Messung der Eloxalschichtdicke auf Aluminium

DeFelsko stellt ein tragbares, zerstörungsfreies Schichtdickenmessgerät her, das sich ideal für die Messung der Eloxalschichtdicke auf Aluminium eignet. 

Was sind die Herausforderungen bei der Messung der Eloxaldicke?

Um die Dicke von Eloxal- und anderen dünnen Beschichtungen effizient zu kontrollieren, ist eine genaue, zerstörungsfreie Messmethode erforderlich.   

Eine weitere Herausforderung ist die Messung der Eloxierung in kleinen oder schwer zugänglichen Bereichen.

Lösungen zur Messung der Eloxalschichtdicke

 Die PosiTector 6000 "N"-Serie von Wirbelstrommessgeräten ist ideal für die zerstörungsfreie Messung von nichtleitenden Beschichtungen auf Nichteisensubstraten. Die Sonde PosiTector 6000 NAS ist speziell für die hochauflösende Messung von Eloxalschichten auf Aluminium konzipiert. Obwohl sie bis zu 625 μm (25 mils) messen kann, ist die PosiTector 6000 NAS-Sonde am genauesten und bietet die höchste Auflösung unter 100 μm (4 mils), was im erwarteten Bereich der meisten Anodisierungsanwendungen liegt.

Abbildung 1 - PosiTector 6000 NAS-Sonde zur Messung der Eloxierung

Für die Messung der Schichtdicke an kleinen oder schwer zugänglichen Stellen ist die PosiTector 6000 N Microprobe Serie eine ideale Messalternative. Mit Sondenspitzen von entweder 0°, 45° oder 90° können Schichtdickenmessungen in tiefen Löchern, an kleinen Vorsprüngen oder an Innendurchmessern vorgenommen werden. Bei Verwendung einer Halterung oder eines Schnellwechseladapters haben die N-Mikrosonden die gleichen Spezifikationen wie die NAS-Sonden.

Abbildung 2 - PosiTector 6000 N Mikrosonde zur Messung der Anodisierung

Kostenlose Konsultation

Für aktuelle Preise oder um diese Eloxalschichtdickenmessgeräte zu bestellen, besuchen Sie bitte unsere Verkaufsseite.

Hintergrund zum Eloxieren

Was ist Eloxieren?

Eloxieren ist ein elektrochemisches Umwandlungsverfahren, das seit den 1930er Jahren existiert. Mehrere Metalle können anodisiert werden, darunter Aluminium, Magnesium, Titan und Tantal. Eloxiertes Aluminium wird aufgrund seiner geringen Kosten, seiner ästhetischen Qualitäten und seiner idealen mechanischen Eigenschaften in vielen Anwendungen eingesetzt.

Im Gegensatz zu den meisten Schutzschichten verändert das Eloxieren die äußere Struktur des Metalls dauerhaft. Wenn Aluminium der Luft ausgesetzt wird, entwickelt es von Natur aus eine dünne Aluminiumoxidschicht, die das Aluminium vor weiterer Oxidation schützt. Durch das Eloxieren wird die oxidierte Oberfläche wesentlich dicker, bis zu einigen tausendstel Zoll. Die Härte der eloxierten Aluminiumoxidschicht übertrifft die eines Diamanten und erhöht die Abriebfestigkeit des Aluminiums. Die zusätzliche Tiefe der Oxidschicht verbessert die Korrosionsbeständigkeit des Aluminiums und erleichtert gleichzeitig die Reinigung der Oberfläche. Die poröse Beschaffenheit bestimmter Eloxalarten ermöglicht es, das Aluminium in verschiedenen Farben einzufärben, was es attraktiver macht.

Die Eloxalschicht ist in der Regel bis zu 5 mils dick. Die drei gängigsten Varianten des Eloxierens von Aluminium sind das chromhaltige Eloxieren (Typ I), das schwefelsaure Eloxieren (Typ II) und das Harteloxieren (Typ III).

• Beim Chromsäure-Eloxieren wird ein Chromsäure-Elektrolyt verwendet und es werden die dünnsten Beschichtungen mit einer Dicke von nur 0,02 bis 0,1 mils (0,5 bis 2,5 Mikron) erzielt. Die Beschichtung dringt zu 50 % in das Substrat ein und wächst zu 50 % über die ursprünglichen Abmessungen hinaus. Das chromhaltige Eloxieren hat die geringsten Auswirkungen auf die Dauerfestigkeit und ist weniger korrosiv und daher ideal für komplexe und schwer abzuspülende Teile. Sie eignet sich hervorragend für die Beschichtung von Aluminiumgussteilen. Die meisten chromhaltig eloxierten Teile werden im Militär und in der Luft- und Raumfahrt eingesetzt und haben eher funktionalen als dekorativen Charakter.
• Die Schwefelanodisierung ist die gebräuchlichste Methode der Anodisierung, bei der Schwefelsäure verwendet wird, um Beschichtungen mit einer Dicke von bis zu 1 mil (25 Mikron) zu erzeugen. Die Beschichtung dringt zu 67 % in das Substrat ein und wächst zu 33 % über die ursprünglichen Abmessungen hinaus. Aufgrund seiner durchlässigen Beschaffenheit eignet sich das Schwefelanodisieren hervorragend zum Einfärben und bietet eine Grundlage für Grundierungen, Haftvermittler und organische Beschichtungen. Die Schwefelanodisierung bietet Korrosionsbeständigkeit und ist sehr langlebig. Typische Anwendungen sind Architektur, Luft- und Raumfahrt, Fertigung, Automobilbau und Computer.
• Bei der Harteloxierung (auch Hartbeschichtung genannt) wird ein höher konzentrierter Schwefelsäureelektrolyt bei niedrigerer Temperatur verwendet, wodurch eine zähe Außenhaut mit hervorragender Abriebfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Beständigkeit gegen Farbausbleichung, Durchschlagfestigkeit und Oberflächenhärte (Rockwell C-Skala bis 70) entsteht. Die Beschichtung dringt zu 50 % in das Substrat ein und wächst zu 50 % über die ursprünglichen Abmessungen hinaus, was einer Gesamtdicke von 0,5 bis 4 Millimetern entspricht. Hart anodisierte Metalle haben eine erhöhte Oberflächenrauheit. Zu den üblichen Verwendungszwecken gehören nicht dekorative Lebensmittelverpackungen, Papierrollen für Fotokopierer und Außenanwendungen wie Schaufenster und Fenster.

Aluminium-Eloxalverfahren

Das Aluminiumteil wird auf abisolierte Aluminium- oder Titangestelle gehängt, die einen guten elektrischen Kontakt gewährleisten. Während des Eloxierungsprozesses werden die Teile befestigt und die Gestelle in einer Reihe von Tanks aufgehängt.

1. Das Aluminiumteil wird in eine heiße Wanne getaucht, die ein Einweichreinigungsmittel enthält, um alle Oberflächenverschmutzungen zu entfernen.
2. Das Teil wird gespült, um eine Verunreinigung der Lösung in den nachfolgenden Tanks zu vermeiden.
3. Im nächsten Tank wird das Teil mit einer Säurelösung (Chrom-, Schwefel-, Salpeter- oder Phosphorsäure) desoxidiert, wodurch die dünne, ungleichmäßige Aluminiumoxidoberfläche entfernt wird.
4. Auch hier wird das Teil gespült, um eine Verunreinigung des Tanks zu vermeiden.
5. Beim Ätzen wird das Teil in einen Tank mit einer Natriumhydroxidlösung gehängt. Das Ätzen entfernt den natürlichen Glanz des Aluminiums und verleiht ihm ein weiches, mattes, strukturiertes Aussehen.
6. Das Teil wird in den Eloxaltank gehängt, der eine verdünnte Säure-Wasser-Mischung enthält, die einen elektrischen Stromfluss ermöglicht. Die Art der Säure, der Prozentsatz der Lösung und die Temperatur sind allesamt kritische Parameter und hängen von der gewünschten Oberfläche und Farbe ab. Der Minuspol des Stromkreises ist mit dem Teilegestell verbunden, der Pluspol des Stromkreises mit einer oder mehreren "Kathoden", die Strom in den Tank einleiten. Die Anzahl und Platzierung der Kathoden hängt von der Größe und Form des Teils sowie von der Gesamtfläche der zu behandelnden Aluminiumoberfläche ab. Oberflächen, die der Kathode am nächsten sind, erhalten eine dickere Eloxalschicht. Für das normale Schwefelanodisieren wird eine Gleichstromquelle verwendet, die bis zu 24 Volt erzeugen kann, wobei die Spannung im Allgemeinen zwischen 18 und 24 Volt gehalten wird. Die Stromstärke, die dem Eloxalbecken zugeführt wird, hängt von der zu behandelnden Fläche ab; in der Regel werden zwischen 12 und 16 Ampere pro Quadratmeter benötigt. Die Elektrolytlösung wird während des Eloxiervorgangs gerührt, um eine gleichmäßige Temperatur der Lösung zu gewährleisten. Der Eloxaltankprozess dauert unter normalen Bedingungen weniger als eine Stunde.
7. Zum Einfärben wird das Teil in ein Becken mit einem verdünnten, wasserlöslichen, organischen Farbstoff getaucht. Die Dauer und die Temperatur des Eintauchens variieren bei jedem Farbstoff.
8. Der letzte Schritt im Eloxierungsprozess ist die Versiegelung der nun gefärbten Außenfläche, damit sie nicht durch Sonnenlicht ausbleicht oder Flecken bekommt. Unversiegelt hat die poröse Außenfläche eine geringere Korrosionsbeständigkeit. Bei nicht gefärbten Beschichtungen wird das eloxierte Aluminiumteil 20 bis 30 Minuten lang in kochendes entionisiertes Wasser gelegt. Dadurch wandeln sich die unstrukturierten Poren des Aluminiumoxids in eine festere kristalline Hydratform um. Sind die eloxierten Teile eingefärbt, wird der Versiegelungsprozess 3 bis 5 Minuten lang in einem Tank mit einer Nickel-Acetat-Lösung durchgeführt.
9. Beim Harteloxieren wird je nach Verfahren eine Mischung aus Schwefel- und Oxalsäure verwendet. Es werden relativ niedrige Temperaturen sowie ein höherer Strom und eine viel höhere Spannung verwendet. Die erzeugte "graue" Oxidschicht beträgt in der Regel 2 bis 3 Millimeter und ist sehr dicht, verschleißfest und korrosionsbeständig.   

Eine Alternative zu Gestellen ist die Massenanodisierung, die sich besser für die Anodisierung kleiner, unregelmäßig geformter Teile wie Nieten, Hülsen und medizinische Naben eignet. Anstelle von Gestellen werden die Teile in perforierten Aluminium-, Kunststoff- oder Titankörben verarbeitet. Unabhängig davon, ob Sie eine Coil- oder eine Serienproduktion benötigen, bietet das Eloxieren eine der besten Möglichkeiten der Aluminiumveredelung in der Branche.

Eine weitere Alternative ist das Coil-Eloxieren. Aluminiumbänder werden voreloxiert, um die Kosten für die Endbearbeitung zu senken, Produktionszeit zu sparen und die Materialhandhabung zu reduzieren. Die Vorteile von voreloxiertem Aluminium lassen sich auf die meisten Produkte anwenden, die aus Blechen oder Bandmaterial hergestellt werden. Produkte, die aus Strangpressprofilen, Gussteilen, Stangen, Stäben oder Platten hergestellt werden, sind auf Stückeloxalverfahren wie Regal- oder Schüttgutverfahren beschränkt.

Obwohl die meisten Aluminiumlegierungen in einem Eloxalbecken Aluminiumoxid bilden, neigen sie dazu, unterschiedlich zu eloxieren. Einige Legierungen sind schwieriger zu eloxieren, während andere in leicht unterschiedlichen Farbschattierungen eloxieren. Nach dem Eloxieren bieten die verschiedenen Legierungen unterschiedliche Verarbeitungseigenschaften (Bearbeitung, Schleifen, Polieren), Umweltbeständigkeit und Maßhaltigkeit.

Warum eloxieren?

Das Eloxieren ist ein äußerst wirksames und wünschenswertes Mittel zur Veredelung von Aluminium. Einige der wichtigsten Vorteile des Eloxierens sind:

• Langlebigkeit - Die meisten eloxierten Teile unterliegen keinem Verschleiß durch Handhabung, Installation, Nutzung und Wartung.
• Haftung - Die Eloxierung ist Teil des Aluminiums und sorgt für eine vollständige Verklebung und unübertroffene Haftung.
• Farbe - Eloxierte Teile behalten eine gute Farbstabilität bei, wenn sie ultravioletten Strahlen ausgesetzt sind, haben keine aufgetragene Beschichtung, die abplatzen oder abblättern kann, und haben einen wiederholbaren Färbeprozess.
• Qualität der ursprünglichen Oberfläche - Die Teile weisen keine Markierungen aus dem ursprünglichen Eloxalverfahren auf.
• Pflege - Eine milde Reinigung mit Wasser und Seife bringt ein eloxiertes Profil in der Regel wieder in sein ursprüngliches Aussehen zurück.
• Ästhetik - Die Eloxierung bietet eine große Anzahl von Glanz- und Farbalternativen, wobei das metallische Aussehen des stranggepressten Aluminiums durchscheint.
• Kosten - Eloxieren ist im Vergleich zu anderen Veredelungsmethoden sehr kostengünstig. Zusätzlich zu den niedrigen Verarbeitungs- und Wartungskosten minimiert die Langlebigkeit die Ersatzkosten.
• Umwelt, Gesundheit und Sicherheit - Das Eloxieren entspricht den geltenden gesetzlichen Bestimmungen, da es zu den umweltfreundlichsten industriellen Verfahren gehört und in der Regel nicht gesundheitsschädlich ist. Eine anodisierte Oberfläche ist chemisch stabil, zersetzt sich nicht, ist ungiftig und hitzebeständig bis zum Schmelzpunkt von Aluminium. Da das Eloxalverfahren eine Verstärkung eines natürlich vorkommenden Oxidprozesses ist, ist es ungefährlich und erzeugt keine schädlichen oder gefährlichen Nebenprodukte. Die chemischen Bäder, die beim Eloxieren verwendet werden, werden oft zurückgewonnen, recycelt und wiederverwendet. 

Warum die Eloxalschichtdicke messen?

Die Parameter des Anodisierungsprozesses haben einen erheblichen Einfluss auf die Eigenschaften des gebildeten Oxids. Wenn niedrige Temperaturen und Säurekonzentrationen verwendet werden, ergibt sich eine weniger poröse und härtere Beschichtung. Höhere Temperaturen und ein höherer Säuregehalt in Verbindung mit längeren Tauchzeiten führen zu weicheren, poröseren Beschichtungen. Geringfügige Änderungen an der Legierung selbst oder an einem dieser Parameter können die Beschichtung erheblich beeinträchtigen.

Durch verschiedene Prozesskontrollen und Messtechniken sind Eloxierer in der Lage, den Auftrag der Eloxalschicht zu überwachen, zu kontrollieren und zu korrigieren. Eine der wichtigsten Qualitätskontrollen beim Eloxieren ist die Schichtdicke. Die Eloxalschichtdicke kann zerstörungsfrei mit einem Wirbelstrom-Schichtdickenmessgerät oder durch Berechnung des Flächengewichts gemessen werden. Die Einfachheit der Wirbelstrommethode ist nicht nur effizienter als die Berechnungsmethode, sondern ermöglicht es dem Prüfer auch zu überprüfen, ob die Eloxierung auf allen Oberflächen des Teils ausreichend ist.

Wo ist der Markt für anodisierte Materialien?

Eloxierte Produkte und Komponenten werden in Tausenden von kommerziellen, industriellen und privaten Anwendungen eingesetzt:

• Bauprodukte (Vorhangfassaden, Bedachungssysteme)
• Produkte für den gewerblichen und privaten Bereich (Lüftungsanlagen, Markisen, Rahmen, Armaturen)
• Geräte (Kühlschränke, Mikrowellen, Kaffeemaschinen)
• Geräte zur Lebensmittelzubereitung (Pfannen, Kühlschränke, Grills)
• Wohn- und Büromöbel (Tische, Betten, Schränke)
• Sportartikel (Golfwagen, Boote, Camping- und Angelausrüstung)
• Kraftfahrzeugteile (Zierleisten, Radkappen, Verkleidungen, Typenschilder)
• Elektronik (Fernsehgeräte, Fotoausrüstung)
• Luft- und Raumfahrt (Satellitenpaneele)

Verbände

AAC (Rat der Aluminiumanodisierer)

AEC (Rat der Aluminium-Strangpresser)

FGIA (Fenestration & Glazing Industry Alliance) - ehemals AAMA-Architectural Manufacturers Association

Die Aluminiumvereinigung

Spezifikationen der Eloxalindustrie

Militärische Eloxalnormen

MIL-A-8625-AnodischeBeschichtungen für Aluminium und Aluminiumlegierungen

MIL-STD-171-Standard für die Endbearbeitung und Behandlung von Oberflächen

ASTM-Eloxalnormen

ASTM B244-09-Standard Prüfverfahren zur Messung der Dicke von anodischen Schichten auf Aluminium und von anderen nichtleitenden Schichten auf nichtmagnetischen Grundmetallen mit Wirbelstromgeräten

ASTM B487-85-Standard Prüfverfahren zur Messung der Dicke von Metall- und Oxidschichten durch mikroskopische Untersuchung eines Querschnitts

ASTM B137-95-Standard Testmethode zur Messung der Beschichtungsmasse pro Flächeneinheit auf anodisch beschichtetem Aluminium

ASTM B136-84-Standard Methode zur Messung der Fleckenbeständigkeit von anodischen Beschichtungen auf Aluminium

ASTM B457-67-Standard Testmethode zur Messung der Impedanz von anodischen Beschichtungen auf Aluminium

ASTM B580-79-Standard Spezifikation für anodische Oxidbeschichtungen auf Aluminium

ASTM B680-80-Standard Testmethode für die Versiegelungsqualität von anodischen Beschichtungen auf Aluminium durch Säureauflösung

ASTM B893-98 - Spezifikationfür die Hartanodisierung von Magnesium für technische Anwendungen

SAE International AMS (Aerospace Materials Specifications) Anodisierungsnormen

AMS2468-Hartbeschichtungsbehandlungvon Aluminiumlegierungen

AMS2469-Hardcoating-Behandlungvon Aluminium und Aluminiumlegierungen

AMS2471 - AnodischeBehandlung von Aluminiumlegierungen - Schwefelsäureverfahren, prozessgehärtet

AMS2472-AnodischeBehandlung von Aluminiumlegierungen Schwefelsäureverfahren, prozessgefärbt

AMS-A-8625-AnodischeBeschichtungen für Aluminium und Aluminiumlegierungen (Kopie von MIL-A-8625)

Internationale Normen Eloxalnormen

ISO 7599 - Eloxierenvon Aluminium und seinen Legierungen; Allgemeine Festlegungen für anodische Oxidschichten auf Aluminium

ISO 8078 - AnodischeBehandlung von Aluminiumlegierungen - Schwefelsäureverfahren, ungefärbte Beschichtung

ISO 8079 - AnodischeBehandlung von Aluminiumlegierungen - Schwefelsäureverfahren, gefärbte Beschichtung

ISO 10074 - Spezifikationfür harte anodische Oxidationsschichten auf Aluminium und seinen Legierungen

BS, DIN, EN Eloxalnormen

BS/DIN EN 2101 - Spezifikationfür das Chromsäureanodisieren von Aluminium und Aluminiumknetlegierungen

BS/DIN 2284-Spezifikationfür das Eloxieren von Aluminium und Aluminium-Knetlegierungen mit Schwefelsäure

BS/DIN 2536-Hartanodisierungvon Aluminiumlegierungen

BS/DIN 2808 - Eloxierenvon Titan und Titanlegierungen

DIN EN ISO 7599-Eloxieren vonAluminium und Aluminiumlegierungen - Verfahren zur Festlegung von dekorativen und schützenden anodisch erzeugten Oxidschichten auf Aluminium