Fachinfos zum Beizen von Metall, Teil 1
Ob Geländer und Treppenaufgänge, Gebäudefassaden oder Küchenfronten: Metallgegenstände, die edel glänzen und in der Sonne glitzern, sind wahre Hingucker. Doch damit ein Metall zu einem solchen Hingucker wird, braucht seine Oberfläche eine entsprechende Behandlung. Die Metallbearbeitung setzt dabei neben dem Schleifen, dem Bürsten oder dem Strahlen vor allem das Beizen ein.
Doch warum ist das so? Was spricht fürs Beizen? Wie läuft das Verfahren ab? Und wie sollte die Beizlösung zusammengesetzt sein?
In einem zweiteiligen Beitrag vermitteln wir Fachinfos zum Beizen von Metall!:
Inhalt
Warum wird Metall gebeizt?
Im Zusammenhang mit Metallen bedeutet beizen zum einen, dass Korrosionsschichten auf Metalloberflächen, die durch Reaktionen mit der Luft entstanden sind, chemisch abgelöst werden. Im allgemeinen Sprachgebrauch werden solche Schichten schlicht als Rost bezeichnet.
Zum anderen meint beizen, das Deckschichten von vorhergehenden Arbeitsschritten mit Mineralsäuren entfernt werden. Zu den typischen Verunreinigungen auf Metalloberflächen gehören Fette und Öle, Polierrückstände, Reste anderer Metalle oder Zunder durch vorherige Bearbeitungen.
Daneben bleiben Spuren zurück, wenn Metalle gelagert werden. Neben Staub ist das zum Beispiel Flugrost, der dadurch entsteht, dass feiner Eisenstaub in der Luft oxidiert und sich auf der Oberfläche absetzt.
Auch Walz- und Glühzunder können sich auf metallischen Oberflächen ablagern. Sie sind die Folge, wenn Metalle mit Wärme behandelt werden.
Rückstände, Verschmutzungen und Ablagerungen zu entfernen, ist deshalb wichtig, weil sie die folgenden Produktionsschritte nachteilig beeinflussen und damit negative Effekte auf das Endprodukt haben können.
Das Beizen von Metallen bereitet die Oberflächen auf den nächsten Bearbeitungsschritt vor. Dieser Schritt kann zum Beispiel im Lackieren, Feuerverzinken oder Galvanisieren bestehen.
Warum müssen Ablagerungen auf metallischen Oberflächen entfernt werden?
Ablagerungen auf Metalloberflächen setzen sich meist aus Oxiden zusammen. So können zum Beispiel Eisen-, Magnesium-, Aluminium- oder Bleioxid, Kohlenstoffdioxid oder Kohlenstoffmonoxid enthalten sein.
Oxide verändern die Eigenschaften des Bauteils, indem sie beispielsweise die Leit- und Haftfähigkeit verringern oder die weitere Korrosion fördern.
Würden die Ablagerungen vor der Weiterbearbeitung des Metalls nicht entfernt, wären ein ungleichmäßiger Schichtaufbau, Defekte an der Oberfläche und eine schlechtere Haftung von Beschichtungen die Folge.
Tückisch an einer Weiterverarbeitung, ohne dass die Metalloberfläche zuvor behandelt wurde, ist, dass sich die Folgen oft nicht schon während des Produktionsprozesses, sondern erst danach bemerkbar machen.
Doch wenn sie erst beim Kunden in Erscheinung treten, sind neben Ärger vor allem hohe Kosten für die Nachbearbeitung vorprogrammiert. Eine sachgemäß vorbehandelte Oberfläche wird den Anforderungen an die Güte von Metalloberflächen gerecht.
Das Entfernen der Oxidschichten
Wie schnell und in welchem Umfang Korrosion auf der Oberfläche des Bauteils entsteht, hängt von der Art des Metalls und seiner chemischen Beschaffenheit ab. Während Edelmetalle nur sehr langsam korrodieren, geht die Korrosion bei unedlen Metallen wie Eisen, Zink oder Aluminium deutlich schneller.
Bildet sich auf dem Bauteil eine sogenannte passivierende Schicht, verhindert sie den Kontakt des Metalls mit der Atmosphäre und schützt es auf diese Weise vor einer Sauerstoffkorrosion.
Bei der passivierenden Schicht handelt es sich um eine hauchdünne, nichtmetallische Schutzschicht. Damit das Metall weiterverarbeitet werden kann, muss die passivierende Oxidschicht aber aufgebrochen werden. Das ist entweder durch eine schwache Säure-Lösung oder einen Schweißprozess möglich. Dieser Vorgang wird als Aktivieren bezeichnet.
Damit sich die Schutzschicht nach der Bearbeitung möglichst schnell wieder bilden kann, kommen beim Beizen Säure-Lösungen in bestimmten Zusammensetzungen zum Einsatz.
Nach dem Aufbringen aktivieren sie eine zügige Passivierung. Außerdem entfernen die Lösungen oft die unschönen Anlauffarben auf Schweißnähten und sorgen für saubere, glänzende Oberflächen.
Was geschieht beim Beizen?
In der Metallverarbeitung wird vorrangig mit Beizverfahren gearbeitet, bei denen Lösungen aus Salz- und Schwefelsäure in verschiedenen Konzentrationen angewendet werden.
Darauf gehen wir noch näher ein. Jedenfalls schließt sich das Beizen immer an, nachdem das Metall
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geschweißt oder gelötet wurde,
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mit Wärme behandelt wurde oder
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längere Zeit gelagert war.
Geht es zum Beispiel um Eisen als Grundmetall, lagern sich darauf in Schichten die Eisenoxide Wüstit (FeO), Magnetit (Fe3O4) und Hämatit (Fe2O3) ab. Durch das Beizen werden nun die Verunreinigungen und damit die Oxidschichten auf der Oberfläche chemisch gelöst und weggesprengt.
Dabei finden mehrere chemische und physikalische Reaktionen statt, die zum Teil gleichzeitig und zum Teil nacheinander ablaufen.
Die Beizflüssigkeit kann durch Eintauchen, Aufsprühen, Aufbringen mit dem Pinsel, Pumpen durch eine Rohrleitung oder elektrochemische Verfahren aufgetragen werden. Beim Auftrag reagiert sie mit den abgelagerten Oxiden.
Das erfolgt in drei Schritten:
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Risse und Poren in der sogenannten Zunderschicht führen dazu, dass die Beizflüssigkeit zu den verschiedenen Oxidschichten durchdringt. Dadurch lösen sich die leicht löslichen Schichten auf.
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Weil sich die unteren, gut löslichen Schichten auflösen, verliert auch die schlecht lösliche Oxidschicht ihre Verbindung zum Metall. Dadurch büßt die schlecht lösliche Oxidschicht Stabilität ein.
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Erreicht die Säure das Grundmetall, kommt es zu einer Reaktion, die Wasserstoff freisetzt. Das führt dazu, dass sich die Oxidschicht ablöst, sie wird regelrecht weggesprengt.
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