Flecken auf schwarz eloxierten Bauteilen

Wir sind ein metallverarbeitender Betrieb und haben in letzter Zeit verstärkt Probleme mit eloxierten Bauteilen, die wir extern bearbeiten lassen. Es handelt sich um Bauteile aus der Legierung AlMg4,5Mn (Aluminiumguss). Laut Angaben des Eloxierers werden die von uns CNC-gefrästen Teile gemäß DIN 17611 im Gleichstrom-Schwefelsäure-Verfahren (GS-Verfahren) beschichtet und gefärbt. Der Fehler (Fotos liegen der Redaktion vor, dürfen aber nicht abgedruckt werden) zeigt sich durch weiße Flecken und helle Bereiche, obwohl die Flächen ein tiefes Schwarz aufweisen sollten.

Da wir solche und ähnliche Artikel schon seit Langem von diesem Anbieter eloxieren lassen und stets zufrieden waren, möchten wir die Zusammenarbeit fortsetzen. Leider häufen sich jedoch die Reklamationen: Kunden senden uns Teile zurück, die vor einem halben Jahr beschichtet wurden.

Der Beschichter verweist lediglich auf Normen und behauptet, das Problem liege – ohne nähere Begründung – am Grundmaterial, dabei ist die Legierung seit Jahren die gleiche. Da weder an der mechanischen Bearbeitung Änderungen vorgenommen wurden, noch laut Angaben unseres Lieferanten am Beschichtungsprozess etwas verändert wurde, stehen wir vor einem Rätsel und wissen nicht, wie wir das Problem lösen können.

Zunächst fällt uns auf, dass es ein Kommunikationsproblem zwischen Ihnen und dem Eloxierer zu geben scheint. Aus der Erfahrung heraus verstehen Beschichter unter dem Begriff „Grundmaterial“ etwas anderes als Gießer oder mechanische Betriebe. Während Sie die Legierung meinen, versteht der Oberflächenbeschichter i. d. R. den Gesamtzustand bei Anlieferung bzw. vor der Beschichtung. Es beinhaltet die Legierung, die mechanische Bearbeitung und alles Weitere, was einen Einfluss auf den Oberflächenzustand haben kann.

In vielen Fällen kann der Beschichter vorher nicht sagen, ob ein Material beschichtbar ist oder nicht, da sich die Effekte in einem – wenn überhaupt – mikroskopischen Bereich abspielen. Im Verlauf der Bearbeitung bzw. nach der Beschichtung kann er lediglich die Resultate begutachten und aufgrund jahrelanger Erfahrung Schlüsse ziehen oder nur Vermutungen anstellen, sofern er nicht über ein entsprechendes Labor verfügt.

Die Behauptung, es läge am Grundmaterial, ist für alle Seiten unbefriedigend, wird aber auf den oben geschilderten Erfahrungen und Beobachtungen des Beschichters beruhen.

Beurteilung des Fehlerbilds

Nachfolgend versuchen wir, das Fehlerbild anhand der Fotos genauer zu beschreiben und einzuordnen.

Aufgrund mehrerer Merkmale weisen die Fotos keine typischen Anodisierungsfehler auf. Dies zeigt sich an folgenden Beobachtungen:

Die Fehlstellen treten generell an den hohen UND niedrigen Stromdichtebereichen auf.

• Auffällig hierbei sind die Kanten sowie die Mitte der Fläche, wo der Fehler vor allem, aber nicht ausschließlich, in der Bearbeitungsspur verläuft.
• In den nicht abgedeckten Bohrungen scheint die Farbe i. O. zu sein.
• An den nachbearbeiteten Flächen, etwa der Absenkung bei den Bohrungen, ist die Oberfläche deutlich besser als an den „groben“ Flächen.

Vermutung zur Ursache

Typischerweise kann es zu solchen Fehlern kommen, wenn es Schwankungen in der Materialqualität (Legierung) gibt, selbst wenn sich die Schwankung noch innerhalb der Norm befindet. Diese Veränderungen können sich bereits auf die mechanische Bearbeitung bzw. das Resultat der Oberfläche auswirken. Beispiele wären Eindrücke, Überlappungen oder Verschmierungen ausgeschiedener Legierungsbestandteile. Beim Anodisieren fehlt es an solchen Stellen an ausreichend dicken oder ausreichend großen Poren, damit der Farbstoff aufgenommen werden kann. Einfach länger zu anodisieren oder mit höheren elektrischen Spannungen zu arbeiten, muss nicht die Lösung sein, da man sich dadurch andere Probleme einhandeln kann. Ein typisches Beispiel ist eine stärkere Rücklösung an den ansonsten einwandfreien Stellen sowie Probleme mit der Maßhaltigkeit.

Die Legierung selbst ist zwar anodisierfähig, aber gerade bei dekorativen Ansprüchen nicht besonders gut geeignet. Damit ist gemeint, dass solche Legierungen auch bei kleineren Schwankungen im Gesamtprozess (Legierung, Guss, Mechanik, Anodisation) vermehrt Probleme aufweisen können.

Schwarz eloxierte Bauteile. Die Beschichtung sorgt für ein gleichmäßiges, glattes schwarzes Aussehen sowie Haltbarkeit, Korrosionsbeständigkeit und Ästhetik - (Foto: https://at-machining.com)

Ein Vorbehandlungsproblem?

Die Frage, welche Einflüsse und Probleme in welcher Intensität vom Beschichter kompensiert werden müssen, ist so alt wie die Beschichtungstechnik selbst. Normalerweise wird in den AGBs der Beschichter darauf hingewiesen, in welchem Zustand Bauteile angeliefert werden müssen, damit diese „beschichtungsfähig“ sind. Das Problem ist nur, dass es zahlreiche mögliche Fehlerursachen gibt, die vom Beschichter nicht vorher identifiziert werden können. Etwa Verschmierungen durch bestimmte Legierungsbestandteile, transparente Korrosionsschutzmittel, die in der Vorbehandlung nicht ausreichend abgelöst werden können, zugeschmierte Poren, Überlappungen, Verdichtungen der Oberfläche oder ein unzureichendes Gefüge, um nur einige Punkte zu nennen.

Im Einzelfall können Veränderungen der Vorbehandlung hilfreich sein. Diese können sich in höheren Zeiten, Konzentrationen, Temperaturen oder anderen Chemikalien wiederfinden. Allerdings besteht die Gefahr – neben höheren Kosten – darin, dass andere Bauteile Schäden erleiden, die vor der Modifikation i. O. waren. Das kann sogar dieselben Teile betreffen, aber an anderen Stellen. Oder anhand von weiteren Prozessschwankungen eine zukünftige Charge, sodass die Modifikationen wieder rückgängig gemacht werden müssen.

Da jeder Beschichtungsbetrieb solche und ähnliche Probleme mehrfach durchgestanden hat, neigen manche dazu, ohne tiefere Analyse ein „Grundmaterialproblem“ zu benennen. Dies bringt Sie zwar nicht weiter, soll aber immerhin für ein gewisses Verständnis für die „andere Seite“ sorgen.

Mögliches Vorgehen

Hier gibt es drei Möglichkeiten:

1. Bemusterungen mit verschiedenen Parametern der Oberflächenbearbeitung: Um eine Vergleichbarkeit zu erzielen, sollten Sie ein paar Teile wie bisher bearbeiten und bei anderen die Parameter beim Fräsen variieren. Tendenziell sind Parameter besser, bei denen nicht zu viel Druck und Temperatur auf die Fläche einwirken, also eher langsamere Verfahren. Außerdem wäre ein Versuch, die Teile nach der normalen Bearbeitung zu strahlen, sehr gut, um einen anderen Oberflächenzustand zu erzielen. Die Galvanik soll dann die Musterteile möglichst in einer Charge beschichten und alle Parameter wie gehabt beibehalten. Die Anzahl der Musterteile richtet sich demnach nach der Chargengröße des Eloxierers.
2. Bemusterung in einer anderen Galvanik: Manchmal ist es hilfreich, die Teile in einem anderen Betrieb anodisieren zu lassen, um einen weiteren Vergleich zu erzielen. Wenn das Ergebnis positiv ist, hätten Sie eine Ausweichmöglichkeit, um lieferfähig zu bleiben, bis die Probleme gelöst wurden. Sollte es negativ sein, hilft es dabei, die Situation besser einzuschätzen.
3. Untersuchungen in einem Institut: Das generelle Problem bei Oberflächenproblemen ist, dass man nur auf die Oberfläche starrt. Wir wissen weder, wie das Material konkret zusammengesetzt ist, noch wissen wir, wie das Gefüge aussieht. Solche Fragen kann man durch Untersuchungen in einem Institut klären. Dabei sollten möglichst drei Chargen i. O. und drei Chargen n. i. O. untersucht werden, am besten jeweils Material vor und nach dem Eloxieren. Dabei sollte an den rohen Teilen jeweils eine Materialanalyse erfolgen. Außerdem Schliffbilder an den kritischen Stellen, hier jeweils vor und nach dem Anodisieren.

Von den Kosten her beinhaltet dieses Vorgehen ein gewisses Risiko, aber sollte insbesondere bei Punkt 1 nichts herauskommen, ist das Vorgehen wichtig, um dem Problem auf den Grund zu gehen.

Sie erwähnten, dass eine Reklamation auch nach einem halben Jahr auftreten kann. Wenn eine theoretische Möglichkeit besteht, dass der Vorgang irgendwann in einer Rückrufaktion mündet, etwa, weil an den besagten Stellen der Korrosionsschutz zu gering ist, wären die Kosten für eine Untersuchung in einem Institut vernachlässigbar gering.

Hinzu kommt, dass die Legierung, wie erwähnt, nicht optimal für dekorative Anodisation ist. Durch genauere Untersuchungen haben Sie gegenüber Ihrem Kunden deutlich bessere Argumente, um ihn möglicherweise dazu zu motivieren, eine andere Legierung einzusetzen.

Weitere Überlegungen

Es sollte außerdem untersucht werden, ob es einen Zusammenhang zwischen Lagerzeiten und n. i. O.-Teilen gibt. Bspw. dass die schlechten Teile vermehrt dann auftauchen, wenn sie direkt zum Anodisieren geschickt und nicht erst einige Tage gelagert wurden. Es gibt in der Historie für beides positive und negative Beispiele. Unter günstigen Lagerbedingungen wirkt sich eine längere Verweilzeit zwischen Bearbeitung und Beschichtung positiver aus. Bei schlechter Lagerung hingegen können Korrosionsbedingungen die Beschichtung erschweren oder schlicht unmöglich machen. Das ist bei Aluminium aufgrund der natürlichen Schutzschicht zwar nicht üblich, aber auch nicht unmöglich.

Sofern es vom Maß her keine Probleme gibt, können anodisierte Teile auch ein zweites Mal anodisiert werden. Die Aluminiumoxidschicht lässt sich normalerweise gut abbeizen und die Oberfläche neu beschichten. Allerdings muss eine zweite, gelungene Beschichtung nicht bedeuten, dass der Fehler bei der Beschichtung lag. Es kann durchaus sein, dass störende Effekte durch eine zweite Behandlung weggebeizt bzw. regelrecht weggeätzt wurden.