Juli 2020
Oberflächenbeschichtung für Verbindungselemente
Werkstoffe
Oberflächenüberzüge dienen bei Verbindungselementen in erster Linie dem Korrosionsschutz. Ein zweiter wesentlicher Aspekt ist die Einstellung eines definierten Reibwertfensters, um bei vorgegebenem Anziehdrehmoment eine bestimmte Mindestvorspannkraft zu erreichen. Auch die Optik kann darüber entscheiden, welche Oberflächenveredelung zum Einsatz kommt.
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Die Praxis zeigt immer wieder, dass bei der Auslegung von Schraubenverbindungen grösste Sorgfalt auf die richtige Auswahl von Dimension, Festigkeitsklasse und Schraubensicherung gelegt wird. Dem Oberflächenfinish der Verbindungselemente wird jedoch meist zu wenig Bedeutung beigemessen. Dieser Umstand führt häufig zu frühzeitigen Korrosionsschäden oder Schraubenbrüchen durch Wasserstoffversprödung. Dadurch entstehen aufgrund von Ausfällen der Gesamtkonstruktion oder notwendigem Austausch der Verbindungselemente meist sehr hohe Folgekosten. Im vorliegenden Artikel werden die wesentlichen Beschichtungssysteme in der Theorie erläutert sowie mit praktischen Beispielen veranschaulicht.
Galvanisch aufgebrachte Überzugssysteme nach SN EN ISO 4042
Bei diesem Verfahren handelt es sich um einen sogenannten elektrolytischen Prozess. Das Werkstück dient als Kathode, als Anode kommen je nach Beschichtungstyp verschiedene Zinkelektroden zum Einsatz. Die häufigsten Überzugssysteme sind Zink sowie Legierungen aus Zink-Eisen und Zink-Nickel. Weitere mögliche Überzüge sind Cadmium, Nickel, Chrom, Kupfer, Silber, Zinn sowie deren Legierungen. Zusätzliche Konversionsschichten, Versiegelungen und Deckschichten erhöhen den Korrosionsschutz erheblich und dienen gleichzeitig der Verbesserung der Chemikalienbeständigkeit, mechanischen Festigkeit sowie der thermischen Stabilität. Mit integrierten sowie auch nachträglich aufgebrachten Schmiermitteln kann ein definiertes Reibwertfenster eingestellt werden. Überzüge aus Zink, Zinklegierungen und Cadmium bieten bei Beschädigungen des Überzugs zudem einen kathodischen Schutz. Chrom (VI) ist bereits weitgehend eingeschränkt, daher kommen heute fast ausschliesslich Chrom (VI)-freie Konversionsschichten (Passivierungen) zum Einsatz. Abbildung a zeigt den Aufbau grundlegender galvanischer Überzugssysteme.
Um die Korrosionsbeständigkeit eines Überzugssystems zu bewerten, wird die neutrale Salzsprühnebelprüfung nach SN EN ISO 9227 herangezogen. Diese dient der Überwachung der Prozessstabilität des Galvanikprozesses. Somit muss die Salzsprühnebelprüfung nach Bauteilgeometrie starke Schwankungen der Schichtdicke entstehen. Speziell in Innenangriffen, Hohlräumen sowie im Gewindegrund können grössere Rückstände entstehen. Daher empfiehlt die Norm für Verbindungselemente mit einer Steigung kleiner als 1 mm (entspricht M5 und kleiner) Absprachen zwischen Lieferant und Kunde betreffend diese Problematik. Sperrige Verbindungselemente mit grossen Durchmessern und Längen werden üblicherweise auf einem Gestell beschichtet, da die Trommelbeschichtung erhebliche Beschädigungen an den Gewindeflanken verursachen würde.
