Aluminium kann grundsätzlich nach allen spanenden Verfahren bearbeitet werden. Das Spanen erfolgt durchweg bei höheren Schnittgeschwindigkeiten und erfordert erheblich geringere Schnittkräfte als das Spanen von Stahl.
Die Werkzeuge müssen dem Verwendungszweck angepasst sein und die Maschinen die zulässigen hohen Schnittgeschwindigkeiten ermöglichen. Die Spanbarkeit von Aluminium ist abhängig vom Reinheitsgrad, den Legierungsbestandteilen und dem Werkstoffzustand. Werkstoffe im kaltverfestigten oder gehärteten Zustand lassen sich besser spanen als solche im weichen Zustand. Reinst- und Reinaluminium und niedriglegierte Knetlegierungen im weichen Zustand neigen zum „Schmieren“.
Die Werkzeuge müssen dem Verwendungszweck angepasst sein und die Maschinen die zulässigen hohen Schnittgeschwindigkeiten ermöglichen. Die Spanbarkeit von Aluminium ist abhängig vom Reinheitsgrad, den Legierungsbestandteilen und dem Werkstoffzustand. Werkstoffe im kaltverfestigten oder gehärteten Zustand lassen sich besser spanen als solche im weichen Zustand. Reinst- und Reinaluminium und niedriglegierte Knetlegierungen im weichen Zustand neigen zum „Schmieren“.
Kaltverfestigtes und ausgehärtetes Aluminium zeigt ein mit zunehmender Festigkeit günstiger werdendes Spanverhalten. Gusslegierungen lassen sich durchweg besser spanen als Knetlegierungen des gleichen Legierungstyps. Für die Bearbeitung auf Drehautomaten und für Teile mit schwierigen Spanungsproblemen wurden besondere, aushärtbare Legierungen entwickelt. Die Spanbarkeit dieser Automatenlegierungen (Bohr- und Drehqualitäten) ermöglichen störungsfreie Spanabfuhr bei hohen Spanleistungen. Als Schneidwerkzeuge für die Aluminiumbearbeitung werden Schnellarbeitsstähle und Hartmetalle verwendet, für Feinstbearbeitung auch Diamantwerkzeuge.
Die Einhaltung der optimalen Schneidgeometrie ist besonders wichtig bei der Bearbeitung von Reinaluminium und Knetlegierungen im weichen Zustand. Von besonderer Bedeutung ist ausserdem ein grosser Spanwinkel und dass die Span- und Freiflächen eine möglichst geringe Rauheit aufweisen. Die Werkzeugmaschinen und die Spanflächen von Bohrern und Senkern sollten deshalb feinstgeschliffen oder geläppt sein.
Zur Einhaltung der exakten Schneidgeometrie empfiehlt es sich, die Werkzeuge maschinell zu schleifen. Eine gute Schmierung und Kühlung ist zur Vermeidung der Reibung und zur Abfuhr der beim Spanen entstehenden Wärme wichtig. Neben den herkömmlichen Kühlschmiermitteln (Öl- / Wasser-Emulsion, Schneidöl) sind wasserlösliche synthetische Schmiermittel gut geeignet. Diese können feindosiert aufgesprüht werden, so dass eine Reinigung nach der Bearbeitung in vielen Fällen unterbleiben kann. Die verwendeten Maschinen sollen für die zum Bearbeiten von Aluminium empfohlenen hohen Schnittgeschwindigkeiten ausgelegt sein. Für gelegentliches Spanen von Aluminium können vorhandene Maschinen verwendet werden.
Grundsätzlich kann Aluminium nach allen spanenden Verfahren bearbeitet werden.
Drehmeissel in genormter Ausführung sind grundsätzlich auch für die Aluminiumbearbeitung verwendbar, wenn die erforderlichen Schneidwinkel eingehalten werden. Die Schneidenspitze wird beim Drehen von Aluminium auf Mitte eingestellt.
Fräswerkzeuge für die Aluminiumbearbeitung haben grössere Zahnteilung und Spanräume als solche für die Stahlbearbeitung. Wichtig ist eine gute Ausrundung des Spangrundes. Grundsätzlich sind alle Fräsertypen auch für das Fräsen von Aluminium anwendbar.
Im praktischen Gebrauch sind vorwiegend jedoch Messerköpfe zur Bearbeitung von Planflächen, Finger- und Schaftfräser für das Fräsen von Nuten und Konturen sowie Scheibenfräser für das Fräsen von Nuten und Schlitzen. Üblich ist Gleichlauffräsen. Beim Planfräsen mit Stirnfräser oder Messerkopf ist anzustreben, dass der Durchmesser des Schneidenspitzen-Kreises mindestens ein Fünftel grösser ist, als die grösste Werkstückbreite und die Werkzeugachse so eingestellt wird, dass zwei Drittel der Werkstückbreite gegen und ein Drittel mit der Vorschubrichtung gefräst werden.
Spiralbohrer für das Bohren von Aluminium haben grössere Drallwinkel (ca. 40° statt 28° - ergibt grösseren Spanwinkel) und grösseren Spitzenwinkel (140° statt 116°) als Bohrer für die Stahlbearbeitung. Gut geeignet sind Bohrer mit veränderlichem Drall (Automaten-Spiralbohrer) und Spezialbohrer ohne veränderlichem Drall, aber mit grossem Spanraum und schmalen Schneidphasen.
Tieflochbohrer, Feinbohrköpfe, Bohrstangen und Kreisschneider können für die Aluminiumverarbeitung verwendet werden. Die Schneidwinkel und Schnittbedingungen sind den Angaben für das Drehen anzupassen. Beim Tieflochbohren ist sicherzustellen, dass die Späne zerkleinert werden, damit sie durch die Kühlflüssigkeit abgeführt werden können. Spiralbohrer, Spitzsenker, Kopf- und Halssenker werden für den gleichen Zweck wie bei Stahl auch in der Aluminiumbearbeitung verwendet. Auf Drehautomaten und Revolver-Drehmaschinen haben sich Stufen- und Spiralsenker mit versetzten Schneiden bewährt. Messerstangen müssen ausreichend starr sein, damit Rattermarken vermieden werden.
Die Schneidewinkel der Werkzeugeinsätze sind den für das Drehen empfohlenen anzupassen.
Reibahlen für die Aluminiumbearbeitung sollen einen positiven Spanwinkel von etwa 8° und gut ausgerundete Spannuten haben. Der Kegelwinkel des Anschnitt-Teils beträgt bei Handreibahlen 3-4° mit 45° Anfasung. Maschinenreibahlen erhalten eine Anschnittfase von 30°.
Aluminium wird üblicherweise mit Kreis- oder Bandsägen getrennt. Bügelsägen finden nur für gelegentliches Trennen Anwendung. Handsägen für glatten Schnitt müssen gut ausgerundete Spannuten und Zähne mit grossen Spanwinkeln haben. Für das Heraustrennen von Durchbrüchen können Stichsägen gut verwendet werden.
Kreissägen werden überwiegend verwendet zum Trennen von Barren, Stangen, Profilen und Rohren. Die Zahnteilung ist abhängig vom zu sägenden Querschnitt, bzw. bei Hohlprofilen und Rohren von der kleinsten Wanddicke. Wegen der Schnittgeschwindigkeit ist es erforderlich, auch bei extrem dünnwandigen Profilen und Rohren das Hauptaugenmerk auf grosse, gut ausgerundete Spanräume zu legen.
Wie für das Sägen von Stahl können auch Kreissägeblätter für die Aluminiumbearbeitung massiv aus dem Schneidenwerkstoff hergestellt sein oder aus Stahlblechscheiben mit aufgenieteten Segmenten oder angelöteten bzw. geklemmten Schneidplatten aus Schnellarbeitsstahl oder Hartmetall kombiniert sein.
Bestückte Kreissägeblätter haben grössere Schnittbreiten als solche, die ganz aus Schnellarbeitsstahl bestehen. Aus diesem Grund werden feingezahnte Sägen bis etwa 250 mm Durchmesser zum Trennen dünnwandiger Profile und Rohre meist ganz aus Schnellarbeitsstahl hergestellt. Diese Sägeblätter sind zur Verringerung des seitlichen Klemmens im Schnitt beidseitig nach der Mitte hin durch Schleifen verjüngt. Bei Sägeblättern mit grösseren Durchmessern -auch bestückten -wird ein Freischneiden durch Staffelung der Werkstoffabnahme, oder durch wechselseitiges Anschrägen der Zähne erreicht.
Bandsägen sind vorzugsweise gebräuchlich für das Sägen kleinerer Querschnitte, das Aussägen von Durchbrüchen und Aussenkonturen an Blechen. Sägeautomaten neuerer Bauart ermöglichen das kontinuierliche Sägen von Stangen, Profilen und Rohren bis hin zu grössten Abmessungen.
Die Zahnteilung ist Üblicherweise 4 bis 12 mm, es sollen dabei immer mindestens zwei Zähne gleichzeitig im Schnitt stehen. Die Sägebänder bestehen aus gehärtetem Federbandstahl, die Zähne sind wechselseitig geschränkt.
Für die Bearbeitung von Aluminium werden gefräste Feilen verwendet, die einen gut ausgerundeten Zahnraum haben. Gut geeignet sind auch Hobelfeilen mit auswechselbaren, durchbrochenen Feilblättern. Für das Feilen von Planflächen an kleinen Werkstücken haben sich gefräste Feilscheiben bewährt.
Zum Entgraten und Bearbeiten unregelmässiger Formen sind schleifstiftähnliche rotierende Feilen gut geeignet. Die empfohlene Schnittgeschwindigkeit beträgt etwa 150 bis 200 m/min.
Gewinde lassen sich nach allen spanenden Gewindeherstellungsverfahren auf Aluminiumteile schneiden. Aussengewinde können spanend mit Schneideisen und Schneidköpfen oder durch Kurzgewindefräsen, durch Schneiden mit dem Gewindedrehmeissel auf Drehmaschinen oder mit Gewindesträhler und Leitpatronen auf Revolverdrehmaschinen, Drehautomaten und Spezialmaschinen hergestellt werden.
Schneideisen und Schneidköpfe erzeugen bei ausgehärteten Legierungen einwandfrei geschnittene Gewinde. Innengewinde in Aluminiumteilen können ebenfalls nach allen spanenden Arbeitsverfahren hergestellt werden. Gewindebohrer für das Schneiden von Muttergewinden werden, wie auch solche für Stahl, als Satz oder einteilig hergestellt.
Scherschneidwerkzeuge (Scherenschnitt- und Stanzwerkzeuge) sollen scharf sein und keine Schneidspalten aufweisen. Zur Vermeidung von Aluminiumabrieb an den Mantelflächen von Schnittstempeln, die bei weichen Werkstoffen ein Verschweissen mit der Trennfläche und zu unsauberen Schnittflächen -bei dünnen Stempeln sogar zum Stempelabriss -führen können, ist ein Polieren und Schmieren dieser Flächen empfohlen.
Anstelle des bei Stahl üblichen Brennschneidens, ist bei Aluminium Schmelzschneiden mit dem Plasmastrahl möglich (Plasma ist ein durch den Lichtbogen ionisiertes und dadurch elektrisch leitendes Gas). Als Plasmagas wird ein Gemisch aus Argon und Wasserstoff verwendet.
2.0 Das Schweissen von Aluminium und seinen Legierungen
Beim Schweissen von Aluminium und seinen Legierungen sind folgende Werkstoffbesonderheiten gegenüber dem Schweissen von Stahl und Edelstahl zu beachten:
- Hohe Wärmeleitfahigkeit, die eine starke Wärmeableitung von der Schweissstelle bedingt.
- Breite Wärmeeinflusszone bedingt einen Festigkeitsabfall bei kalt verfestigten und ausgehärteten Aluminiumlegierungen.
- Hohe lineare Wärmeausdehnung und grosses Schwindmass, verursachen starke Formänderungen (Verwerfungen/Verzug), Schweisseigenspannungen, Neigung zu Schweissrissen.
- Aluminiumoxid, d. h. die geschlossene Oxidhaut ist schwer schmelzbar (Schmelzpunkt 2060 °C), spezifisch schwerer als Aluminium und verhindert in Folge ihrer schlechten Viskosität das Zusammenfliessen der Schweissschmelze. Diese fördert die Neigung zu Einschlüssen und Bindefehlern.
- Während des Schmelzschweissvorgangs tritt praktisch keine teigige Phase auf, d. h. für den Schweisser ist ein Formen der Schweissnaht nur schwer möglich.
- Porenneigung. Dringt Feuchtigkeit in die natürliche Oxidhaut (Al2O3) des Aluminiums ein, nimmt das Schmelzbad Wasserstoff auf, der sich im flüssigen Aluminium sehr leicht löst und Mikroporosität verursacht.
Von den Schmelzschweissverfahren (Metall Lichtbogen Schweissen, Gasschweissen, WIG-Schweissen, MIG-Schweissen), haben sich das WIG- und das MIG - Schutzgasschweissen praktisch durchgesetzt, da sie für alle Werkstoffe bzw. Legierungstypen anwendbar sind.
Bei diesem Verfahren wird der Zusatzdraht durch einen flexiblen Kunststoffschlauch einer Kontaktspitze aus Kupfer in der wassergekühlten Schweisspistole automatisch zugeführt.
Das Schutzgas, Argon oder Argon/Helium –Gemisch, umspült den austretenden Schweissdraht und deckt das Schmelzbad schützend ab.
Die Drahtelektrode liegt am Pluspol des Gleichstromkreises, so dass eine Reinigungswirkung auf die Oxidhaut ausgeübt wird. Durch die Elektronenemission aus dem Schweissbad zur Drahtelektrode wird die Oxidhaut aufgerissen.
Die automatische Steuerung erlaubt die Anwendung einer hohen Stromdichte und eines dünnen Zusatzdrahtes, wodurch hohe Schweissgeschwindigkeiten mit relativ grosser Einbrandtiefe ermöglicht werden. Dies ist mit geringerem Schutzgasverbrauch verbunden und erlaubt die Automatisierung des Schweissvorgangs.
Die Mindestdicke des zu verschweissenden Werkstückes beträgt etwa 2 mm. Bei Wanddicken grösser 8 mm, oder wenn Schweissverbindungen von höchsten Güten verlangt werden, ist ein Vorwärmen zu empfehlen. Bei Reinaluminium liegt diese Temperatur bei 350 °C, bei seinen Legierungen niedriger
Man unterscheidet 3 Lichtbogenarten beim MIG-Schweissen:
- Kurzlichtbogen
- Sprühlichtbogen
- Impulslichtbogen
Der Kurzlichtbogen wird nur in seltenen Fällen für das Schweissen in Zwangslagen oder für das Fügen dünner Querschnitte angewendet.
Den Sprühlichtbogen kennzeichnet eine hohe Abschmelzleistung, ein tiefer Einbrand sowie eine grosse Wärmeeinbringung.
Das Impulslichtbogenschweissen wird vorteilhaft für das Fügen dünnerer Querschnitte und für Zwangspositionen eingesetzt. Es bietet folgende Vorteile:
- Die Wärmeeinbringung lässt sich gering halten = wirtschaftlicheres Schweissen in Zwangslagen
- Mit dickeren Drahtelektroden (1,2 mm; 1,6 mm) lassen sich auch dünne Bleche schweissen
- Das Fördern dicker Drahtelektroden ist weniger störanfällig
Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass sich ein Lichtbogen zwischen einer sich nicht verzehrenden Wolfram -Elektrode und dem Werkstück bildet. Das Schweissen erfolgt von Hand oder maschinell und liefert höhere Arbeitsgeschwindigkeiten als Autogenschweissen.
Die Schweissverbindungen sehen besser aus, haben eine grössere Sauberkeit und Dichtheit und geringeren Verzug.
Aluminium und seine Legierungen werden mit Wechselstrom geschweisst. Die beste Wirtschaftlichkeit liegt beim Schweissen von Blechen mit 2 -5 mm Dicke. Sollten grössere Querschnitte verarbeitet werden, empfiehlt sich ein Vorwärmen auf etwa 150°C.
Geschweisst wird stets nach links. Der Schweissbrenner wird wie ein Federhalter gehalten. Die Elektrode soll zum Werkstück steil stehen ( 60 bis 90 Grad ) um das Schutzgas möglichst gut auszunutzen.
Aluminium eignet sich gut für die Anwendung der Metallklebetechnik. Wichtigster konstruktiver Grundsatz ist, dass Klebefugen nur auf Schub parallel zur Fügefläche beansprucht werden dürfen. Unbedingt zu vermeiden ist eine schälende Beanspruchung. Klebeverbindungen sind daher meist Überlapp- oder auch Steckverbindungen (Überlappungslänge ca. zehnfache Materialdicke). Da die Festigkeit von Klebstoffen gegenüber der von metallischen Fügeteilen vergleichsweise gering ist, können z. B. für ein Fügeteil zulässige Zugkräfte nur dann voll übertragen werden, wenn die Klebefläche entsprechend vergrössert wird. Das ist im allgemeinen nur durch parallel zur Kraftrichtung angeordnete Überlappungen möglich. Klebeverbindungen sind daher im Allgemeinen so auszuführen, dass sie auf Schub parallel zur Klebefläche beansprucht werden.
Nach DIN 8593 ist Kleben ein Fügen durch Stoffvereinigen. Die Festigkeit einer Klebeverbindung beruht auf der Bindefestigkeit (Adhäsion) des Klebstoffes auf den mit Klebstoff benetzten Flächen der Fügeteile (Klebeflächen) und der mechanischen Festigkeit des Klebstoff-Filmes (Kohäsion). Während die Kohäsion durch die Zusammensetzung des Klebstoffes bestimmt und in gewissen Grenzen konstant ist, beruht die Adhäsion auf zwei grundlegenden Mechanismen:
- Mechanische Verklammerung in Oberflächenrauheiten
- Zwischenmolekulare Kräfte
Letztere haben für die Adhäsion die grössere Bedeutung. Sie können nur wirksam werden, wenn die Oberflächenenergie nicht durch Absorption von Fremdstoffen abgesättigt ist. Solche Fremdstoffe sind insbesondere Öle und Fette sowie Wasser und in der Luft enthaltener Wasserdampf (Luftfeuchtigkeit). Die Vorbehandlung der Klebeflächen und die Lagerung vorbehandelter Fügeteile ist daher von wesentlicher Bedeutung für die Adhäsion und damit für die Festigkeit der Klebeverbindung. Einfluss auf die Adhäsion haben auch Legierungsbestandteile des Fügeteilwerkstoffes, sie wird bei Aluminiumlegierungen insbesondere mit zunehmendem Magnesiumgehalt schlechter. Bei optimalen Klebeverbindungen ist die Adhäsion grösser als die Kohäsion. Unter der Voraussetzung ausreichender Fügeteilfestigkeit erfolgt der Bruch in der Klebstoffschicht. Eine Sonderstellung nehmen niedrigviskose Flüssigkunststoffe ein, die bei Einwirkung leicht alkalischer Medien oder Alkohol, u. U. auch schon unter Einfluss von Luftfeuchtigkeit in wenigen Sekunden abbinden (Cyanacrylate) bzw. unter Luftabschluss, unterstützt durch katalytische Wirkung der Metalloberfläche härten. PVC-Plastiole werden insbesondere in der Automobilindustrie als elastische Klebe-und Dichtungsmassen verwendet.
Die Einteilung der Klebstoffe kann wie in DIN 16920 (Begriffe DIN16921) nach stofflichen Gesichtspunkten erfolgen, für die Metallverarbeitung ist jedoch eine Einteilung nach der Anwendungsmöglichkeit vorzuziehen.
Für kraftübertragende Klebeverbindungen an Aluminiumteilen werden üblicherweise sog. „Konstruktionsklebstoffe“ verwendet. Dies sind Klebstoffe auf der Basis makromolekularer Kunststoffe, die durch Abspalten flüchtiger Nebenprodukte (Polykondensation) oder durch chemische Reaktion mit einer zweiten Komponente, die meist als „Härter“ bezeichnet wird, abbinden (Polymerisation oder Polyaddition). Die Basiskunststoffe der „klassischen Metallklebstoffe“ sind meist Duroplaste, die zur Erzielung bestimmter Eigenschaften mit Thermoplasten modifiziert werden können. In den letzten Jahren wurden jedoch auch Konstruktionsklebstoffe auf Basis rein thermoplastischer Kunststoffe entwickelt. Für die Auswahl des Klebstoffes und der Lieferform sind fertigungstechnische Gesichtspunkte (Möglichkeit des Klebauftrages, Fugenform, Lage der Klebefuge während des Abbindens) und die verfügbaren Einrichtungen zum Fixieren bzw. Anpressen massgebend. Wichtig ist ausserdem eine Aktivierung der Klebeflächen durch Beizen oder Aufrauhen und grundsätzliches Entfetten unmittelbar vor dem Klebevorgang. Bei normalen Ansprüchen an die Festigkeit genügt auch ein Entfetten allein.
Der Aufwand für eine ordnungsgemäss ausgeführte Klebeverbindung ist nicht geringer als für andere Fügeverfahren. Vorteile des Klebens sind neben günstiger Spannungsverteilung, dass der Fügeteilwerkstoff nicht oder nur geringfügig durch Wärme verändert wird und dass auch anodisierte Teile ohne Beeinträchtigung des Aussehens oder der Schutzwirkung verklebt werden können.
Aluminiumwerkstoffe zeichnen sich durch ein gutes Formänderungsvermögen aus. Bereich und Grenzen des Umformens sind jedoch von mehreren Faktoren abhängig, so vor allem von der Zusammensetzung des Werkstoffes, von der Form und den Abmessungen des umzuformenden Werkstücks.
Für das Biegen von Aluminumhalbzeugen sind die nachstehenden allgemeinen Richtlinien für Biegearbeiten zu beachten. Mechanische Oberflächenbeschädigungen sowie das Eindrücken von Fremdmetallflittern sind zu vermeiden. Zur Schonung der Oberfläche wird daher stets empfohlen
- Arbeitsplatz und Werkzeug von Staub-und Metallspänen sauberhalten
- Das benutzte Werkzeug nur für Aluminium verwenden. Evtl. anhaftenden Abrieb anderer Metalle entfernen.
- Nur Werkzeuge mit glatten Arbeitsflächen verwenden
- Arbeitsflächen gut schmieren
- Anzeichnen nicht mit einer Reissnadel, sondern mit Bleistift
- Empfindliche Oberflächen, die nach dem Biegen nicht mehr bearbeitet werden, mit einem Schutzüberzug (Schutzfolie) versehen.
Aluminium lässt sich vielfach bereits im kalten Zustand umformen. Beim Biegen und Abkanten muss jedoch ein Mindest-Biegeradius eingehalten werden. In der nachstehenden Tabelle ist für Bleche bis 12 mm Dicke der kleinste erzielbare innere Radius für verschiedene Werkstoffe und Zustände angegeben. Wie aus der Tabelle ersichtlich, kann der innere Biegeradius im allgemeinen um so kleiner gewählt werden, je weicher der Werkstoff ist und je geringer die Querschnittsabmessungen in Biegerichtung - Blechdicke, äusserer Rohrdurchmesser, Profilhöhe -sind.
Durch das Biegen wird eine Verfestigung des Werkstoffes in der verformten Zone hervorgerufen. Die Biegestelle weist demnach eine höhere Härte, Festigkeit und Streckgrenze auf, als der unverformte Werkstoff.
Bei Angaben in Zeichnungen werden die in der Tabelle angegebenen Richtwerte für die erzielbaren Kleinstbiegeradien zweckmässigerweise auf volle oder halbe Millimeter abgerundet. Die beim Biegen aussenliegenden Kanten von Blechen und Profilen sollen zur Vermeidung von Rissen gratfrei sein. Durch leichtes Brechen der Kanten wird die Gefahr des Reissens vermindert.
Beim Biegen rechtwinklig zusammenstossender Kanten ist es günstig, die Kanten an den Ecken anzubohren (bis 0,6 mm Dicke 3 mm Durchmesser, bis 1mm Dicke ca.4 mm Durchmesser, bis 2 mm Dicke ca. 6 mm Durchmesser). Die Bohrung ist zu entgraten.
Wie Sie aus der Tabelle ersehen, ist Halbzeug in ausgehärtetem Zustand nur begrenzt umformbar. Werden bei Verwendung ausgehärteter Legierungen der Typen AlMgSi, AlCuMg und AlZnMg kleinere Biegeradien gewünscht als für den ausgehärteten Zustand angegeben, so können die Biegeradien in weichem Zustand durchgeführt und die Teile erst nach dem Umformen lösungsgeglüht und ausgehärtet werden. Beim Kaltbiegen ist, insbesondere bei härteren Werkstoffen, die elastische Rückfederung zu berücksichtigen und ein entsprechendes, am besten durch Versuch zu ermittelndes, Überbiegen vorzunehmen.
Soll scharfkantiger, d.h. über kleinere Biegeradien als in der Tabelle angegeben, gebogen werden, muss warm umgeformt werden. Das Formänderungsvermögen nimmt mit steigender Temperatur zu; 450 °C sollten jedoch nicht überschritten werden. Im allgemeinen genügen Temperaturen von 300-400 °C.
Bei Werkstücken im Zustand „hart“ reichen schon Temperaturen von etwa 200 °C aus, um den zulässigen Biegeradius auf ungefähr die Hälfte der für das Kaltbiegen in der Tabelle angegebenen Werte herabzusetzen. Alle Werkstoffe, mit Ausnahme von AlCuMg, AlZnMg, AlZnMgCu, AlMg5 und Reinstaluminium können ohne Schädigung 10 Minuten lang bis 200 °C erwärmt werden. Die kleinstmöglichen Biegeradien werden zweckmässigerweise durch einen Versuch bestimmt. Es ist jedoch zu beachten, dass beim Warmbiegen von kaltverfestigten Werkstoffen (Zustand halbhart oder hart) die Kaltverfestigung teilweise oder vollständig verloren geht, da der Werkstoff in der Erwärmungszone weichgeglüht wird. Auch bei ausgehärteten Werkstoffen führt die Erwärmung zu bleibendem Festigkeitsabfall.
Der ausgehärtete Zustand lässt sich dann nur durch eine erneute Wärmebehandlung (Lösungsglühen mit anschliessendem Abschrecken und Auslagern) wieder herstellen. Hierbei muss jedoch mit Verwerfungen gerechnet werden, die zusätzliche Richtarbeiten erforderlich machen. Bei ausgehärteten Werkstoffen ist weiterhin zu beachten, dass der Zustand nach Erwärmen eine geringere Korrosionsbeständigkeit aufweisen kann als vorher. Falls diese Beeinträchtigung der Korrosionsbeständigkeit nicht zulässig ist, muss nach dem Umformen erneut eine Aushärtebehandlung vorgenommen werden. Aus vorstehenden Gründen führt man das Warmbiegen vorzugsweise an nicht kaltverfestigten und nicht ausgehärteten Werkstoffen durch, es sei denn, dass man den Festigkeitsrückgang in der Erwärmungszone an der Biegestelle in Kauf nehmen kann. Sollen die warmgebogenen Werkstücke nachträglich einer Oberflächenbehandlung durch anodische Oxidation unterzogen werden, so ist, auch wenn eine Einfärbung der Oxidschichten erfolgt, mit Farbtonunterschieden in der Wärmeeinflusszone zu rechnen. Das kann vermieden werden, wenn das Werkstück nach der Warmumformung und vor der Durchführung der Oberflächenbehandlung wärmebehandelt wird.
Das Problem des Verzugs beim Abschrecken ist auch hier zu beachten. Dickwandige Teile werden zum Warmbiegen am besten in Öfen mit Temperaturregelung erwärmt. Das Werkstück muss je nach Dicke und Ofenleistung 15-45 Minuten bei der erforderlichen Temperatur (z. B. 400 °C) im Ofen verbleiben. Um zu starkes Abkühlen zu vermeiden, ist das Umformen möglichst schnell nach dem Herausnehmen des Werkstückes aus dem Ofen durchzuführen. Ist die Werkstücktemperatur vor Abschluss des Umformens unter 300 °C abgesunken, so muss erneut angewärmt werden. Das Warmbiegen von Aluminiumbauteilen kann auch durch Erwärmen der Biegestelle während des Biegens mit Löt-oder Schweissbrenner (streuende Flamme) erfolgen. Ungenügende Erwärmung erschwert die Formgebung, eine Überhitzung macht den Werkstoff unbrauchbar.
Deshalb dürfen während des Warmbiegens bestimmte Temperaturen nicht überschritten werden. Am zweckmässigsten wird die Temperatur mit Thermoelementen gemessen, deren Spitzen an die Oberfläche des Werkstückes angedrückt werden. Zu diesem Zweck entwickelte handliche Spitzen-oder Bandmessgeräte (Mini-Volt-Meter mit °C-Einteilung) werden von den einschlägigen Instrumenten-Firmen geliefert. Der Messbereich des Anzeigegeräts muss den inbetrachtkommenden Arbeitsbereich von 200-550 °C umfassen. Bei gelegentlichen Warmbiegearbeiten kann man sich mit folgendem einfachen Verfahren helfen, bei dem lediglich ein zugespitzter Span aus gut getrocknetem Fichtenholz benutzt wird:
- Rund 350 °C: Langsames Reiben unter starkem Druck ergibt einen bleibenden hellbraunen Strich
- Rund 400 °C: Reiben mit leichtem Druck ergibt einen bleibenden braunen Strich
- Rund 450 °C: Langsames Bestreichen ergibt einen dunkelbraunen Strich. Schnelles Bestreichen ergibt einen hellbraunen Strich.
Zuverlässiger und bequemer sind Thermo-Farben, die auf die Oberfläche des Werkstückes aufgetragen werden und bei Erreichen der betreffenden Temperatur einen deutlichen Farbumschlag zeigen. Besonders einfach ist die Anwendung solcher Farben in Form von Farbstiften.
| Werkstoff | Werkstoff | Zustand- | Dicke in mm | ||||||||||||
| Kurzzeichen | Zustand | Anhängezahl (DIN) | >0,8 | >1 | >1,5 | >2 | >3 | >4 | >5 | >6 | >7 | >8 | >10 | Werkstoff- | |
| -0,8 | -1 | -1,5 | -2 | -3 | -4 | -5 | -6 | -7 | -8 | -10 | -12 | faktor fw 1 | |||
| AL 99,8 | weich | .10 | 0,3 | 0,4 | 0,6 | 0,8 | 1,3 | 2,0 | 2,5 | 3,0 | 4,0 | 5,0 | 6,0 | 8,0 | 1,0 |
| bis | halbhart | .26 | 0,6 | 0,7 | 1,1 | 1,4 | 2,3 | 3,0 | 4,5 | 6,0 | 7,0 | 8,0 | 11,0 | 1,8 | |
| AL99 | hart | .30 | 1,6 | 1,9 | 2,9 | 3,8 | 6,0 | 8,5 | 11,5 | 15,0 | 18,0 | 22,0 | 29,0 | 4,8 | |
| AlMn1 | weich | .10 | 0,5 | 0,6 | 1,0 | 1,3 | 2,0 | 3,0 | 4,0 | 5,0 | 6,0 | 8,0 | 10,0 | 1,6 | |
| AlMnCu | halbhart | .26 | 1,0 | 1,2 | 1,8 | 2,4 | 3,8 | 5,5 | 7,5 | 9,0 | 11,0 | 14,0 | 18,0 | 3,0 | |
| AlMg1 | hart | .30 | 2,6 | 3,2 | 4,8 | 6,4 | 10,0 | 8,0 | |||||||
| AlMnMg1 | weich | .10 | 0,6 | 0,8 | 1,2 | 1,6 | 2,5 | 3,5 | 5,0 | 6,0 | 8,0 | 9,0 | 1,0 | 2,0 | |
| AlMg2Mn0,3 | halbhart | .26 | 1,3 | 1,6 | 2,4 | 3,2 | 5,0 | 7,0 | 10,0 | 12,0 | 15,0 | 18,0 | 24,0 | 4,0 | |
| AlMg2,5 | hart | .30 | 3,2 | 4,0 | 6,0 | 8,0 | 12,5 | 10,0 | |||||||
| AlMg3 | weich | .10 | 1,0 | 1,2 | 1,8 | 2,4 | 3,8 | 5,5 | 7,0 | 9,0 | 12,0 | 14,0 | 18,0 | 23,0 | 3,0 |
| halbhart | .26 | 1,6 | 2,0 | 3,0 | 4,0 | 6,3 | 9,0 | 12,0 | 15,0 | 19,0 | 23,0 | 30,0 | 5,0 | ||
| hart | .30 | 3,5 | 4,5 | 7,0 | 9,0 | 14,5 | 11,5 | ||||||||
| AlMg2Mn0,8 | weich | .10 | 1,0 | 1,3 | 1,9 | 2,6 | 4,0 | 6,0 | 8,0 | 10,0 | 12,0 | 15,0 | 20,0 | 25,0 | 3,2 |
| halbhart | .26 | 2,1 | 2,7 | 4,0 | 5,4 | 8,4 | 12,0 | 16,0 | 20,0 | 25,0 | 30,0 | 40,0 | 6,7 | ||
| hart | .30 | 4,1 | 5,1 | 7,5 | 10,5 | 16,0 | 12,7 | ||||||||
| AlMg4Mn | weich | .10 | 1,3 | 1,6 | 2,5 | 3,3 | 5,1 | 7,0 | 10,0 | 13,0 | 15,0 | 19,0 | 25,0 | 32,0 | 4,1 |
| AlMg4,5Mn | halbhart (G) | .27 | 4,5 | 6,0 | 9,0 | 13,0 | 17,5 | 7,3 | |||||||
| AlMgSi0,5 3) | kaltausgehärtet | .51 | 1,5 | 1,9 | 2,9 | 3,8 | 6,0 | 9,0 | 11,5 | 15,0 | 18,0 | 22,0 | 29,0 | 37,0 | 4,8 |
| AlMgSi0,7 3) | warmausgehärtet | .71 | 1,9 | 2,5 | 3,7 | 5,0 | 7,8 | 11,0 | 15,0 | 19,0 | 23,0 | 28,0 | 38,0 | 47,0 | 6,2 |
| AlMgSi1 | weich | .10 | 0,4 | 0,5 | 0,8 | 1,0 | 1,6 | 2,5 | 3,5 | 4,0 | 5,0 | 6,0 | 8,0 | 1,5 | |
| AlMg1SiCu | frischabgeschreckt 4) | 0,6 | 0,7 | 1,1 | 1,4 | 2,3 | 3,5 | 4,5 | 6,0 | 7,0 | 8,0 | 11,0 | 14,0 | 1,8 | |
| kaltausgehärtet | .51 | 1,6 | 2,0 | 3,0 | 4,0 | 6,3 | 9,0 | 12,0 | 15,0 | 19,0 | 23,0 | 30,0 | 38,0 | 5,0 | |
| warmausgehärtet | .71 | 2,4 | 3,0 | 4,5 | 6,0 | 9,4 | 13,0 | 18,0 | 23,0 | 28,0 | 35,0 | 45,0 | 57,0 | 7,5 | |
| AlCuMg1 | weich 5) | .51 | 1,1 | 1,4 | 2,0 | 2,7 | 4,3 | 6,0 | 8,0 | 10,0 | 13,0 | 16,0 | 21,0 | 26,0 | 3,4 |
| kaltausgehärtet | .71 | 2,1 | 2,7 | 4,0 | 5,4 | 8,4 | 12,0 | 16,0 | 20,0 | 25,0 | 30,0 | 40,0 | 51,0 | 6,7 | |
| AlZn4,5Mg | weich 5) | .10 | 1,0 | 1,2 | 1,8 | 2,0 | 3,1 | 4,5 | 6,0 | 8,0 | 2,5 | ||||
| nach Wärmestoß 4)6) | 2,4 | 3,8 | 5,5 | 7,5 | 9,0 | 12,0 | 14,0 | 18,0 | 23 | 3,0 | |||||
| 1) |
Radien r, für größere Dicken t bzw. für Durchmesser d von Rohren (mit d:t <=20) bzw. Höhen H von Stangen und |
|||||||||||||
|
Profilen: |
||||||||||||||
|
ri = fw x (0,8 t-2) |
||||||||||||||
|
ri = fw x (0,8 d-2) |
||||||||||||||
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ri = fw x (0,8 h-2) |
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Beispiel Rohr 50x4 aus AlMg3 W18 mit (d:t) = 50:4 = 12,5 (<20) |
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Gegeben d = 50; fw = 3 (s.o.) ri = 3(0,8x50-2)=114 mm |
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| 2) |
Bei kaltgewalzten Werkstoffen können im Rückgeglühten (G-) Zustand kleinere Biegeradien erreicht werden. |
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| 3) |
Als Blech nicht genormt. Angaben für Rechteckstangen entspr. Dicke |
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| 4) |
Kein Lieferzustand. Nicht genormt |
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| 5) |
Biegeradien wie beim Zustand weich sind auch unmittelbar nach dem Lösungsglühen und Abschrecken erzielbar. |
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(Zustand frisch abgeschreckt). Das Biegen muß ca. 3 Stunden nach dem Abschrecken beendet sein. |
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| 6) |
Wärmestoß: Erwärmung 2-5 Minuten auf 350 - 480°C, im Luftstrom abkühlen, danach sofort biegen |
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Bei mechanischen und chemischen Oberflächenbearbeitungen wird die Makrogeometrie nur wenig verändert, sie dienen im allgemeinen dazu, einen bestimmten gleichmässigen Grad an gerichteter Reflexion einzustellen.
Schleifen und Polieren dienen zur Einebnung von Oberflächenrauhheiten. Schleifriefen können auch als gewollte Strukturierung verbleiben. Zu diesem Zweck wird auch Bürsten mit Metalldraht-oder Fiberbürsten (Satinieren) ausgeführt.
Eine gleichmässige matte Oberflächenstruktur ist auch durch Beizen zu erzielen. Höchster Glanz auf Reinstaluminium und Legierungen auf Basis Reinstaluminium (Glänzwerkstoffe) ist durch chemisches oder elektrolytisches Glänzen zu erzielen. Durch Tiefätzen können erhabene oder vertiefte Schriftzüge, Linien, Flächen und Symbole durch örtliches chemisches Abtragen vom Werkstoff gebildet werden. Teile mit filigranen Formen können aus dünnen Blechen herausgeätzt (Konturätzen) werden. Die Herstellung von Formteilen mit grossen Vertiefungen parallel zur Blechoberfläche wird auch als chemisches Fräsen bezeichnet.
Bestimmend für die gute Beständigkeit von Aluminium ist die Oxidschicht, die sich bei Zutritt des Luftsauerstoffs auf der Oberfläche ausbildet. Es wurden verschiedene Verfahren entwickelt, um diese etwa 0,01 my „dicke“ Oxidschicht dicker auszubilden und damit die Schutzwirkung zu verbessern.
Bei der chemischen Oxidation werden durch Tauchen, Spritzen oder Streichen unter Verwendung von präparierten Salzlösungen auf Basis Chromsäure oder Phosphorsäure Chromat-, Chromathydrat-oder Phosphatschichten von 2 bis 5 my Dicke ausgebildet. Diese Schichten weisen je nach Art des Verfahrens grüne, gelbe (Grün-oder Gelbchromatierung) oder graue (Phosphatierung) Farbtöne auf. Das Chromatieren ist eine stromlose, chemische Oberflächenbehandlung des Aluminiums mit chromhaltigen chemischen Lösungen. Vorbedingung ist, dass zuvor die natürliche, ungleichmässige Oxidschicht entfernt werden muss. Hierzu ist ein Entfetten und Beizen erforderlich. Chromatieren nach DIN 50939 ist das für Aluminium typische und vorzugsweise angewendete Verfahren. Durch chemische Oxidation bilden sich organische Schichten, sog. Konversionsschichten, die verfahrensabhängig aus Oxidhydraten oder Phosphaten des Aluminiums und des Chroms bestehen. Diese Schichten ergeben einen ausgezeichneten Haftgrund für organische Beschichtungen und bieten einen verbesserten Korrosionsschutz ohne zusätzliche Lackierung bei nur leichter Korrosionsbeanspruchung, z. B. in trockenen Innenräumen. Sie verbessern ausserdem die Einlauf-und Gleiteigenschaften beim Umformen, z.B. beim Tiefziehen.
Bei der anodischen Oxidation (elektrolytische Oxidation, Eloxieren) wächst die Oxidschicht bei Stromdurchgang in einem Elektrolyten auf ein Vielfaches der Dicke der natürlichen Oxidschicht an. Diese Schichten sind hart (korundähnlich) und können je nach Verfahren transparent, opak oder farbig sein. Die Färbung dieser Schicht kann als Eigenfärbung oder durch Tauchen in Farbbäder bzw. als elektrolytische Färbung mit Metallsalzen erfolgen.
Die anodische Oxidation ist ein elektrolytisches Verfahren, durch das eine Oxidschicht auf der Aluminiumoberfläche erzeugt wird. Diese Oxidschicht ist gegenüber der natürlich gebildeten Oxidschicht um über das Hundertfache verstärkt. In der Praxis finden unterschiedliche Verfahrensvarianten Anwendung. Die DIN 17611 enthält die technischen Lieferbedingungen für anodisiertes Halbzeug mit Schichtdicken von mindestens 10 my. Je nach Art des Anodisierverfahrens lassen sich dekorative oder technische funktionelle Oxidschichten herstellen. Die Schichten werden aus dem Grundwerkstoff gebildet und sind mit diesem strukturell verbunden. Anodisch erzeugte Oxidschichten unterscheiden sich hierin von allen metallischen; sie erhalten dauerhaft das ursprüngliche, metallische Oberflächenaussehen, das durch eine mechanische, chemische oder elektrolytische Oberflächenvorbehandlung erzielt wurde. Sie bieten aufgrund ihrer Struktur die Möglichkeit der Farbgebung, so dass die dekorative Wirkung von Aluminiumoberflächen durch farbige Oxidschichten erhöht werden kann. Die anodische Oxidation ist im nicht verdichteten Stand aufnahmefähig für verschiedene Stoffe und lässt sich einfärben, bedrucken und imprägnieren. Sie dient als Träger lichtempfindlicher Stoffe und als Haftgrund für Beschichtungen und Klebstoffe.
Aluminium-Oxidschichten sind hart, abriebfest und ermöglichen die mechanische Oberflächenbeanspruchung anodisierter Bauteile.
Die Standard-Verfahren, das GS-und GSX-Verfahren (Gleichstrom-Schwefelsäure, Gleichstrom-Schwefelsäure-Oxalsäure) ergeben auf Werkstoffen in Eloxalqualität eine farblose, transparente Oxidschicht, die eingefärbt werden kann. Farbige Oxidschichten lassen sich herstellen, indem nach dem GS-oder GSX-Verfahren erzeugte Oxidschichten durch Farbstoffe bzw. elektrolytisch gefärbt werden oder aber durch die direkte Erzeugung von Oxidschichten mit Eigenfärbung. Verfahrensvarianten sind die Tauchfärbung, elektrolytische Färbung, Farbanodisation sowie eine Kombination von elektrolytischer Färbung oder Farbanodisation mit nachträglich überlagerter Färbung.
Beim anodischen Glänzen wird die Einebnung der Oberfläche durch Gleichstrom in hochviskosen oder auch in alkalischen Bädern erreicht. Diese Art des Glänzens wird angewendet, wenn besonders hohe Anforderungen an den Glanz gestellt werden.
Die Hartanodisation stellt eine spezielle Verfahrensvariante der anodischen Oxidation dar. Es werden besonders harte und verschleissfeste Oxidschichten für technische Zwecke erzeugt. Die Schichtdicken liegen werkstoffabhängig in einem Bereich von 25 bis 150 my. An das Aussehen dieser zumeist grau bis braun gefärbten Oxidschichten werden keine Ansprüche gestellt.
Anodisch erzeugte Oxidschichten sind transparent. Der größte Teil des auf eine eloxierte Oberfläche fallenden Lichts wird nicht an der Oberfläche der Oxidschicht, sondern an der Grenzfläche zum Metall reflektiert. Deshalb bleibt das metallische Aussehen beim Eloxieren erhalten. Für die optische Wirkung von eloxiertem Aluminium ist die Art der Vorbehandlung daher von entscheidender Bedeutung. Man unterscheidet die chemische Vorbehandlung durch Beizen in alkalischer Lösung, wobei eine mattierte Oberfläche entsteht, und die mechanische Vorbehandlung, z.B. durch Bürsten, Schleifen oder Polieren. So können unterschiedliche Oberflächeneffekte erzielt werden (Glanz, Schliff oder Mattierung).
Oberflächenunregelmässigkeiten wie Riefen, Kratzer und Scheuerstellen lassen sich durch eine mechanische Oberflächenbehandlung vor allem durch Schleifen weitgehend beseitigen.
Bei der chemischen Oberflächenbehandlung in Spezialbeizen werden satinierte oder mattierte Oberflächen erzielt. Dabei können z.B. Korrosionserscheinungen, die vor dem Anodisieren nicht oder nur schwer erkennbar waren, sichtbar werden. Die bestimmten Oberflächeneffekten zugeordneten Oberflächenvorbehandlungen sind nach DIN 17611 durch die Kurzzeichen E0 bis E6 gekennzeichnet:
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Art der Behandlung |
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Kurzzeichen |
Vorbehandlung |
Haupt- und Nachbehandlung |
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E 0 |
ohne wesentlichen Oberflächenabtrag |
anodisiert und verdichtet |
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E 1 |
geschliffen |
anodisiert und verdichtet |
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E 2 |
gebürstet |
anodisiert und verdichtet |
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E 3 |
poliert |
anodisiert und verdichtet |
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E 4 |
geschliffen und gebürstet |
anodisiert und verdichtet |
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E 5 |
geschliffen und poliert |
anodisiert und verdichtet |
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E 6 |
chemisch behandelt in Spezialbeizen |
anodisiert und verdichtet |
Folgendes ist im Tagesgeschäft zu beachten:
E0 - Ohne Vorbehandlung
Ziehriefen, Kratzer, Scheuerstellen und sonstige Oberflächenfehler bleiben sichtbar. Für untergeordnete Oberflächen, die nicht im Blickfeld liegen, z.B. Hinterlegung von Schattenfugen, für Schubstangen etc. geeignet.
E1 - geschliffen
Relativ gleichmäßige, etwas stumpf aussehende Oberfläche: Kleine Ziehriefen und Kratzer werden beseitigt (kein Planschliff). Je nach Schleifkorn sind grobe bis feine Schleifriefen sichtbar.
E2 - gebürstet
Gleichmäßige, helle Oberfläche: Die Bürstenstriche sind sichtbar. Ziehriefen, Kratzer etc. werden nur zum Teil entfernt. Pflegefreundlich, erhöhter Selbstreinigungseffekt im Außenbereich. Als mechanische Vorbehandlung meist angewendet.
E3 - poliert
Glänzende Oberfläche: Ziehriefen, Kratzer etc. werden nur zum Teil entfernt. Anwendung bevorzugt im Innenbereich. Pflegeleicht.
E4 - geschliffen und gebürstet
Gleichmäßige helle Oberfläche: Riefen, Kratzer, Scheuerstellen etc., - vor allem verdeckte Korrosionserscheinungen, - die bei E0 oder E6 sichtbar werden können, werden beseitigt, (kein Planschliff). Pflegeleicht.
E5 - geschliffen und poliert
Glatte, glänzende Oberfläche: Riefen, Kratzer, Scheuerstellen etc., - vor allem verdeckte Korrosionserscheinungen, - die bei E0 oder E6 sichtbar werden können, werden beseitigt (kein Planschliff).
E6 - chemisch vorbehandelt (gebeizt, geätzt)
Matte, rauhe Oberfläche: Riefen, Kratzer etc. werden teilweise egalisiert. Materialbedingte Veränderungen im Oberflächenaussehen sind nicht immer zu vermeiden. Etwaige, das dekorative Aussehen beeinträchtigende Korrosionserscheinungen, die vor dem Beizen nicht oder nur schwer erkennbar sind, können durch diese Behandlung sichtbar werden.
Farblose Oxidschichten werden nach dem GS-oder GSX-Verfahren hergestellt. Das durch mechanische oder chemische Oberflächenvorbehandlung erzielte Oberflächenaussehen des Aluminiums bleibt infolge der Transparenz der Oxidschicht in dem natürlichen Metallcharakter voll erhalten. Der Grad der Transparenz richtet sich dabei nach der Oxidschichtdicke und der Werkstoffzusammensetzung. Geeignet für dekorative Ansprüche sind Reinaluminium und homogene, niedrig legierte AlMg-und AlMgSi-Werkstoffe in Eloxalqualität. Höhere Legierungsanteile bewirken, dass heterogene Bestandteile in die Oxidschicht eingebaut werden, wodurch eine Trübung und Färbung der Schicht eintritt.
Farbige Oxidschichten lassen sich herstellen, indem nach dem GS-oder GSX-Verfahren erzeugte Oxidschichten durch Farbstoffe bzw. elektrolytisch gefärbt werden oder aber durch die direkte Erzeugung von Oxidschichten mit Eigenfärbung. Diesbezügliche Verfahrensvarianten sind die Tauchfärbung, die elektrolytische Färbung, die Farbanodisation und eine Kombination von elektrolytischer Färbung oder Farbanodisation mit nachträglich überlagerter Tauchfärbung. Damit steht eine reichhaltige Farbpalette für die dekorative Anwendung von anodisiertem Aluminium zur Verfügung.
Beim elektrolytischen Färben werden die nach dem GS-oder GSX-Verfahren erzeugten Oxidschichten in einer zweiten Verfahrensstufe -Zweistufenverfahren -mittels Wechselstrom in einem metallsalzhaltigen Elektrolyten gefärbt. Dabei wird aus der Metallsalzlösung Metall am Porengrund der Oxidschicht abgeschieden. Die erreichte Farbintensität richtet sich nach der abgeschiedenen Metallmenge. Es können Metallsalze auf der Basis von Zinn (Sn), Kobalt (Co), Nickel (Ni), Kupfer (Cu), verwendet werden. Mit Sn-, Ni-und Co-Salzen erhält man Farbtöne zwischen Hellbronze bis Schwarz, mit Cu-Salzen Rottöne.
Das kombinierte Färbeverfahren bietet die Möglichkeit, die Farbpalette anodisch erzeugter Oxidschichten entscheidend zu erweitern. Im Farbton Hell- bis Dunkelbronze elektrolytisch gefärbte GS oder farbanodisierte Oxidschichten werden in einer nachfolgenden Behandlungsstufe mit organischen bzw. anorganischen Farbstoffen absorptiv überfärbt. Der metallische Oberflächeneffekt bleibt auch beim Kombinationsverfahren erhalten.
Über das dekorative Aussehen und den Glanz sowie über den Farbton ist nach DIN 17611 mit dem Anodisierenden eine genaue Farbgrenzmustervereinbarung zu treffen. Für die elektrolytische Einfärbung (Zweistufenverfahren) und die Farbanodisation wird von der Europäischen Vereinigung der Anodiseure (EURAS) ein Standard-Farbfächer herausgegeben. Farbbezeichnungen nach EURAS für elektrolytische Färbung C0 bis C35:
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EURAS C0 |
- |
Farblos |
= vergleichbar |
EV 1 |
- |
Naturton |
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EURAS C31 |
- |
Leichtbronze |
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EV 2 |
- |
Neusilber hell |
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EURAS C32 |
- |
Hellbronze |
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EV 3 |
- |
Gold |
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EURAS C33 |
- |
Mittelbronze |
EV 4 |
- |
Bronze mittel |
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EURAS C34 |
- |
Dunkelbronze |
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EV 5 |
- |
Bronze dunkel |
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EURAS C35 |
- |
Schwarz |
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EV 6 |
- |
Schwarz |
Die Farbbezeichnungen für die Tauchfärbung mit den Kurzbezeichnungen EV 1 bis EV 6 sind heute nicht mehr gebräuchlich. Farbbezeichnungen nach EURAS für Farbanodisation C36 bis C38:
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EURAS C36 |
- |
Hellgrau |
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EURAS C37 |
- |
Mittelgrau |
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EURAS C38 |
- |
Dunkelgrau |
Der EURAS-Farbfächer ist über den Eloxalverband e.V., Nürnberg, zu beziehen.
Die Prüfung der Qualität anodisch erzeugter und verdichteter Oxidschichten wird entsprechend den in DIN 17611 aufgeführten Mess-und Prüfverfahren vorgenommen.
Wie bei allen Metallen kann auch auf Aluminium ein Anstrich oder eine Kunststoffbeschichtung als Oberflächenschutz aufgebracht werden. Da die hierfür verwendeten Kunststoffe nicht wasserdampfdiffusionsdicht sind, müssen die Beschichtungen fest mit dem metallischen Untergrund verankert sein, damit unter der Beschichtung nicht durch Kondensation Wasser entstehen kann.
Ein dauerhafter Anstrich erfordert einwandfreie Haftgrundvorbereitung (Entfetten, Primer-und Grundieranstrich, meist Zinkchromat), bei industrieller Lackierung erfolgt meist eine chemische Oxidation (Chromatieren) als Haftgrundvorbereitung. Die Schutzwirkung und Beständigkeit eines Anstrichs ist bei ordnungsgemässer Ausführung abhängig von der Lackqualität (verwendete Kunststoffbasis) und von den Härtebedingungen (Luft-oder Ofentrocknung).
Das Beschichten von Aluminium mit Lacken erfolgt unter dekorativen und korrosionstechnischen Aspekten. Kunststoffe bieten eine breite Farbpalette für die Oberflächengestaltung. Sie übernehmen gleichzeitig eine korrosionsschützende Funktion, da sie stärkeren chemischen Korrosionsbeanspruchungen widerstehen. Die an die Kunststoffbeschichtung gestellten Anforderungen bestimmen die Wahl des Beschichtungssystems. Gefordert wird eine gute Lackhaftung, um den Schutz von Aluminiumoberflächen zu gewährleisten. Eine Ausnahme bilden Abziehlacke, die die Aluminiumoberfläche nur vorübergehend schützen sollen. Diese müssen von der Oberfläche restlos wieder entfernt werden können. Farbstoffe, Pigmente und Weichmacher beeinflussen die Haftfestigkeit. Diese Einflüsse machen sich bei den Pigmenten vor allem im Hinblick auf die Korrosionsbeständigkeit bemerkbar, bei den organischen Farbstoffen und Weichmachern besonders auf die Elastizität. Eine korrosionsverhindernde pigmentierte oder unpigmentierte Lackierung muss passivierend, isolierend und abdichtend sein. Nasslacke enthalten Lösungsmittel, die nach dem Lackauftrag abdunsten. Sehr hochwertige Beschichtungen erhält man durch reaktionshärtende Zwei-Komponenten-Nasslacke, die bereits bei Raumtemperatur aushärten. Durch eine forcierte Trocknung bei 80 bis 120 °C wird die Vernetzungsreaktion beschleunigt, ein für die industrielle Lackierung wesentlicher Vorteil.
Gut bewährt hat sich das Zwei-Komponeneten-Polyurethan-System (2K-PUR-System), das eine gute Chemikalien-und Witterungsbeständigkeit besitzt bei gleichzeitig günstigem Kreidungsverhalten. Reaktionshärtende 2K-Acrylatsysteme ergeben vergleichbar hochwertige Beschichtungen. Der Lackauftrag kann erfolgen durch Streichen, Spritzen, Giessen oder Walzen. Erfolgt der Lackauftrag durch Walzen oder Giessen kontinuierlich in einer Anlage, auf der das Aluminiumband vorher entfettet, gebeizt und chromatisiert bzw.phosphatiert und der Lack anschliessend in Öfen eingebrannt wird, spricht man von Bandbeschichtung (Coil Coating). Das Verfahren arbeitet sehr rationell mit der Beschichtung grosser Mengen von Aluminiumbändern. Mehrschichtlackierung sowie beidseitige Beschichtung ist möglich. In der Regel wird ein Zweischichtenaufbau, bestehend aus Grund-und Decklack, gewählt. Die Lacke werden im allgemeinen eingebrannt; weitere Schnellhärteverfahren, vor allem durch energiereiche Strahlung, lassen sich bei Bandbeschichtungsanlagen vorteilhaft einsetzen. Mit hochwertigen Lacken vorbeschichtetes Aluminiumband hat Anwendungsgebiete im Bauwesen, in der Wohnwagenindustrie und im Verkehrswesen.
Bei der elektrostatischen Pulverbeschichtung (EPS) wird das Beschichtungspulver in der Sprühpistole elektrostatisch aufgeladen und mittels Druckluft gegen das zu beschichtende, elektrisch geerdete Teil gesprüht. Vorbeigesprühte Lackpartikel werden dem Pulverkreislauf wieder zugeführt. Durch Einbrennen bei Temperaturen von ca. 160 bis 220 °C schmilzt das Pulver, und es tritt eine Vernetzungsreaktion ein. Das EPS-Verfahren ist infolge der Einsparung von Lösungsmitteln umweltfreundlich, arbeitet durch die Pulverrückgewinnung mit hohem Wirkungsgrad und ergibt Beschichtungen mit guten chemischen und mechanischen Eigenschaften. Für die Aussenanwendung werden vorwiegend die kreidungsbeständigen PUR-und Polyester-Pulver gewählt, bei Innenanwendung Epoxid-Pulver und Epoxid-Polyester-Mischpulver mit guter Chemikalienbeständigkeit.
Bauelemente aus Aluminium werden je nach Anforderung mit unbehandelter, anodisch eloxierter, kunststoffbeschichteter oder emaillierter Oberfläche eingesetzt.
Staub und Schmutz der umgebenden Atmosphäre können unabhängig vom Standort des Objekts das gute Aussehen der Aluminiumbauteile im Laufe der Zeit mehr oder weniger beeinträchtigen. Zur Aufrechterhaltung des dekorativen Aussehens ist daher eine dem Verschmutzungsgrad und der Oberflächenbehandlung angepasste Reinigung zu empfehlen.