolyt Chrom-, Schwefel- oder Oxalsäure verwendet werden.

Anodisieren mit Phosphorsäure

Beim Anodisieren mit Phosphorsäure handelt es sich in erster Linie um eine Oberflächenbehandlung und nicht um eine umfassende Korrosions- oder Verschleißbehandlung. Dabei wird eine 15–30 %ige Phosphorsäurelösung verwendet. Im Gegensatz zu anderen Typen bildet es eine sehr dünne und poröse Oxidschicht (< 0,0001 Zoll). Es eignet sich gut zum Auftragen weiterer Klebstoffe oder Grundierungen.

4. Vorteile des Eloxierens

Korrosionsbeständigkeit

Wenn der Oxidfilm mit der Umgebungsfeuchtigkeit reagiert, nimmt die Dicke der Oxidschicht weiter zu. Dadurch bieten eloxierte Komponenten eine hohe Korrosionsbeständigkeit und schützen den Untergrund vor UV-Strahlen, Hitzeschäden und den Auswirkungen der Meeresumwelt.

Verbesserte Oberflächenbeschaffenheit

Neben dem Schutz verbessert es auch die Ästhetik der Substratoberfläche. Eloxieren ermöglicht praktisch jede Oberflächenstruktur, von matt bis hochglänzend. Dies ermöglicht unzählige Farboptionen und Individualisierungen. Auch die Optik bleibt lange erhalten. Darüber hinaus kann diese Veredelung auf jedes komplexe und empfindliche Bauteil oder Produkt aufgetragen werden.

Verbesserte Leitfähigkeit

Eloxieren erhöht die elektrische Leitfähigkeit nicht! Es sorgt für Isolierung.
Eloxieren, insbesondere eloxiertes Aluminium, sorgt für elektrische Isolierung, während das darunter liegende Metall seine Leitfähigkeit behält. Sie können jedoch auch durch Steuerung der Filmdicke eine gewisse Leitfähigkeit auf der Oberfläche aufrechterhalten.
 

Haltbarkeit und Lebensdauer

Beim Eloxieren handelt es sich um eine Hartoxidbeschichtung, die die Härte, Verschleißfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit erhöht. Es deckt alle scharfen Ecken, Kanten und komplexen Bereiche ab. Im Gegensatz zu anderen Beschichtungen besteht keine Gefahr eines Haftungsversagens. All diese Gründe verlängern die Lebensdauer der Eloxalschicht und damit die Lebensdauer der darunter liegenden Komponenten.

5. Anwendung des Eloxierens

Eloxiertes Aluminium

  •  Automobilteile wie Radkappen, Tankdeckel, Motorabdeckungen, Verkleidungen und Bedienfelder.
  •  Leichte Luft- und Raumfahrtkomponenten wie Hautpaneele, Strukturkomponenten, Befestigungselemente und Kabineninnenausstattung.
  •  Haushaltsgeräte und Küchenutensilien.
  • Elektronik- und Elektrogehäuse.
  • Gehäuse für medizinische Geräte, Skalpellgriffe, Griffe für Sterilisationstabletts usw.

Eloxiertes Magnesium

  • Fahrradrahmenkomponenten, Fahrzeugbatteriegehäuse
  • Hochleistungswerkzeuge und Hardware
  • Drohnen-, Satelliten- und Flugzeugkomponenten

Eloxiertes Zink

  • Automobilbefestigungen, eloxierte Flugzeugschrauben, Teile des Kraftstoffsystems und andere kleine mechanische Komponenten.
  • Muttern, Bolzen, Rohrverbindungen, Baubeschläge, Dekorationsartikel und Beleuchtungskörper.
  • Elektronikgehäuse, Werkzeuggriffe, Möbelbeschläge usw.

6. Fazit

Das Eloxieren eignet sich gut für Nichteisenmetalle wie Aluminium, Titan und Zink und bietet sowohl Verschleißfestigkeit als auch Ästhetik. Seine Flexibilität in Dicke und Farbe macht es zur idealen Wahl für nahezu jede Branche, in der Komponenten aus Aluminiumlegierungen verwendet werden. Um das gewünschte Finish zu erzielen, müssen jedoch technische Faktoren wie Anodisierungsausrüstung, Elektrolytkonzentration, Strom und Spannung, Behandlungszeit und Badfiltration berücksichtigt werden. Insgesamt ist Eloxieren immer dann die bevorzugte Wahl, wenn in rauen Umgebungen individuelle Ästhetik und hohe Leistung erforderlich sind.
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