Grundlagen Eloxieren Aluminiumpassivierung auf Basis ... - SurTec

Grundlagen Eloxieren 

Aluminiumpassivierung auf Basis Chrom(III) 

Peter Volk • SurTec Deutschland GmbH • Zwingenberg

SurTec – Aktivitäten 

Reinigen Beizen 

Passivieren 

Phosphatieren 

Korrosionsschutz 

Forschung, Entwicklung, 

Produktion, 

Vertrieb, Service 

Galvanotechnik 

Mikrosystemtechnik 

Entlacken 

Aluminium 

Edelstahl

SurTec in Germany 

SurTec Deutschland GmbH

Thema 

Grundlagen Eloxieren 


� Grundlagen Aluminium 

� anodische Oxidation 

� Grundlagen Passivierung 

� Aluminiumpassivierung auf Basis Chrom(III)

Grundlagen 

Vorteile des Aluminiums 

� geringes spezifisches Gewicht 

� gute elektrische Leitfähigkeit (ca. doppelt so hoch wie Kupfer - 

gewichtsbezogen) 

� gute Verarbeitbarkeit (umformen, zerspanen, fügen) 

� Aluminium lässt sich mit vielen anderen Elementen legieren 

(Mg, Si, Mn, Zn, Cu, Ti) 

� dadurch lassen sich die Eigenschaften des Aluminiums nahezu beliebig 

einstellen (Festigkeit, Fließvermögen, mechanische Bearbeitung, 

Korrosionsschutz)


Nachteile des Aluminiums 

� unedel 

� neigt insbesondere im Fall vieler Legierungen zu Korrosion 

� ohne geeignete Korrosionsschutzmaßnahmen kann es zu Korrosionserscheinungen 

kommen, die Aussehen oder Funktion beeinträchtigen 

Zwar belegt sich das unbehandelte Aluminium unter atmosphärischen 

Bedingungen durch Reaktion mit Sauerstoff sofort mit einer natürlichen Schicht 

aus Aluminiumoxid. Diese Schicht ist jedoch entweder sehr dünn und hat daher 

eine nur geringe Schutzwirkung (native Oxidschicht), oder sie ist dick aber porös 

und durchlässig für korrosiv wirkende Stoffe (Oxidschicht nach Bewitterung).


Reaktionsenthalpien und Normalpotentiale des Aluminiums


Pourbaix-Diagramm von Aluminium 

Potential-pH-Diagramm 

Potential von Al in Abh. vom pH-Wert 

Die Bereiche, in denen sich Al 

thermodynamisch stabil (bzw. passiv) 

verhält oder korrodiert wird, werden 

dargestellt.


Möglichkeiten des Korrosionsschutzes 

�Abscheiden von metallischen Überzügen 

�anodische Oxidation 

�Bildung von chemischen Konversionsschichten (z.B. Chromatierung, 

Phosphatierung) 

�Aufbringen von organischen Beschichtungen (z.B. Farben, Lacke), meist 

zusätzlich nach einer chemischen Konversionsschicht 

Im Folgenden soll näher eingegangen werden auf 

�die anodische Oxidation 

�die chemische Konversionsbehandlung 

Durch beide Verfahren, sowohl chemisch als auch anodisch, werden auf der 

Oberfläche oxidische Schichten gebildet, die durch ihre Barrierewirkung und 

Reaktionsträgheit das Metall vor korrosivem Angriff schützen.


Dicke von Oxidschichten 

Art der Erzeugung Art der Oxidschicht Schichtdicke 

Natürliche Oxidation 

Anodisch erzeugte 

Oxidschicht 

Chemisch erzeugte 

Konversionsschicht 

Native Oxidschicht 1-10 nm 

Oxidschicht nach Bewitterung 30-100 nm 

Dekorativ und Korrosionsschutz 5-30 µm 

Hartanodisierung 20-100 µm 

Farblos-Chromatierung 10-50 nm 

Gelb-Chromatierung 80-1000 nm 

Grün-Chromatierung 80-1000 nm

Anodische Oxidation 

Verfahren der anodischen Oxidation 

Elektrolyt 

� Schwefelsäure 

160-200 g/l, 12-20 V, 1-2 A/dm², 18 °C 

� Schwefelsäue/Oxalsäure 

150-200 g/l Schwefelsäure, 100 g/l Oxalsäure 

20-25 V, 1-2 A/dm², 20-25 °C 

� Chromsäure 

30-100 g/l, 30-40 °C, 40-50 V, 0,33 A/dm² 

Anode 

� Hartanodisierung 

100-150 g/l Schwefelsäure, Oxalsäure 

20-100 V, 3-5 A/dm², >5 °C 

Kathode 

2 Al + 3 H 2 O Al 2 O 3 + 6 H + + 6 e - 

6 H + + 6 e - 3 H 2


Wachstum der anodischen Oxidschicht 

� Al 2 O 3 bildet auf der Oberfläche eine 

zusammenhängende nichtleitende 

Schicht 

� diese Schicht löst sich im Elektrolyten 

langsam wieder auf 

� es entstehen Poren in der Schicht, 

durch die der Strom zum Metall fließt 

� mit zunehmender Dicke der Oxidschicht 

erhöht sich der elektrische 

Widerstand 

� das Schichtwachstum wird langsamer, 

die Auflösung bleibt gleich 

� die maximale Schichtdicke ist begrenzt


Badspannung in Abhängigkeit der Elektrolysedauer 

Badspannung bei konst. 

Stromdichte in Abh. von der 

Elektrolysedauer in 2 %iger 

Oxalsäure, Gleichstrom, 

17-18 °C 

I: Sperrschichtbildung 

II:Beginn poröses 

Schichtwachstum


Bildung der Zelle 

Volumenverhältnis 2 Al : Al 2 O 3 = ca. 1 : 1.5


Struktur der anodisierten Oberfläche


50 

Dickenänderung 

(µm) 

25 

Änderung der Geometrie 

1 2 3 

1/3 

2/3 

Oxidschichtdicke 

Dicke beidseitig 

anodisiertes Blech 

Zeit (h) 

unbehandelt anodisch anodisiert hartanodisiert 

1/2 

1/2


Badparameter beim Anodisieren in Schwefelsäure 

A/dm² und T 

Optimalbedingungen: 

� 160-200 g/l Schwefelsäure 

� 1,5-2 A/dm², (15-18V) 

� 18-20 °C


Verdichten der anodischen Oxidschicht - Heißwasser


Verdichten der anodischen Oxidschicht - Heißwasser 

Behandlungszeiten: 3 min/µm 

Temperatur: 96-100 °C.


Änderung der Oxidschicht-Zusammensetzung 

unverdichtet Verdichtet in Heißwasser 

Al 2 O 3 78,9 % 61,7 % 

Al 2 O 3 * H 2 O 0,5 % 17,6 % 

Al 2 (SO 4 ) 3 

20,2 % 17,9 % 

H 2 O 0,4 % 2,8 % 

Zusammensetzung von Oxidschichten aus Schwefelsäure-Elektrolyten 

vor und nach dem Verdichten


Verdichten der anodischen Oxidschicht - Kaltverdichtung 

Die Kaltverdichtung enthält Nickelsalze und Fluoride, die mit dem 

Aluminiumoxidschicht reagieren. Die Reaktionsprodukte verschließen die Poren der 

Oxidschicht. 

Al 2 O 3 + 3 NiF 2 + 3 H 2 O 2 Al F 3 + 3 Ni(OH) 2 

Behandlungszeiten: 0,8 –1,2 min/µm 

Temperatur: 26 °C - 30 °C.


� hart (Schwefelsäure-Anodisiert: 250 bis 300 HV, Hart-Anodisiert: ca. 550 HV) 

� dick (Schwefelsäure-Anodisiert: 5-20 µm, Hart-Anodisiert: 50-200 µm) 

� Schutz gegen Verschleiß und Korrosion (1000 h bis Korrosionsbeginn im NSS) 

� elektrisch isolierend 

� temperaturbeständig (Rissbildung bei >140 °C) 

� Stabile Verankerung/Bindung zum Metall 

� dekorativ und einfärbbar 

Eigenschaften der anodischen Oxidschicht 

� Haftgrund für Beschichtungen

Dreiwertige Passivierungen für Aluminium 

2008/PV SurTec Deutschland GmbH

Aluminiumpassivierung - Grundlagen 

Chemisch hergestellte Konversionsschichten (Oxidschichten) 

Chemisch hergestellten Überzüge (Konversionsschichten) sind: 

� außenstromlos erzeugte und meist oxidische Schichten 

� inert und erhöhen den Korrosionsschutz durch ihre Barrierewirkung 

� im Vergleich zu den anodisch erzeugten Schichten deutlich dünner 

� weniger korrosionsbeständig (oft gefordert: 168 h im NSS) und nicht verschleißfest 

Aber sie haben auch einige Vorteile: 

� Konversionsschichten sind deutlich kostengünstiger 

� die erforderliche Anlagen- und Gestelltechnik ist einfacher (außenstromlos) 

� durch kurze Behandlungszeiten ist ein höherer Materialdurchsatz möglich 

� die Oberfläche ist elektrisch leitend


Wie auch in DIN 50939 - Chromatieren von Aluminium, bzw. DIN EN 12487 - 

Gespülte 

und nicht gespülte Chromatierüberzüge auf Aluminium oder Aluminiumlegierungen 

beschrieben: 

� Transparentchromatierung 

� Gelbchromatierung 

� Grünchromatierung 

Herkömmliche Verfahren


Reaktionen an der Aluminiumoberfläche 

Reaktionsmechanismus bei der Transparent- und bei der Gelbchromatierung in zwei 

Teilschritten: 

Beizreaktion beim Chromatieren von Aluminium: 

2 Al + 6 H + 2 Al 3+ + 3 H 2 

Schichtbildungsreaktionen beim Chromatieren von Aluminium: 

2 CrO 3 + 3 H 2 2Cr(OH) 3 + 3 H 2 O 

Al 3+ + 3 OH - Al(OH) 3 

Chrom(VI)-Verbindungen werden als Chromate während der Schichtbildung mit 

eingeschlossen. 

Gelbchromatschicht auf Aluminium 

Gelbchromatschicht auf Aluminium


Reaktionen an der Aluminiumoberfläche 

Reaktionsmechanismus bei der Grünchromatierung ist analog: 

Beizreaktion: 

2 Al + 6 H + 2 Al 3+ + 3 H 2 

Schichtbildungsreaktionen 

2 CrO 3 + 3 H 2 + 2 H 3 PO 4 2 CrPO 4 + 6 H 2 O 

2 Al + 2 H 3 PO 4 2 AlPO 4 + 3 H 2


Warum Chrom(VI)-frei? 

T + , (C), N, O: R 45-46-9-24/25-26-35-42/43-48/23-62-50/53. 

� ab 0,1 % Chromtrioxid müssen Zubereitungen als kanzerogen und 

mutagen eingestuft und als giftig und mit den R-Sätzen R-45-46- 

20 gekennzeichnet werden 

� ab 7% Chromtrioxid sind Zubereitungen als „sehr giftig“ (T + ) 

einzustufen


Warum Chrom(VI)-frei? 

� EU-Altauto-Richtlinie – auf englisch: End of Life Vehicles Directive (ELV) 

steuert die Wiederverwertung von Fahrzeugen, Komponenten und Material (bis 3,5 t) 

und setzt Grenzwerte für den Eintrag gewisser Stoffe wie Blei, Chrom(VI), Quecksilber, 

PVC und andere in Schredderanlagen (Inkrafttreten am 01.07.2007, bzw. 01.07.2008) 

� EU-Richtlinie über Elektro- und Elektronikaltgeräte (EEAG) meist 

„Elektroschrottverordnung“ genannt 

steuert die Wiederverwertung elektrischer und elektronischer Geräte und verbietet die 

Verwendung gewisser Gefahrstoffe (quasi die gleichen wie bei der ELV) 

(Inkrafttreten am 1. Juli 2006) 

Grenzwert für Cr(VI): maximal 0,1 Gew% je homogener Werkstoff


Anforderungen an die Passivierungsschicht 

und deren Inhaltsstoffe 

Chemische Eigenschaften des Eratzstoffes 

� gute Wasserlöslichkeit im Sauren 

(eine Konversionsschicht erfordert stets einen ersten Beizangriff) 

� Bildung von Oxiden, die in Wasser, in Säuren und in Laugen schwerlöslich sind


Periodensystem der Elemente 

� Löslichkeit der Oxide hellgrün schwerlöslich in Wasser 

grün schwerlöslich in Säuren oder Laugen 

dunkelgrün schwerlöslich in Säuren und Laugen 

� in Frage kommen 6 Elemente, von ihnen am schwersten löslich ist Chrom(III)


Stabile Oxidationsstufen des Chroms 

Oxidationsstufe Beispiele für Substanzen und typische Anwendungen 

+6 (Salz) Chromsäure, Chromate Verchromungselektrolyte und 

Gelbchromatierung 

+3 (Salz) Chromnitrat, -chlorid und -sulfat 

Chromit: das Erz FeCr 2 O 4 

Chromoxid: Cr 2 O 3 

dreiwertige Elektrolyte und 

Passivierungen 

Farbpigment, Leder- und 

Glasindustrie 

0 (Metall) Metallisches Chrom Möbel, Armaturen, Implantate, 

Bestandteil von Edelstählen 

Die Oxidationsstufen 2, 4 und 5 existieren auch, sind aber extrem instabil. 

Chrom(III) im menschlichen Metabolismus 

� wichtiges Spurenelement; der menschliche Körper enthält ca. 6 mg Chrom 

� täglich werden mit der Nahrung 50-200 µg aufgenommen


Passivierung auf Basis Chrom(III) 

� wie bei den Cr(VI)-haltigen Verfahren lässt sich die Schichtbildung in zwei Schritten 

beschreiben: 

Beizreaktion: 

2 Al + 6 H 3 O + 2 Al 3+ + 6 H 2 O + 3 H 2 

Schichtbildungsreaktionen: 

x Cr 3+ + y Al 3+ + z OH - Cr x Al y (OH) z 

Aluminium 

Passivierungsschicht (SurTec 650)


Reinigen 

mild alkalisch 

pH 8-9 

50-60 °C 

1-15 min 

SurTec 133 

Beizen 

hoch alkalisch 

50-60 °C 

1-5 min 


Verfahrensablauf 

Zwischen den einzelnen Schritten muss gespült werden. 

Dekapieren 

stark sauer 

15-25 °C 

1-5 min 


Passivieren 

chrom(III)-haltig 

pH 3,75-3,95 

40 °C 

2 min 


Bei anschließender Lackierung: Leitfähigkeit des von den Teilen ablaufenden Wassers: 

< 30 µS/cm 

Trocknungstemperatur: < 65 °C am Objekt


Nach der Passivierung 

Die chromitAL – Schicht ist schwach 

blau-gelb, unter spitzem Winkel irisierend. 

Nach Salzsprühnebel, 168 h 

Nach Korrosionsbeanspruchung ist der 

ungeschützte Bereich stark korrodiert, 

die chromitAL – Schicht ist unverändert


Schichtgewicht: 

ca. 250 mg/m² 

Schichteigenschaften 

zum Vergleich: Gelbchromatierung: ca. 500-1000 mg/m² 

Cr-freie Prozesse: ca. 100-150 mg/m² 

Elektrischer Kontaktwiderstand der Oberfläche: 

(Anpressdruck der Elektrode 14 kg/cm², bzw. 13,8 bar) 

nach Beschichtung nach 168 h SSS 

SurTec 650 1,61 mOhm psi 3,29 mOhm psi 

Gelbchromatierung 1,74 mOhm psi 4,71 mOhm psi


unbehandelt 

120 h Salzsprühtest 

Korrosionsschutz – Si-haltiger Aluminiumguss 

SurTec 650 – chromitAL 

336 h Salzsprühtest 

gelbchromatiert 

336 h Salzsprühtest


� Automobilteile 

Drehmomentstütze 

0 h DIN 50021-SS 

72 h DIN 50021-SS 

Yellow passivation 72 h DIN 50021- 

SS 

240 h DIN 50021-SS


� Automobilzulieferer 

ABS-Deckel (Aluminiumguss; Anforderung: 240 h) – Ergebnisse von Fa. Heiche 

0 h DIN 50021-SS 261 h DIN 50021-SS


Gehäuseteil (Aluminiumguss; Anforderung: 240 h) – Ergebnisse von Fa. Heiche 

SurTec 650, 0 h NSS 

SurTec 650, 240 NSS


250 h Salzsprühnebeltest EN ISO 10289 EN ISO 10289 

DIN ISO 9227 Aussehen Schutzgrad 

Gelbchromatiert 

24 h 130 °C 


24 h 130 °C 


14 Zyklen á 

22 h 130 °C / 2 h -40 °C


MIL-DTL-81706B 

Type II - coating: Cr(VI)-frei 

Qualifiziert für Class 1A: 

� 336 h NSS 

� Lackhaftung 

� Schichtgewicht > 107,5 mg/m² 

UND für Class 3: 

� < 5000 µOhm per square inch 

(direkt nach der Passivierung) 

�< 10000 µOhm per square inch 

(nach 168 h NSS) 

GSB and Qualicoat 

Freigabe als Cr(VI)-freies alternatives 

Vorbehandlungssystem vor der 

Pulverbeschichtung 

Mechanische Tests 

�Kugelschlagprüfung 

�Gitterschnitt 

�Dornbiegeversuch 

Korrosionstests 

�Kondenswasserkonstantklima 

�Kondenswasserwechselklima 

�essigsaurer Salzsprühnebel 

�Filiformkorrosion 

�Beständigkeit gegen Wasserdampf


Aluminal Oberflächentechnik GmbH & Co. KG Franz Oberflächentechnik GmbH 

Friedrich Haug GmbH & Co. KG AOS GmbH 

Galvano Weis GmbH & Co. KG BINE GmbH 

Gerhard Heiche GmbH Blewa Metallverarbeitung GmbH 

GIATI Oberflächenveredelung BWB Flugzeuggalvanik Dresden GmbH 

GOT mbH Jena Harri Müller GmbH Eloxal 

Dekotec GmbH Heyer & Martin GmbH 

Dittes Oberflächentechnik GmbH HFJ Galvano Kiel GmbH 

Eloxal-München Heinitz GmbH Hohl GmbH 

Eloxalwerk Perltal Baum GmbH Holder Oberflächentechnik GmbH 

Rüge Galvanotechnik Karl Zitt GmbH & Co. 

S. Hoffmann GmbH Karmoli Oberflächentechnik 

LKM Lübecker Metallveredelung Spinner GmbH 

Südeloxal GmbH Süss Oberflächentechnik GmbH 

Münchner Galvanische Werkstätte Südbayrische Oberflächen GmbH 

Oberflächentechnik Neidhardt GmbH Rohde AG 

Vogel & Schworm GmbH Jösel Metallveredelung


Zusammenfassung 

� Auf Aluminium lässt sich mit Cr(III) die Gelbchromatierung ersetzen 

(Korrosionsschutz, Haftgrund für Lacke und Kontaktwiderstand). 

� SurTec 650 chromitAL wurde bei mehreren Firmen getestet, in interne 

Normen aufgenommen und ist in Deutschland zur Zeit an mehr als 50 

Produktions-standorten im Einsatz. 

� Allgemein kann die gleiche Prozessfolge beibehalten werden. 

� Die dreiwertige Passivierungen ist etwas hitzeresistenter.

Chrom(III) – als Nachbehandlung von Eloxalschichten 

Legierung: 2024; Anodisierung: TSA-Verfahren 

Testbleche, Legierung 2024 wurden folgendermaßen anodisiert: 

Weinsäure/H 2 SO 4 

Schichtdicke: 3 µm 

Verdichten 

a) ohne Verdichtung 

b) Heißwasser, 30 min, 98 °C 

c) SurTec 650, 10 Vol%, pH 3,9, 30 °C, 2 min 

+ anschließend Heißwasser, 30 min, 98 °C 

Die Bleche wurden anschließend im neutralen Salzsprühnebel 

(DIN EN ISO 9227) geprüft.

Chrom(III) – als Nachbehandlung von Eloxalschichten 

Korrosionsschutz im neutralen Salzsprühnebel - nach 456 h 

Ohne Verdichtung Heißwasserverdichtung SurTec 650 + Heißwasser

Chrom(III) – als Ersatz von Phosphatierungen 

SurTec 609 ZetaCoat 

Konversionsbehandlung als Ersatz von Phosphatierungen 

� in Spritz- oder Tauchanwendung 

� wird angewandt auf 

Stahl 

feuerverzinktem Material 

elektrolytisch verzinktem Material 

Aluminium 

� bewirkt sehr guten Korrosionsschutz 

� bietet beste Haftung anschließender Beschichtungen 

� erzeugt eine sichtbare Konversionsschicht 

� kein Schlamm, einfaches und kürzeres Verfahren im Vergleich zur 

Phosphatierung


SurTec 609 ZetaCoat - Schicht 

unbehandelte Stahloberfläche SurTec 609 ZetaCoat auf Stahl


SurTec 609 ZetaCoat - Korrosionsschutz 

600 h neutraler Salzsprühnebel 

gemäß DIN EN ISO 9227 

SurTec Labor 

(Lackunterwanderung in mm) 

unabhängiges Labor 

(Lackunterwanderung in mm) 

Stahl 1 mm 0-1 mm 

feuerverzinkt 0-1 mm 0 mm 

elektrolytisch verzinkt 3-5 mm 4 mm 

Aluminium 0 mm 0 mm

Chrom(III) – als Wirkstoff in Konversionsbehandlungen 

� Chrom(III) bietet herausragende Eigenschaften bez. Korrosionsschutz und 

Lackhaftung 

� Systeme auf Basis von Chrom(III) werden eingesetzt als 

- Passivierung von Zinkoberflächen 

- Passivierung von Aluminium 

- Nachbehandlung von Eloxalschichten 

- Multielement-Vorbehandlung vor der Beschichtung 

� Chrom(III) ist ungiftig, seine physiologischen Eigenschaften sind bestens 

bekannt 

� Chrom(III) ist ELV, RoHS, WEEE konform 

� Es gibt keine gesetzlichen Einschränkungen, Chrom(III) auf Metalloberflächen 

zu verwenden

Grundlagen Eloxieren Aluminiumpassivierung auf Basis ... - SurTec

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