Eloxieren

[Uncle Ben's]

Die verwendeten Materialien sollten eigentlich überall preiswert erhältlich sein:
• Chemikalien:
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1. Schwefelsäure (spez. Gewicht ca. 1,1 g/cm^3, entspricht 15-20%ig)
Menge: je nach Größe der Metallstücke - erstmal ca. 5 Liter
2. Natriumhydroxid NaOH (gibt's z.B. in jeder Apotheke)
Menge: ruhig die Großpackung, da günstig: 750 Gramm
3. Destilliertes Wasser: 5 Liter (Kanister)
4. Farbe
Am besten sind natürlich spezielle Eloxalfarben. Als guter Ersatz hat sich früher bei mir Textilfarbe (z.B. "Simplicol" von Brauns-Heitmann) bewährt. Eine Berichte liegen mir auch zur erfolgreichen Färbung mit Lebensmittelfarbe vor.
Insbesondere die spezielle Eloxalfarbe ist hochgradig UV-beständig, da sie unter anderem für Verblendungen aus Aluminiumblech in Außenfassaden verwendet wird. Damit eloxierte Teile sind dann auch wirklich "pechschwarz"
• Materialien/Geräte:
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1. Batterieladegerät oder Konstantstromquelle oder Labornetzteil
2. Bleiplatte/-blech als Kathode (ca. 10 cm x 10 cm)
3. Dünner Aluminiumstab oder Aluminiumdraht zum Aufhängen des Werkstücks
4. Zwei entsprechend große Plastikwannen für das Eloxier- und Färbebad und ein hitzefester Behälter zum Versiegeln
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.
Wichtig: Während des Eloxiervorgangs wird das Werkstück etwas größer. Bei passgenauen Teilen also vorher ein wenig mehr Material wegnehmen. Leider habe ich zur Dicke der Schicht noch keine Informationen erhalten können.
übrigens lassen sich auch andere Metalle wie zum Beispiel Kupfer eloxieren. Dieser Artikel beschäftigt sich aber nur mit Aluminium und seinen Legierungen.









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.).
ACHTUNG ! Natriumhydroxid ist stark ätzend. Jeglichen Hautkontakt vermeiden. Unbedingt eine Schutzbrille und Handschuhe tragen. Bei Augenkontakt besteht Erblindungsgefahr !
Zu lange sollte man das Werkstück nicht in der Lauge lassen, da diese extrem agressiv ist und das Aluminium auf der Oberfläche abträgt (Vorsicht bei passgenauen Werkstücken !). Noch etwas zur schönen Oberfläche, die man nach dem Eloxieren erhält:
Eloxieren kaschiert keinesfalls schlecht bearbeitete Oberflächen, Kratzer, etc. Was vorher verpfuscht wurde, wird auch durch Färben und Eloxieren nicht besser. Katzer etc. treten meiner Meinung nach eher noch deutlicher zutage. Am besten mit Schmirgel feiner Körnung (feiner als 600) die Oberfläche schön glatt schleifen.
2. Eloxieren:
Der eigentliche Eloxiervorgang findet in 15-20 prozentiger Schwefelsäure statt. 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 giessen - 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 sowie alte Kleidung tragen !
Ist die Lösung nun hergestellt, kann sie recht bedenkenlos z.B. in Kanistern aufbewahrt werden. Dabei die Behälter deutlich kennzeichnen und keinesfalls Trinkgefäße (Flaschen, etc.) verwenden.
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 (meist rot gekennzeichnet) unserer Stromquelle an. Die Kathode bildet unser Bleiblech/rohr (oder was auch immer - es sollte halt aus Blei sein) und wir verbinden dieses mit dem Minuspol (meist schwarz) unserer Stromquelle.
Nun etwas zur erforderlichen Ladungsmenge: Empfohlen wird ca. 1 Ampere mal Minute und pro Quadratzentimeter (entspricht etwa 900 Ampere mal Minute und pro 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: Unser Werkstück sei ein 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 "schmoren".
Diese Werte sind natürlich nur grobe Anhaltspunkte, da das Ganze, wie oben bereits beschrieben, von der verwendeten Legierung 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 eine ganz leicht gelbliche Färbung heraus, jedenfalls glänzt das Werkstück nicht mehr so wie zu Beginn. Meiner Erfahrung nach läßt sich das Teil dann gut einfärben und versiegeln. Da es sich um ziemlich subjektive Wahrnehmung handelt, kann ich hierfür keine allgemeingültigen Werte angeben. Gegebenenfalls ein kleines Probestück eloxieren !

3. Färben:
Zum Färben spült man die verbliebene Säure mit Wasser vom Werkstück und hält es dann direkt in die Farblösung (auch hierbei gilt: nicht anfassen wegen möglicher Fingerabdrücke). Zur Konzentration der Lösung kann ich leider nicht viel sagen - sie hängt zu stark vom verwendeten Farbstoff, dem gewünschten Farbton und der Intensität ab. Viele Farbstoffe lagern sich z.B. besser ein, wenn das Farbbad erwärmt wird. Auch hier: mit kleinen Probestücken einen Test durchführen. Ich lasse meine Werkstücke für ca. 20 Minuten im Farbbad wobei ich ständig umrühre, um möglichst viel Farbstoff mit der Oberfläche in Berührung zu bringen.
Man muß natürlich nicht färben. Wer den schlichten "Alulook" mag, kann auch gleich zum Versiegeln übergehen. Das ergibt dann ein silbrig-mattes Aussehen.
Bis zu diesem Punkt ist es recht einfach möglich, bei schlechten Ergebnissen die ganze Prozedur abzubrechen und von vorne zu beginnen (d.h. säubern und abbeizen, eloxieren, etc.). Nach dem Versiegeln müßte man wieder mit Schmirgel und viel Kraft die harte Oberfläche abschleifen - bei Werkstücken, die genau gearbeitet sind, eine üble Sache.
Also: das Werkstück zu diesem Zeitpunkt genau auf Fehler untersuchen !

4. Versiegeln:
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 (nicht nur warmes !) 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.

Das Eloxieren geschiet auf eigene Gefahr