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Wenn es darauf ankommt! Optimierte Oberflächen auf nichtrostendem Stahl für Hightech-Anwendungen

Von Paul Gümpel und Cornelius Mauch 5 min Lesedauer

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Geht es um Metallkomponenten, die in Umgebungen eingesetzt werden sollen, wo es um Hygiene geht, dann braucht es die richtige Funktionalisierung von deren Oberflächen. Und die gibt es jetzt ...

Bild 1: Was man hier sieht, sind Behälter und Systeme aus nichtrostendem Edelstahl von Bolz Intec. Was man diesen nicht so leicht ansieht, ist ihre besondere Oberflächenbeschaffenheit, die durch das patentierte OGF-Verfahren erzeugt wird. Hier mehr zu den Vorteilen dieser Neuheit ...(Bild: Bolz Intec)
Bild 1: Was man hier sieht, sind Behälter und Systeme aus nichtrostendem Edelstahl von Bolz Intec. Was man diesen nicht so leicht ansieht, ist ihre besondere Oberflächenbeschaffenheit, die durch das patentierte OGF-Verfahren erzeugt wird. Hier mehr zu den Vorteilen dieser Neuheit ...
(Bild: Bolz Intec)

Die Erwartungen an Edelstahl-Oberflächen im Pharma- und Medizintechnikbereich sind sehr hoch. Der Werkstoff soll inert, korrosionsbeständig und gut zu reinigen sein. Hierzu wurde beim Unternehmen Bolz Intec im Bereich des Behälterbaus (Aufmacherbild) ein neues Konzept entwickelt, bei dem die Optimierung nicht nur an der Oberfläche stattfindet, sondern auch der oberflächennahe Gefügebereich für die Erfüllung dieser Aufgabe vorbereitet wird.

Hauchdünne Passivschicht schützt nichtrostenden Stahl

So ist schon lange bekannt, dass geschliffene Oberflächen im Korrosionsverhalten denen, vom Stahlhersteller angelieferten, gewalzten und geglühten Oberflächen meist unterlegen sind. Das wurde in der Vergangenheit meist mit dem topografischen Einfluss, zum Beispiel Spalten und sonstigen Fehlern begründet, was in erster Näherung auch richtig ist (Bild 2). Zu beachten ist dabei aber auch, dass der nichtrostende Stahl, bei dem üblicherweise noch etwa 60 bis 70 % der Masse aus korrosionsanfälligen Eisenatomen besteht, seinen Korrosionsschutz einzig und allein durch eine dünne Passivschicht erhält. Diese sehr dünne Schutzschicht besteht überwiegend aus Chromoxid/-hydroxid und entsteht auf natürliche Weise spontan, wenn Chrom mit Sauerstoff unter feuchten Bedingungen reagiert. Meist erfolgt vor dem Einsatz der nichtrostenden Stähle eine Passivierungsbehandlung, die eine fehlerfreiere Passivschicht schneller erzeugt. Wird die Schutzschicht verletzt oder zerstört, kann sie sich unter „normalen“ Bedingungen erneut bilden – sie ist sozusagen „selbstheilend“.

Bild 2: Rasterelekronenmikroskopische (REM) Aufnahme einer mit Korund industriell geschliffenen Oberfläche des Werkstoffes 1.4301/304 mit der Darstellung eines Mikrospalts in unterschiedlichen Vergrößerungen.(Bild: A. Hörtnagl / P. Gümpel)
Bild 2: Rasterelekronenmikroskopische (REM) Aufnahme einer mit Korund industriell geschliffenen Oberfläche des Werkstoffes 1.4301/304 mit der Darstellung eines Mikrospalts in unterschiedlichen Vergrößerungen.
(Bild: A. Hörtnagl / P. Gümpel)

Gitterfehler sind nicht immer durch Glühen eliminierbar

Bekannt ist aber auch, dass Gitterfehler respektive -störungen (etwa Versetzungen, Gleitlinien, Fremdatome, Ausscheidungen und Verspannungen) im oberflächennahen Gefügebereich zu Fehlern in der Passivschicht führen. Das beeinträchtigt die Korrosionsbeständigkeit. Solche Gitterstörungen entstehen unmittelbar unter der Oberfläche bei jeglicher Form der mechanischen Be- und Verarbeitung. Die Störungen im Gitteraufbau lassen sich nur durch einen finalen Glühprozess minimieren. Die Möglichkeit einer Schlussglühung (bei Temperaturen um 1000 °C) besteht in der Regel aber nur am Vormaterial, wie zum Beispiel bei gewalzten Blechen und Schmiedeteilen. Bei Fertigteilen, wie sie etwa im Apparate- und Behälterbau typisch sind, entfällt diese Möglichkeit zur Gefügeoptimierung nahezu vollständig. Gleichzeitig wird aber vor allem in diesem Fertigungsbereich bei der Be- und Verarbeitung von Blechen und sonstigen Halbzeugen die Oberfläche so verändert, dass eine Nachbearbeitung notwendig ist.

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