Arten der Oberflächenbeschaffenheit von Metallgussteilen

Gießereien glätten Gussteile mit Oberflächenbehandlungen wie Guss, Kugelstrahlen, Trommelentgraten, Bearbeiten, Schleifen, Polieren, Kugelstrahlen, Pulverbeschichten, Eloxieren und Galvanisieren. Jeder Schritt verringert die Rauheit – von 200–500 µin Ra im Sandguss auf ≤4 µin Ra nach Präzisionspolitur – und bietet gleichzeitig Vorteile hinsichtlich Korrosionsschutz oder Ästhetik sowie eine verbesserte Maßgenauigkeit.

Mechanische Oberflächenmodifizierungsverfahren

Strahltechniken

• Kugelstrahlen und Kugelstrahlen: Beim Kugelstrahlen werden Stahlkugeln oder -splitt mit hoher Geschwindigkeit auf die Gussoberfläche geschossen, um Zunder, Rost und Verunreinigungen zu entfernen. Das Verfahren erzeugt eine gleichmäßig matte Oberfläche mit typischen Oberflächenrauheitswerten zwischen 125 und 250 Mikrozoll Ra. Beim Kugelstrahlen wird die gleiche Ausrüstung verwendet, der Schwerpunkt liegt jedoch auf der Erzeugung von Druckspannungen in der Oberflächenschicht, wodurch die Ermüdungsbeständigkeit um bis zu 300 % erhöht wird.
• Sandstrahlen: Beim Sandstrahlen werden mit Druckluft abrasive Partikel wie Aluminiumoxid oder Siliziumkarbid auf das Gussteil gesprüht. Diese Technik beseitigt Oberflächenfehler und erzeugt eine Struktur für eine bessere Lackhaftung. Die resultierende Oberflächengüte des Gussteils liegt zwischen 50 und 125 Mikrozoll Ra.

Oberflächenveredelung und -veredelung

• Schleifen und Läppen: Beim Schleifen wird Material mithilfe rotierender Schleifscheiben abgetragen, um eine Maßgenauigkeit von 0.0001 Zoll zu erreichen. Das Verfahren beseitigt Gussfehler wie Trennlinien und Anschnitte. Läppen steigert die Präzision noch weiter, indem feine Schleifmittelschlämme zwischen Werkstück und Läppplatte eingesetzt werden. Dadurch werden Oberflächen mit einer Ra-Glätte von bis zu 1 Mikrozoll erreicht.
• Polieren und Polieren: Beim Polieren werden zunehmend feinere Schleifmittel verwendet, um spiegelglatte Oberflächen auf Gussteilen zu erzeugen. Der Prozess beginnt typischerweise mit Schleifmitteln der Körnung 220 und geht dann zu Schleifmitteln der Körnung 1200 oder feiner über. Anschließend folgt das Polieren. Dabei werden weiche Stoffscheiben mit Poliermitteln verwendet, um Reflexionsgrade von über 90 % zu erreichen.
• Gleitschleifen und Trommeln: Beim Vibrationsschleifen werden Gussteile in eine Vibrationswanne mit Keramik- oder Kunststoffmedien und chemischen Verbindungen gegeben. Die kontinuierliche Bewegung entgratet Kanten und glättet Oberflächen gleichmäßig. Beim Trommeln rotieren die Teile in einer Trommel mit ähnlichen Medien – ideal für die Stapelverarbeitung kleinerer Gussteile unter 6 cm Durchmesser.

Chemische und elektrochemische Oberflächenbehandlungen

Konversionsbeschichtungen

• Phosphatieren: Durch Phosphatieren entsteht auf Eisengussteilen eine kristalline Phosphatschicht mit einer Dicke von 0.0001 bis 0.0005 Zoll. Die Beschichtung verbessert die Korrosionsbeständigkeit und bietet eine hervorragende Grundlage für die Lackhaftung.
• Chromat-Konversionsbeschichtungen (Chromatierung/Alochromierung): Durch die Chromatierung entsteht auf Aluminium- und Zinkgussteilen eine dünne Chromoxidschicht. Die goldene oder klare Beschichtungsdicke beträgt 0.00001 bis 0.00004 Zoll.
• Schwarzoxidbeschichtung: Durch Eintauchen in alkalische Salzlösungen bei 3 °F bildet Schwarzoxid eine Magnetitschicht (Fe4O285) auf Eisengussteilen. Die Beschichtung vergrößert die Abmessungen nur um 0.000001 Zoll und bietet gleichzeitig eine leichte Korrosionsbeständigkeit.

Elektrochemische Oberflächenveredelung

• Eloxieren
  • Typ I (Chromsäureanodisierung) Beim Eloxieren Typ I entstehen auf Aluminiumgussteilen Beschichtungen mit einer Dicke von 0.00002–0.0002 Zoll. Der Prozess läuft bei 70 °C ab und führt zu minimalen Maßänderungen.
  • Typ II (Schwefelsäureanodisierung) Typ II stellt das am häufigsten verwendete Anodisierungsverfahren dar und erzeugt Beschichtungen mit einer Dicke von 0.0002 bis 0.001 Zoll.
  • Typ III (Hartanodisierung) Typ III erzeugt dichte Beschichtungen mit einer Dicke von 0.001 bis 0.004 Zoll und Härtewerten von bis zu 60–70 Rockwell C.
• Passivierung: Passivierung entfernt freies Eisen aus Edelstahlguss Oberflächen mit Salpeter- oder Zitronensäurelösungen. Die Behandlung verstärkt die natürliche Chromoxidschicht, ohne die Schichtdicke zu erhöhen.
• Elektropolieren: Beim Elektropolieren wird durch elektrochemische Auflösung eine kontrollierte Metallschicht (0.0001–0.001 Zoll) entfernt. Der Prozess entfernt bevorzugt hohe Punkte und reduziert die Oberflächenrauheit um 50 %. Elektropolierte Edelstahlgussteile erreichen Ra-Werte unter 10 Mikrozoll.

Metallische Beschichtungen

• Feuerverzinkung: Beim Feuerverzinken werden Eisen- oder Stahlgussteile in geschmolzenes Zink bei 840 °C getaucht. Durch die metallurgische Bindung entstehen Beschichtungsdicken von 0.002 bis 0.006 mm.
• Autokatalytische (stromlose) Beschichtung: Beim stromlosen Plattieren wird Metall durch chemische Reduktion ohne elektrischen Strom abgeschieden. Nickel-Phosphor-Beschichtungen erreichen eine gleichmäßige Schichtdicke von ±10 %, selbst in Sacklöchern und Innenkanälen. Das Verfahren ermöglicht Härtewerte von 48–52 Rockwell C im plattierten Zustand, die nach der Wärmebehandlung auf 68–70 Rc ansteigen.

Plattieren und metallische Abscheidung

• Galvanisieren (Galvanische Beschichtung): Beim Galvanisieren werden Metalle wie Chrom, Nickel oder Zink mittels Gleichstrom auf leitfähige Gussteile aufgebracht. Durch die Verchromung werden Dicken von 0.00001 Zoll (dekorativ) bis 0.020 Zoll (Hartchrom) erreicht.
• Chemische Plattierung (chemische Plattierung)Chemische Beschichtungen erzeugen gleichmäßige Beschichtungen ohne Strom und basieren auf autokatalytischen Reaktionen. Chemisch abgeschiedenes Nickel bietet hervorragende Korrosionsbeständigkeit und kann nach entsprechender Aktivierung auf nichtleitende Oberflächen aufgebracht werden. Die Beschichtungsraten erreichen typischerweise 0.0005 Zoll pro Stunde.
• Beizen und chemisches Ätzen: Beim Beizen werden Oxidschichten und Verunreinigungen mithilfe von Säurelösungen wie Salz- oder Schwefelsäure entfernt. Der Prozess bereitet Gussoberflächen auf nachfolgende Behandlungen vor, indem ein chemisch sauberes Substrat erzeugt wird. Chemisches Ätzen entfernt selektiv Material, um dekorative Muster zu erzeugen oder die Lackhaftung zu verbessern.

Beschichtungen und Überzüge

Organische und Polymerbeschichtungen

• Flüssigmalerei: Flüssiglacksysteme umfassen Grundierungen, Decklacke und Klarlacke, die durch Sprühen, Tauchen oder Pinseln aufgetragen werden. Zweikomponenten-Epoxidlacke erreichen Trockenfilmdicken von 0.003–0.008 Zoll.
• Pulverbeschichtung: Beim Pulverbeschichten wird trockenes Pulver elektrostatisch auf Gussteile aufgetragen und bei 350–400 °C ausgehärtet. Das Verfahren erzeugt gleichmäßige Beschichtungen mit einer Dicke von 0.002–0.005 mm ohne Läufer oder Absacken.
• Elektrophoretische Abscheidung (E-Coating): Beim E-Coating wird elektrischer Strom verwendet, um wasserbasierte Farbe gleichmäßig auf komplexe Gussteile aufzutragen. Das Verfahren erreicht eine vollständige Abdeckung in vertieften Bereichen mit einer Schichtdicke von ±0.0002 Zoll.

Einsatzhärteverfahren

Aufkohlen

Durch Aufkohlen wird bei Temperaturen von 1650–1750 °F Kohlenstoff in die Oberfläche von kohlenstoffarmen Stahlgussteilen eingebracht. Der Prozess erzeugt eine harte Schicht mit einer Tiefe von 0.020–0.060 Zoll und einer Oberflächenhärte von 58–63 Rockwell C. Durch das Aufkohlen mit Gas wird das Kohlenstoffpotenzial präzise gesteuert und die Schichtdickengleichmäßigkeit innerhalb von ±0.005 Zoll erreicht.

Nitrieren

Beim Nitrieren diffundiert Stickstoff bei 950–1050 °F, also unterhalb der Umwandlungstemperatur von Stahl, in Gussoberflächen. Das Verfahren erzeugt extrem harte Oberflächen (bis zu 70 Rockwell C) mit Härtetiefen von 0.004–0.030 Zoll. Nitrierte Oberflächen weisen minimale Verformungen auf, da kein Abschrecken erforderlich ist.