Um den Ölentfernungsprozess optimal zu beherrschen und durchzuführen, ist es unerlässlich, das Prinzip der Haftung zwischen Beschichtung und Metallsubstrat richtig zu verstehen. Dieser Punkt wird oft übersehen, was in der Praxis zu Schwierigkeiten führt.
Fachliteratur weist darauf hin, dass die durch die Mikrorauheit der Beschichtung und der Substratoberfläche hervorgerufene mechanische Bindung nur dann stark ist, wenn zwischen der Beschichtung und dem Metallsubstrat intermolekulare und intermetallische Kräfte wirken. Intermolekulare und intermetallische Kräfte können sich jedoch nur auf sehr geringe Distanzen manifestieren.
Wenn der Abstand zwischen den Molekülen 5 überschreitetμBei m ist die intermolekulare Kraft nicht mehr wirksam. Daher können auch ein dünner Ölfilm und ein Oxidfilm auf der Substratoberfläche die intermolekulare oder metallische Bindungskraft behindern.
Um die oben genannte Haftung zu erreichen, müssen Ölflecken, Rost und Zunder von den Produkten gründlich entfernt werden. „Gründlich“ bedeutet hier nicht, dass die Oberfläche nach der Vorbehandlung für die Galvanisierung absolut sauber sein muss, sondern lediglich, dass sie eine geeignete Oberfläche aufweist. Eine geeignete Oberfläche bedeutet, dass die für die Galvanisierung schädlichen Schichten nach der Vorbehandlung entfernt und durch galvanisierungsgeeignete Schichten ersetzt werden müssen.
Gleichzeitig muss die Metalloberfläche durch eine Vorbehandlung für die Beschichtung absolut eben sein. Nach mechanischen Bearbeitungsschritten wie Schleifen, Polieren, Gleitschleifen, Sandstrahlen usw. werden Kratzer, Grate und andere Oberflächenfehler entfernt, sodass die Oberfläche des Substrats die Anforderungen an die Ebenheit und Oberflächengüte der beschichteten Teile vor der Entölung und Entrostung erfüllt.
Dieser Punkt muss klar sein. Nur wenn dieser Punkt klar ist, können wir den Prozessablauf und die Formel für die Vorbehandlung vor der Galvanisierung aus ähnlichen Formeln für die Vorbehandlung vor der Galvanisierung korrekt und praxisnah auswählen.
Wie lässt sich der Entfettungsprozess in der Produktion anwenden?
Üblicherweise wird eine alkalische Entfettung angewendet. Die Zusammensetzung der Entfettungslösung und die Prozessbedingungen werden je nach Zustand der Ölverschmutzung und Art des Metallwerkstoffs ausgewählt.
Bei starker Fettablagerung auf der Oberfläche, also dicken, klebrigen Ölschichten, lässt sich diese nicht allein durch alkalische Entfettung entfernen. Eine Vorbehandlung mit anderen Methoden, wie z. B. Abbürsten mit einem Lösungsmittel, ist erforderlich, bevor die alkalische Entfettung durchgeführt wird. Die alkalische Entfettungslösung ist stark alkalisch und kann bei der Reaktion mit bestimmten Metallen Korrosion verursachen.
Daher sollte das Entfetten von beschichteten Teilen wie Aluminium und Zink möglichst bei niedrigen Temperaturen und mit geringem Alkaligehalt erfolgen. Stahlteile können in der Regel auch mit höherer Alkalität behandelt werden. Bei Nichteisenmetallteilen muss der pH-Wert der Entfettungslösung jedoch auf einen geeigneten Bereich eingestellt werden. Beispielsweise sollte der pH-Wert bei Aluminium, Zink und deren Legierungen unter 11 liegen und die Entfettungszeit für solche Produkte 3 Minuten nicht überschreiten.
Aus Kostengründen befürworten manche die Entfettung bei niedrigen Temperaturen, doch eine Reduzierung der Temperatur steht im Widerspruch zur Effizienzsteigerung. Je höher die Temperatur, desto schneller verläuft die physikalische und chemische Reaktion zwischen dem an der Oberfläche haftenden Fett und dem Reinigungsmittel, und desto leichter lässt sich das Fett entfernen.
Die Praxis hat gezeigt, dass die Viskosität von Ölflecken mit steigender Temperatur abnimmt, wodurch die Entfettung erleichtert wird. Niedrige Temperaturen haben diesen Effekt jedoch nicht. Daher wird der Einsatz von Emulgatoren und Tensiden empfohlen. Hinsichtlich der Frage, ob eine Hochtemperaturentfettung vorteilhaft ist und welche Temperatur optimal ist, hat der Autor in seiner Erfahrung 70–80 °C als beste Wahl angesehen. Dies trägt auch dazu bei, die durch die Bearbeitung entstandenen Eigenspannungen im Grundwerkstoff abzubauen, was die Haftung der Beschichtung, insbesondere zwischen mehrlagigen Nickelschichten, deutlich verbessert.
Für allgemeine Stahlbauteile kann eine kombinierte Entfettung erfolgen, beispielsweise zunächst eine kathodische Entfettung für 3–5 Minuten, gefolgt von einer anodischen Entfettung für 1–2 Minuten, oder umgekehrt. Dies kann durch zwei separate Entfettungsprozesse oder mithilfe eines Netzteils mit Kommutierungseinrichtung erreicht werden.
Bei hochfestem Stahl, Federstahl und dünnen Bauteilen wird zur Vermeidung von Wasserstoffversprödung ausschließlich eine anodische Entfettung über mehrere Minuten durchgeführt. Nichteisenmetallteile wie Kupfer und Kupferlegierungen dürfen jedoch nicht anodisch entfettet werden; hier ist nur eine kathodische Entfettung über 1–2 Minuten zulässig.
Die Zubereitung und Aufbewahrung der Entfettungslösung ist im Vergleich zu chemischen und elektrolytischen Entfettungslösungen relativ einfach. Zunächst werden zwei Drittel des Tankvolumens mit Wasser gefüllt, um alle anderen Bestandteile außer den Tensiden aufzulösen. Dabei wird ständig gerührt, um ein Verklumpen der Wirkstoffe zu verhindern. Da die Wirkstoffe beim Auflösen Wärme freisetzen, ist kein Erhitzen erforderlich. Tenside sollten vor der Zugabe separat in heißem Wasser aufgelöst werden. Falls sie sich nicht vollständig auflösen, kann die klare Flüssigkeit abgegossen und anschließend Wasser zum Auflösen hinzugegeben werden. Bis zur angegebenen Menge auffüllen und vor Gebrauch gut umrühren.
Besonderes Augenmerk sollte auf den Umgang mit Ölabscheideflüssigkeit gelegt werden:
① Materialien regelmäßig prüfen und auffüllen. Tenside sollten je nach Produktionsmenge wöchentlich oder zweiwöchentlich auf ein Drittel bis die Hälfte der ursprünglichen Menge aufgefüllt werden.
② Die verwendeten Eisenplatten sollten keine übermäßigen Schwermetallverunreinigungen enthalten, um deren Eintrag in die Beschichtung zu verhindern. Die Stromdichte sollte bei 5–10 A/dm² liegen und so gewählt werden, dass eine ausreichende Blasenbildung gewährleistet ist. Dies sorgt nicht nur für die mechanische Ablösung von Öltröpfchen von der Elektrodenoberfläche, sondern auch für die Durchmischung der Lösung. Bei gleichbleibender Ölverschmutzung der Oberfläche beschleunigt eine höhere Stromdichte die Entfettung.
③ Schwimmende Ölflecken im Tank sollten umgehend entfernt werden.
④ Schlamm und Schmutz im Tank regelmäßig entfernen und die Tanklösung umgehend austauschen.
⑤ Versuchen Sie, im Elektrolyten schaumarme Tenside zu verwenden; andernfalls wird deren Einbringen in das Galvanisierungsbad die Qualität beeinträchtigen.
Wie beherrscht und steuert man den Säureätzprozess (Beizen)?
Wie die Entfettung spielt auch das Säureätzen (Beizen) eine wichtige Rolle bei der Vorbehandlung für die Galvanisierung. Diese beiden Verfahren werden in der Vorgalvanisierung gemeinsam eingesetzt und dienen hauptsächlich dazu, Rost und Oxidschichten von den zu galvanisierenden Metallteilen zu entfernen.
Üblicherweise wird das Verfahren zur Entfernung großer Mengen an Oxiden als starkes Ätzen bezeichnet, während das Verfahren zur Entfernung dünner, kaum sichtbarer Oxidschichten als schwaches Ätzen bekannt ist. Dieses lässt sich weiter in chemisches und elektrochemisches Ätzen unterteilen. Das schwache Ätzen dient als letzter Behandlungsschritt nach dem starken Ätzen, also vor der Galvanisierung des Werkstücks. Es aktiviert die Metalloberfläche und wird in der Produktion leicht übersehen, was eine der Ursachen für das Ablösen der Galvanisierung ist.
Wenn die schwache Ätzlösung eine der Komponenten der nachfolgenden Galvanisierungslösung ist oder wenn ihre Zugabe die Galvanisierungslösung nicht beeinträchtigt, ist es besser, die zu aktivierenden Teile ohne vorherige Reinigung direkt in das Galvanisierungsbad zu geben.
Beispielsweise muss bei der vor der Vernickelung verwendeten verdünnten Säureaktivierungslösung vor dem Ätzen eine Entfettung durchgeführt werden, um einen reibungslosen Ablauf des Ätzprozesses zu gewährleisten; andernfalls können die Säure und die Metalloxide keinen guten Kontakt herstellen, und die chemische Auflösungsreaktion kann nur schwer ablaufen.
Um die Säureätzung gut zu beherrschen, ist es daher auch notwendig, diese grundlegenden Prinzipien theoretisch zu klären.
Üblicherweise werden zur Entfernung von Oxidschichten auf Eisen- und Stahlteilen hauptsächlich Schwefelsäure und Salzsäure zum Ätzen eingesetzt. Das Verfahren ist einfach, doch in der praktischen Produktion lässt sich das gewünschte Ergebnis nur schwer erzielen, wenn nicht sorgfältig vorgegangen wird.
Die Auswahlkriterien für die Ätzprozessbedingungen mit Schwefelsäure basieren üblicherweise auf Erfahrungswerten, die anhand des Aussehens des Werkstücks nach dem Beizen ermittelt werden, welches sich letztlich nicht quantitativ kontrollieren lässt. Die Praxis hat gezeigt, dass die Wirkung des Beizens mit Schwefelsäure bei 40 °C beim Entfernen von Oxidschichten deutlich höher ist als bei 20 °C. Eine weitere Temperaturerhöhung führt jedoch nicht zu einer proportionalen Steigerung des Abtrags.
Gleichzeitig beschleunigt sich in Schwefelsäure mit einer Konzentration unter 20 % die Ätzgeschwindigkeit mit steigender Konzentration, während sie bei Konzentrationen über 20 % abnimmt. Daher halten wir die Standardprozessbedingungen mit einer Schwefelsäurekonzentration von 10–20 % und einer Ätztemperatur unter 60 °C für optimal. Es ist außerdem zu beachten, dass Schwefelsäurelösungen nicht mehr verwendet werden dürfen, sobald ihr Eisengehalt 80 g/l und ihr Eisensulfatgehalt 2,5 g/l übersteigt.
Nun sollte die Lösung abgekühlt werden, um zu kristallisieren und das überschüssige Eisensulfat zu entfernen. Anschließend sollte neue Säure hinzugefügt werden, um die Prozessanforderungen zu erfüllen.
Die Auswahlkriterien für die Prozessbedingungen beim Ätzen mit Salzsäure: Die Konzentration sollte im Allgemeinen zwischen 10 % und 20 % liegen, und der Prozess sollte bei Raumtemperatur durchgeführt werden. Im Vergleich zu Schwefelsäure ist die Ätzgeschwindigkeit von Salzsäure unter gleichen Konzentrations- und Temperaturbedingungen 1,5- bis 2-mal höher.
Ob man für die Säureätzung Schwefelsäure oder Salzsäure verwendet, hängt von den jeweiligen Produktionsbedingungen ab. Beispielsweise wird bei der starken Ätzung von Eisenmetallen häufig Schwefelsäure oder Salzsäure, oder ein Gemisch aus beiden in einem bestimmten Verhältnis, eingesetzt.
Die Art der für die chemische Ätzung verwendeten Säure hängt von der Zusammensetzung und Struktur der Oxidschichten auf der Oberfläche der Eisen- und Stahlteile ab. Gleichzeitig müssen eine hohe Ätzgeschwindigkeit, niedrige Produktionskosten sowie möglichst geringe Dimensionsverformung und Wasserstoffversprödung der Metallprodukte gewährleistet sein. Es ist jedoch zu beachten, dass die Entfernung von Oxidschichten in Salzsäure hauptsächlich auf der chemischen Auflösung durch die Salzsäure beruht und die mechanische Abtragswirkung des Wasserstoffs deutlich geringer ist als in Schwefelsäure. Daher ist der Säureverbrauch bei der alleinigen Verwendung von Salzsäure höher als bei der alleinigen Verwendung von Schwefelsäure.
Wenn die Rost- und Oxidschichten auf der Oberfläche der beschichteten Teile einen hohen Anteil an hochvalenten Eisenoxiden enthalten, kann eine Ätzung mit gemischten Säuren eingesetzt werden. Diese bewirkt nicht nur eine reißende Wirkung des Wasserstoffs auf die Oxidschichten, sondern beschleunigt auch deren chemische Auflösung. Befinden sich auf der Metalloberfläche hingegen nur lose Rostprodukte (hauptsächlich Fe₂O₃), genügt aufgrund der hohen Ätzgeschwindigkeit, der geringeren Substratauflösung und der geringeren Wasserstoffversprödung die Ätzung mit Salzsäure allein.
Wenn die Metalloberfläche jedoch eine dichte Oxidschicht aufweist, ist die Verwendung von Salzsäure allein ergiebiger, teurer und erzielt eine schlechtere Ablösungswirkung auf die Oxidschicht als Schwefelsäure, weshalb Schwefelsäure die bessere Wahl ist.
Die elektrolytische Ätzung (Elektrolytsäure, elektrochemische Ätzung), sei es kathodische Elektrolyse, anodische Elektrolyse oder PR-Elektrolyse (periodische Umkehrelektrolyse, bei der periodisch die positiven und negativen Pole des Werkstücks gewechselt werden), kann in einer 5-20%igen Schwefelsäurelösung durchgeführt werden.
Im Vergleich zur chemischen Ätzung entfernt die elektrolytische Ätzung festsitzende Oxidschichten schneller, verursacht weniger Korrosion am Grundmetall, ist einfach zu handhaben und zu steuern und eignet sich für automatische Galvanisierungsanlagen. Die PR-Elektrolyse wird in Japan häufig zur Entfernung von Oxidschichten von Edelstahl eingesetzt.
In China wird häufig kathodisches und anodisches elektrolytisches Beizen in Kombination mit elektrolytischer Entfettung als Vorbehandlung für die Galvanisierung eingesetzt. Anodisches elektrolytisches Säurebeizen eignet sich für die Bearbeitung von Metallteilen mit starken Oxidschichten und Rost und kann meist bei Raumtemperatur durchgeführt werden. Eine Temperaturerhöhung beschleunigt das Säurebeizen, jedoch nicht so stark wie beim chemischen Säurebeizen. Eine Erhöhung der Stromdichte kann die Ätzgeschwindigkeit ebenfalls erhöhen, führt aber bei zu hoher Stromdichte zur Passivierung des Grundmetalls.
Zu diesem Zeitpunkt findet die chemische und elektrochemische Auflösung des Grundmetalls praktisch nicht mehr statt; es bleibt lediglich die ablösende Wirkung des Sauerstoffs auf die Oxidschichten bestehen. Daher erhöht sich die Ätzgeschwindigkeit nur geringfügig, was eine geschickte Steuerung erfordert. Üblicherweise ist eine Stromdichte von 5–10 A/dm² geeignet. Für die anodische Säureätzung können o-Xylolthioharnstoff oder sulfonierter Holzleim in einer Dosierung von 3–5 g/L als Inhibitoren verwendet werden. Für die kathodische Elektrolytätzung von Eisenmetallen kann Schwefelsäurelösung oder ein Säuregemisch aus ca. 5 % Schwefelsäure und 5 % Salzsäure mit einer entsprechenden Menge Natriumchlorid verwendet werden. Da keine nennenswerte chemische und elektrochemische Auflösung des Metallsubstrats (Eisen) stattfindet, kann die Zugabe von chloridhaltigen Verbindungen dazu beitragen, die Oxidschichten auf der Oberfläche der Bauteile zu lösen und die Ätzgeschwindigkeit zu erhöhen. Gleichzeitig können Formaldehyd oder Urotropin als Inhibitoren eingesetzt werden.
Kurz gesagt, Schwefelsäure wird häufig zum Ätzen von Stahl, Kupfer und Messing verwendet. Darüber hinaus dient sie zusammen mit Chromsäure und Dichromaten als Mittel zur Entfernung von Oxiden und Ruß von Aluminium.
Es wird zusammen mit Flusssäure oder Salpetersäure oder beiden verwendet, um Oxidschichten von Edelstahl zu entfernen. Der Vorteil von Salzsäure besteht darin, dass sie viele Metalle bei Raumtemperatur effektiv beizen kann; einer ihrer Nachteile ist, dass auf die Vermeidung von Verunreinigungen durch HCl-Dampf und Säurenebel geachtet werden muss.
Darüber hinaus werden Salpetersäure und Phosphorsäure häufig auch bei der manuellen Vorbehandlung von Galvanisierungsanlagen eingesetzt. Salpetersäure ist ein wichtiger Bestandteil vieler Glanzätzmittel. Sie wird mit Flusssäure gemischt, um durch die Wärmebehandlung entstandene Oxidschichten von Aluminium, Edelstahl, Nickel- und Eisenlegierungen, Titan, Zirkonium und einigen Kobaltlegierungen zu entfernen.
Phosphorsäure wird zur Entrostung von Stahlteilen sowie in speziellen Badlösungen für Edelstahl, Aluminium, Messing und Kupfer eingesetzt. Die Mischung aus Phosphorsäure, Salpetersäure und Essigsäure dient zur Vorbehandlung von Aluminiumteilen beim Glanzanodisieren. Fluorborsäure hat sich als wirksamste Beizlösung für bleihaltige Legierungen sowie für Kupfer- und Messingteile mit Zinnlot erwiesen.
Es wurde berichtet, dass die Entfernung von Metalloxidablagerungen und -oxiden 5 % der weltweiten Schwefelsäureproduktion, 25 % der Salzsäure, den größten Teil der Fluorwasserstoffsäure sowie eine große Menge an Salpetersäure und Phosphorsäure verbraucht.
Daher ist die korrekte Anwendung dieser Säuren für die Säureätzung ein wichtiger Aspekt der Anwendungstechnik in der Vorbehandlung von Galvanisierungsanlagen. Ihre Anwendung an sich ist nicht schwierig, die effiziente, sparsame und verbrauchsreduzierende Anwendung hingegen schon.
Veröffentlichungsdatum: 29. Januar 2026