Eigenschaften von Galvano-Aluminium-Schichten

Materialeigenschaften

Die chemische Zusammensetzung und die kristallinen Strukturen und deren Orientierung stellen die grundlegenden Parameter der Materialeigenschaften dar. Diese wiederum bestimmen die technischen und die funktionellen Eigenschaften.

Eine rasterelektronen-mikroskopische Aufnahme von Galvano-Aluminium auf Stahl zeigt, dass die Galvano-Aluminium-Schicht keine in anderen Verfahren übliche Säulenstruktur und damit keine Porigkeit aufweist.

Technische Eigenschaften

Schichtdicke

Die Dicke einer Galvano-Aluminium-Beschichtung kann praktisch beliebig gewählt werden. Ab 7 µm werden porenfreie Filme erhalten. Für den Korrosionsschutz werden vorteilhaft 10 - 15 µm verwendet. Wenn eine ausreichende Schichtdicke angewendet wird, ist das für massive Aluminiummaterialien bekannte Eloxieren auch für Galvano-Aluminium anwendbar.

Spezifisches Gewicht

Galvano-Aluminium zeichnet sich im Vergleich zu den üblichen galvanischen Beschichtungsmetallen durch eine sehr geringe Dichte aus. Dies kann zu beträchtlichen Gewichtsersparnissen führen, was besonders im Leichtbau, z. B. in der Flugzeugindustrie, entscheidend ist. Galvano-Aluminium-Schichten erreichen mit einer Dichte von 2,65 g/cm3 praktisch den üblichen Wert von Reinstaluminium von 2,702 g/cm3, was auf die hervorragende Reinheit und Homogenität der Schichten weist.

Rauhigkeit

Die Rauhigkeit der Galvano-Aluminium-Schichten ist weitgehend unabhängig von der Stromdichte, was die relativ starke Inhibition der Abscheidungsreaktion widerspiegelt. In Analogie zu wässrigen galvanischen Systemen steigt die Rauhigkeit mit der Schichtdicke von 0,3 bis 0,8 µm im Dickenbereich bis 20 µm.

Härte

Die Härte der reinen 30 µm dicken Galvano-Aluminium-Schicht beträgt bei einer Belastung von 0,015 kg 19 bis 25 HV (Vickers-Härte), was unlegiertem, gewalztem und wärmebehandelten Aluminium z. B. vom Typ AA 1100-0 entspricht. Nach dem Schwefelsäureverfahren anodisierte Schichten zeigen bei 0,050 kg dagegen Härten von 500 - 750 HV im Vergleich zu Eloxalschichten auf reinem kommerziellem Aluminium mit 300 - 400 HV bei 0,045 kg.

Duktilität

Die Zähigkeit (Duktilität) der Galvano-Aluminium-Beschichtung ist extrem groß. Bei allen Bedingungen des Biegetests an 1 mm dicken Blechen nach ASTM B-489 und darüber hinaus bis zu einem Biegedurchmesser von 0,1 mm blieb die Oberfläche unabhängig von der Schichtdicke absolut rissfrei, was einer berechneten Dehnung von über 80 % entspricht.

Bild 1. Gewickelte Kupferdrähte, d=0,4 mm, Schichtstärke Al 20 µm

Spannung

Die innere Spannung wurde durch ein Röntgenverfahren bestimmt. Es ergaben sich für Schichtdicken von 10 - 20 µm und von 40 µm extrem niedrige Werte von 14 - 18 N/mm2 bzw. 9 N/mm2.

Haftung

Die Haftung von Galvano-Aluminium auf Stahl ist größer als die Scherkraft der Aluminiumschicht (95 - 100 N/mm2) selber. Auch eine Thermoschockbehandlung (30 min bei 250 °C und danach sofort in kaltes Wasser) ergab keine Ablösung der Aluminierung.

Funktionelle Eigenschaften

Den funktionellen Eigenschaften fällt in der technischen Praxis die entscheidende Rolle zu. Sie beruhen auf den oben besprochenen Material- und technischen Eigenschaften.

Einfluss auf die Substratfestigkeit

Wässrige galvanische Beschichtungsprozesse führen in der Regel zur Wasserstoffbeladung des Grundmaterials und damit zur Versprödung von hochfesten Stählen. Die Aluminiumabscheidung schließt dieses Phänomen völlig aus, da der Wasserstofflieferant Wasser im galvanischen Bad nicht vorkommt. Wenn eine wässrige Vorbehandlung eingesetzt wird, ist eine Wasserstoffversprödung nicht auszuschließen. Stähle mit einer Zugfestigkeit bis zu 1500 N/mm2 können jedoch ohne nachweisbare Wasserstoffversprödung beschichtet werden.

Verschleiß

Das schwefelsaure (GS) und das alkalische Anodisierverfahren ergeben hoch verschleißfeste Eloxalschichten auf Galvano-Aluminium.

Dekorative Eigenschaften

An den dekorativen Charakter einer technischen Oberfläche werden durch modernes Design neben anderen funktionellen Eigenschaften immer höhere Anforderungen gestellt. In dieser Hinsicht zeigt Galvano-Aluminium unübertroffene Eigenschaften. Hochreines Aluminium zeigt eine mattsilbrige Oberfläche, welche sich im Gebrauch nicht verändert. Die konkurrierenden Beschichtungsmetalle wie Cadmium, Zink, Kupfer und Nickel verändern ihre Oberfläche schon nach kurzer Zeit.

Chromatierungen des Aluminiums erlauben ebenfalls mattsilbrige, aber auch goldgelbe bis braune Erscheinungsformen. Auf Aluminium und dessen Legierungen können klare und mit Pigmenten eingefärbte Eloxalschichten erzeugt werden.

Bild 1. Farbig anodisierte Metallstifte

Korrosionsverhalten

Elektrochemisch abgeschiedenes, chromatiertes Aluminium zeigt im Vergleich zu konventionellen chromatierten Beschichtungen hervorragendes Eigenkorrosions- und kathodisches Schutzverhalten. In Bedingungen, die Seewassernähe (off-shore) und nassen, mit Salz bestreuten Straßen entsprechen, die durch einen 500-Stunden-Salzsprühtest simuliert wurden, bleibt Aluminium wie Cadmium völlig intakt, während die Korrosionsprodukte von Zink zum typischen Weißrost führen. Auch verletzte Schichten von Aluminium und Cadmium zeigen vergleichbaren Schutz für den Stahl. Nur Zink kann den Rotrost des Grundmaterials nicht verhindern.

(Quelle: TNO-Metaalinstituut in Apeldoorn, Niederlande)

Bild 3. Aluminiertes und nicht behandeltes Gehäuse aus Al-Guß nach 480 Std. Salzsprühtest nach DIN 50021.