Harteloxal

Unter Harteloxal, (in der Anwendung auch bekannt als Harteloxieren, Hartanodisieren oder Hartcoatieren) versteht man die elektrolytische Oxidation von Aluminiumwerkstoffen, um Schutzschichten auf Aluminiumwerkstoffen zu erzeugen. Diese dienen als Verschleiß- und Korrosionsschutz und weisen gute tribologische Eigenschaften auf, haben also meist ein sehr gutes Gleitverhalten in Verbindung mit PTFE-Imprägnierungen.

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Verfahren

Das Aluminiumteil wird in den Elektrolyten getaucht und als Anode geschaltet. Die Oberfläche wird so vom metallischen Aluminium in eine Aluminiumoxidschicht umgewandelt. Es findet dabei ein Volumenzuwachs an der Bauteiloberfläche, also eine Maßerhöhung, statt, von in der Regel ca. 50% der Gesamtschichtdicke bei Standardverfahren. Üblicherweise werden Schichtdicken von ungefähr 25 bis 50 µm erzeugt.

Im Gegensatz zum gewöhnlichen Eloxieren, das bei Raumtemperatur durchgeführt wird, arbeitet man beim Harteloxieren bzw. Hartanodisieren mit gekühlten Elektrolyten. Im Regelfall wird als Elektrolyt, wie beim Eloxieren, Schwefelsäure verwendet, aber auch andere Säuren oder Mischungen sind möglich und nehmen Einfluss auf die zu erwartenden Schichteigenschaften. Durch die Kühlung können wesentlich höhere Stromstärken verwendet werden.

Hartanodisierfähig sind alle Aluminiumlegierungen, aber je reiner die Legierung ist, um so mehr Oxide können gebildet werden. Auf sehr reinen Legierungen können daher Schichtdicken von bis zu 200 µm erreicht werden.

Anwendung

Hartanodische Schichten sind wesentlich dichter und sehr viel härter als normale anodische Schichten, die Aluminiumoxide in der Schicht, sowie die Legierungsbestandteile, die während des Beschichtungs- bzw. Umwandlungsprozesses herausgelöst(z.B.:Cu), oder als nicht lösbare Bestandteile (z.B.:Si) eingebaut werden, haben einen wesentlichen Einfluss auf die Härte der Schicht. Die erzielbaren Schichthärten sind von der verwendeten Aluminiumlegierung abhängig und bewegen sich zwischen 350 und 600 mHV 0,025 (Mikrohärte nach Vickers). Die Schichthärte wird ausschließlich im Querschliff gemessen, durch die Poren, die sich in der Schicht befinden, erhält man eine Mischhärte. Die Oxide des Aluminiums haben tatsächlich eine wesentlich höhere Härte, woraus man dann ableiten kann, dass unter bestimmten Bedingungen wesentlich bessere Verschleißeigenschaften erreicht werden können als bei metallischen Schichten wie z.B. gegenüber einer Chromschicht, die eine Vickershärte von ca. 1000 - 1100HV aufweist. Harteloxalschichten werden zu technischen Zwecken (und immer mehr in Kombination mit einer dunklen Optik) eingesetzt, beispielsweise für Bolzen, Lager, Gehäuse, Führungen, Steuerventile, Steuerkolben, Zahnräder, Schnecken, und Aluminium-Profile. Da sie als keramische Schicht schlecht leitet, dient sie auch zur elektrischen Isolation. Der Vorteil dieser Schichten liegt darin, dass man leichtere Werkstoffe einsetzen kann (wenn nicht eine bestimmte Grundfestigkeit und Zähigkeit des Werkstoffes gefordert wird) und trotzdem extrem gute Verschleiß- und Korrosionsschutzwerte erreichen kann.

Nachbehandlung

Harteloxalschichten können aufgrund ihrer porigen Struktur nachbehandelt werden, um die Eigenschaften zu verbessern oder zu verändern. Die Schichten "wachsen" senkrecht aus dem Grundmaterial heraus und bilden am Grund eine Sperrschicht. Über dieser Sperrschicht befinden sich Kanäle, über die der Strom zum Grundmaterial fließt und die Schicht bis zur gewünschten Stärke aufwachsen lässt. Diese Poren kann man durch ein Nachverdichten in ca. 90 °C heißem VE-Wasser verschließen. Durch die verschlossenen Poren gelangen Feuchtigkeit und Sauerstoff nur sehr schwierig an das Grundmaterial, man erreicht so einen wesentlich verbesserten Korrosionsschutz. Dieser Schutz geht allerdings zu Lasten der guten Verschleißschutzeigenschaft, da man bei der Nachverdichtung Böhmit aus der Schicht herauslöst und diese im oberen Bereich geschwächt wird. Die Poren kann man auch mit einer wässrigen PTFE-Lösung "imprägnieren". PTFE verleiht dem Harteloxal wesentlich verbesserte Gleiteigenschaften. Allerdings werden nur PTFE-Schichtdicken maximal. 3 µm erreicht. Abrasiver Verschleißbeanspruchung kann die PTFE-Schicht nicht lange widerstehen.

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