Schwarze Beschichtung für gefräste Messingteile

Nun haben wir einige Teile schwarz verzinken lassen. Die Galvanik brachte noch eine Zwischenschicht aus Nickel auf. Das Problem ist vor allem die Haftfestigkeit auf dem CuZn39Pb3. Wir bräuchten Vorschläge für schwarze Beschichtungen, die auf dem Messing haften, um anschließend eine geeignete Galvanik auswählen zu können.

Antwort: Sie verwenden bleihaltiges, sog. „Automatenmessing“. Dabei handelt es sich um eine Ausscheidungslegierung. Das Blei ist hier nicht gleichmäßig, wie Kupfer und Zink, in der Legierung verteilt, sondern punktuell konzentriert.

Blei kann bei der Vorbehandlung schwerlösliche Salze, etwa Bleisulfat (PbSO₄) bilden. Schwer löslich bedeutet in diesem Fall, dass es praktisch unlöslich ist und an der Oberfläche haften bleibt. Bei Trommelware wird es i. d. R. abgerieben, eine 100%ige Garantie dafür gibt es aber nicht. Bleibt es haften, wird anschließend drüber galvanisiert und an diesen Stellen entstehen Haftungsprobleme. Salopp gesagt bastelt man sich hiermit einen Blei-Detektor.

Dies tritt vor allem auf, wenn mit Schwefelsäure gebeizt oder dekapiert wird. Gleichgültig für welche Beschichtung Sie sich entscheiden: Sie müssen darauf achten bzw. erfragen, ob die Galvanik bei der Vorbehandlung Schwefelsäure einsetzt. Weisen Sie den Betrieb auf die bleihaltige Legierung hin, da bleifreies Messing sehr oft mit verdünnter Schwefelsäure vorbehandelt wird und der Unterschied optisch nicht erkennbar ist.

Ein weiterer Grund für Haftungsprobleme könnten Bleiverschmierungen sein, die vorwiegend bei einem höheren Bleigehalt und bei gedrehten Messingteilen auftreten können. Normalerweise werden die lokalen Stellen mit Blei überbaut. Wird das Blei aber großflächig verschmiert (wir reden hier von einem Bereich von wenigen Quadratmillimetern) kann es zu größeren Abplatzungen der Schicht kommen. Das Fehlerbild kann somit einen deutlichen Hinweis darauf geben, ob es sich eher um ein Bleisulfat- oder ein generelles Bleiproblem aufgrund von Verschmierungen handelt. Ggf. zeigen sich die Abplatzungen in Fräsrichtung.

Vorbehandlung

Muster geschwärzter OberflächenDie Art und Intensität der Reinigung hängt vorwiegend von der Legierung, dem Verschmutzungsgrad und der Lagerdauer ab. Letzteres hat Auswirkungen auf die Korrosion und Verkrustung von Ablagerungen durch vorgelagerte Prozesse. Etwa Rückstände von Polierpasten oder Dehydrierung von Konservierungsmitteln. Frische Verschmutzungen lassen sich verhältnismäßig leicht entfernen. Bei längerer Lagerung und stärkerer Korrosion kann es zu Korrosionsnarben kommen, die man nur noch mechanisch durch Abtrag der vernarbten Flächen entfernen kann.

Am besten eignen sich wässrige, mild alkalische Reinigungslösungen mit Tensid-Kombinationen, die auf der Metalloberfläche meist eine Hydrophobierung bewirken. Sollte eine höhere Alkalinität nötig sein, kann dies zu einem Angriff der Messingoberfläche führen. Um dies zu vermeiden, gibt man der Entfettung Silikate (Natriumwasserglas) hinzu. Bei silikathaltigen Reinigern ist es zwingend notwendig im Anschluss mit einer fluoridhaltigen Dekapierung zu arbeiten, um die Silikate von der Oberfläche zu lösen (siehe unten).

Industriell gefertigtes Messing wird heutzutage nur sehr selten gebeizt. In Ausnahmefällen wird es chemisch gebrannt, wobei man zwischen Vorbrenne, Glanzbrenne und Mattbrenne unterscheidet. Im oben beschriebenen Fall ist unserer Meinung nach nichts davon notwendig, sofern Spannungsrisskorrosion kein Thema ist. Mit Hilfe von Brennen, Beizen und Elektropolieren lässt sich die Neigung zur SpRK erheblich reduzieren [1].

Als Dekapierung empfehlen wir eine verdünnte Salzsäure (2–5 %) oder eine fluoridhaltige Lösung, die meist aus einem Gemisch aus Natriumfluorid und Natriumhydrogensulfat besteht.

Die Elektrolytische Entfettung wird kathodisch geschaltet und dient als Endreinigung, um letzte Partikel an der Oberfläche zu entfernen. Sollte sich noch Bleisulfat auf der Oberfläche befinden, wird dies bei entsprechender Intensität abgerissen. Nach der E-Entfettung wird ein weiteres Mal dekapiert, anschließend können die Teile galvanisiert oder gefärbt werden. Die nachfolgende Auflistung ist nicht als vollständig anzusehen, sondern zielt auf die Erfüllung der o. g. Anforderungen ab.

Beschichtungen

Schwarznickelschichten sind meist sehr dünne Schichten aus Nickel, die wiederum unternickelt werden. Das Ergebnis kann, je nach Elektrolyt, von einem Anthrazit-Ton bis in ein tiefes Schwarz gehen, wobei Ersteres von Galvaniken oft ebenfalls als „Schwarznickel“ bezeichnet wird. Hier besteht zwecks des Farbtons auf jeden Fall Klärungsbedarf. Zur Erhaltung des schwarzen Farbtons wird die Schicht in der Regel noch lackiert, da sie trotz ihrer relativ hohen Härte wenig abriebfest ist.

Chemisch Nickel schwarz eignet sich perfekt, um alle Bereiche gleichmäßig zu beschichten, auch die Ecken. Hierbei besteht aber das Risiko, dass es zu farblichen Unterschieden kommt.

Verzinken und schwarz passivieren. Das von Ihnen bereits getestete Verfahren kann mit und ohne Zwischennickelschicht durchgeführt werden und liefert optisch sehr gute Ergebnisse. Dies gilt auch für Zinklegierungen wie Zink-Eisen oder Zink-Nickel. Bei der Passivierung sollte darauf geachtet werden, dass die Galvanik keine klassische Chromatierung benutzt, da Ihre Teile aufgrund von Chrom(VI) nicht mehr RoHS-Konform sind [2]. Je nach Beschichtung (Legierung oder nicht) und Gebrauch (Abrieb, Handschweiß, Witterung) kann es hier nach geraumer Zeit zu Korrosionsproblemen kommen.

Färbeverfahren

Es gibt mehrere Methoden, um Messing zu färben. Die gängigste Methode ist die mit Kaliumpolysulfid (Schwefelleber). Hierbei reichen 10 g/L bei Raumtemperatur aus. Je nach gewünschter Intensität und Legierung lässt sich die Lösung mit Kupfersulfat und Schwefelsäure modifizieren [3]. Für die Langlebigkeit von chemisch gefärbten Oberflächen empfiehlt sich eine Nachbehandlung mit Klarlack.

Kombinationen

Es besteht die Möglichkeit, erst eine galvanische Schicht aufzutragen, die anschließend gefärbt wird. Die gebräuchlichste Methode ist die Verkupferung. Reine Kupferschichten lassen sich hervorragend reproduzierbar schwarz färben. Je nach Anforderung wären auch andere Farben denkbar, etwa eine sog. Altfärbung.

Von einer Versilberung mit der Absicht, diese mittels Schwefelleber schwarz zu färben, raten wir hingegen ab, sofern Sie keine Optik anstreben, die Altsilber gleich kommt.

Literatur

[1] U. Heuberger; A. Pfund; C.J. Raub: Einfluß galvanischer Schutzschichten auf die Spannungsrißkorrosion, Galvanotechnik 8/1989, Eugen G. Leuze Verlag
[2] https://de.wikipedia.org/wiki/RoHS-Richtlinien 
[3] O.P. Krämer; T.W. Jelinek: Rezepte für die Metallfärbung, Eugen G. Leuze Verlag
[4] B. Gaida; B. Andreas; K. Aßmann: Technologie der Galvanotechnik, Eugen G. Leuze Verlag