• Anorganisch-nichtmetallische Schutzschichten

Anorganische Uberziige auf Metalloberflachen erhalt man entweder durch gezielte Ober – flachenreaktionen (Reaktionsbeschichten) oder durch Aufschmelzen anorganischer Stoffe auf die Oberflache des zu schiitzenden Werkstoffs. Es entstehen Konversions – oder Umwandlungsschichten. Sie besitzen eine ausgezeichnete Hafitfestigkeit, da sie „aus dem Metall heraus“ gebildet werden. Die auf der Metalloberflache aufwachsenden amorphen oder kristallinen Schichten weisen im Allgemeinen eine geringe Formbestandigkeit auf, besonders wenn es sich um sprode Oxidschichten handelt.

Oxidschichten konnen durch unterschiedliche Verfahren erhalten werden. Zur Erzeugung oxidischer Schichten auf Stahlen nutzt man die kontrollierte Oxidation mit iiberhitzter Luft bzw. mit etwa 500°C heiBem Wasserdampf (Blauen) oder das Tauchen von Stahlteilen in heiBe oxidierende Schmelzen.

Die Korrosionsbestandigkeit und der dekorative Charakter von Stahlwerkstoffen lassen sich durch Briinieren (Schwarzoxidieren) verbessem. Das Werkstuck wird in eine heiBe (135 – 145°C) NaOH-Losung getaucht, die Natriumnitrat NaN03 als Oxidationsmittel ent – halt. AnschlieBend wird mit inhibitorhaltigen Olen nachbehandelt. Es bildet sich eine diinne, fest haftende, dunkelbraune bis schwarze Oxidschicht der Dicke 0,45 – 1 pm aus. Die Oberflachen von Bedienteilen und Waffen werden durch Briinieren behandelt.

Bei dem in Кар. 8.3.1 besprochenen, sehr bedeutsamen Eloxal-Verfahren wird die natiir – lich vorhandene oxidische Schutzschicht des Aluminiums auf elektrochemischem Wege verstarkt.

Der wahrscheinlich technisch wichtigste anorganische Uberzug auf Gusseisen oder Stahl ist das Email {frz. Emaille). Er hat groBe Bedeutung fur antikorrosive, saurefeste Ausklei – dungen von Apparaturen der chemischen und pharmazeutischen Industrie, fur Haushaltge – rate und flir den Sanitarbereich. Beim Emaillieren werden durch Aufschmelzen anorgani­scher Substanzen (Ausgangsstoffe: Borax, Quarzmehl und Feldspat sowie geringe Mengen Soda, Kryolith und Flussspat als Flussmittel) glasartige Uberziige erhalten. Die heute gan – gigen Emailsorten bestehen aus Borsilicatglasem, die bei technischen Anwendungen ge – triibt sein konnen. Durch Zusatz von Metalloxiden entstehen farbige Schichten, die fur dekorative Zwecke Verwendung finden. Emailliert wird im Allgemeinen in mehreren, mindestens jedoch in zwei Schichten, dem Grund – und dem Deckemail. Bei saure – und hochsaurefesten Emaillierungen werden mehrere Deckschichten aufgebrannt, wobei die Schichten nach auBen kieselsaurereicher werden. Die Saurefestigkeit eines Emails nimmt mit dem Anteil an Si02 zu. Im Gegensatz zu ihrer Saurefestigkeit sind Emailschichten ge- geniiber Alkalien sehr anfallig. Die Oberflache wird angeatzt (s. Кар. 9.2 Si02/Silicate). Emailschichten reagieren empfindlich auf plotzliche Temperaturwechsel, obwohl sie ther – misch hoch beansprucht werden konnen. Daruber hinaus besitzen sie eine nur geringe

Schlag- und Biegefestigkeit. Sie weisen eine fast ideale Porenfreiheit und eine hohe Ober – flachenglatte auf.

Zu einer weiteren, wenn auch strukturell vollig anderen Gruppe anorganischer Schutzuber – ziige gehoren die Phosphatschichten. Sie lassen sich durch Phosphatieren der Oberflache von Stahlen, Zink, Aluminium, Cadmium und Magnesium erzeugen. Bei diesem besonders fur Eisenwerkstoffe wichtigen Verfahren wird eine dtinne (0,002…0,02 mm) Oberflachen – schicht aus schwer loslichen Phosphaten gebildet. Sie stellt – trotz eventueller Nachbe – handlung – zwar nur einen kurzfristigen Korrosionsschutz dar, weist aber eine Reihe prak – tisch bedeutsamer Vorteile auf. Zum einen ist sie durch ihre feinkristalline Struktur ein gut geeigneter Haftgrund fUr Rostschutzbeschichtungen. Zum anderen vermindert sie bei Ver- formungen den Gleitwiderstand und wirkt deshalb als Schmiermitteltrager.

Bei der Zinkphosphatierung von Stahl wird das zu phosphatierende Teil in eine Losung getaucht, die aus primaren Zink – oder Manganphosphaten (Zn(H2P04)2 bzw. Mn(H2P04)2), Phosphorsaure und anderen Zusatzen besteht. Primare Phosphate sind generell leicht los – lich. Das Wirkprinzip dieses Verfahrens besteht darin, die Lage der in der Losung ablau – fenden unterschiedlichen chemischen Gleichgewichte so zu beeinflussen, dass die leicht loslichen primaren Metallphosphate in schwer losliche sekundare oder sehr schwer losliche tertiare Phosphate uberfuhrt werden.

Zunachst atzen (beizen) die Hydroniumionen der Phosphorsaure die Eisenoberflache (Gl. 8-13).

Fe + 2H3P04 —► H2 + Fe2+ + 2H2P04′ (8-13)

Neben primaren H2P04~-lonen entstehen Wasserstoff und oxidiertes Eisen, also Fe2+-Ionen. Die Zinkionen der Phosphatierungslosung bilden mit den H2P04~-Ionen schwer losliches sekundares Zinkphosphat ZnHP04 (Gl. 8-14), das die Deckschicht auf dem Stahl ausbildet. In einem nachsten Schritt wandelt sich das sekundare Zinkphosphat allmahlich in das sehr schwer losliche tertiare Zinkphosphat um (Gl. 8-15).

Zn2+ + 2 H2P04‘ ZnHP04 + H3PO4 (8-14)

3 ZnHP04 Zn3(P04)2 + H3PO4 (8-15)

Daruber hinaus entsteht auf unverzinkten Eisen – und Stahlwerkstoffen schwer losliches Zn2Fe(P04)2 • 4H20 (.Phosphophyllit), auf verzinkten Werkstoffen fast ausschlielilich Zn3(P04)2 • 4H20 (Hopeit). Phosphatierte, verzinkte Stahlbleche werden fur Kraftfahr – zeugkarosserien eingesetzt.

Die Wirkungsweise von Rostwandlern beruht im Prinzip auf der Umwandlung des fest haftenden Rostes in eine schwer losliche Eisen(III)-phosphatschicht, die auf der Stahlober – flache gut verankert ist. Rostwandler bestehen im Wesentlichen aus einem Gemisch von Phosphorsaure und verschiedenen Additiven zur Reinigung und Entfettung der Metallober – flache. Das gebildete FeP04 ist ein sehr guter Haftgrund fur Beschichtungen (Haftgrund – vermittler). Problematisch bei der Verwendung von Rostumwandlem ist die richtige Dosie – rung des Phosphorsaureanteils, um den Rostprozess zu stoppen. Wird zuviel aufgebracht, greift der Rostwandler auch nicht korrodiertes Eisen oxidativ an, wird zuwenig aufge­bracht, bleiben Rostinseln erhalten. In beiden Fallen geht der Korrosionsprozess weiter. Kombiniert man Rostwandler mit deckschichtbildenden organischen Verbindungen, wird der Rostschutz fur Eisen- und Stahloberflachen deutlich erhoht.

SchlieBlich soil noch das Chromatieren als Verfahren zur Erzeugung anorganischer Kor- rosionsschutzschichten angefuhrt werden. Durch Einwirkung meist schwefelsaurer, aber auch alkalischer Chromatlosungen auf metallische Werkstoffe, insbesondere Zn, Al, Cd und Stahl, werden auf der Metalloberflache diinne (0,5 pm), amorphe, flachendeckende Schichten gebildet. Die schwer loslichen Schichten bestehen vor allem aus Chromaten, Cr(III)-oxid und Metalloxiden des Grundmetalls. Besonders im Bereich der metallischen Grenzschicht werden Kationen des zu schiitzenden Metalls in die Schutzschicht eingebaut.