09.07.2014
Eloxalverfahren
Beim Eloxieren erhält Aluminium eine robuste Oberfläche
Aluminium gilt als nicht eben edles Material: Es ist zwar leicht, doch seine Oberfläche ist weich, bekommt schnell Kratzer und sieht stumpf aus. Anders jedoch, wenn das Metall und seine Legierungen eloxiert sind – dann wird es nicht nur unempfindlicher, sondern kann auch eine geradezu edle Anmutung erhalten. Das dabei angewandte Eloxalverfahren ist deshalb außergewöhnlich, da nicht von außen ein Beschichtung aufgetragen wird, sondern der Beschichtungsstoff aus dem Material selbst stammt.
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Der Name Eloxal ist ein aus drei Begriffen zusammengesetztes Kunstwort: Elektrolytische Oxidation von Aluminium. Das Verfahren ist mit dem Galvanisieren verwandt, denn in beiden Fällen wird elektrischer Strom als Hilfsmittel bei der Bearbeitung der Oberflächen verwendet. Soll ein Aluminiumstück eloxiert werden, muss es zunächst gereinigt werden. Mit Natronlauge wird es entfettet und gebeizt, nach einer Spülung mit Wasser folgt dann eine Behandlung mit Salpetersäure, die Fremdmetalle und bereits oxidiertes Aluminium von der Oberfläche entfernt.
Nach einer erneuten Reinigung mit Wasser kann das eigentliche Eloxalverfahren beginnen. Hierbei wird das Werkstück in Schwefelsäure getaucht und dabei an den Pluspol einer Stromquelle angeschlossen. Der Minuspol der Stromquelle befindet sich in der Schwefelsäurelösung. Wird nun eine elektrische Spannung angelegt, beginnt eine sogenannte Elektrolyse, bei der Elektronen an den Polen der Spannungsquelle ausgetauscht werden.
Hierbei reagiert das Aluminium zu Aluminiumoxid – eine Verbindung, die nicht nur sehr viel härter ist als das ursprüngliche Metall, sondern das Aluminium auch als Schicht vor weiterer Oxidation durch den Sauerstoff der Luft schützt. Interessanterweise ist diese Schicht nicht glatt und eben, sondern weist eine Vielzahl winziger Poren auf.
Diese entstehen, wenn die sich ganz am Anfang der Elektrolyse bildende Oxidschicht stellenweise aufreißt. Während über die offenen Stellen weiterhin ein Ladungsaustausch stattfinden kann, wächst die Oxidschicht dazwischen weiter – jedoch nicht nach außen, sondern nach innen in das Material hinein. So entstehen immer tiefere Poren, deren Umfassungen fest mit dem eigentlichen Werkstück verbunden sind. Die Oberfläche dieser Eloxalschicht ist daher im Vergleich zum ursprünglichen Material sehr hart und widerstandsfähig.
Bisher wurde keinerlei Material von außen zugeführt, was das Eloxalverfahren grundlegend von herkömmlichen Beschichtungsverfahren und auch vom Galvanisieren unterscheidet. Das ändert sich jedoch, wenn eine farbige Eloxierung gewünscht wird. Hierzu wird das Werkstück direkt nach der Elektrolyse in eine Farbstofflösung getaucht. Die Farbstoffmoleküle dringen dann in die feinen Poren ein und binden sich im oberen Bereich der Öffnungen fest an das Material. Dies macht die Oberfläche sehr unempfindlich gegen mechanische Belastungen.
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Neben diesem sogenannten adsorptiven Farbverfahren gibt es das elektrolytische Färben. Dabei werden der Elektrolytlösung noch während des Eloxierens Farbstoffe zugesetzt, die durch elektrochemische Kräfte in die Poren getrieben werden und am Fuß der Porenöffnungen eine Verbindung mit dem Material eingehen. Zum elektrolytischen Färben wird in der Regel Wechselstrom verwendet.
Für beide Färbeverfahren sind spezielle Farbstoffe auf dem Markt – darunter Metallsalze wie Zinnsulfat. Es gibt jedoch eine kleine Schar von Hobbybastlern, beispielsweise aus der Fahrrad- oder Modellbauszene, die ihre Aluminiumteile selbst eloxieren, und hier zeigt sich, wie vielseitig das Verfahren ist: Im Prinzip können alle wasserlöslichen Farben verwendet werden, darunter Textilfarben oder Farbstoffe für Druckertinten. Entsprechend groß ist die Farbvielfalt: So können nahezu alle Farbtöne der gängigen Farbkarten erzeugt werden.
Da sich die Farbstoffe in jedem Fall innerhalb der Poren befinden, sind farbige Eloxalbeschichtungen in der Regel sehr widerstandsfähig gegen mechanischen Abrieb. Dazu muss die Oberfläche allerdings – wie beim Eloxieren ohne Farbe auch – verdichtet werden. Dies geschieht denkbar einfach in einem Bad mit kochendem Wasser. Das Wasser reagiert dabei mit dem Aluminiumoxid zu Aluminiumoxid-Hydrat, wobei sich die Poren schließen und eine geschlossene, robuste Oberfläche entsteht. (ud)
