Korrosionsbeständigkeit durch Anodisieren

Die Korrosionsbeständigkeit ist eine der am meisten geschätzten und gefragten Eigenschaften der Anodisierung von Aluminium. Die Aluminiumoxid-Schicht bildet eine Schutzbarriere, die das Grundmaterial von der Außenumgebung isoliert und korrosive Prozesse verhindert oder erheblich verlangsamt.

Schutzmechanismus gegen Korrosion

Die Anodisierung schützt Aluminium durch verschiedene Mechanismen vor Korrosion:

Physikalische Barriere

Die Aluminiumoxidschicht wirkt als kompakte Barriere zwischen dem Grundmaterial und der Umgebung. Diese Barriere weist eine signifikante Dicke auf, die von 15 µm bei natürlicher Anodisierung OX-A bis zu 60 µm bei Hartanodisierung OX-HS und OX-W variiert. Die kompakte Struktur des Oxids zeichnet sich durch hohe Dichte und geringe Porosität nach dem Versiegelungsprozess aus. Die Beschichtung gewährleistet Kontinuität über die gesamte behandelte Oberfläche und ist an jedem Punkt gleichmäßig (mit Ausnahme sehr tiefer Bohrungen). Die Haftung ist außergewöhnlich, da die Beschichtung einen integralen Bestandteil des Materials selbst darstellt und nicht delaminieren kann.

Elektrochemischer Schutz

Aluminiumoxid ist elektrisch isolierend und verhindert den Durchgang elektrischer Ströme, die zur Auslösung elektrochemischer Korrosionsprozesse erforderlich sind. Diese isolierende Eigenschaft verhindert wirksam die Bildung von galvanischer Korrosion, wenn anodisiertes Aluminium mit anderen Metallen in Kontakt kommt.

Im Gegensatz zu anderen häufig verwendeten Oberflächenbehandlungen wie Verchromung und Vernickelung, die als metallische Beschichtungen leitfähig sind und daher galvanische Paare mit dem Aluminiumsubstrat bilden können, eliminiert die anodische Oxidschicht dieses Risiko dank ihrer nicht leitfähigen keramischen Natur.

Chemische Stabilität

Aluminiumoxid weist eine hohe chemische Stabilität bei Kontakt mit zahlreichen Substanzen auf. Es widersteht wirksam neutralen Lösungen, einschließlich salzhaltiger Lösungen mit Chloriden oder anderen typischerweise aggressiven Elementen für Metalle, und behält seine Integrität auch bei Kontakt mit Kohlenwasserstoffen oder organischen Lösungsmitteln.

Die anodische Beschichtung ist jedoch anfällig, wenn sie sauren oder alkalischen Lösungen ausgesetzt wird, die sie chemisch angreifen und ihre Schutzeigenschaften beeinträchtigen können.

Unterschiede in der Korrosionsbeständigkeit zwischen natürlicher und harter Anodisierung

Natürliche Anodisierung

Die natürliche Anodisierung erzeugt eine Oxidschicht mit einer Dicke typischerweise zwischen 10 und 20 µm, die eine gute Korrosionsbeständigkeit in nicht besonders aggressiven Umgebungen gewährleistet. Es ist eine geeignete Lösung für Komponenten, die für Innen- oder gemäßigte Außenumgebungen bestimmt sind, wo ein wirksamer, aber nicht extremer Schutz erforderlich ist, oft auch mit ästhetischem Wert.

Aus normativer Sicht erfordert MIL-PRF-8625F Type II eine Mindestbeständigkeit von 336 Stunden im neutralen Salzsprühtest (NSS) mit minimalem Korrosionsauftreten innerhalb der in der Norm beschriebenen Grenzen.

Die Behandlung OX-A, basierend auf natürlicher Anodisierung Type II, erfüllt und übertrifft diese Anforderungen und erreicht ≥336 Stunden NSS bei allen Knetlegierungen. Mit geeigneter Versiegelung kann die Korrosionsbeständigkeit weiter erhöht werden. OX-A ist geeignet für Innenkomponenten, städtische Umgebungen ohne starke Verschmutzung und Anwendungen, bei denen ein leichter und zuverlässiger Schutz erforderlich ist.

Hartanodisierung

Die Hartanodisierung ermöglicht die Erzielung viel dickerer Oxidschichten, im Allgemeinen zwischen 30 und 60 µm, die sich durch eine kompaktere und dichtere Struktur auszeichnen. Dies führt zu einer ausgezeichneten Korrosionsbeständigkeit, auch in hochaggressiven Umgebungen wie maritimen, industriellen, Offshore- oder Unterwasserumgebungen.

Sowohl MIL-PRF-8625F Type III als auch ISO 10074 legen als Mindestanforderung eine Korrosionsbeständigkeit von 336 Stunden NSS ohne Anzeichen von Korrosionsangriff fest.

Die Behandlungen OX-W und OX-HS, beide basierend auf Hartanodisierung, garantieren Leistungen, die diesem Grenzwert bei Legierungen der 6000er Serie entsprechen oder ihn übertreffen. Insbesondere OX-W ist optimiert, um die Korrosionsbeständigkeit zu maximieren, mit einer kompakteren Schicht im Vergleich zu einer traditionellen Hartanodisierung und der Möglichkeit, mit optimaler Versiegelung über 1000 Stunden NSS zu überschreiten. Es bietet auch ausgezeichnete Ergebnisse bei schwierigen Legierungen wie der 2000er Serie oder solchen mit hohem Siliziumgehalt.

Die Behandlung OX-HS bevorzugt hingegen die Dicke und Robustheit der Schicht und erreicht bis zu 50 µm, und ist für extrem anspruchsvolle Anwendungen konzipiert. Mit Heißversiegelung ermöglicht sie ebenfalls das Überschreiten von 1000 Stunden NSS, was sie für militärische, Luft- und Raumfahrt-, Offshore-Sektoren und für kritische Komponenten mit hohen Anforderungen an die Langzeitbeständigkeit geeignet macht.

Rolle der Poren der Anodisierung und der Versiegelung

Die Anodisierungsschicht weist vor der Versiegelung eine mikroporöse Struktur auf, die einen potenziellen Weg für die Auslösung von Korrosion darstellt: Aggressive Substanzen können durch die Poren eindringen und das Grundmaterial erreichen, wodurch lokalisierte Korrosionsphänomene entstehen.

Die Versiegelung stellt einen grundlegenden Schritt zur Maximierung der Korrosionsbeständigkeit der anodischen Beschichtung dar. Dieser Prozess wirkt durch Hydratation der Oxidschicht, die den mechanischen Verschluss der in der mikroporösen Struktur vorhandenen Poren bewirkt. Die Versiegelung der Poren verhindert wirksam das Eindringen aggressiver Substanzen in Richtung des Grundmaterials und eliminiert die bevorzugten Wege für die Auslösung von Korrosion.

Für weitere Details zur Versiegelung konsultieren Sie den entsprechenden Abschnitt Versiegelungsbehandlungen.

Einfluss der Legierung auf die Korrosionsbeständigkeit

Die Aluminiumlegierung hat einen signifikanten Einfluss auf die endgültige Korrosionsbeständigkeit der anodisierten Komponente.

Die Legierungen der 6000er Serie bieten eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit dank der Bildung einer sehr kompakten Oxidschicht, die es ermöglicht, maximale Leistungen zu erreichen. Aus diesem Grund werden diese Legierungen für kritische Anwendungen dringend empfohlen, bei denen Korrosionsbeständigkeit eine grundlegende Anforderung ist.

Die Legierungen der 5000er und 7000er Serie gewährleisten dennoch eine optimale Korrosionsbeständigkeit mit Leistungen, die etwas niedriger sind als bei der 6000er Serie, aber dennoch für die meisten industriellen Anwendungen geeignet sind.

Die Legierungen der 2000er Serie (mit hohem Kupfergehalt) weisen hingegen eine reduzierte Korrosionsbeständigkeit auf, wenn sie mit einem Standardprozess behandelt werden. Für diese Legierungen ist es notwendig, die Behandlung OX-W zu verwenden, um optimale Leistungen zu erzielen, und ihre Eignung für Anwendungen in besonders aggressiven Umgebungen muss sorgfältig bewertet werden.

Schließlich zeigen Gusslegierungen mit hohem Siliziumgehalt eine beeinträchtigte Korrosionsbeständigkeit und sollten für kritische Anwendungen vermieden werden. Für diese Legierungen ist immer eine spezifische Machbarkeitsbewertung erforderlich, bevor mit der Behandlung fortgefahren wird.

Anwendungen in aggressiven Umgebungen

Marine und Unterwasserumgebung

Marine und Unterwasserumgebungen stellen eine der kritischsten Bedingungen für metallische Materialien dar, gekennzeichnet durch kontinuierliche oder periodische Exposition gegenüber Meerwasser mit hohem Chloridgehalt (NaCl, MgCl₂), mögliches Vorhandensein von Mikroorganismen und Benetzungs-/Trocknungszyklen, die besonders aggressiv im Gezeitenbereich sind.

Für diese Anwendungen wird die Behandlung OX-HS oder OX-W mit Heißversiegelung empfohlen, die einen wirksamen Schutz auch bei längerer und kontinuierlicher Immersion gewährleistet. Diese Behandlungen sind besonders geeignet für Schiffskomponenten, Offshore- und Unterwasserkomponenten und finden typische Anwendung in Bootskomponenten, Tauchausrüstung, Offshore-Plattformen und Hafenkomponenten.

Automotive und Streusalze

Der Automotive-Sektor stellt spezifische Herausforderungen dar, die mit der Exposition gegenüber Frostschutzsalzen (NaCl, CaCl₂), intensiven Temperaturzyklen (heiß/kalt), Vorhandensein von Schlamm und abrasiven Ablagerungen sowie möglichem Vorhandensein von Ölen und Kohlenwasserstoffen verbunden sind.

Die empfohlene Behandlung OX-HS oder OX-W mit Versiegelung bietet ausgezeichnete Beständigkeit gegen Streusalze, Beständigkeit gegen typische Temperaturzyklen des Automotive-Sektors und Kompatibilität mit Ölen und Flüssigkeiten. Typische Anwendungen umfassen Bremsglocken, Ventilkörper, Motor- und Getriebekomponenten sowie alle Teile, die Streusalzen ausgesetzt sind.

Wasserstofffahrzeuge

Anwendungen in Wasserstofffahrzeugen erfordern besondere Aufmerksamkeit für die Exposition gegenüber hohen Wasserstoffdrücken, die kritische Notwendigkeit, Leckagen aus Sicherheitsgründen zu verhindern, mögliches Vorhandensein von Feuchtigkeit und die Anforderung an langfristige Zuverlässigkeit.

Die Behandlung OX-W oder OX-HS mit Versiegelung bietet spezifische Vorteile: Korrosionsschutz zur Aufrechterhaltung der Integrität der Dichtungen, Verhinderung von Wasserstoffleckagen (grundlegender Aspekt für die Sicherheit), Kombination von mechanischer und chemischer Beständigkeit und Langzeitbeständigkeit. Diese Behandlungen finden Anwendung in Wasserstoffspeichertanks, Ventilkörpern und Druckminderer, Armaturen und Komponenten des H₂-Kreislaufs.

Für weitere Informationen konsultieren Sie den entsprechenden Artikel zu Oberflächenbehandlungen für Wasserstofffahrzeuge.

Militär und Luft- und Raumfahrt

Der Militär- und Luft- und Raumfahrtsektor stellt die extremsten und anspruchsvollsten Betriebsbedingungen dar, gekennzeichnet durch kritische Betriebsumgebungen mit Exposition gegenüber aggressiven Substanzen verschiedener Art, Anforderungen an absolute Zuverlässigkeit und die Notwendigkeit, besonders strenge militärische Vorschriften (MIL-Spezifikationen) einzuhalten.

Für diese Anwendungen wird die Behandlung OX-HS Type III nach MIL-PRF-8625 empfohlen, die zertifizierte Konformität mit militärischen Vorschriften, außergewöhnliche Beständigkeit unter extremen Bedingungen und bewährte Langzeitzuverlässigkeit gewährleistet. Diese Behandlungen finden Anwendung in Luftfahrtkomponenten, militärischer Ausrüstung, militärischen Landfahrzeugen und Komponenten für Raumfahrtanwendungen.