Elektronenstrahlhärten

Das Härten von Oberflächen ist kein auf metallurgische Prozesse begrenztes Einsatzgebiet. Auch Lacke werden gehärtet um dessen Eigenschaften zu verbessern. Oft sind Lacke die erste Oberflächenschicht, die Umwelteinflüssen und Belastungen ausgesetzt sind. Dabei geht es nicht nur um farbliche Lacke zur optischen Aufwertung, denn der Einsatz von Schutzlacken sind industrieller Standard - beispielsweise im Bereich des Maschinenbaus. Das trocknen der aufgetragenen Lacke ist nicht trivial. Abhängig von der aufgetragenen Schichtdicke trocknen Lacke bei Umgebungstemperaturen erst innerhalb von 5-14 Tagen komplett durch. Da in der Regel mehrere Lackschichten aufgetragen werden, können sich die Trockenzeiten entsprechend erhöhen. Die Probleme einer reinen Lufttrocknung sind vielfältig. Zum einen ist es wirtschaftlich kaum möglich, Teilprodukten lange Liegezeiten zu gewähren, zum Anderen erhöht die Lufttrocknung die Gefahr der Rissbildung, die die chemische/mechanische Beständigkeit der Bauteile verringert.

Hitzehärtung

In der industriellen Lackierung hat sich die Hitzehärtung durchgesetzt. Man bedient sich bei der Hitzehärtung dem Näherungsgesetz aus der Thermodynamik, der besagt, dass jedwede chemischen Reaktionen bei einer Temperaturerhöhung von 15 Grad in doppelter Geschwindigkeit erfolgen. Dabei gilt, dass das komplette Werkstück diese Temperaturerhöhung erfahren muss, um die Geschwindigkeit der chemischen Prozesse zu verdoppeln. Bei der Hitzehärtung herrschen je nach Bindemittelart Temperaturen von 80-180°C.

Elektronenstrahlhärten

Das Elektronenstrahlhärten erfolgt mithilfe eines durch Elektronenbeschleunigung im elektrischen Feld generierten Elektronenstrahl. Die dafür notwendigen Elektronen werden erzeugt in dem elektrischer Strom durch einen Wolframdraht geleitet wird. Die Elektronen werden dann in einem vakuumierten elektrischen Feld beschleunigt und an ein Fenster aus Titanfolie, das für die Elektronen durchlässig ist, weitergeleitet. An dem Austrittsfenster lassen sich die zu härtenden Oberflächen vorbeiführen.

Das Härten mit Elektronenstrahlen hat viele Vorteile, hat sich aber aufgrund hoher Anfangskosten noch nicht durchsetzen können. Ein Umstieg auf das Elektronenstrahlhärten erfordert eine Vakuumkammer, eine Hochspannungsversorgung sowie eine Schutzgasatmosphäre. Die Anschaffungskosten durch geringeren Energieverbrauch zu amortisieren benötigt einen langen Atem. Trotz alledem: im Zeichen des ökologischen Wandels stellt das Elektronenstrahlhärten die nachhaltigste Alternative dar. Neben dem geringen prozeduralen Energieverbrauch, entfallen der Energieaufwand für Kühlung und andere Folge-Prozesse, was in der Summe die CO2-Emissionen um ein Vielfaches reduzieren.

Neben Lacken lassen sich auch metallische Oberflächen mittels Elektronenstrahl härten - aber nur dann, wenn geringe Härtetiefen angestrebt sind. Tiefere Schichten erreicht das Elektronenstrahlhärten nicht. Ein großer Vorteil des Elektronenstrahlhärtens ist, dass es ein punktförmiges und extrem präzises Härten von Oberflächen ermöglicht. Auch geometrisch komplexe Werkstücke lassen sich sehr exakt härten. Ein aktivierendes Abschrecken ist nicht nötig - der Abschreckvorgang erfolgt direkt im Anschluss durch das Werkstück selbst das aufgrund der Trägheit der Wärmeleitung in der kurzen Zeit nicht miterhitzt wird.

Elektronenstrahlhärten - Vorteile:

• Extrem selektive Wärmebehandlung.
• Der Wärmeeintrag kann aufgrund spezieller Strahlformungsoptiken genau dosiert und gesteuert werden.
• Verzugsfrei durch Selbstabschreckung.
• Rissbildung nahezu null.
• Härten von sehr komplexen Werkstück-Gemortrien.