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Das Emaillieren erzeugt auf Aluminium-Druckgussteilen funktionelle Schichten mit Designeffekten. Das Emaillieren von Aluminium wird seit etwa 1950 im industriellen Maßstab betrieben und hat sich vor...

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Das Emaillieren erzeugt auf Aluminium-Druckgussteilen funktionelle Schichten mit DesigneffektenDas Emaillieren von Aluminium wird seit etwa 1950 im industriellen Maßstab betrieben und hat sich vor allem dort durchgesetzt, wo die Vorzüge von Emailbeschichtungen schon immer bekannt und geschätzt wurden: in der Haushaltsgeräteindustrie. In den letzten Jahren nahm erfreulicherweise jedoch auch das Interesse von Maschinenbaubetrieben, von Un-ternehmen der Medizintechnik sowie im Fahrzeugbau stetig zu. Bild 1 zeigt einen emaillierten Grillrost und eine emaillierte Grillplatte aus der Aluminiumlegierung AlSi12 (Kokillenguss) für Einbauküchen. Bei diesen gegossenen Herdteilen wirkt die Emailschicht verschleißmindernd.Vorteilhafte Verbindung aus Aluminium und EmailAußerdem wird die Reinigung erleichtert. Die Kunden schätzen am Werkstoffverbund Aluminium-Glas, dass sich die Vorteile von Aluminium wie leichte Bearbeitbarkeit, geringe Dichte, Vielzahl an Formgebungsverfahren und wirtschaftliche Kleinmengenfertigung mit den Eigenschaften von Gläsern verbinden lassen. Emailschichten haben im Allgemeinen folgende Eigenschaften, die sich je nach Kundenwunsch in einem breiten Spektrum variieren und optimieren lassen:- So ist es möglich, mit Hilfe von Emailschichten effizient die Härte und Beständigkeit von Glas mit der Elastizität des Trägerwerkstoffs zu verbinden.- Die Ergebnisse umfassen witterungsbeständige Bauteile mit kratz- und verschleißfesten Oberflächen.- Es wird eine hohe Korrosionsbeständigkeit erreicht.- Die Emailschichten sind beständig gegen Säuren und fotochemische Einflüsse.- Die Bauteile sind wartungsarm. Außerdem lassen sie sich einfach reinigen (graffitisicher).- Emailschichten sind desinfizierbar und keimabweisend, frostbeständig bis -60 °C, hitzeresistent bis 400 °C und nicht brennbar (Klasse A, DIN 4102).- Große Farbauswahl, glänzende und matte Oberflächen sind möglich. Die Farben sind lichtecht und beständig (kein Auskreiden und Vergrauen unter UV-Einfluss).- Emailschichten sind absolut ungiftig und gefährdungsfrei (vollkommen inert). Es werden keine organischen Lösungsmittel verwendet. Als Dispersionsmedium nutzt man nur Wasser. Die Schichten sind vollständig recyclingfähig.- Nach dem Emaillieren lassen sich die Bauteile noch bearbeiten (Bohren, Biegen, Schneiden), ohne dass die Beschichtung zerstört wird, Kantenzehrung wird vermieden.- Die ,,Einstellung" der elektrischen Leitfähigkeit ist stufenlos möglich: von isolierend bis leitfähig.Aufgrund des Substratwerkstoffs Aluminium ist die Einbrenntemperatur im Vergleich zur Stahlemaillierung niedrig (500 bis 600 °C). Dadurch werden einige Nachteile gegenüber der Stahlemaillierung beseitigt. Jedoch sind Defizite bezüglich der chemischen Beständigkeit und Härte im Vergleich zum emaillierten Stahl unumgänglich.Die Bandbreite der am Markt gängigen Aluminiumwerkstoffe ist sehr groß, wobei natürlich nicht alle Legierungen gleich gut beschichtet werden können. Am besten lassen sich niedriglegierte, magnesiumfreie oder -arme Aluminiumlegierungen (Magnesiumgehalt unter 0,8%) emaillieren (Tabelle 2). Prinzipiell können alle für Aluminium übliche Formgebungsverfahren zur Herstellung emaillierfähiger Bauteile angewandt werden: Kokillenguss, Sandguss, Druckguss, Extrudierverfahren und Blechherstellung. Potenzielle Anwender müssen jedoch beachten, dass je nach Legierung durch die Temperaturbelastung beim Emaillieren die Substrathärte abnehmen kann. Weiterhin sollten enge Radien (Gefahr von Abplatzungen) und große, dünnwandige Flächen (Gefahr des Verzugs) vermieden werden.Einbrenntemperatur ist niedriger als bei StahlEin besonders wirtschaftliches Formgebungsverfahren für Aluminiumteile ist der Druckguss. Die Kühn Email GmbH in Grünhain hat ein Verfahren entwickelt, um auch diese Teile emaillieren zu können. Dazu müssen jedoch einige Besonderheiten beachtet werden:- Qualitativ hochwertige, besonders gasarm vergossene Gussteile sind beim Emaillieren zu verwenden.- Zum Beschichten ist ein Spezial-email mit einer Schmelztemperatur von lediglich 480 °C erforderlich.- Vorzugsweise sind verschliffene Teile zum Emaillieren notwendig.Eine weitergehende Oberflächenbehandlung der Teile, zum Beispiel Polieren, ist nicht sinnvoll, weil beim Emaillieren der alkalische Schlicker die Oberfläche aufraut. Diese Aufrauung ist neben der Ausbildung intermetallischer Phasen verantwortlich für die gute Haftung des Aluminiumemails.Eine weitere Besonderheit ist die gelb-bräunliche Eigenfärbung des Spezialemails. Dadurch können leider keine farblos transparenten Schichten erzeugt werden. Mit Hilfe von Pigmenten lassen sich jedoch nahezu alle opaken Farben herstellen. Durch weitere Zusätze können Metallic-, Perl- oder Edelstahlglanz sowie einige ,,floppende" Effekte erzielt werden.Emaillierte Druckgussteile werden heute in hochwertigen Haushaltsgasherden und Laborgeräten eingebaut (Bild 3). Damit lassen sich die gewünschten Oberflächeneigenschaften wie hohe Kratzfestigkeit und chemische Beständigkeit mit einer hochwertigen designorientierten Optik verbinden. Diese Kombination gewinnt in der jetzigen vom Käufer diktierten Marktsituation eine wachsende Bedeutung. Derzeit laufen weitere Versuche zum Einsatz emaillierter Aluminiumdruckgussteile in Haushaltsgeräten.Steigende Anforderungen an chemische BeständigkeitDie Emaillierung ist auch ein recht wirtschaftliches Beschichtungsverfahren. In Anbetracht der in vielen Anwendungsbereichen wesentlich besseren Eigenschaften sind die geschätzten Mehrkosten von 10 bis 15% im Vergleich zur Normallackierung erträglich.Natürlich wünscht sich der Kunde für seine Anwendungen Maximallösungen. Besonders an die chemische Beständigkeit werden sehr hohe Anforderungen gestellt, zum Beispiel mehrere hundert Spülmaschinen-Waschgänge oder hohe Standzeiten im Salznebeltest. Um diese Anforderungen erfüllen zu können, muss die Emailoberfläche mit einer sehr dünnen SiO2- oder TiO2-Schicht versiegelt werden, ohne dass die Kratzfestigkeit vermindert wird. Hierfür laufen derzeit interessante Versuchsserien, die zum Jahresende abgeschlossen werden.Eine weitere Tendenz ist das Emaillieren aluminiumbeschichteter Stahlteile oder die Verwendung angepasster Aluminiumemails zur Direktemaillierung von Stählen. Der positive Aspekt dieser Vorgehensweise besteht darin, dass eine Emailschicht erzeugt werden kann, ohne die Gitterumwandlungstemperatur (721 °C bei Stahl von a- zu g-Phase) zu überschreiten. Das hat zur Folge, dass keinerlei Verzug auftritt und die Maßhaltigkeit der emaillierten Teile enorm verbessert wird. Die Aluminiumschicht wird entweder in einem Schmelzbad (FAL-Stahl) oder galvanisch aufgebracht.