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Mai 08

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Wie eloxier ich Aluteile?

Nach der Herstellung oder Bearbeitung eines Werkstücks kann man Aluminium durch Eloxieren mit einer extrem harten, kratzfesten Oberfläche versehen, die sich zudem noch sehr einfach in verschiedensten Farben einfärben lässt. Da dies für die Bastler-Fraktion unter den Treibern von japanischen Leichtbauraketen auf zwei Rädern interessant ist, soll diese Anleitung dem Interessierten dazu dienen, eine Möglichkeit zu beschreiben, wie man mit leicht zu beschaffenden Mitteln und ohne große Kenntnisse erstaunlich schöne Ergebnisse erzielen kann.

Was bedeutet Eloxieren?
Eloxieren nennt man das elektrische Oxidieren von Metalloberflächen (Elox = elektrolytisches oxidieren). Dabei wird durch einen elektrochemischen Prozess die Oberfläche des Metalls chemisch umgewandelt und bis zu einer gewissen Dicke porös. Die poröse Eloxalschicht dringt nicht in das Material ein, sondern wächst auf der Oberfläche auf. Nach dem Eloxieren werden die Poren der Eloxalschicht durch Verdichten geschlossen und die chemische Zwischenverbindung in ihre Endform überführt. Taucht man das Bauteil vor dem Verdichten in einen geeigneten Farbstoff, so lagert sich dieser in den Poren ein und wird nach dem Verdichten in die Eloxalschicht eingeschlossen.

Was benötig man dafür?
Die benötigten Materialien sind leicht beschaffbar und nicht teuer.
Chemikalien:
1.) Schwefelsäure (spez. Gewicht ca. 1,1 g/cm^3, entspricht 15-20%ig), Menge: je nach Größe des Werkstückes; Batteriesäure aus dem KFZ Handel ist entsprechend zu verdünnen
2.) Natriumhydroxid NaOH (Apotheke) – nicht zwingend nötig aber ratsam

3.) Destilliertes Wasser

4.) Farbe: Am besten sind spezielle Eloxalfarben, die es wohl kaum in den von Hobbyisten benötigten Mengen zu kaufen gibt. Sehr geeignet für Bastler ist Textilfarbe aus dem Supermarkt.

Materialien/Geräte:
1.) Batterieladegerät, Konstantstromquelle o.Labornetzteil
2.) Bleiplatte/-blech als Kathode (Minuspol)
3.) Aluminiumdraht zum verdrahten des Werkstücks
4.) Zwei genügend große Plastikbehälter für das Eloxier- und Färbebad
5.) in hitzefester Behälter (Einmachtopf o.ä.) zum Verdichten.

Was kann man eloxieren?
Wie gut sich ein Werkstück eloxieren lässt, hängt hauptsächlich von der verwendeten Legierung ab. Während Aluminium-Silizium-Legierungen recht schlecht die Eloxalschicht ausbilden, sind Aluminium-Magnesium-Legierungen gut geeignet. Prinzipiell gilt aber: Je reiner das Aluminium in der Legierung vorliegt, desto besser lässt es sich eloxieren. Leider ist in den meisten beim Mopped verwendeten Legierungen ein recht hoher Siliziumanteil enthalten. Dennoch lassen sich sehr schöne Ergebnisse erzielen, die allemal besser aussehen als Lackierungen oder wie das Werkstück unbehandelt zu lassen. Professionelle Betriebe würden von einigen Legierungen von vornherein die Finger lassen und sagen das geht nicht. Von deren hohen Qualitätsstandpunkt aus gesehen haben diese auch völlig recht.
Dennoch staunt man nicht schlecht, was sich trotz dieses Umstandes schon mit einfachen Mitteln bewerkstelligen lässt.

Während des Eloxiervorgangs wächst die Eloxalschicht auf der Materialoberfläche auf und das Werkstück wird etwas dicker. Bei sehr passgenauen Teilen also aufpassen und vorher ein wenig Material abtragen, oder Stellen die frei bleiben sollen mit Heißleim isolieren. Die Dicke der Schicht hängt von der Legierung, der Stromdichte , der Güte des Elektrolytes, Temperatur und der Zeit ab. Aufgrund der hieraus möglichen Streuungen im Individualfall, kann man keine genaue Aussage über die Dicke der entstehenden Schicht machen. Es gibt zwar Formeln, die sich der Bastler aber nicht antun muss, diese setzen stabile Bedingungen voraus.
Also ein gutes Auge und Gefühl sind entscheidend. Mit der Zeit und nach einigen Versuchen mit Probestücken bekommt man ein gutes Gefühl für die Sache.
Nur Mut, es ist wirklich einfach!

Arbeitsschritte

1.) Säubern

Eine ganz wichtige Vorraussetzung für eine erfolgreiche Eloxierung ist, dass das Werkstück absolut fett- und staubfrei ist ! Jeglicher Dreck etc. auf der Oberfläche verhindert an dieser Stelle die Bildung der Eloxalschicht. Deswegen ist es gut, das Werkstück vorher mit Natronlauge (NaOH-Lösung) gründlich zu waschen (bzw. leicht anzubeizen) und nachher mit destilliertem Wasser abzuspülen. Hierbei darauf achten, dass nicht wieder neuer Schmutz auf die Oberfläche gelangt (Fingerabdrücke, etc.). Bei siliziumhaltigen Legierungen aufpassen, diese oxidieren aus und verfärben sich schwarz, in jedem Fall vorher testen. Ansonsten geht auch Bremsenreiniger, leider entfernt der keine Fremdmetalle von der Oberfläche.
Vorsicht! Natriumhydroxid ist stark ätzend. Jeglichen Hautkontakt vermeiden. Unbedingt eine Schutzbrille und Handschuhe tragen.
Zu lange sollte man das Werkstück nicht in der Lauge lassen, da diese extrem agressiv ist und das Aluminium auf der Oberfläche abträgt.
Noch etwas zur Oberfläche, die man nach dem Eloxieren erhält: Eloxieren kaschiert keinesfalls schlecht bearbeitete Oberflächen, Kratzer, etc. Was vorher versemmelt wurde, wird auch durch Färben und Eloxieren nicht besser. Kratzer treten noch deutlicher hervor. Am besten mit 800er Schmirgelpapier die Oberfläche schön glatt schleifen oder polieren.

2.) Eloxieren
Der eigentliche Eloxiervorgang findet in 15-20 prozentiger Schwefelsäure statt (ca.20°C). Die genaue Konzentration ist dabei unerheblich. Wer an normale Batteriesäure (ca. 37% H2SO4) kommt, kann durch Mischung mit destilliertem Wasser im Verhältnis 1:1 einfach die Eloxierlösung herstellen. Hierbei und insbesondere beim Verdünnen von konzentrierter Schwefelsäure gilt: Niemals das Wasser direkt in die Schwefelsäure kippen – immer umgekehrt: Langsam die Schwefelsäure in das (möglichst kalte) destillierte Wasser einrühren. Da sich das Gemisch beim Verdünnen stark erwärmt, besteht sonst Spritz- und Verdampfungsgefahr! Natürlich gilt auch hier: Unbedingt Schutzbrille, Handschuhe und alte Kleidung tragen!
Ist das Elektrolyt nun hergestellt, kann es später bedenkenlos in geeigneten Kanistern aufbewahrt werden.
Das zu eloxierende Teil sollte möglichst in der Lösung hängen, da nur die der Säure ausgesetzten Oberflächen reagieren können. Dies erreicht man am einfachsten durch Aluminiumdraht, der z.B. durch im Werkstück vorhandene Ösen gezogen wird oder eine dünne Aluminiumstange mit Haken. Da über die Befestigung gleichzeitig der Strom fließt, sollte die Verbindung möglichst fest und die Kontaktstelle möglichst großflächig sein. Das widerspricht naturgemäß der Forderung nach möglichst wenig abgedeckter Oberfläche (da diese eben nicht eloxiert wird). Meist reicht es aber, den Draht mehrmals möglichst fest um das Werkstück zu wickeln. Dieser liegt dann an den Kanten auf, so dass man auf den großen Oberflächen keine Fehlstellen erhält. Wichtig ist übrigens, auch wirklich nur Aluminium für die Halterung in der Säure zu verwenden – Kupfer, Eisen etc. funktionieren nicht (Stichwort: elektrochemische Spannungsreihe der Metalle)!
Unser Werkstück bildet die Anode – wir schließen also hier den Pluspol unserer Stromquelle an. Die Kathode -Minuspol bildet unsere Bleimatte und wir verbinden dieses mit dem Minuspol unserer Stromquelle.
Unbedingt darauf achten, dass eine möglichst gleichmäßige Verteilung der Stromdichte über der Oberfläche des Werkstückes erreicht wird. Daher die Bleimatte entsprechend ausrichten oder das Werkstück entsprechend drehen, wenden etc. Kurzschlüsse zwischen Werkstück und Bleimatte vermeiden.

Nun etwas zur erforderlichen Ladungsmenge: Empfohlen wird ca. 1 Ampere pro Minute und Quadratzentimeter (entspricht etwa 900 Ampere pro Minute und Quadratfuß).
Das hört sich im ersten Moment vielleicht etwas viel an, stellt aber im Normalfall kein Problem dar. Zum besseren Verständnis mal ein kleines Beispiel:

– Aluminiumwürfel mit 10 cm Kantenlänge.
– Die verwendete Stromquelle liefere 5 Ampere.
Daraus ergibt sich:
Gesamtfläche des Würfels: 10 cm * 10 cm * 6 Seiten= 600 cm²
Der erforderliche Strom ist also 600 A für eine Minute, um das Werkstück komplett zu eloxieren (dies entspricht einer Ladungsmenge von 600*60 =36000As).
Da wir nur 5 Ampere zur Verfügung haben, müssen wir die Zeit im Säurebad entsprechend erhöhen.

Also:
Gesamtzeit: 36000As/5A = 7200 s
Das heißt, wir lassen unseren Würfel für zwei Stunden bei 5 Ampere im Bad.

Diese Werte sind natürlich nur grobe Anhaltspunkte, da das Ganze, wie oben bereits beschrieben, von verschiedenen Faktoren abhängt. Wichtig ist jedenfalls, daß man auch wirklich alle Flächen, die mit der Säure in Berührung kommen, in die Rechnung mit einbezieht.

Während des Eloxiervorganges bildet sich bei einigen Legierungen eine ganz leicht gelbliche Färbung heraus, andere werden einfach schön Hellgrau. Jedenfalls glänzt das Werkstück in den meisten Fällen nicht mehr so wie zu Beginn (je reiner das Alu, desto glänz). Das Werkstück lässt sich dann gut einfärben und versiegeln.

3. Färben
Zum Färben spült man die verbliebene Säure mit viel Wasser vom Werkstück ab und hält es dann direkt in die erwärmte Farblösung (auch hierbei gilt: nicht anfassen wegen möglicher Fingerabdrücke). Zur Konzentration der Lösung kann man leider nicht viel sagen – sie hängt zu stark vom verwendeten Farbstoff, dem gewünschten Farbton und der Intensität ab. Auch hier ist vorheriges Üben mit kleinen Probestücken angesagt.
Sauber arbeiten, da verbleibende Schwefelsäure die Textilfarbe einfach neutralisiert. Ist ein Färbevorgang fehlgeschlagen, einfach das Werkstück in Schwefelsäure halten, bis die Farbe weg ist. Nur den Farbstoff der Textilfarbe verwenden, auf keinen Fall Fixierer, Salz oder sonstiges beimischen.
Wer nicht färben mag, kann auch gleich zum Verdichten übergehen. Das ergibt dann ein silbrig-mattes Aussehen.

4.) Verdichten
Dieses ist der wesentliche Vorgang, um die extrem harte und strapazierfähige Eloxaloberfläche zu erzeugen – und dabei mit der einfachste!
Das Werkstück wird einfach für ca. 30 Minuten in kochendes (mindestens 98°C) Wasser gehalten – fertig
Durch Wasseraufnahme und die Hitze wird hierbei die Zwischenverbindung in ihre Endform überführt, die für die extreme Härte der Schicht verantwortlich ist.

Quelle: Klick mich

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