.... zur Behandlung von Metallen und Metalllegierungen -

© mit freundlicher Genehmigung der Firma CSP
 

1.1. Entrosten und Entzundern (Chemisch)

Was ist eigentlich ROST?

1.1.1 Entrosten von Eisen 

• Entrostung von stark korrodiertem Eisen
• Lösungen und Gemische zum Entfernen des Rostes:
  • Zitronensäure     
  • Komplexon 3     
  • Natriumgluconat      
  • Natriumhydroxid (Ätznatron, Natronlauge)      
  • Oxalsäure
  • Phosphorsäure      
  • Thioglycolsäure        
  • Salzsäurebad

1.1.2 Entzundern und Reinigen anderer Metalle

• Silber
• Blei
• Kupfer und dessen Legierungen
• Zinn

1.2 Entfetten

• Lösungsmittel

• Alkalische Entfettung

1.3. Entsalzen

1.4. Stabilisieren, Stabilisatoren

2 Brünieren

2.1 Brünieren von Eisen und Stahl

• Heiß Brünieren in Laugen
• Kaltbrünieren

2.2. Färben

• Vorbehandlung zu Färbender Objekte
• Kupfer 
  • Schwefelleber
  • Pärsulfatfärbung 
  • Patinafärbung mit Kupfernitrat/Kupfersulfat      
  • Färben mit Ammoniumchloridlsg.  
  • Natriumthioantimonat     
  • Silbernitratfärbung       
  • Malachitfärbung        
  • Bronzetönung von Kupfer

• Kupferlegierungen

  • Messing
    • Farbton: Grüngelb-grünbraun
    • Farbton: Grün
• Silber und Silberlegierungen
  • Farbe: Altsilber
  • Farbe: Braun
• Zink
• Zinn
• Aluminium

3. Nachbehandlung gefärbter Metalle

• Phosphatieren
• Chromatieren+
• Zink
  • Gelbchromatisierung
  • Blauchromatisierung

  • Schwarzchromatisieren

• Silber
• Magnesium

4. - leer -

5. Beizen

• Beizen mit Salzsäure
• Beizen mit Schwefelsäure
• Beizen mit Salpetersäure
• Beizen mit Flusssäure
• Beizen mit Phosphorsäure

6 

6.1 - 6.5 - leer -

6.6. Säuregemische

• Königswasser
• Kaiserwasser

6.7. Beizarbeiten an Metallen

• Kupfer und Kupferlegierungen

  • Brennen

• Zink
• Edelstahl und Temperguss
• Nickel und Nickellegierungen
• Blei
• Eisen
• Silber
• Zinn

Was ist eigentlich ROST?

Rost ist eine Erscheinung, mit der Schatzsucher, Sondengänger und andere Interessierte öfter zu tun bekommen. 

Als Rost bezeichnet man im wesentlichen Korrosionsschichten speziell auf Eisen bzw. Stahl. 
Rost bildet sich auf Eisen und Stahloberflächen in Gegenwart von feuchter Luft, von Wasser, besonders sauerstoffhaltigem Wasser und im Boden. Besonders stark zerstörend auf Eisen wirken salzhaltige und saure Wässer. 
Im Gegensatz zu anderen Metallen schützt die Rostschicht das darunterliegende Metall nicht vor weiterer Korrosion, so dass Eisen bei längerer Einwirkung von korrosiven Medien völlig zerfressen wird.

Chemisch gesehen handelt es sich dabei um wasserhaltige Eisenoxide und Hydroxide,

Zuerst bildet sich Eisen-2-hydroxid, welches weiter zu Eisen-3-oxidhydrat oxydiert wird.

In stärkeren Rostschichten finden sich auch Übergangsprodukte, z.B.  Eisen-2,3-oxidhydrat.

Unter Flugrost ist eine dünne ,leicht entfernbare Schicht zu verstehen, die sich an der Luft bildet. 
Im Gegensatz zu diesen Eisenhydroxiden steht der so genannte Zunder.

Das ist ein Überzug von Eisenoxiden, z.B. Eisen-2-oxid (Wüstit),Eisen-3-oxid (Hämatit) und Eisen-2,3-oxid (Magnetit). 
Der Zunder bildet sich bei höheren Temperaturen.

Je nach Herkunft spricht man von Schmiedesinter, Hammerschlag, Glühzunder, Walzzunder usw. 
Ähnliche Schichten werden beim Brünieren künstlich erzeugt, sie bilden einen gewissen Korrosionsschutz. 
Oxidschichten auf anderen Metallen werden gelegentlich ebenfalls als Zunder bezeichnet.

1.1.1 Entrosten von Eisen

1.1.1.b. Lösungen und Gemische zum Entfernen des Rostes:.

1) Zitronensäure

Anwendung: 
3 %-ige wässrige Lösung bei 80 °C. pH-Wert nicht über 4,5 steigen lassen. 
Danach aus dem Bad nehmen und mit heißem Wasser säubern.

2) Komplexon 3

40 g Komplexon 3
1000 ml dest. Wasser

Anwendung: 
als Bad. PH:5. Komplexon 3:

Dinatriumdihydrogenethylendiamintetraacetat-2-wasser.Sollte sich der pH-Wert während der Behandlung verändern, kann mit verdünnter NaOH bzw. Zitronensäure gepuffert. bzw. korrigiert werden. Temperatur des Bades etwa bei 70-80°C halten, Magnetit (Fe3O4) löst sich oft erst nach Erhöhung der Konzentration an Komplexon ,d.h. es muss mehr Kompl. zugegeben werden, um Magnetit aufzulösen.

3) Natriumgluconat

255 g Natriumhydroxid
100 g Natriumgluconat
3 -5 g eines nichtionogenen (neutralen) Tensids in 1000 ml Wasser.
Anwendung: Temperatur 90-95 °C,.

1.1.2 Entzundern und Reinigen anderer Metalle
 

1.1.2.1. Silber

Schwarz angelaufenes Silber kann mit dieser Mischung schonend gereinigt werden:

Thioharnstoff:85 g
Essigsäure, konz.:10 ml
Tensid (Netzmittel):5 ml
in 1000 ml Wasser Statt Essigsäure kann auch Methansäure (Ameisensäure) verwendet werden.

Weiterhin ist eine 10 % ige Zitronensäurelösung geeignet, um Sinterschichten von Silberteilen zu entfernen.

Komplexon-3:

Komplexon-3:45 g
Ammoniumchlorid (Salmiak):30 g
Ammoniaklösung (Salmiakgeist).200 ml auf 1600 ml Wasser.

1.1.2.3. Kupfer und dessen Legierungen

Verwendet werden kann 10 % ige Citronensäure,10 % ige Lösung von Natriumhexametaphosphat sowie 10-15 % ige Lösung von Komplexon-3.(Bei pH-10,Puffer zusetzen.) Sehr wirksam und gleichzeitig schonend ist folgende

Mischung:
Natriumhydroxid:50 g
Kaliumnatriumtartrat:150 g
Wasserstoffperoxid,20 % ig:120 ml
auf 1000 ml Wasser.

1.3. Entsalzen

Dem Entsalzen ist große Sorgfalt zu widmen, speziell bei stark korrodiertem Eisen. Im Verlauf von vielen Jahren im Boden bilden sich in der Rostschicht um das Metall aggressive Salze, welche den Entrostungsvorgang und die nachfolgenden Prozesse beeinträchtigen können.

Entsalzt wird durch gründliches Auswaschen mit warmem Wasser. Anschließend wird mit kaltem, destilliertem Wasser nachgespült. Diese Arbeitsschritte gegebenenfalls wiederholen. Um ein Weiterrosten des Eisens während des Waschprozesses zu verhindern, setzt man dem Waschwasser etwas Natriumhydroxid zu, etwa 0,3 g pro l.

Weiterhin kann zur Entsalzung von Eisenobjekten eine Lösung von 40 g Komplexon-3 (Di-Na EDTA) in 1000 ml Wasser verwendet werden.

1.4. Stabilisieren, Stabilisatoren

Stabilisatoren sind Stoffe, die den Oxydationsprozess des zu behandelnden Metalls verzögern bzw. unterbinden. (Inhibitoren). Das kann sowohl im Entrostungsbad nötig sein, um eine zu starke Abtragung an unkorrodiertem Metall zu verhindern, als auch nach Trocknung, um das Objekt an der Luft zu schützen. (Konservierungsmittel).

Korrosionsinhibitoren (Korrosionshemmer) für schwefel- und phosphorsaure Entrostungsbäder sind z.B. Diethylamin, Pyridin, Thioharnstoff und Triethylamin.

Ein Korrosionsinhibitor zum Schutz von Eisen ist z.B. Tannin.

Für Silber und Kupfer ist Benztriazol geeignet: Alkoholische Lösung mit einem Benztriazolgehalt von 3-4 %. Anwendung bei 60°C.

Als Stabilisierungsmittel für Blei dient Wachs bzw. Paraffin.

2.1 Brünieren von Eisen und Stahl

2.1.1 Heiß Brünieren in Laugen

Brünierlauge:
600 g Natriumhydroxid (Ätznatron)
10 g Natriumnitrat (Natronsalpeter)
10 g Natriumnitrit
1000 ml dest. Wasser

Arbeitsweise: Schwarze Färbungen nur möglich bis 180°C Laugentemperatur, darüber kommt es zu braunen Farbtönen. Werkstücke in Gefäß mit der heißen Lauge legen.
Behandlungsdauer: 15-30 min.

Nachbehandlung: Wichtig ist das restlose Abspülen der Brünierlauge. Zuerst wird gründlich kalt gespült, dann mit heißem Wasser, dem etwas Netzmittel zugesetzt wird. Das warme Wasser häufiger wechseln. Danach sollten die Teile gründlich getrocknet werden.

Das Wasser möglichst kalkfrei (weich) halten, pH-Wert etwa 7-9. Nitritrückstände können die Korrosionseigenschaften negativ beeinflussen. Die Trocknung kann auch durch Warmluft erfolgen. Nach dem gründlichen Trocknen mit Wachs überziehen.

Eventuell nach dem Abspülen auftretender Flugrost kann abgewischt werden.

ACHTUNG! Keinesfalls Gefäße aus Aluminium oder Zink verwenden! Geeignete Gefäße: Edelstahl, Keramik, Laborglas.
Lauge wirkt stark ätzend! Unbedingt Schutzbrille, Kittel und Handschuhe tragen!!

2.2.2 Färbung von Kupfer

Färbelösung

1) Schwefelleber
Farbton: Braun-schwarz

Färbelösung:
10 g Schwefelleber
1000 ml destilliertes Wasser

Die Temperatur im Bad bei etwa 25°C halten, nach 1-2 min. bekommt man eine braune, weitere 2 min. später eine blauen-blauschwarze Farbe.

Das Wasser zum Lösen der Schwefelleber sollte mit etwas Soda (Natriumcarbonat,Na2CO3) oder Natronlauge alkalisch gemacht werden.

2) Pärsulfatfärbung

Farbton: Tiefschwarz

Färbelösung:
50 g Natriumhydroxid (Ätznatron)
10 g Kaliumpersulfat

Herstellen der Lösung: zunächst das Natriumhydroxid in 1000 ml dest. Wasser auflösen.
Dann diese Lösung auf 95°C. erhitzen.
  Vorsicht, stark ätzend!
Anschließend das pulverisierte Kaliumpersulfat zugeben.

Arbeitsweise: 
Am Besten die Teile an Drahtstücken in das Bad hängen.
Dauer: 5-6 min.
Dabei entwickelt sich Sauerstoff. Endet die Entwicklung von Sauerstoff, wieder 50 g Kaliumpersulfat zusetzen.
Erzielte Farbe: Tiefschwarz. Nach dem Trocknen kann die Oberfläche durch vorsichtiges
polieren glänzend gemacht werden.

Farbton: Blaugrün

Färbelösung:
250 g Ammoniumchlorid (Salmiak)
250 g Ammoniumcarbonat
1000 ml destilliertes Wasser

Arbeitsweise: Diese Lösung mit weichem Pinsel auf die erwärmten Objekte auftragen.

7) Malachitfärbung

Farbton: Malachitgrün

Färbelösung:
10 g Ammoniumchlorid (Salmiak)
30 g Kaliumtartrat
40 g Natriumchlorid (Kochsalz)
50 g Kupfer-2-nitrat
250 ml destilliertes Wasser
Temperatur: ca. 30°C

2.2.3 Färben von Kupferlegierungen

1) Messing

• Farbton: Grüngelb-grünbraun
  
  Färbelösung:
  3 g Kupferacetat
  4 g Kupfersulfat
  50 g Ammoniumacetat
  0,6 g Ammoniumchlorid
  1000 ml destilliertes Wasser
  Arbeitstemperatur: 95°C.
  
  1 b) Farbton: braun 
  Färbelösung:
  30 g Kupfersulfat
  30 g Kaliumchlorat
  1000 ml destilliertes Wasser, Zugabe von etwas Kupferacetat ermöglicht nuancieren des Ergebnisses. (Wiener Bronze)
  
• Farbton: Grün
  
  Färbelösung:
  50 g Natriumthiosulfat (Fixiersalz)
  12 g Eisen-3-nitrat
  1000 ml destilliertes Wasser
  
  Arbeitsweise: Badtemperatur bei 90 °C. halten.

• Farbe: Altsilber
  
  Färbelösung:
  5 g Schwefelleber
  10 g Ammoniumcarbonat
  1000 ml destilliertes Wasser
  
  Temperatur:80-85°C., Vertiefungen werden dabei grau, bräunlich oder blau gefärbt, Erhöhungen können blank poliert werden.
  
• Farbe: Braun
  
  Färbelösung:
  100 g Kupfersulfat
  50 g Ammoniumchlorid (Salmiak)
  1000 ml Essigsäure,15 % ig

2.2.6. Zinn

Farbe: Graublau, so genanntes Altzinn

Färbelösung:
Gesättigte Lösung von Antimontrichlorid, mit Pinsel auftragen, abreiben mit Öl..

3. Nachbehandlung gefärbter Metalle

Teile gründlich spülen. Darauf achten, dass keine Reste von Färbelösung in Vertiefungen usw. zurück- bleiben, da sonst Flecken entstehen können. Erst kalt, dann heiß spülen. Trocknen mit Warmluft oder im Trockenschrank. Die Färbungen erscheinen trocken meist etwas dunkler als nass. Das Abtönen der Färbungen kann mit weichen Polierbürsten und Poliermitteln erfolgen. Poliermittel: trockener Kalk, feuchtes Bimsmehl . Danach werden die Teile gewachst oder lackiert. Zur Erzielung einer glatten Oberfläche sollten die Objekte vor dem Färben hochglänzend poliert werden.

3.1 Phosphatieren

Phosphatieren ist das Erzeugen einer unlöslichen Schicht aus Metallphosphaten, die fest mit dem Grundmetall verbunden sind. Die Färbung ist meistens Grau oder Schwarz.

Phosphatierte Metalle bieten einen guten Korrosionsschutz und sehr guten Haftgrund für Lacke, Farben und Wachse.

Arbeitsweise: Es müssen beim Phosphatieren nur die stärkeren Rostschichten und Verzunderungen entfernt werden, dünne Korrosionsschichten wirken sich nicht negativ aus. Werkstücke gut entfetten. Dabei auf Silikatfreie Entfettung achten, d.h. keine Reiniger mit Alkalisilikaten verwenden. Beizen in Schwefelsäure oder Salzsäure.

Phosphatierung von Eisen: Als Phosphatierungsmittel dient 15 % ige Phosphorsäure.
Temperatur etwa 30-45°C. Zu empfehlen ist eine Nachbeize mit 1-2 % iger Phosphors., welche man ohne Abspülen antrocknen lässt.

Phosphorsäure-Tannin-Mischung:

Lösung besteht aus gleichen Teilen 25 % iger Phosp. säure und Tannin (Gerbsäure).
Zusatz von 0,3-0,5 Teilen Alkohol (Spiritus) möglich. (Verbesserung der Kriechfähigkeit).

Anwendung: Gut entsalzte, entfettete und von losem Rost befreite Objekte mit der warmen Lösung einpinseln, Auftrag je nach Ergebnis mehrmals wiederholen. Die Gegenstände sollten auf etwa 30-35 grd. erwärmt werden. Nach Beendigung des Auftrags mit destilliertem Wasser waschen. Gut trocknen. Die Konservierung kann mit Wachs erfolgen.

Lösung:
Chromsäure:20 g
Natriumacetat:45 g
Natriumformiat:70 g
Magnesiumchlorid:8 g
in 1000 ml Wasser

oder

Natriumdichromat.210 g
Schwefelsäure:12-14 g
auf 1000 ml Wasser.
Der pH-Wert sollte bei 1,5-4 liegen, Tauchzeit maximal 50 Sekunden.
Je nach Art des zu behandelnden Objekts kann die Tauchzeit unterschiedlich ausfallen.
Temperatur: 20-25°C

4.1.b) Blauchromatisierung

Es ist ziemlich schwierig, besonders bei größeren Objekten einen gleichmäßigen Blauton zu erzeugen. Es wird in einem zweistufigen Verfahren zuerst eine Gelbchromatschicht mit einer der oben angeg. Lösungen erzeugt, welche anschließend in einer Lösung von Natriumhydroxid oder Natriumcarbonat (Soda) bzw. Natriumsilikat bis zur Erreichung des gewünschten Tones behandelt wird. Die Konzentration der Natriumhydroxidlösung beträgt z.B. 25 g/l, die Temperatur sollte 50°C. nicht übersteigen.

4.1.c) Schwarzchromatisieren

Lösung:
Chromsäure:45 g
Essigsäure:25 g
Schwefelsäure:5g
Kupfersulfat:5-10 g
in 1000 ml Wasser.

oder:

Chromsäure:30 g
Phosphorsäure:10-12g
Schwefelsäure:5g
Silbernitrat:1 g
in 1000 ml Wasser.

Arbeitsbedingungen: Gute Durchmischung des Tauchbades anstreben.
Nach dem chromatieren nicht spülen, nur antrocknen lassen. pH-Wert um 1,
Temperatur etwa 20-30°C.

Nachbehandlung chromatierter Zinkteile:

nach dem chromatieren ist gut in kaltem Wasser zu spülen. Dabei darauf achten, dass Chromat- schichten vor dem Trocknen noch nicht sehr abriebfest sind. Das Trocknen sollte mit Warmluft von max. 65°C. erfolgen. Schwarzchromatierte Teile nicht spülen, nur trocknen.

4.2. Silber

Elektrolytisches Verfahren:

Elektrolytzusammensetzung:
Natriumhydroxid:60 g
Natriumcarbonat (Soda):30 g
Kaliumdichromat:12 g
auf 1000 ml Wasser.

Parameter:
pH-Wert:12
Temperatur:20°C.
Behandlungszeit:3-6 min.
Stromdichte:5-10 A/qdm
Anoden: 
Nickelblech oder vernickelte Stahlbleche

2) Kaiserwasser

Gemische von Flusssäure und Salzsäure werden als 'Kaiserwasser' bezeichnet und wirken noch stärker als Königswasser.

Warnhinweise:

VORSICHT! Gemische von Salpetersäure mit Salz- u. Flusssäure wirken außerordentlich stark atzend! Unbedingt Schutzausrüstung erforderlich! 

Chlorwasserstoff, Nietrose Gase und Fluorwasser-Stoff sind giftig. Fluorwasserstoff greift Glas und Keramik an, bei Arbeiten mit Flusssäure keinesfalls Gefäße aus Glas oder Keramik verwenden. Geeignet sind Behälter aus Polyethylen (PE), Teflon, Polypropylen (PP) und verbleite Gefäße.

Teilweise ist es vorteilhaft, den Beizen Inhibitoren (Hemmstoffe) zuzusetzen. Diese werden auch als Sparbeizen bezeichnet. Für Salzsäure empfiehlt sich 1,4-Butindiol.

6.7.1 .Kupfer und Kupferlegierungen

6.7.1.a) Brennen

Zweck: Entfernen von angelaufenen Stellen, Zunder, Gussspuren, Oxiden

Erster Schritt ist die VORBRENNEN: 1 000 ml Schwefelsäure, 96 % ,15 ml Salzsäure 37 % Üblich ist auch ein Gemisch aus 1 Teilen konz. Salpetersäure,5 Teilen konz. Salzsäure und 1Teil konz. Schwefelsäure.

Daran anschließend folgt das GLANZBRENNEN. 1000 ml Schwefelsäure, 96% 1000ml Salpetersäure, 69 % 15 g Natriumchlorid (Kochsalz) 20 g Glanzruß (Aktivkohle)


Die Bearbeitungszeit beträgt bei der Vorbrenne 5-25 sec., bei der Glanzbrenne 1-5 sec. und erfolgt immer bei Raumtemperatur. (20°C)

MATTBRENNEN: Salpeter- und Schwefelsäurehaltige Brennlösungen, die etwas Zink oder Zinksulfat enthalten. Mehr Salpetersäure in der Mattbrennen heißt stumpfere Mattierung, durch mehr Schwefelsäure kann mehr Glanz erzielt werden.

Zu Beachten: 
Beim Herstellen der Brennlösungen zunächst die Salpetersäure in einen Behälter geben und dann die Schwefelsäure hinzurühren. Dabei erwärmt sich die Säure stark. Einige Stundenabkühlen lassen. Nach erkalten der Mischsäure wird der Glanzruß zugesetzt. Nochmals etwa 5 Stunden stehen lassen. Vorsicht! Bei Arbeiten mit Salpetersäure entstehen Nietrose Gase. Unter dem Abzug oder im Freien arbeiten. Handschuhe und Schutzbrille tragen, die Mischsäuren wirken außerordentlich stark ätzend. Keinesfalls Wasser in die Brenne gießen. Werkstücke trocken einbringen und nicht mit Eisen zusammen bringen. Nach Abschluss sofort mit kaltem Wasser spülen. Das Vorbrennen erzeugt in etwa reine Metallfarbe, Glanzbrennen einen gewissen Glanz. Vorgebrannt wird bei 20°C, die Glanzbrenne arbeitet am besten bei 15-40°C. Neu gemischten Brennen kann etwas alte zugesetzt werden. Zur Erzielung eines mehr rötlichen Farbtones mehr Schwefelsäure einsetzen. Mehr Salpetersäure steigert die Auflösung von Kupfer und erzeugt daher gelbere Farben. Höherer Salzsäuregehalt bzw. Zugabe von Kochsalz erhöht den Zinkabtrag.

Chromatbeize:
200 g Kaliumchromat
60 g Schwefelsäure, konz
1000 ml Wasser

oder:
65 ml Salzsäure, konz.
12 g Chrom-6-oxid

Wasserstoffperoxydhältige Beizlösungen

Wasserstoffperoxid:100 g   
Schwefelsäure,konz.17 g
Ethanol (Ethylalkohol) 30 g
Tensid (Netzmittel) 2 g
in 1000 ml Wasser

Diese Beize wirkt bei Raumtemperatur.

• Edelstahl: 
  Entfetten in alkalischem Reinigungsmittel oder Trichlorethylen. Zunder entfernen durch tauchen in 35 % ige Schwefelsäure bei 70°C. bis Einsetzen der Gasbildung. Stärkere Verzunderungen und Schmutzablagerungen durch Sandstrahlen entfernen. Gusseisen
  
• Temperguss: 
  Entfetten in heißer Alkalilauge (NaOH,20% ig), anschließend gut spülen und Vorbeize in 10 % iger Schwefelsäure oder 10 % iger Salzsäure.