Eloxal

Eloxiertes Aluminium wird in zahlreichen Anwendungen eingesetzt. So dient Harteloxal beispielsweise als Oberflächenschutz in der Automobil-Industrie. Ziel beim Eloxieren ist immer, die Widerstandsfähigkeit von Aluminium oder Aluminium-Legierungen zu erhöhen sowie optische Akzente zu setzen. Fischer bietet eine Reihe von Messverfahren, um alle Qualität zuverlässig zu überwachen.

Dünnste Eloxalschichten exakt prüfen

Application Notes

Mechanische Eigenschaften dünner Eloxalschichten

Im Automobilbau stehen die Gewichtsreduktion und die damit verbundene Kraftstoffeinsparung an oberster Stelle, deshalb kommen leichte Elemente wie Aluminium zum Einsatz. Damit die Bauteile den mechanischen Belastungen im täglichen Betrieb standhalten, müssen sie hart und verschleißfest sein. Hierzu werden vermehrt harteloxierte Beschichtungen eingesetzt.

Harteloxalschichten haben normalerweise eine Dicke von 30-80 µm. Es gibt aber auch anodisierte Schichten mit nur wenigen µm Dicke. Hier geraten klassische Härtemesssysteme mit der optischen Auswertung eines Eindrucks (Vickers-Verfahren) an ihre Grenzen. Besser eignet sich dafür das Verfahren der instrumentierten Eindringprüfung, mit dem nicht nur die Härte anhand der plastischen Verformung (HV), sondern auch weitere qualitätsbestimmende Eigenschaften ermittelt werden können. Mit diesem Messverfahren können zudem die Eloxalschichten auch ohne den Einfluss des Substrates gemessen werden.

Für solche technischen Anwendungen müssen die harteloxierten Schichten über den gesamten Schichtquerschnitt eine konstante Härte von 400-600 HV aufweisen. Weichere Eloxalschichten für dekorative Anwendungen liegen mit der Härte bei etwa 200-400 HV und erreichen diese wenige 100 nm unter der Oberfläche.

Das FISCHERSCOPE® HM2000 bietet mittels der sogenannten ESP-Messung (Enhanced Stiffness Procedure) die Möglichkeit, mechanische Eigenschaften wie die Vickers-Härte oder das elastische Eindringmodul tiefenabhängig zu ermitteln.

Abbildung 1 zeigt die Vickers-Härte HV (DIN-konform errechnet aus der Eindring-Härte HIT) und das Eindringmodul EIT zweier Eloxalschichten: einer Harteloxalschicht (480 HV) mit 11 µm Schichtdicke (rote Kurven) und einer weicheren Eloxalschicht mit 14 µm Schichtdicke (blaue Kurven). Die größere Standardabweichung der Harteloxalschicht beruht auf der raueren Oberfläche.

Abb. 1a: abgeleitete Werte zur Vickers-Härte (HV): Harteloxal (rot) und weiches Eloxal (blau)

Abb. 1b: Eindringmodul (EIT): Harteloxal (rot) und weiches Eloxal (blau)

Deutlich zu erkennen in Abb. 1a ist die gleichbleibende Härte für die gesamte Harteloxalschicht und die ansteigende Härte der weicheren Eloxalschicht. Die weichere Schicht hat zudem eine geringere Elastizität (Abb. 1b Eindringmodul). Beim Harteloxal nimmt die Elastizität zum Substrat hin ab.

Das FISCHERSCOPE® HM2000 ist hervorragend zur Bestimmung der mechanischen Eigenschaften dünner Eloxalschichten geeignete. Neben der Härte lassen sich weitere plastische und elastische Materialparameter ermitteln. Für mehr Informationen steht Ihnen Ihr Fischer-Ansprechpartner gerne zur Verfügung.

Qualitätssicherung an dekorativen Eloxalschichten

Dekorative Eloxalschichten erfüllen neben ihrer Korrosionsschutzfunktion vor allem einen gewissen Designanspruch. Dabei spielt die exakte Farbgebung eine wichtige Rolle. Allerdings können schon geringe Unterschiede in der Aluminium-Legierung den Farbton stark beeinflussen. Deshalb muss bereits bei der Wareneingangskontrolle eine genaue Überprüfung des gelieferten Rohmaterials erfolgen, um im Produktionsprozess Ausschuss zu vermeiden und eine durchgängige Farbgebung zu erzielen.

Nicht jede Aluminium-Legierung lässt sich für dekorative Zwecke gut eloxieren, hierfür werden vor allem AL99, AlMg oder AlMgSi-Legierungen verwendet. Für gute Ergebnisse müssen Aluminiumlegierungen in hochreiner Eloxalqualität (EQ) eingesetzt werden. Aber auch bei angeblich gleichen Legierungen können von Hersteller zu Hersteller und Charge zu Charge Unterschiede auf­treten, die dann im Anodisierungsprozess zu erheblichen Farbabweichungen führen können.

Bei dekorativen Eloxalschichten ist die Farbgebung allerdings ein wichtiges Qualitätsmerkmal: Farbunterschiede treiben die Kosten in die Höhe, wegen Nacharbeit oder Neuproduktion. Zur Vermeidung von Farbabweichungen muss also ermittelt werden, ob tatsächlich immer die gleiche Al-Legierung vorliegt. Die Messung der elektrischen Leitfähigkeit ist dafür die geeignete Methode, da diese sehr empfindlich auf Legierungsunterschiede reagiert. Deshalb ist es wichtig, schon vor dem Eloxieren die elektrische Leitfähigkeit des Rohmaterials bzw. der gelieferten Halbzeuge zu überprüfen.

Abb. 1: Verschiedenen Farbvarianten von eloxierten Hülsen

Als Beispiel wurden jeweils 4 Bleche aus den Legierun­gen AlMg3 und AlMgSi0,5 farbeloxiert. Im Ergebnis zeigten sich zwei unterschiedliche Blautöne. Die elektrische Leitfähigkeit der beiden Grundmaterialien weist deutliche Unterschiede auf, wie in Tabelle 1 zu sehen ist.

Farbton A

Teil 1A

Teil 2A

Teil 3A

Teil 4A

Mittelwert [MS/m]

31,33

31,26

31,20

31,27

Standardabweichung [MS/m]

0,01

0,02

0,01

0,01

Anzahl Messungen

10

10

10

10

Farbton B

Teil 1B

Teil 2B

Teil 3B

Teil 4B

Mittelwert [MS/m]

21,58

21,57

21,57

21,59

Standardabweichung [MS/m]

0,01

0,01

0,01

0,01

Anzahl Messungen

10

10

10

10

Tab. 1: Messreihen an Eloxalteilen aus ein und demselben Anodisierungsprozess, jedoch mit zwei unterschiedlichen Farbgebungen. Die Bleche mit Farbvariante A sind aus AlMg3, wohingegen die mit Farbvariante B aus AlMgSi0,5 sind.

Gemessen wurde mit dem SIGMASCOPE® SMP10 und der Sonde ES40 von Fischer. Das Gerät arbeitet zerstörungsfrei nach dem phasensensitiven Wirbelstrom-Verfahren und misst die elektrische Leitfähigkeit von Nichteisenmetallen äußerst schnell und präzise. Die Sonde ES40 verfügt über verschiedene Messfrequenzen (60-480 kHz) und ist damit für unterschiedliche Materialstärken geeignet. Da die elektrische Leitfähigkeit stark temperaturabhängig ist, verfügt die Sonde über einen integrierten Temperatursensor. Zudem sind Krümmungskorrekturen ab Ø 6 mm möglich, um bei einer Kalibrierung auf den mitgelieferten flachen Kalibrierstandards durch Eingabe des Krümmungsdurchmessers auch auf gekrümmten Teilen mit gleichbleibend hoher Präzision messen zu können.

Um Farbunterschiede bei dekorativen Eloxalschichten zu vermeiden, ist die Überprüfung der elektrischen Leitfähigkeit des Ausgangsmaterials eine geeignete Qualitätssicherungsmaßnahme. Mit dem SIGMASCOPE® SMP10 und der Sonde ES40 kann die Leitfähigkeit von Nichteisenmetallen wie von z. B. Aluminium-Legierungen für Anodisierungsprozesse gemessen werden. Ihr Ansprechpartner von Fischer steht Ihnen gerne für weitere Informationen zur Verfügung.

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