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Aluminium wird hart

| Redakteur: Peter Reinhardt

Aufgrund ihres geringen Gewichtes spielen Leichtmetalle wie Aluminiumlegierungen bei der Konstruktion von medizintechnischen Bauteilen und Geräten eine immer größere Rolle. Mit zunehmenden Anwendungsbereichen steigen aber auch die Anforderungen hinsichtlich Verschleiß- und Korrosionsschutz.

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Röntgenuntersuchung: Die Oberfläche eines solchen C-Bogens aus hochfester Aluminium-Gusslegierung wird durch eine hartanodische Oxidation mit eingelagerten PTFE-Gleitstoffen veredelt.
Röntgenuntersuchung: Die Oberfläche eines solchen C-Bogens aus hochfester Aluminium-Gusslegierung wird durch eine hartanodische Oxidation mit eingelagerten PTFE-Gleitstoffen veredelt.
(Bild: Siemens)

Technisch Eloxal und Hart-Eloxal sind klassische Anodisationen, die bei relativ niedrigen Temperaturen in einem Säure-Elektrolyten durchgeführt werden. Je nach Anforderung kann eine Technisch-Eloxal-Schicht ausreichen oder eine Harteloxal-Schicht erforderlich sein. Mitunter kommt auch die Kombination mit einer Tauchlackierung infrage.

Bei Technisch Eloxal wie auch bei Hart-Eloxal wird eine äußere Stromquelle verwendet, wobei das zu beschichtende Werkstück als Anode geschaltet ist. Der Aluminium-Grundwerkstoff wandelt sich an seiner Oberfläche in Aluminiumoxid um. Dabei wächst die Oxidschicht zum Teil nach innen, wodurch eine definierte Maßänderung des Bauteils entsteht. Besonders erwähnenswert ist der sehr gute Verbund mit dem Grundmaterial aufgrund atomarer Bindekräfte.

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Während der Anodisation wachsen Zellen – vorwiegend aus amorphem γ-Aluminiumoxid – senkrecht zur Aluminiumoberfläche. Jede Zelle hat eine Pore, deren Volumen und Durchmesser bei Schichten aus Hart-Eloxal sehr viel geringer sind als bei Technisch-Eloxal. Das steigert Härte, Verschleißfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit. Die Härte von Hart-Eloxal-Schichten hängt von Zusammensetzung und Struktur des Grundmaterials ab und liegt zum Beispiel bei der Legierung AlMgSi1 mit einer Schichtdicke von 30 bis 50 µm im Bereich von 450 bis 480 HV 0,025. Mit einer Technisch-Eloxal-Schicht lassen sich dagegen nur Härten von 250 bis 350 HV erzielen.

Hart-Eloxal im Einsatz

Unter dem Verfahrensnamen Hart-Coat beschichtet AHC Oberflächentechnik zum Beispiel Winkelrotoren von Mikroliterzentrifugen mit Hart-Eloxal. Solche Geräte finden sich unter anderem in Blutbanken und klinischen Labors, in denen Blut und andere Körperflüssigkeiten zentrifugiert werden. In der Forschung kommen die Zentrifugen bei der Extraktion von DNA, Proteinen und Enzymen zum Einsatz. Aus Gründen der Gewichtsersparnis werden die Winkelrotoren aus einer Aluminium-Legierung gefertigt. Die 40 µm dicke Schicht aus Hart-Eloxal schützt die Bauteile vor Korrosion.

Die verfahrensbedingten Poren in der Beschichtung lassen sich bei der Nachbehandlung nutzen. Der Verschluss der Poren beispielsweise durch Heißwassernachverdichtung erhöht die Korrosionsschutzwirkung der Oberfläche. Die Einlagerung von PTFE-Partikeln verbessert zudem die Gleiteigenschaften. Eine so imprägnierte Schicht wird zum Beispiel für C-Bögen von Patientenlagerungstischen für Röntgenanlagen verwendet. Deren universelle Bewegungsmöglichkeiten ermöglichen unterschiedliche Projektionen und Untersuchungen von Kopf bis Fuß, ohne Patienten umzulagern. Da die Bewegungen des C-Bogens absolut vibrationsfrei erfolgen müssen, hat der Hersteller der Röntgenanlagen konsequent aktuelle Leichtbau-Erkenntnisse berücksichtigt. Der zuvor verwendete Stahlguss wurde von einer hochfesten Aluminium-Gusslegierung abgelöst. Dadurch wird nicht nur die Masse erheblich reduziert, sondern auch ein verfahrensspezifischer, außergewöhnlich großer C-Arm-Radius von 850 mm erzielt. Die notwendige Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit erhält der C-Bogen durch eine etwa 50 µm dicke Schicht aus Hart-Eloxal mit eingelagerten PTFE-Gleitstoffen.

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