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Entfetten und Reinigen von Aluminium
Vor einer schichtbildenden Oberflächenbehandlung müssen die vom Fertigungsprozess verbliebenen Rückstände (Öl, Fett, Schmiermittelreste, Metallabrieb, Schmutz) entfernt werden. Für diesen Behandlungsabschnitt können Lösungsmittelreiniger, Emulsionsreiniger oder wässrige Reinigerlösungen verwendet werden. Lösungsmittelreiniger für Aluminium und dessen Legierungen sind das nichtbrennbare Perchloräthylen und das physiologisch unbedenkliche 1,1,1-Trichloräthan. Mit diesen Chlorkohlenwasserstoffen werden, häufig in der Dampfphase, Öle und Fette sehr gut von den Oberflächen abgelöst. Fettsäuren, Seifen, anorganische Salze und andere Verunreinigungen werden dagegen nur unzureichend entfernt. Emulsionsreiniger sind Zweibasenreiniger, bei denen mit Wasser nicht mischbare organische Lösungsmittel, wie Kohlenwasserstoffe oder Chlorkohlenwasserstoffe, mit Hilfe von oberflächenaktiven Stoffen in Wasser dispergiert sind. Das Schmutzentfernungsvermögen ist dem der alkalischen, wässrigen Reinigerlösungen erheblich unterlegen. Emulsionsreiniger besitzen deshalb geringere Bedeutung. Heute werden überwiegend wässrige Reinigerlösungen eingesetzt. Sie sind wirtschaftlicher als die Lösungsmittel- oder Emulsionsreiniger und auch wirkungsvoller. Man unterscheidet je nach dem pH-Bereich der wässrigen Lösung alkalische Reiniger, Neutralreiniger und saure Reiniger. Im alkalischen und sauren Bereich reagieren z.B. Aluminiumwerkstoffe mit der Reinigerlösung, wenn nicht durch Zusatz inhibierender Stoffe diese Beizresktion verhindert wird.
In manchen Fällen ist dieser Vorgang wünschenswert, weil dadurch die Entfettung und Reinigung wesentlich beschleunigt wird. Der bei der Reaktion sich bildende Wasserstoff sorgt für eine starke Bewegung der in direktem Kontakt mit dem Metall befindlichen Flüssigkeitsschicht. Dabei kommt es zu einer Abhebung der Verunreinigungen aufgrund der starken Gasentwicklung. Hauptbestandteile alkalischer Reiniger sind anorganische Salze, oberflächenaktive Stoffe und inhibierend wirkende Substanzen, z.B. Silikate zur Verringerung der Verhinderung der Beizreaktion. Zu den wichtigsten Gerüstsubstanzen gehören die Alkalicarbonate, -silikate, -phosphate und -borate. Carbonate greifen Aluminiumoberflächen relativ stark an. Die sehr guten Entfettungs- und Reinigungseigenschaften sowie das hohe Schmutzentfernungsvermögen der silikathaltigen Reiniger sind vor allem auf die Polymerstruktur der Silikate zurückzuführen. Diese Polyelektrolyte tragen wesentlich zur Entfernung von organischen Verbindungen und anorganischen Verunreinigungen bei. Bei der Verwendung silikatfreier Reiniger tritt die Beizreaktion in den Vordergrund. In erster Linie ist der Beizangriff vom pH-Wert der Lösung abhängig.
Während im pH-Bereich 7-9 nur eine geringe Auflösung des Aluminiums zu verzeichnen ist, steigt der Beizangriff bei pH 9-11 stark an. Hohe Reinigungsanforderungen werden an Reinigungsmittel gestellt, die zur Behandlung von Bändern und Tafelblechen in Durchlaufanlagen eingesetzt werden. Wegen der hohen Transportgeschwindigkeit und dem großen Materialdurchsatz können nur Produkte mit sehr gutem Entfettungs- und Reinigungsvermögen und hoher Öl- und Schmutzbelastbarkeit verwendet werden. Bevorzugt werden stark alkalische, silikatfreie Reiniger.
Diese greifen die Aluminiumoberfläche an, was zu einer erheblichen Beschleunigung führt, so dass auch bei sehr kurzen Behandlungszeiten gute Reinigung erfolgt. Als Neutralreiniger bezeichnet man Produkte, die in wässriger Lösung einen pH-Wert 6,5-7,5 ergeben. Es sind entweder Tensidlösungen ohne Zusatz anorganischer Substanzen oder in wässriger Lösung neutral reagiernede Alkalisalze mit Zusatz von oberflächenaktiven Verbindungen. Hauptsächlich werden diese Entfettungs- und Reinigungsmittel zur Nachbehandlung polierter Aluminiumwerkstücke eingesetzt. Für die Reinigung von Aluminium und seiner Legierungen werden auch saure Produkte verwendet. Diese enthalten saure Ortho- oder Pyrophosphate, oberflächenaktive Substanzen und oft noch Inhibitoren. In wässriger Lösung liegt der pH-Wert zwischen 4 und 6. Der Beizangriff ist jedoch niedriger als bei Verwendung alkalischer Reiniger. Die sauren Reinigungsmittel werden überwiegend im Spritzverfahren angewendet. Bei der Herstellung von Aluminiumdosen für Lebensmittel haben sich spaziell zusammengesetzte stark saure Spritzreiniger bewährt, z.B. Bonder A1 V 550.
Bei Verwendung von Silikaten wird im pH-Bereich unter 12 der Beizangriff völlig unterbunden. Silikate gehören zu den wirkungsvollsten Inhibitoren für Aluminium. Die entstehenden Silikatfilme können jedoch bei anschließenden chemischen Oberflächenbehandlungen (Beizen, Glänzen, Phosphatieren, Chromatieren) zu erheblichen Störungen führen.
In phosphathaltigen Reinigern werden sowohl Orthophosphate als auch kondensierte Phosphate verwendet. Aus der Reihe der Borate werden vorwiegend die Tetraborate benutzt. Diese Wirken in nicht allzu stark alkalischen Lösungen als Inhibitoren. Wegen des starken Einflusses, den Silikate bei der Reinigung und Weiterverabreitung von Aluminium ausüben, teilt man die alkalischen Reinigungsmittel in silikathaltige und silikatfreie Produkte ein. Siehe auch Metallentfettung.