MAGOXID-COAT®/KEPLA-COAT®

MAGOXID-COAT ® /KEPLA-COAT ®
Funktionelle Veredelung
von Leichtmetallen
Ausgezeichnete Härte
Gute Maßhaltigkeit
Hohe Verschleißfestigkeit
Ausgezeichnete
Dauerschwingfestigkeit
Hervorragende
Korrosionsbeständigkeit
Gleichmäßiger
Schichtaufbau
Gute chemische
Beständigkeit
Hohe Thermoisolierung
MAGOXID-COAT ®
KEPLA-COAT ®

Funktionelle Veredelungen von Leichtmetallen
Plasmachemische Beschichtung
Was ist MAGOXID-COAT ® ? Was ist KEPLA-COAT ® ?
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Beide Verfahren sind anodisch
plasmachemische Oberflächenveredelungen
mit funktionellen
Eigenschaftsprofilen, die – in der
Summe – mit galvanischen
Schichten nicht zu erzielen sind.
Mit MAGOXID-COAT ® lassen sich
Magnesium-Legierungen, mit
KEPLA-COAT ® Werkstoffe aus Aluminium-
und Titan-Legierungen
veredeln.
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Der plasmachemische Prozess führt
dabei zu Oxidkeramikschichten,
die neben hohem Verschleiß- und
Korrosionsschutz weitere Anforderungen
wie Härte, gleichmäßiger
Schichtaufbau, Dauerschwingfestigkeit,
Maßhaltigkeit oder
Temperaturbelastbarkeit erfüllen.
Wie entstehen MAGOXID- und KEPLA-COAT ® -Schichten?
MAGOXID-COAT ® und KEPLA-COAT ®
sind elektrolytische Verfahren, bei
denen eine äußere Stromquelle verwendet
wird. Das zu beschichtende
Werkstück ist dabei als Anode geschaltet.
Die Oberfläche des Werkstoffes
wird in entsprechende Oxide
umgewandelt. Als Elektrolyte werden
Salzlösungen verwendet. Die Anodisation
erfolgt über Plasmaentladungen
im Elektrolyten an der Oberfläche
des zu beschichtenden Teiles.
Durch Einwirkung des im Elektrolyten
erzeugten Sauerstoff-Plasmas auf die
Metalloberfläche wird das Metall
partiell in kurzer Zeit erschmolzen
und es entsteht ein festhaftender
Oxidkeramik-Metallverbund auf dem
Werkstück.
Die erzeugte Oxidschicht wächst
aufgrund ihrer Volumenzunahme
zu 50 % nach außen. Kanten, Hohlräume
und Reliefs werden gleichmäßig
beschichtet, d.h. es findet
kein Kantenaufbau wie bei galvanischen
Verfahren statt.
Struktur von MAGOXID- und KEPLA-COAT ® -Schichten
Auf einer ersten dünnen Schicht,
der Sperrschicht, die in direktem
Kontakt zum Metallsubstrat steht,
befindet sich eine porenarme
Oxidkeramikschicht, auf der eine
(Alle in diesem Prospekt aufgeführten technischen
Werte gelten unter den dort genannten
Testbedingungen. Wir weisen deshalb ausdrücklich
darauf hin, dass auf Grund der
etwa gleich dicke porenreichere
Oxidkeramikschicht vorhanden ist.
Diese kann als Haftgrund für Lacke
und Imprägnierungen, wie zum
Beispiel mit PTFE, dienen.
unterschiedlichen Einsatzbedingungen nur
ein Praxistest beim Anwender Aufschluss über
die Leistungsfähigkeit der Schicht bzw. des
Schichtsystems geben kann.)

Entstehung einer MAGOXID-COAT ® - bzw.
KEPLA-COAT ® -Schicht durch Plasmaentladung
REM-Aufnahme einer KEPLA-COAT ® -Oberfläche auf AlMgSi1 (V = 1.000 : 1): Porenreich wie Tuffgestein
porenreiche Oxidkeramikschicht
porenarme Oxidkeramikschicht
Sperrschicht ~ 100 nm
Aluminium-, Titan- oder
Magnesiumsubstrat
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Schliffbild eines MAGOXID-COAT ® - veredelten Gewindes
Die Schemazeichnung verdeutlicht den
Oxidkeramik-Metall-Verbund beim
MAGOXID-COAT ® - bzw. KEPLA-COAT ® -Verfahren

Funktionelle Veredelungen von Leichtmetallen
MAGOXID-COAT ®
MAGOXID-COAT ® -Schicht – chemische Zusammensetzung
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Bei dieser Konversionsschicht
handelt es sich um eine kristalline
Oxidkeramik, die einen hohen
MAGOXID-COAT ® -veredelbare Werkstoffe
Mit dem MAGOXID-COAT ® -
Verfahren sind alle gebräuchlichen
Magnesium-Legierungen beschichtbar
wie AZ31, AZ61, AZ81,
MAGOXID-COAT ® -Schichtdicken und Toleranzen
Die maximal erzielbare Schichtdicke
ist legierungsabhängig. Bei
der Legierung AZ91 werden bei
20–30 µm Schichtdicke bereits die
funktionellen Eigenschaften erreicht.
MAGOXID-COAT ® -Korrosionsbeständigkeit
Bewertungskriterium für die
Korrosionsbeständigkeit ist der
neutrale Salzsprühtest nach
DIN EN ISO 9227. Für eine Untersuchung
wurde als Grundwerkstoff
AZ91HP (Platten von Norsk Hydro)
MAGOXID-COAT ® -Verschleißfestigkeit
Aufgrund ihrer hohen Dichte
und Zusammensetzung ist die
MAGOXID-COAT ® -Gleiteigenschaften
Die Oberflächenstruktur der
MAGOXID-COAT ® -Schicht ermöglicht
die Aufnahme von PTFE oder
anderen Schmierstoffen. Die Oxidschicht
liegt als erstarrte Schmelze
MAGOXID-COAT ® -Dauerschwingfestigkeit
Nach den Vorgaben der DIN 50 100
wurde die Dauerschwingfestigkeit des
Systems AZ91HP/ MAGOXID-COAT ®
(20 µm) untersucht. Die daraus erhaltenen
Wöhlerkurven zeigen, dass
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Anteil sehr resistenter Verbindungen
wie Spinelle, z.B. MgAl 2O 4, enthält.
AZ91, AM20, AM50, AM60 und
Legierungen mit einem Gehalt an
Seltenen Erden und Zirkonium wie
z.B. ZE41 und WE43.
Bei MAGOXID-COAT ® kann von
einer Toleranz von ±5 µm, bezogen
auf 20 µm mittlere Schichtdicke,
ausgegangen werden.
eingesetzt. Die darauf aufgebrachten
MAGOXID-COAT ® -Schichten
hatten eine Schichtdicke von 25 µm
und waren unterschiedlich nachverdichtet.
Die Ergebnisse sind in
der Tabelle auf Seite 5 dargestellt.
MAGOXID-COAT ® -Schicht
sehr verschleißbeständig.
vor mit entsprechendem Rauheitsprofil
(vgl. REM-Aufnahme Seite 5).
Daraus geht hervor, dass keine
Spitzen vorhanden sind, die zu
Schichtausbrüchen führen können.
durch die MAGOXID-COAT ® -
Beschichtung die Dauerschwingfestigkeit
des Grundmaterials
AZ91HP unwesentlich beeinträchtigt
wird.

Titelbild:
Planfräskopf aus AZ91 für Metallzerspanungen.
Er ist mit MAGOXID-COAT ® gegen Verschleiß
und Korrosion geschützt.
System Korrosionsbeständigkeit (in h)
MAGOXID-COAT ® 80–100
MAGOXID-COAT ® + Wasserglas 250–300
MAGOXID-COAT ® + Silan 430–600
MAGOXID-COAT ® + EP-Pulverlack 750–1.000
MAGOXID-COAT ® + Silan + EP-Pulverlack >1.000
Korrosionsprüfung von MAGOXID-COAT ® -Schichten nach DIN EN ISO 9227 und Bewertung nach
DIN EN ISO 10 289
Verschleißverhalten von anodischen Oxidschichten, Taber-Abraser-Test
(Rollen CS10, Last 10 N, Legierung AZ 91)
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Titelbild:
3-D-Laufrad aus AlZnMgCu0,5 mit 50 µm
KEPLA-COAT ® für Expansionsturbinen und
Turboverdichter
Trägerleiste für „On-Board“-Diagnose-System-
Verbindungen im Pkw (AZ91, mit MAGOXID-COAT ® )
REM-Aufnahme einer MAGOXID-COAT ® -Schicht in
500-facher Vergrößerung
Abriebversuche mit dem Stift-Scheibe-Tribometer nach DIN 50 324
(Versuchsbedingungen: F N = 10 N, v = 0,1 m/s, s = 1000 m)

Funktionelle Veredelungen von Leichtmetallen
MAGOXID-COAT ®
MAGOXID-COAT ® – Sonstige Eigenschaften
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Durchschlagfestigkeit:
(Spitze/Platte)
13 V/µm nach ISO 2376
Aussehen und Farbe:
weiß-grau (AZ91); Tendenz zu
violetten Farbtönen (WE43, ZE41)
Härte:
Die Härte von MAGOXID-COAT ® -
Schichten ist aufgrund der geringen
Schichtdicke und des weichen
Basismaterials nicht eindeutig
bestimmbar.
Einsatzgebiete für MAGOXID-COAT ®
MAGOXID-COAT ® -Anwendungen
Mit einer Dichte von 1,74 g/cm³
ist Magnesium das leichteste
Metall unter den Konstruktionswerkstoffen.
Magnesium-
Legierungen mit MAGOXID-COAT ® -
Beschichtung bewähren sich seit
Jahren in folgenden Bauteilen:
Die MAGOXID-COAT ® -
Oberflächenveredelung kann
in vielen technischen Bereichen
angewendet werden, in denen
Magnesium-Werkstoffe besonderen
funktionellen Anforderungen
unterliegen, wie z.B.:
Antriebsräder
Dichtungselemente
Gehäuse
Hebel
Kupplungsteile
Rollen
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Rautiefe:
(R a nach DIN 4768)
z.B. AZ91: R a = 1,6 µm bei einer
Schichtdicke von 20 µm,
Ausgangsrautiefe R a = 0,5 µm
Ausgasrate:
Sie beträgt unter definierten
Vakuumbedingungen:
10-6Pa · l · s-1 · cm-2 Die Analyse des Restgases ergab
geringe Spuren an H2O. TML < 0,025 %
RML < 0,04 %
CVCM = 0 %
Armaturenbau
Automobilbau
Büro- und Datentechnik
Energietechnik
Haushaltgeräteindustrie
Lebensmittelindustrie
Luft- und Raumfahrt
Medizintechnik
Telekommunikation
Spulenkörper
Steuerkolben
Transportschienen
Verpackungsformen
Walzen
Zylinderrohre

Elektrotacker mit Magazin-Schieber aus
Magnesium-Druckguss mit MAGOXID-COAT ®
Bremskolben für Sportflugzeuge (Grundwerkstoff
AZ31, 25 µm MAGOXID-COAT ® )
Magnesium-Klischee für den Heißprägedruck von
Pharma-Verpackungen mit 20 µm MAGOXID-COAT ®
veredelt
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MAGOXID-COAT ® -Veredelung von diversen Druckgussteilen
Magnesiumradstern (Legierung
AZ91) mit MAGOXID-COAT ®
für Motorräder
Zahngehäuse aus AZ91 für Handschleifgerät,
beschichtet nach dem MAGOXID-COAT ® -Verfahren

Funktionelle Veredelungen von Leichtmetallen
KEPLA-COAT ®
KEPLA-COAT ® -Schichten – Chemische Zusammensetzung
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KEPLA-COAT ® -Schichten auf
Aluminium-Werkstoffen bestehen
bis zu 60 % aus α-Al 2O 3 (Korund),
KEPLA-COAT ® – veredelbare Werkstoffe
KEPLA-COAT ® eignet sich für fast
alle Aluminium-Knet-, -Guss- und
-Druckgusslegierungen.
KEPLA-COAT ® – Schichtdicken und Toleranzen
Die Schichtdicken sind legierungsabhängig
und betragen max.
150 µm. Für funktionelle Aluminiumbauteile
sind 40–60 µm üblich.
Die Schichtdickentoleranz auf
bearbeiteten Flächen beträgt je
nach Legierung bei einer Schichtdicke
von 50 ±10 µm. In speziellen
Fällen sind geringere Toleranzen
möglich.
KEPLA-COAT ® – Korrosionsbeständigkeit
KEPLA-COAT ® -Schichten auf Aluminium-Werkstoffen
widerstehen
aggressiven Gasen wie Chlor und
Bortrichlorid.
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der Rest besteht überwiegend aus
γ-Al 2O 3 und α-AlOOH (Böhmit).
Bei der Legierungsauswahl beraten
wir Sie gern.
Maßhaltigkeit:
Schichtwachstum ca. 50 % ins
Material, 50 % nach außen, ein
Materialverzug tritt nicht auf.
Im Salznebeltest DIN EN ISO 9227/
DIN EN ISO 10 289 weisen sie eine
Korrosionsbeständigkeit von mehr
als 3.000 Stunden bei 30 µm
Schichtdicke auf AlMgSi1 auf.

Zentrierring aus AlMgSi1 für Turbomolekularpumpen, beschichtet nach dem
KEPLA-COAT ® -Verfahren
Die Aufnahme zeigt einen metallografischen Schliff der
KEPLA-COAT ® -Schicht an einem Gewindekamm 200:1.
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Schlauchschlitzvorrichtung mit KEPLA-COAT ® -Schicht. Im Hintergrund ist
eine typische Blasfolienvorrichtung zu sehen, in der diese Vorrichtung
eingesetzt wird.
Vereinzelungs- und Zuführmaschine für biegeschlaffe Teile: Deutlich sind die mit
KEPLA-COAT ® beschichteten, grau-weißen Walzen aus AlMgSi1 zu sehen.

Funktionelle Veredelungen von Leichtmetallen
KEPLA-COAT ®
KEPLA-COAT ® -Verschleißfestigkeit
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Verschleißuntersuchungen mit dem
Taber-Abraser-Prüfgerät zeigen eine
sehr gute Abriebfestigkeit.
KEPLA-COAT ® -Gleiteigenschaften
Die Oberflächenstruktur der
KEPLA-COAT ® -Schicht ermöglicht
die Aufnahme von PTFE oder
anderen Schmierstoffen. Die Oxidschicht
liegt als erstarrte Schmelze
KEPLA-COAT ® -Dauerschwingfestigkeit
KEPLA-COAT ® -beschichtete
Substrate weisen eine wesentlich
höhere Dauerschwingfestigkeit auf
als Substrate mit vergleichbaren
Schichten. Sie beträgt 65–80 % der
Festigkeit vom Ausgangszustand
des Grundmaterials.
KEPLA-COAT ® – Sonstige Eigenschaften
Durchschlagfestigkeit:
(Spitze/Platte)
10 V/µm nach ISO 2376
Aussehen und Farbe:
im Allgemeinen grau-weiß
Härte:
abhängig von der Zusammensetzung
und der Struktur des
Grundmaterials. Sie liegt bei
der Legierung AlMgSi1 mit einer
Schichtdicke von 30–50 µm im
Bereich von 500 bis zu 1500 HV
0,025. Bedingt durch die spezifische
Ausbildung der Oxidschicht
wird nur die sog. „Scheinhärte”
gemessen, die maßgeblich von
dem Volumen der vorliegenden
Poren beeinflusst wird. In Zweifels-
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Die Verschleißrate liegt in der
Größenordnung von hartanodischen
Oxidschichten auf
Aluminium.
vor mit entsprechendem Rauheitsprofil
(vgl. REM-Aufnahme Seite 3).
Daraus geht hervor, dass keine
Spitzen vorhanden sind, die zu
Schichtausbrüchen führen können.
fällen kann eine Musterbeschichtung
bezüglich der zu erreichenden
Härte und Verschleißfestigkeit
Klarheit verschaffen.
Rautiefe:
(R a nach DIN 4768)
z.B. AlMgSi1: R a= 1,2 µm bei
einer Schichtdicke von 20 µm,
Ausgangsrauheit R a= 0,14 µm
Ausgasrate:
Sie beträgt unter definierten
Vakuumbedingungen:
10-6Pa · l · s-1 · cm-2 Die Analyse des Restgases
ergab geringe Spuren an H2O. TML < 0,025 %
RML < 0,04 %
CVCM = 0 %

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Gleitversuch mit Stift-Scheibe-
Tribometer nach DIN 50 324
F N = 5N, v = 10 cm/s
Stift: 100Cr6, Scheibe: AlMgSiPb
Kurve blau:
Scheibe KEPLA-COAT ® ; 40 µm
Reibungszahl:
Anfang: 0,61
Ende: 0,98
Kurve orange:
Scheibe KEPLA-COAT ® ; 40 µm
und PTFE-Imprägnierung
Reibungszahl:
Anfang: 0,11
Ende: 0,19
jeweils Ø-Wert aus 3 Messungen

Funktionelle Veredelungen von Leichtmetallen
Plasmachemische Beschichtung
Einsatzgebiete für KEPLA-COAT ®
Die KEPLA-COAT ® -
Oberflächenveredelung
eröffnet
Aluminium-
Legierungen neue
Einsatzgebiete,
u.a. in der
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Datenverarbeitung
Elektronik und Optik
Fahrzeugindustrie
Kommunikationstechnik
KEPLA-COAT ® -Anwendungen
Im praktischen
Einsatz haben
sich Aluminium-
Werkstoffe mit
KEPLA-COAT ® -
Oberflächenveredelungen
bereits hervorragend
bewährt,
u.a. bei
Dichtungsringen
Fixierscheiben
Gehäusen
Gerätehaltern
Ein Beispiel für härteste Anforderungen
an KEPLA-COAT ® -veredelte
Bauteile aus Aluminium-Legierungen:
geometrisch anspruchsvolle
Rotoren aus AlMgSi1 in Turbo-
Molekularpumpen, die Plasma-
Ätzprozessen ausgesetzt sind
(siehe Detaildarstellung rechts).
Von entscheidender Bedeutung
sind hier poren- und rissfreie
Schutzschichten, die durch
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Lebensmittelindustrie
Luft- und Raumfahrttechnik
Medizintechnik
Vakuumtechnik
Laufrädern
Rotoren
Walzen und Trommeln
Zylinderrohren
Reaktionsgase nicht unterwandert
werden können.
Außerdem werden die Rotoren
durch die extrem hohe Drehzahl
mechanisch stark beansprucht.
Herkömmliche Verfahren zum
Oberflächenschutz – wie Eloxieren,
Verchromen oder Vernickeln –
konnten diesen Belastungen nicht
standhalten.

KEPLA-COAT ® -beschichtete Linear-Wickeltrommeln aus einer
speziellen Aluminiumlegierung (Schichtdicke 50 µm)
Kompressorengehäuse für die Flugzeugindustrie
(30 µm KEPLA-COAT ® auf AlMg1SiCu)
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Funktionelle Veredelungen von Leichtmetallen
Verfahrensvarianten – KEPLA-COAT ® schwarz
und MAGOXID-COAT ® schwarz
Die Verfahren
Grundwerkstoffe
Aufrauung
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Schwarze Oxidkeramik-Schichten
können auf Aluminium- und
Titan-Werkstoffen (KEPLA-COAT ®
schwarz) sowie auf Magnesium-
Mit beiden Verfahren können alle
gebräuchlichen Aluminium- und
Titan-Werkstoffe sowie nahezu alle
Bei einer Ausgangsrautiefe von
R a= 0,14 µm beträgt nach einer
Beschichtung mit 10µm KEPLA-
COAT ® schwarz die Rautiefe
R a= 0,5 µm.
Temperaturbeständigkeit
Dauerschwingfestigkeit
KEPLA-COAT ® schwarz-Schichten
für Titan-Werkstoffe sind bis 700 °C
beständig.
Aufgrund des kristallinen Aufbaus
der Schichten wird die Dauerschwingfestigkeit
nur unwesentlich
beeinflusst.
Übliche Schichtdicke und Toleranz
5–15 µm
(KEPLA-COAT ® schwarz für
Aluminium-Werkstoffe)
bis 50 µm
(KEPLA-COAT ® schwarz für
Titan-Werkstoffe)
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Werkstoffen (MAGOXID-COAT ®
schwarz) erzeugt werden. Beide
Schichten enthalten lichtechte
und chemisch inerte Spinelle.
technisch interessanten Magnesium-
Werkstoffe beschichtet werden.
Nach einer Beschichtung mit
10 µm MAGOXID-COAT ® schwarz
erhöht sich bei einem Ausgangswert
von R a= 0,5 µm die Rautiefe
auf R a= 1,1 µm (Messungen nach
DIN 4768).
Bei den Beschichtungen für
Aluminium- und Magnesium-
Werkstoffe ist die Temperaturbeständigkeit
nur vom Grundmaterial
abhängig.
5–15 µm
(MAGOXID-COAT ® schwarz)
Die Schichtdickentoleranzen
sind legierungsabhängig.

Ausgasrate
Einsatzgebiete und Anwendungen
Korrosionsbeständigkeit
Sie beträgt unter definierten
Vakuumbedingungen:
10 -6 Pa · l · s -1 · cm -2
Die Analyse des Restgases
ergab geringe Spuren an H 2O.
KEPLA-COAT ® schwarz und
MAGOXID-COAT ® schwarz sind
z.B. als Beschichtungen von
optischen Teilen und auch von
Feingewinden gedacht.
Nachverdichtete 10 µm dicke
schwarze KEPLA-COAT ® -Schichten
überstehen eine Testzeit von über
Optische und thermische Eigenschaften
Beschichtung (Schichtdicke) Absorptionsgrad
αα
Bemerkungen:
Absorptionsgrad, Reflexion, Farbabstand,
Glanzwert wurden bei
Raumtemperatur und im sichtbaren
Bereich ermittelt. Der Farbabstand
gibt den Grad der Schwärzung an
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Reflexionsgrad
ρρ
TML < 0,025 %
RML < 0,04 %
CVCM = 0 %
Sie eignen sich ebenso für Wärmestrahler,
für die Vakuumtechnik, für
die Mikroelektronik sowie für die
Luft- und Raumfahrt.
1000 h in der Salzsprühkammer
nach DIN EN ISO 9227/DIN EN
ISO 10 289.
Farbabstand
Glanz-
wert
Emissionsgrad
εε
KEPLA-COAT ® schwarz für Al (8 µm) > 95% 95% 95%