Die Schichtbezeichnung hat ein Zeichen für den ausgelassenen Schritt

Die Quelle ist ISO 4527:2003, Metallische Überzüge, autokatalytisch (chemisch) abgeschiedene Nickel-Phosphor-Legierungsüberzüge, zweite Ausgabe, 2021 überprüft und bestätigt. Diese Seite stützt sich auf die kostenlose Vorschau; sie enthält die Einleitung, den Anwendungsbereich, die Bestellangaben, den gesamten Abschnitt zur Bezeichnung und Abschnitt 6 bis einschließlich Korrosionsbeständigkeit.

Eine Schicht, die sich selbst abscheidet

Die Einleitung erklärt die Chemie in drei Sätzen. Die Überzüge entstehen durch katalytische Reduktion von Nickelionen in heißen, meist schwach sauren Lösungen bei Atmosphärendruck, mit Hypophosphitionen als Reduktionsmittel. Und dann der Teil, der dem Verfahren seinen Namen gibt: Weil die abgeschiedene Nickellegierung selbst ein Katalysator für die Reaktion ist, erhält sich der Prozess selbst.

Kein Strom. Das hat eine Folge, die die Norm sofort nennt, und sie ist der Grund, warum man diese Oberfläche vorschreibt. Die Überzüge sind auf unregelmäßig geformten Teilen gleichmäßig dick, sofern die Prozesslösung frei über ihre Oberflächen strömt. Nichts ist an der Kante dicker, weil sich dort der Strom gedrängt hätte, und nichts ist in der Vertiefung dünner, weil das Feld nicht hinreichte.

Es lohnt sich, das neben die anderen Beschichtungsnormen zu stellen, die wir für diese Website gelesen haben, denn jede beantwortet dieselbe Frage anders.

Zwei der drei beanspruchen Gleichmäßigkeit, und eine sagt offen, wo die Schicht dünn wird. Der mechanisch verzinkte Fall steht auf unserer Seite über das Zink, das mit Glasperlen aufgehämmert wird.

Ein Regler, der Korrosion gegen Verschleiß tauscht

Die Abscheidung wird beschrieben als eine thermodynamisch metastabile, übersättigte feste Lösung von Phosphor in Nickel mit bis zu 14 % Massenanteil Phosphor. Ihre Eigenschaften hängen von dieser Zusammensetzung ab, von der Abscheidungslösung, von Vorbehandlung und Qualität des Grundwerkstoffs und von der Wärmebehandlung nach der Abscheidung.

Dann der Zielkonflikt, offen ausgesprochen. Das Korrosionsverhalten verbessert sich deutlich, wenn der Phosphorgehalt auf 8 % Massenanteil oder mehr erhöht wird, während sich die Verschleißbeständigkeit verbessert, wenn der Phosphorgehalt unter diesen Wert gesenkt wird. Eine Zahl, die zwei Eigenschaften in entgegengesetzte Richtungen bewegt, mit benanntem Umschlagpunkt.

Und ein teilweiser Ausweg aus dem Zielkonflikt: Bei geeigneter Wärmebehandlung zeigen Überzüge mit hohem Phosphorgehalt eine stark verbesserte Mikrohärte und damit Verschleißbeständigkeit. Wie diese Wärmebehandlung aussieht, steht außerhalb der kostenlosen Vorschau in einem normativen Anhang; diese Seite nennt deshalb keine Bedingungen dafür. Für eine Spezifikation zählt, dass der Phosphorgehalt eine Wahl mit Folgen auf beiden Seiten ist und dass er in die Bezeichnung gehört.

Die Bezeichnung lesen

Die Norm liefert ein eigenes durchgerechnetes Beispiel, und es zu entschlüsseln ist der schnellste Weg zu sehen, wie viel von einem Prozess eine Oberflächenbezeichnung tragen kann.

Die drei Buchstabencodes sind SR für Spannungsarmglühen, HT für Wärmebehandlung zur Erhöhung von Härte oder Haftung und ER für die Behandlung gegen Wasserstoffversprödung. Die Temperatur in den Klammern ist ein Mindestwert, kein Sollwert.

Nun derselbe Überzug auf Aluminium, wo laut Norm keine Wärmebehandlung erforderlich ist:

Zwei doppelte Schrägstriche, genau an den beiden Stellen, an denen die Stahlversion Wärmebehandlungen hatte. Die Schreibweise lässt die Felder nicht einfach weg. Sie schreibt sie als leer. Wer die Zeichenkette später liest, sieht, dass es einen Platz für das Spannungsarmglühen und einen für die Versprödungsbehandlung gab und dass beide nicht belegt wurden. Das ist eine ganz andere Information als eine Bezeichnung, die Wärmebehandlung überhaupt nicht erwähnt.

Das sind die eigenen Veranschaulichungsbeispiele der Norm, keine Anforderungen. Die Abschnitte, die festlegen, wann welche Behandlung tatsächlich erforderlich ist, liegen außerhalb der kostenlosen Vorschau, und hier wird nichts daraus zitiert.

Die galvanische Seite schreibt ihre Codes wieder anders. ISO 4042 vergibt eine Position für jede optionale Schicht statt für jede Wärmebehandlung, und sie hat das ganze System 2018 ersetzt; deshalb liest sich ein Code wie A2K als Beschreibung der Oberfläche, ein aktueller dagegen als Beschreibung des Prozesses.

Wo die Schichtdicke gilt: eine Kugel von 20 mm

Abschnitt 6.4 beantwortet die Frage, die jede Beschichtungsnorm irgendwie beantworten muss, und er beantwortet sie mit einem Gegenstand.

Die Dicke in der Bezeichnung ist die örtliche Mindestschichtdicke. Und diese örtliche Mindestschichtdicke ist an jeder Stelle der wesentlichen Fläche zu messen, die von einer Kugel mit 20 mm Durchmesser berührt werden kann, sofern der Besteller nichts anderes festlegt.

Nehmen Sie ein Teil in die Hand und stellen Sie sich vor, eine Kugel von 20 mm darüberzurollen. Wo die Kugel hinkommt, gilt die Zahl. Wo sie nicht hinreicht, in eine kleine Innenecke, einen schmalen Schlitz, den Grund eines feinen Gewindes, reicht auch die Anforderung nicht hin. Das ist eine geometrische Prüfung, die jeder ohne Diskussion anwenden kann, und für eine Festlegung des Geltungsbereichs ist sie ungewöhnlich konkret.

Die drei Beschichtungsnormen, die wir für diese Website gelesen haben, geben auf dieselbe Frage drei verschiedene Antworten. Das sollte man im Kopf behalten, wenn man Zeugnisse vergleicht.

Zwei davon sind Mindestwerte an einer Stelle, einer ist ein Mittel über eine Gruppe. Eine Schichtdicke auf einem Zeugnis bedeutet also nicht in jedem Fall dasselbe, und die Seite zum Sherardisieren erklärt, warum der gemittelte Wert gemittelt ist.

Was zurückgewiesen werden kann und was nicht

Abschnitt 6.2 teilt das Aussehen in drei Gruppen ein, und die Einteilung ist schärfer als meist üblich.

• Kein Rückweisungsgrund: Unvollkommenheiten und Abweichungen, die aus dem Oberflächenzustand des Grundmetalls stammen, ausdrücklich Kratzer, Poren, Walzspuren und Einschlüsse, und die trotz guter Oberflächenvorbereitung bestehen bleiben. Ebenso Flecken und Anlauffarben durch eine Wärmebehandlung nach dem Beschichten, sofern keine besondere Ofenatmosphäre festgelegt wurde
• Ein Rückweisungsgrund: mit bloßem Auge sichtbare Blasen oder Risse, die von einer Wärmebehandlung durch den Beschichter herrühren
• Gar nicht zu beschichten: Die Norm sagt unmissverständlich, dass beschädigte Grundmetalle nicht beschichtet werden dürfen

Die Trennlinie ist, wer es verursacht hat. Fehler, die mit dem Teil hereinkamen, gehören dem Besteller, und die Norm fügt eine Warnung hinzu, die man weitergeben sollte: Fehler, die vor dem Beschichten im Grundmetall vorhanden sind, auch verborgene, können durch den Überzug abgebildet werden. Fehler, die der Beschichter durch Wärmebehandlung erzeugt hat, gehören dem Beschichter.

Das Aussehen selbst ist glänzend, halbglänzend oder matt, wie der Besteller es festlegt, und wird an freigegebenen Mustern beurteilt. Der Abschnitt zu den Bestellangaben ergänzt den Vorbehalt, der eine Beurteilung nach Muster ehrlich macht: Freigegebene Muster können sich mit der Zeit verändern und müssen gegebenenfalls in regelmäßigen Abständen ersetzt werden. Die Beurteilung des Aussehens nach Muster ist uns schon begegnet, in der Norm, die nie sagt, wie schwarz; diese hier gibt wenigstens zu, dass die Referenz altert.

Eine weitere Erwartung wird in einer Anmerkung gedämpft. Die Oberflächengüte eines chemischen Nickelüberzugs ist in der Regel nicht besser als die des Grundwerkstoffs vor dem Beschichten, außer wenn der Grundwerkstoff extrem glatt ist und eine Mikroeinebnung eintritt. Die Beschichtung räumt das Teil darunter nicht auf.

Und eine Anmerkung zum Salzsprühnebel

Abschnitt 6.8 überlässt die Korrosionsbeständigkeit und das Prüfverfahren dem Besteller, verweist für Bewertungskriterien auf ISO 10289 und nennt die Essigsäure- und die kupferbeschleunigte Salzsprühnebelprüfung zur Bewertung von Lochfraß. Dann folgt eine Anmerkung:

Ein Salzsprühnebelwert ist ein Vergleich zwischen Prozessen unter einer künstlichen Bedingung. Die Norm sagt das selbst, in dem Abschnitt, der die Prüfung anbietet. Was eine Schichtdicke im Einsatz tatsächlich bringt und auf welcher Grundlage, behandelt unsere Seite zur Abschätzung der Schutzdauer.

Was in der Bestellung stehen muss

Abschnitt 4.1 zählt 14 Angaben auf, die der Besteller schriftlich machen muss, als Teil des Vertrags, der Bestellung, der Produktspezifikation oder der Zeichnungen. Vier davon lohnt es herauszugreifen, weil sie am häufigsten stillschweigend vorausgesetzt werden:

• Die Zugfestigkeit des Teils, zusammen mit den Anforderungen an jede Wärmebehandlung vor und nach dem Beschichten. Die Festigkeit des Teils ist eine Eingangsgröße, die der Beschichter braucht, nicht etwas, das aus der Zeichnung zu erschließen ist
• Die wesentliche Fläche, angegeben durch Zeichnungen der Teile oder durch entsprechend gekennzeichnete Muster. Da die Dickenanforderung auf der wesentlichen Fläche definiert ist, hat eine Bezeichnung ohne sie nicht gesagt, wo sie gilt
• Ob eine Höchstschichtdicke vor oder nach der mechanischen Bearbeitung des Überzugs gemessen wird; die Norm spricht das eigens für das Aufbauen verschlissener oder zu stark bearbeiteter Teile an
• Ob Stahlteile vor dem Beschichten entmagnetisiert werden müssen, aufgeführt unter den zusätzlichen Angaben, um den Einschluss magnetischer Partikel in den Überzug gering zu halten

Das Muster über alle Oberflächennormen auf dieser Website ist inzwischen dasselbe. Die Spezifikation ist die Beschreibung eines Prozesses, die meisten Entscheidungen darin gehören dem Besteller, und der Hauptdienst der Norm besteht darin, diesen Entscheidungen Namen und einen Platz zum Aufschreiben zu geben. ISO 4527 geht einen Schritt weiter als die anderen: Sie gibt auch den Entscheidungen einen Namen, die nie getroffen wurden.

Dieser Beitrag behandelt Schritt 5: Oberfläche. Die vollständige Reihenfolge lautet Grundwerkstoff, Gewinde, Kopf, Antrieb, Oberfläche und Dokumentation. Warum eine andere Reihenfolge Nacharbeit verursacht, erläutert der englische Beitrag Specifying a screw.

Häufige Fragen

Was bedeutet der doppelte Schrägstrich in einer Bezeichnung nach ISO 4527?

Dass ein Schritt ausgelassen oder nie festgelegt wurde. Abschnitt 5.1 legt fest, dass doppelte Trennzeichen zu verwenden sind, um anzuzeigen, dass ein Schritt oder Arbeitsgang entweder nicht festgelegt oder ausgelassen wurde. Eine Bezeichnung Al//NiP(10)15/Cr0,5// zeigt also zwei leere Plätze, wo die Stahlversion desselben Überzugs ein Spannungsarmglühen und eine Behandlung gegen Wasserstoffversprödung trägt.

Was ist chemische Vernickelung?

ISO 4527 beschreibt autokatalytische Nickel-Phosphor-Überzüge als erzeugt durch katalytische Reduktion von Nickelionen in heißen, meist schwach sauren Lösungen bei Atmosphärendruck, mit Hypophosphitionen als Reduktionsmittel. Weil die abgeschiedene Nickellegierung selbst ein Katalysator für die Reaktion ist, erhält sich der Prozess selbst. Es fließt kein elektrischer Strom, und die Überzüge sind auf unregelmäßig geformten Teilen gleichmäßig dick, wenn die Lösung frei über ihre Oberflächen strömt.

Macht mehr Phosphor einen chemischen Nickelüberzug besser?

Das hängt davon ab, welche Eigenschaft Sie wollen. Die Einleitung von ISO 4527 sagt, dass sich das Korrosionsverhalten deutlich verbessert, wenn der Phosphorgehalt auf 8 % Massenanteil oder mehr erhöht wird, während sich die Verschleißbeständigkeit verbessert, wenn er unter diesen Wert gesenkt wird. Sie ergänzt, dass Überzüge mit hohem Phosphorgehalt bei geeigneter Wärmebehandlung eine stark verbesserte Mikrohärte und damit Verschleißbeständigkeit zeigen.

Wo gilt die Anforderung an die Schichtdicke?

Überall dort, wo eine Kugel von 20 mm hinkommt. Abschnitt 6.4 legt fest, dass die in der Bezeichnung angegebene Dicke die örtliche Mindestschichtdicke ist und dass sie an jeder Stelle der wesentlichen Fläche zu messen ist, die von einer Kugel mit 20 Millimetern Durchmesser berührt werden kann, sofern der Besteller nichts anderes festlegt.

Kann ein Beschichter Teile wegen Kratzern zurückweisen, die schon vorhanden waren?

Nein, und die Norm sagt außerdem, dass solche Teile gar nicht hätten beschichtet werden dürfen, wenn sie beschädigt waren. Unvollkommenheiten und Abweichungen aus dem Oberflächenzustand des Grundmetalls, ausdrücklich Kratzer, Poren, Walzspuren und Einschlüsse, sind kein Rückweisungsgrund. Gesondert legt die Norm fest, dass beschädigte Grundmetalle nicht beschichtet werden dürfen, und warnt, dass vor dem Beschichten vorhandene Fehler, auch verborgene, durch den Überzug abgebildet werden können.

Verbessert chemisch Nickel die Oberflächengüte eines Teils?

In der Regel nicht. Eine Anmerkung in Abschnitt 6.3 sagt, dass die Oberflächengüte autokatalytischer Nickelüberzüge in der Regel nicht besser ist als die des Grundwerkstoffs vor dem Beschichten, außer wenn dessen Oberfläche extrem glatt ist und eine Mikroeinebnung eintritt.

Sagt ein Salzsprühnebelergebnis voraus, wie lange der Überzug hält?

Laut Norm nicht notwendigerweise. Eine Anmerkung zu Abschnitt 6.8 sagt, dass Korrosionsprüfungen in künstlichen Atmosphären nicht notwendigerweise in Beziehung zur Lebensdauer oder zum Verhalten des fertigen Erzeugnisses stehen. Der Abschnitt überlässt die Korrosionsprüfung und ihre Bewertungskriterien dem Besteller.

Quellen

• ISO 4527:2003, Metallic coatings, autocatalytic (electroless) nickel-phosphorus alloy coatings, specification and test methods. Introduction, clause 1, clause 4, clause 5 and clause 6 as far as 6.8

ISO 4527:2003 wurde anhand der öffentlich zugänglichen Vorschau gelesen, die bei dieser Norm das Titelmaterial und den Inhalt bis zum Ende von 6.8 auf Seite 6 enthält. Die Abschnitte 6.9 bis 6.17, Abschnitt 7 zur Probenahme und die Anhänge A bis D liegen außerhalb der Vorschau, und nichts daraus wird zitiert. Das betrifft den normativen Anhang zur Wärmebehandlung, die Hinweise zu Dicke und Zusammensetzung und das Probenahmeverfahren. Keine Temperatur und keine Dauer einer Wärmebehandlung wird hier als Anforderung genannt; die Zahlen in den Bezeichnungsbeispielen sind die eigenen Veranschaulichungen der Schreibweise durch die Norm und werden nur als solche wiedergegeben. Es wird kein Dickenwert empfohlen, da die Hinweise dazu in einem Anhang außerhalb der Vorschau stehen. Der Abschnitt zur Behandlung gegen Wasserstoffversprödung nach dem Beschichten liegt ebenfalls außerhalb der Vorschau; diese Seite sagt daher nur, dass es den Abschnitt gibt, dass die Bezeichnung ein ER-Feld vorsieht und dass der Besteller die Zugfestigkeit des Teils angeben muss. Über die Eignung dieses Überzugs für hochfeste Verbindungselemente wird nichts behauptet, und sein Korrosionsverhalten wird nicht zahlenmäßig mit einem Zinküberzug verglichen. Die Norm steht im Stadium 90.20, in systematischer Überprüfung, und wurde zuletzt 2021 überprüft und bestätigt; sie ist die zweite Ausgabe und ersetzt ISO 4527:1987.