Fachinfos zum Beizen von Metall, Teil 2

Fachinfos zum Beizen von Metall, Teil 2

Damit Metallgegenstände nicht nur ihren praktischen Nutzen erfüllen, sondern auch mit einer ansprechenden und hochwertigen Optik überzeugen, brauchen sie die richtige Oberflächenbehandlung. Neben dem Schleifen, dem Bürsten und dem Strahlen arbeitet die Metallbearbeitung dabei gerne mit dem Beizen. Je nach Anforderungen im Fertigungsverfahren wird das Beizen unterschiedlich umgesetzt.

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Fachinfos zum Beizen von Metall, Teil 2

In einem zweiteiligen Beitrag haben wir Fachinfos zum Beizen von Metall zusammengetragen. Dabei haben wir in Teil 1 erklärt, warum Metall überhaupt gebeizt wird, wieso Ablagerungen auf Metalloberflächen entfernt werden müssen und was beim Beizen passiert.

Hier ist Teil 2!:

Welche Säuren werden beim Beizen von Metall verwendet?

Welche Mineralsäure in welcher Konzentration zur Anwendung kommt, richtet sich zum einen nach der Dicke der Oxidschicht und zum anderen nach den Anforderungen, die die gebeizte Oberfläche erfüllen muss.

Für die Konzentration der Säure gelten folgende Richtwerte:

  • Salzsäure: 15 bis 20 Prozent bei Raumtemperatur von ungefähr 20 Grad Celsius

  • Schwefelsäure: 10 bis 30 Prozent bei Temperaturen zwischen 50 und 100 Grad Celsius

  • Phosphorsäure: 10 bis 20 Prozent bei Temperaturen zwischen 40 und 60 Grad Celsius

Salzsäure

Die Säurekonzentration von Salzsäure beträgt 37 Prozent. Im Unterschied zu Schwefelsäure kann Salzsäure Zunder auflösen und sorgt beim Beizen für helle Oberflächen.

Weil Salzsäure schon bei Raumtemperatur eine sehr gute Wirkung erzielt und eine hohe Flüchtigkeit hat, wird sie hauptsächlich eingesetzt, wenn bei Raumtemperatur gebeizt wird. Denn in geschlossenen Systemen sind Temperaturen von bis zu 70 Grad Celsius möglich.

Schwefelsäure

Bei Schwefelsäure beträgt die Säurekonzentration 96 Prozent. Aus diesem Grund ist die benötigte Menge an Schwefelsäure geringer als bei anderen Säuren. Beim Beizen von Metall wird Schwefelsäure ähnlich oft angewendet wie Salzsäure.

Weil Schwefelsäure aber nicht verdunstet, kommt sie überwiegend zum Einsatz, wenn mit hohen Temperaturen gebeizt wird. Die Mischung von Schwefelsäure mit Wasser führt zu einer starken Wärmeentwicklung. In verdünnter Form greift die Säure Eisen an, in konzentrierter Form nicht.

Phosphorsäure

Das Beizen mit Phosphorsäure ist vergleichsweise teuer. Es eignet sich vor allem, um dünne Zunderschichten und Rost zu entfernen. Wenn Eisen mit Phosphorsäure gebeizt wird, entsteht automatisch eine dünne Schicht aus Eisenphosphat, die die Oberfläche umgehend passiviert.

Phosphorsäure mit einer Konzentration von 10 Prozent wird bei Temperaturen bis 40 Grad Celsius eingesetzt. Bei Temperaturen bis 60 Grad Celsius kommt eine Säurekonzentration von 20 Prozent zum Einsatz.

Säuregemische

Gemische aus verschiedenen Säuren für das Beizen von Metallen sind als Beizpasten, Mischungen zum Aufsprühen und Badbeizen erhältlich. Solche Säuregemische werden verwendet, wenn niedrig-legierte und unlegierte Stähle gebeizt werden. Außerdem werden sie bei ferritischen und austenitischen Stählen eingesetzt.

Ferritische Stähle sind eine Sorte von Chromstahl und stark magnetisch. Sie werden hauptsächlich in der Lebensmittelindustrie genutzt. Bei austenitischen Stählen sind Chrom und Nickel die beiden wesentlichen Legierungselemente.

Weil diese Stähle gut formbar sind und eine hohe Stabilität gegenüber Korrosion aufweisen, finden sie besonders in der Medizin- und Zahntechnik, im Automobilbau und in der Industrietechnik Verwendung. Ferritische und austenitische Stähle zählen zu den Edelmetallen und kennzeichnen sich durch eine hohe Korrosionsbeständigkeit.

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Wie muss die Beize entsorgt werden?

Die Beizlösung ist sowohl umweltschädlich als auch gesundheitsschädlich. Aus diesem Grund muss sie als Sondermüll entsorgt werden. Das gilt unabhängig davon, wie stark die Beize verdünnt ist. Auf der Verpackung der Beize ist genau angegeben, wie die Entsorgung erfolgen muss. Und diese Hinweise sind zwingend einzuhalten.

Phosphorsäure zum Beispiel ist in sehr kleinen Mengen als Konservierungs- und Säuerungsmittel in zahlreichen Lebensmitteln enthalten. Allerdings kann die Magenschleimhaut im menschlichen Körper der ätzenden Eigenschaft der Säure entgegenwirken.

Außerdem ist schwer zu beurteilen, ab wann eine kleine Menge Phosphorsäure zu einer Gefahr für den Menschen und die Umwelt wird. Aus diesem Grund dürfen Säuren grundsätzlich nicht über den Restmüll oder die Kanalisation entsorgt werden, sondern gehören immer auf den Sondermüll.

Warum ist es notwendig, Edelstahl zu beizen?

Insgesamt gibt es über 250 verschiedene Sorten Edelstahl und jede davon hat ihre eigene chemische Zusammensetzung. Dadurch weisen Edelstähle andere Eigenschaften auf als die reinen Metalle, auf denen ihre Zusammensetzung beruht.

Ein Edelstahl bildet durch den enthaltenen Chrom eine Schicht aus Chromoxid, die verhindert, dass die Oberfläche oxidiert.

Weil Edelstahl somit eine hohe Korrosionsbeständigkeit aufweist, wird auch von rostfreiem Stahl gesprochen. Wird die Oxidschicht beschädigt, erneuert sie sich umgehend von alleine wieder. So schützt sich Edelstahl selbst vor dem Sauerstoff in der Umgebung.

Allerdings können verschiedene Fertigungsverfahren die Edelstahloberfläche massiv beschädigen oder verunreinigen. So entstehen zum Beispiel beim Schleifen und Schweißen Anlauffarben, während sich bei der Lagerung Metalloxide oder Fremdrost bilden.

Die Behandlung mit Wärme verursacht Zunderschichten, bei der Bearbeitung mit Stahlwerkzeugen lagert sich Eisenabrieb ab. Und wenn Edelstahl ohne Schmierstoffe gebohrt wird, führt der Einfluss der Wärme zu Chromcarbid.

Das Beizen von Edelstahl bewirkt, dass die Oberfläche in ihren ursprünglichen Zustand zurückversetzt wird. Damit sind sowohl die Korrosionsbeständigkeit als auch die ansprechende Optik wieder gegeben.

Insgesamt hat das Beizen zwar einen eher negativen Ruf. Doch heutzutage gibt es insbesondere im Bereich des elektrochemischen Beizens Verfahren, die die Oberflächen sanft und schonend behandeln und die Umwelt nicht belasten.

Anstelle von aggressiven Beizpasten können nach dem Schweißen zum Beispiel Elektrolytlösungen in Kombination mit Geräten eingesetzt werden, die in einem Arbeitsgang Anlauffarben entfernen, die Schweißnaht reinigen und die Metalloberfläche passivieren und polieren.

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Rudolf Bozart, - Schweißfachingenieur, Gerd Meinken - Schweißwerkmeister, Thorsten Kamps, Schweißer, Coautor und Buchautor und Christian Gülcan Unternehmer und Betreiber der Webseite, 2 Jahre Vertrieb von Dienstleistungen in Mechanik- und Mettallbearbeitung, schreiben hier alles Wissenswerte zu Schweißtechniken und Schweißverfahren, geben Tipps und Anleitungen zu Berufen, Schweißgeräten, Materialkunde und Weiterbildung.

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