Eloxieren vs. Galvanisieren: Ein umfassender technischer Vergleich

Ein eloxiertes und ein galvanisiertes Bauteil sehen ähnlich aus. Es erfordert großes Fachwissen, um die beiden voneinander zu unterscheiden, insbesondere durch bloße Betrachtung. Der Hauptunterschied zwischen Eloxieren und Galvanisieren besteht darin, dass beim Eloxieren eine Schutzschicht auf das Bauteil aufgebracht wird, um dessen Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Reibungsbeständigkeit zu verbessern. Beide Verfahren können zudem in der Schönheits- und Kosmetikindustrie zur dekorativen Aufwertung eingesetzt werden. Dieser Leitfaden beleuchtet die technischen Unterschiede zwischen Eloxieren und Galvanisieren, um den Lesern ein klares Verständnis der beiden Verfahren zu vermitteln.

Wie funktioniert das Eloxieren?

Das Eloxieren ist ein elektrochemischer Oxidationsprozess, der in der Regel bei Aluminiumkomponenten angewendet wird. Er dient dazu, diese so zu behandeln, dass sie bestimmte, vom Anwender geforderte Funktionen erfüllen.

Beim Eloxieren werden zwei Metalle in eine chemische Lösung, den sogenannten Elektrolyten, eingetaucht. Die beim Eloxieren üblicherweise verwendeten Elektrolyte sind Schwefelsäure- und Chromsäurelösungen. Ein Metall wird an den Pluspol der Stromquelle angeschlossen und fungiert somit als Anode. Das zweite Metall wird an den Minuspol angeschlossen und fungiert somit als Kathode.

Die Stromversorgung wird eingeschaltet, um elektrischen Strom bereitzustellen. Während der elektrische Strom durch das Bad fließt, spaltet er die Wassermoleküle auf, wodurch Sauerstoffionen freigesetzt werden. Die Sauerstoffionen lagern sich dann an der Oberfläche des anodisierten Metalls an und lösen dort eine chemische Reaktion aus. Die Reaktion führt zur Bildung eines Metalloxids. Im Gegensatz zum Lackieren oder Galvanisieren verbindet sich die Metalloxidschicht fest mit dem darunterliegenden Substrat, sodass sie sich niemals ablöst oder abblättert. Bei Aluminium sorgt das Aluminiumoxid für strukturelle Festigkeit, wodurch es in Umgebungen mit hoher Belastung eingesetzt werden kann.

Je nach erforderlicher Verschleißfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Optik gibt es drei Arten der Eloxierung. Diese sind in der folgenden Tabelle zusammengefasst:;

Wie funktioniert die Galvanisierung?

Bei der Galvanisierung löst elektrischer Strom Metallionen aus einem der Metallstäbe auf und lagert diese auf dem Zielmetall ab. Das aufgebrachte Metall wird als Abscheidungsmetall bezeichnet, während das darunterliegende Material bzw. das Werkstück als Substratmaterial bezeichnet wird.

Zu den Hauptkomponenten einer Galvanikanlage gehören die Kathode (das zu beschichtende Objekt), die Anode (ein Metall, das Ionen für die Beschichtung liefert) und die Elektrolytlösung, die gelöste Ionen enthält. Ein Gleichstromnetzteil liefert die für die Abscheidung erforderliche elektrische Energie. Zur Galvanikanlage gehört außerdem ein Prozessleitsystem zur Steuerung der Prozessparameter.

Das bei der Galvanisierung am häufigsten verwendete Metall ist Nickel. Angenommen, Stahl soll mit Nickel galvanisiert werden; dann fungiert das Nickel als Anode, während der Stahl die Kathode bildet. An der Anode gibt das Nickelmetall Elektronen ab und wird so zu einem Ion.

Ni → Ni²⁺ + 2e⁻

An der Kathode nehmen die Nickelionen in der Umgebung des Stahls Elektronen auf und bilden so metallisches Nickel.

Ni²⁺ + 2e⁻ → Ni

Als Faustregel gilt, dass das Werkstück in der Regel als Kathode betrachtet wird. Die Art des abgeschiedenen Metalls bestimmt die Art der Galvanisierung. So wird beispielsweise bei der Vernickelung Nickel auf das Werkstück aufgebracht, während bei der Verzinkung Zink auf das Werkstück aufgebracht wird.

Welche Werkstoffe lassen sich eloxieren oder galvanisieren?

Die Materialauswahl ist einer der deutlichsten Unterschiede zwischen Anodisieren und Galvanisieren. Das Anodisieren wird vor allem mit Aluminium und dessen Legierungen, Magnesium und Titan in Verbindung gebracht. Für das herkömmliche Eloxieren wählen Ingenieure in der Regel Aluminium. Allerdings lassen sich verschiedene Aluminiumlegierungen unterschiedlich eloxieren, was sich auf die Beschichtungsbildung, das Aussehen und die Gleichmäßigkeit auswirkt. So zeigen beispielsweise Kupfer und Zink ein unterschiedliches Verhalten, wenn sie mit anderen Legierungsbestandteilen wie Silizium und Magnesium kombiniert werden.

Die Materialauswahl für die Galvanisierung ist hingegen breiter gefächert. Zu den häufig verwendeten Substraten zählen Kohlenstoffstahl, Kupfer, Edelstahl, Aluminium, Messing, Zinklegierungen und Nickellegierungen. Die üblicherweise aufgebrachten Metalle sind Nickel, Zink, Kupfer, Chrom, Silber und Gold.

Wie unterscheiden sich Eloxieren und Galvanisieren hinsichtlich der Schichtdicke?

Es gibt keine allgemein gültige Vorgabe für die Schichtdicke bei Eloxal- oder Galvanisierungsverfahren. Die richtige Schichtdicke hängt von verschiedenen Faktoren ab, wie beispielsweise dem Grundmaterial, der Maßtoleranz, dem Einsatzzweck des Bauteils und der Korrosionsumgebung.

Dicke der Eloxalschicht

Bei dünnen dekorativen Oberflächen beträgt die Eloxalschichtdicke nur wenige Mikrometer. Bei der Harteloxierung kann diese Dicke bis zu 100 µm erreichen. Der „Aluminum Anodizers Council“ unterteilt Architekturaluminium in zwei Klassen. Klasse I sieht eine Mindestdicke von ca. 18 µm vor, während Klasse II eine Mindestdicke von ca. 10 µm vorsieht.

Schichtdicke bei der Galvanisierung

Die Beschichtungen bei der Galvanisierung variieren je nach Anwendungszweck und reichen von dünnen dekorativen Schichten bis hin zu dickeren technischen Beschichtungen, die der strukturellen Festigkeit dienen. So ist beispielsweise eine dekorative Chrombeschichtung nur wenige Mikrometer dick. Nickelbeschichtungen hingegen sind mehrere bis zu mehreren zehn Mikrometer dick. Hartchrom kann je nach Anwendungszweck eine Dicke von mehreren zehn oder sogar mehreren hundert Mikrometern aufweisen.

Welcher Prozess sorgt für eine härtere Oberfläche?

Die durch Anodisieren und Galvanisieren erzielte Härte hängt von den verwendeten Verfahren und Materialien ab. Bei der Wahl von Aluminium als Werkstoff lassen sich beispielsweise, je nach verwendeter Legierung, Mikrohärtewerte von bis zu 400 HV erzielen. Durch das Hartanodisieren entsteht eine keramikähnliche Aluminiumoxidschicht, die den Einsatz von Aluminium in korrosiven Umgebungen ermöglicht.

Bei der Hartverchromung ist die Oberflächenhärte sogar noch höher. Der Härtebereich kann zwischen 750 HV und 1050 HV liegen.

Anhand der Oberflächenhärte lässt sich nicht feststellen, welches Verfahren dem anderen überlegen ist. Es sind weitere Faktoren zu berücksichtigen, wie beispielsweise der Korrosionsmechanismus, die Haftfestigkeit der Beschichtung und die Härte des Untergrunds.

Welches Material bietet eine bessere Korrosionsbeständigkeit?

Es gibt keine Methode, die bei der Erzielung von Korrosionsbeständigkeit einer anderen überlegen ist. Die durch die Anodisierung entstehende Aluminiumoxidschicht macht Aluminium widerstandsfähig gegen Umwelteinflüsse. Nach der Anodisierung wird die Schicht jedoch versiegelt, um die Durchlässigkeit aufgrund ihrer porösen anodischen Struktur zu verringern. Bei ordnungsgemäßer Hartanodisierung und Versiegelung findet Aluminium selbst in stark korrosiven Umgebungen breite Anwendung.

Die Wirksamkeit der Galvanisierung bei der Erzielung von Korrosionsbeständigkeit hängt von der Beschichtungsstruktur und der Beschaffenheit des abgeschiedenen Metalls ab. Ingenieure setzen bei der Galvanisierung häufig Zink ein, da es einen opfernden Korrosionsschutz bietet. Die Norm ASTM B633 enthält Richtlinien zur galvanischen Abscheidung von Zink auf Stahl und Eisen. Darin ist festgelegt, dass das Bauteil für einen wirksamen Korrosionsschutz zusätzlichen Behandlungen wie beispielsweise einer Passivierung unterzogen werden muss.

Weder durch Eloxieren noch durch Galvanisieren lässt sich ohne eine zusätzliche Behandlung eine höhere Korrosionsbeständigkeit erzielen als mit der jeweils anderen Methode. Es ist wichtig, eine Versiegelung oder eine Nachbehandlung durchzuführen, um Risse, Poren und Unregelmäßigkeiten zu vermeiden und die Korrosionsbeständigkeit zu verbessern.

Wann sollten Ingenieure die Eloxierung der Galvanisierung vorziehen?

Es gibt einige Bereiche, in denen das Eloxieren besser geeignet ist als das Galvanisieren. Erstens wird das Eloxieren vor allem dort bevorzugt, wo Aluminium als Konstruktionselement zum Einsatz kommt. Bei solchen Anwendungen legen Ingenieure in der Regel Wert darauf, das Aussehen des Aluminiums zu erhalten. Das Verfahren eignet sich sogar dann, wenn Ingenieure schwarze, klare oder andere Farben beibehalten möchten. Um die schwarze Farbe zu erhalten, wird ein spezielles, auf Färbung basierendes Verfahren zur schwarzen Anodisierung eingesetzt. Zweitens wird die Anodisierung dort eingesetzt, wo die Beschichtung dauerhaft oder fest mit dem Untergrund verbunden sein soll. Dies trägt dazu bei, ein Abblättern der Beschichtung zu verhindern und somit die Korrosionsbeständigkeit zu gewährleisten. Drittens bevorzugen Ingenieure die Anodisierung, wenn sie keine dicke metallische Reparaturbeschichtung benötigen.

Zu den Anwendungsbereichen zählen beispielsweise Elektronikgehäuse, Automobilverkleidungen, Kameragehäuse, optische Geräte und Kühlkörper. Die Eloxierung wird in dekorative und technische Anwendungen unterteilt. Die Richtlinien für die dekorative und schützende Anodisierung von Aluminium sind in der Norm ISO 7599 festgelegt. Die Norm ISO 10074 enthält hingegen Richtlinien für die Hartanodisierung in technischen Anwendungen.

Wann sollten Ingenieure stattdessen auf Galvanotechnik zurückgreifen?

Manchmal entwickeln Ingenieure ein System oder eine Komponente so, dass deren Oberfläche eine bestimmte Metalleigenschaft aufweist. Dies lässt sich effektiv durch Galvanisieren des Substrats mit dem gewünschten Metall erreichen. Zu den Eigenschaften, die Ingenieure bei verschiedenen Beschichtungsmetallen anstreben, gehören unter anderem elektrische Leitfähigkeit, geringer Kontaktwiderstand, hohe Oberflächenhärte und Verschleißfestigkeit. Manchmal streben Hersteller Lötbarkeit, geringe Reibung, ein metallisches Erscheinungsbild und chemische Beständigkeit an.

Zu den typischen Anwendungsbereichen zählen verzinkte Stahlbefestigungselemente zur Korrosionsbeständigkeit, verkupferte Bauteile für elektrische Kontakte und vergoldete Metallketten zu dekorativen Zwecken.

Schlussfolgerung

Das Eloxieren und das Galvanisieren unterscheiden sich in mehrfacher Hinsicht. Der Hauptunterschied besteht darin, dass beim Anodisieren der natürlich ablaufende Oxidationsprozess verstärkt wird, während beim Galvanisieren ein Metall auf die Oberfläche eines anderen Metalls aufgebracht wird. Das Anodisieren bietet zwar eine verbesserte Korrosionsbeständigkeit und dekorative Möglichkeiten, erreicht jedoch in der Regel nicht das gleiche Maß an Verschleißfestigkeit wie bestimmte Oberflächenbehandlungen, beispielsweise Hartverchromung oder PVD-Beschichtungen (Physical Vapor Deposition). Zudem ist das Eloxieren nicht bei allen Metallen anwendbar. Die endgültige Entscheidung muss unter Berücksichtigung aller Produktmaterialien, Anwendungsbedingungen, Leistungsanforderungen und des Budgets sowie unter Einbeziehung des Gesamtkontexts getroffen werden.