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Vor allem bei Hydraulikzylindern in der Schwerindustrie sind Hartchromschichten im Einsatz. Das Verfahren erlaubt es auch, im Automobilbau deutlich dünner und korrosionsbeständiger zu produzieren. - Bild: Shutterstock

Hartchrom ist als Endoberfläche vor allem auf Stoßdämpfern, Hydraulikbauteilen oder Kolbenringen kaum zu ersetzen: Das Material besticht durch seine hohe Härte und exzellentes Abriebverhalten sowie Verschleißfestigkeit.

Doch aufgepasst: Chromschichten tendieren auch zu Rissbildungen. „Mikrorisse lassen sich nicht vermeiden – im Gegenteil. Die wollen wir sogar haben, denn die bieten feine Kavernen auf Hydraulikzylinderoberflächen beispielsweise bei Baumaschinenhydraulikkolbenstangen.

In den Kavernen lagert sich das Öl an, was eine ständige Schmierung unterstützt. Umso feiner das Mikrorisswerk ist, desto besser ist der Korrosionsschutz“, erläutert Klaus Szameitat, Geschäftsführer Galvacon Industrieberatungen.

Korrosionsversagen durch Makrorisse

Unerwünscht hingegen sind Makrorisse. „Diese können im Fall einer Direktbeschichtung von Stahl als Substratmaterial zu frühzeitigem Korrosionsversagen führen.

Hinzu kommt, dass das Risiko diesbezüglich, mit zunehmender Dicke der einlagigen Hartchromschicht und gleichzeitiger Tendenz zur ungewünschten Makrorissbildung, steigt“, erklärt Klaus Leyendecker, Leiter des Bereichs Technische Nicht-Edelmetalle bei der Umicore Galvanotechnik.

Szameitat fügt hinzu: „Makrorisse können durch nicht optimierte Chromverfahren entstehen, denn es gibt verschiedene Zusammensetzungen dieser Chrombäder. Sie entstehen auch, wenn man mit falschen Abscheidungsparametern arbeitet oder wenn man eine mechanische Nachbearbeitung macht und diese nicht richtig durchführt. So wenn man beispielsweise beim Schleifen nicht richtig kühlt, entstehen diese durch Überhitzung.“

Nickel-Phosphorschicht als Schutz

Die Lösung: „Durch die Kombination von Hartchrom als Deckschicht und einer Lage von Nickel-Phosphor lässt sich der Korrosionsschutz selbst bei dünneren Hartchromschichten massiv verbessern“, erläutert Berater Szameitat, der unter anderem bei den Zulieferern der OEMs im Einsatz ist.

Die Verschleißfestigkeit sei sehr gut. „Da gerade bei dickeren Chromschichten die Gefahr von Makrorissen steigt, kann durch den Einsatz von Nickel-Phosphor-Schichten die Dicke der Chromschicht reduziert werden. Denn auch eine dünne Chromschicht reicht bereits aus, um die Verschleißfestigkeit zu erreichen. Und der Korrosionsschutz wird ja durch die Nickel-Phosphor-Schicht erreicht“, fügt Szameitat hinzu.

Das hört sich gut an, wobei „die Unternehmen einen höheren apparativen Aufwand haben“, sagt Leyendecker. Folgendes berichtet Szameitat zum Herstellungsverfahren: „Es ist ein großer Unterschied zwischen den stromlos erzeugten Nickelschichten, die wir in Deutschland schon seit über fünfzig Jahren im Einsatz haben. Dort wird das Bauteil stromlos hineingehängt und der Prozess chemisch gefahren. Allerdings ist dieser Prozess sehr teuer.“

Er werde bei hohen Temperaturen von über 90 Grad gefahren. Um eine Schicht von 10 µm abzubilden brauche man mindestens 60 Minuten. Das elektrolytische System von Umicore scheide 10 µm in höchstens 15 Minuten ab und arbeite bei 60 Grad. „Das ist ein enormer Vorteil von der Zeit und der Energie-Effizienz. Hinzu kommt noch eine wesentliche geringere Anlagengröße beim Elektrolysieren, denn beim chemischen Prozess benötigt man in etwa den fünf- bis sechsfachen Volumenanteil“, so der Berater.

Kostenrechnung für Sandwichschichten

Klaus Leyendecker stellt folgende Rechnung auf: Chrom kostet circa vier Euro für zehn Mikrometer/m2 für das Aufbringen der Schicht im Betrieb ohne Nebenkosten. Beim Aufbringen einer Nickel-Phosphor-Legierung liegt im Vergleich dazu der Kostenfaktor bei 1,8, was circa sieben Euro entspricht.

Durch das Aufbringen dieser Nickel-Phosphor-Legierung kann die Schichtdicke für Chrom allerdings um etwa die Hälfte oder mehr reduziert werden. Das entspricht dann nur noch zwei Euro pro Quadratmeter. Dafür gibt man aber 3,50 Euro mehr für die Nickel-Phosphor-Legierung aus. Somit zahlt man in Summe statt vier Euro 5,50 Euro pro Quadratmeter.

Was bedeutet das konkret? Damit erreicht man in der Schwerindustrie beispielsweise bei Hydraulikzylindern – hier bringt man 50 Mikrometer auf – Kosten von etwa 20 Euro pro Quadratmeter. Das kann jetzt durch jeweils 10 Mikrometer Chrom und Nickel-Phosphor ersetzt werden, was dann nur noch 10,80 Euro kostet. Damit sind die Kosten in etwa halbiert, die Eigenschaften bezüglich des Korrosionsschutzes sind zudem verbessert.