Festfressen ist eine der häufigsten Ursachen für festsitzende Gewinde, eingerissene Dichtflächen und Ausschussbaugruppen in Aluminiumbauteilen. Dabei handelt es sich eher um einen adhäsiven Verschleißmechanismus als um einfachen Abrieb, und er verhält sich anders als das Festfressen bei Stahl, weshalb die Vorbeugungsmaßnahmen speziell auf Aluminium abgestimmt werden müssen. Dieser Artikel behandelt den Mechanismus, Beschichtungs- und Schmiermitteloptionen, die Legierungsauswahl und Konstruktionsregeln für Gewinde- und Gleitverbindungen.
Was Fressen ist und warum Aluminium dazu anfällig ist
Abrieb tritt auf, wenn sich berührende Oberflächen an der Unebenheitsebene anhaften und dann beim Gleiten reißen, wodurch Material von einem Teil auf den anderen übertragen wird. Aluminium ist aus drei Gründen besonders anfällig: Viele handelsübliche Legierungen sind im geglühten Zustand weich, das Metall weist unter Belastung kein stabiles Schmieroxid auf und der natürliche Oxidfilm (Al2O3) ist hart, aber spröde, sodass er bricht und frisches, chemisch aktives Metall freilegt, das sofort kalt-mit der Gegenfläche verschweißt.
Sanfte Gemüter:Legierungen der Serien 1000 und 3000 verformen sich im O-Zustand leicht und sind am anfälligsten für die Übertragung von Klebstoff.
Hoher Anpressdruck:Kleine Gewindeflankenbereiche, enge Gewinde mit feiner Steigung und über-angezogene Verbindungselemente konzentrieren die Last und beschleunigen das Schweißen.
Fehlender oder verdrängter Schmierstoff:Durch die Trockenmontage oder aus der Kontaktzone herausgedrücktes Schmiermittel wird die letzte Trennschicht entfernt.
Häufige Fehlerpunkte:Gewindebefestigungen, Pressbuchsen, Gleitführungen, Scharniere und alle Verbindungen, die mit Elektrowerkzeugen bei hoher Geschwindigkeit montiert werden.
Beschichtungen und Oberflächenbehandlungen, die ein Festfressen verhindern
Die zuverlässigste vorbeugende Maßnahme ist die Schaffung einer harten oder reibungsarmen Schicht zwischen den beiden Aluminiumoberflächen. Nachfolgend sind die wichtigsten Optionen mit ihren typischen Dicken- und Härtebereichen zusammengefasst.
| Behandlung | Typische Schichtdicke | Wirkung auf das Fressen |
|---|---|---|
| Schwefeleloxieren (Typ II) | 5 bis 25 µm | Die harte Oxidschicht reduziert den Kontakt von Metall-zu-; verbessert auch die Korrosionsbeständigkeit |
| Hartanodisieren (Typ III) | 25 bis 50 µm | Dichteres, härteres Oxid für verschleißbeanspruchte Gleitverbindungen |
| Mit PTFE-imprägnierte Anodenschicht | Wie beim Grundeloxieren, mit versiegelten Poren | Niedriger Reibungskoeffizient; wirksam bei Trockenlauf und wiederholtem Radfahren |
| Plasmaelektrolytische Oxidation (PEO) | 20 bis 60 µm | Keramische Konversionsschicht mit hoher Härte und guter thermischer Stabilität |
| Gebundener trockener -Schmierfilm | 5 bis 15 µm | Molybdändisulfid oder Graphit in einem Harzbindemittel; vor der Montage aufgetragen werden |
Anodische Schichten unterliegen der ISO-Norm 7599 für anodische Oxidationsbeschichtungen auf Aluminium, die Anforderungen an Beschichtungsmasse, Versiegelung und Verschleißtests definiert. Laboruntersuchungen an beschichteten und eloxierten Aluminium-Befestigungselementen berichten im Allgemeinen von einer um etwa 60 bis 80 Prozent geringeren Fehlerhäufigkeit im Vergleich zu blankem Metall. Das Ergebnis hängt jedoch stark von der Kontinuität der Beschichtung ab: Jeder örtlich begrenzte unbeschichtete Bereich, eine Beschädigung des Gewindekamms oder ein Kantenschnitt-durch -führt wieder zu blankem Metall und wird zur Entstehungsstelle.
Schmierstoffe für Gewinde- und Gleitverbindungen
Schmierung ist die zweite Verteidigungslinie und in der Regel am kostengünstigsten umzusetzen. Die Auswahl hängt hauptsächlich von der Temperatur, der Umgebung und dem Risiko galvanischer Korrosion ab.
Graphit-Anti--Seize:eine gute allgemeine Wahl für Aluminiumgewinde; Graphit ist chemisch mit Aluminium kompatibel.
Nickel-basiertes Anti--Seize:Geeignet für Hochtemperaturverbindungen und für rostfreie Befestigungselemente, die in Aluminium installiert werden, wo das Abrieb am stärksten ist.
Kupfer-basiertes Anti--Seize:wirksam auf Stahl, sollte jedoch in nassen, salzhaltigen oder Meeresumgebungen auf Aluminium vermieden werden, da das Kupfer als Kathode fungiert und die galvanische Korrosion des Aluminiums vorantreibt.
Hochdruckfette (EP-Fette):übertreffen normale Öle in langsam{0}gleitenden Hochdruckverbindungen; Die EP-Leistung wird normalerweise durch Vier-{2}Kugeltests gemäß ASTM D2596 bewertet.
Festfilmschmierstoffe:Molybdändisulfid und Wolframdisulfid behalten ihre Schmierfähigkeit dort, wo herkömmliche Fette oxidieren oder herausgedrückt werden, und eignen sich für Anwendungen in der Nähe von Hochtemperatur- und Vakuumanwendungen.
Gleitmittel auf Wasserbasis-:nützlich, wenn es auf Feuerbeständigkeit oder einen niedrigen VOC-Gehalt ankommt, sie jedoch ein Korrosionsinhibitorpaket enthalten müssen, da sie sonst Lochfraß in Aluminiumsystemen begünstigen.
Die Montagegeschwindigkeit ist ebenso wichtig wie das Schmiermittel selbst. Das Hochgeschwindigkeits--Abdrehen von Elektrowerkzeugen erzeugt eine lokale Blitztemperatur, die den Schmierfilm in Millisekunden zerstört. Die Reduzierung der Einschraubgeschwindigkeit und die Verwendung eines kontrollierten Drehmoments sind einfache und wirksame Gegenmaßnahmen.
Legierungsauswahl, Härte und Materialpaarung
Härte und Mikrostruktur dominieren den Verschleißwiderstand. Ausscheidungsgehärtete Legierungen der Serien 2000 und 7000 widerstehen Adhäsionsverschleiß wesentlich besser als handelsübliche reine oder niedriglegierte Legierungen, und die T6-Vergütung erhöht die Oberflächenhärte weiter. Knetlegierungen übertreffen im Allgemeinen Gusslegierungen, und der Zusatz von Elementen wie Silizium oder Nickel reduziert den adhäsiven Verschleiß durch die Einführung harter Partikel der zweiten -Phase. Auch die Legierungspaarung spielt eine Rolle: Gleiche -auf-gleiche Paare neigen am stärksten zum Abrieb, sodass eine Aluminiumkomponente, die gegen eine andere Oberfläche läuft, oft eine bessere Leistung erbringt, vorausgesetzt, die galvanische Kompatibilität wird durch Eloxieren, Isolierscheiben oder ein kompatibles Beschichtungssystem gewährleistet. Für kritische Verbindungen bietet ASTM G98 eine Standardmethode zur Bewertung der Abriebfestigkeit von Materialpaaren.
Design- und Montagepraxis
Threadauswahl:Durch die Erhöhung des Gewindespiels um etwa 15 bis 20 Prozent und die Bevorzugung grober Steigungen gegenüber feinen Steigungen wird der Kontaktdruck verringert und das Reißen verringert.
Verlobungsdauer:Erweitern Sie den Gewindeeingriff in Aluminium, üblicherweise auf etwa das Doppelte des Nenndurchmessers, damit die Last auf eine größere Flankenfläche verteilt wird.
Gewindeeinsätze:Spiraldraht- oder Vollgewindeeinsätze verteilen die Last und sorgen für eine härtere Passfläche, was die Standardlösung für wiederholt gewartete Gewindelöcher ist.
Oberflächenbeschaffenheit:Das Polieren der Kontaktflächen auf Ra kleiner oder gleich 0,8 µm reduziert die Anzahl der schweißbaren Unebenheiten. Ein extrem feiner Spiegelglanz ist nicht automatisch besser, da eine leichte Textur dazu beitragen kann, das Schmiermittel zurückzuhalten.
Drehmomentregelung:Geben Sie Drehmomentwerte an und überprüfen Sie diese vor Ort. Führen Sie bei neuen Verbindungen vor dem endgültigen Anziehen einen Einschaltzyklus mit niedrigem -Drehmoment- durch.
Analyse:Die Finite-Elemente-Analyse der tragenden Geometrie trägt dazu bei, den lokalen Druck unter dem Niveau zu halten, bei dem die Klebstoffübertragung beginnt.
Häufig gestellte Fragen
F: Warum verschleißt Aluminium stärker als Stahl?
Aluminium ist in gewöhnlichen Zuständen weicher, sein Oberflächenoxid bricht unter Last, statt zu fließen, und das frisch freigelegte Metall lässt sich leicht kalt verschweißen, sodass die Klebstoffübertragung bei geringeren Kontaktdrücken als bei Stahl beginnt.
F: Welche Aluminiumlegierungen widerstehen dem Festfressen am besten?
Höhere -ausscheidungsfeste-gehärtete Güten der Serien 2000 und 7000 sowie T6-vergütetes Material widerstehen Adhäsionsverschleiß besser als Legierungen der Serien 1000 oder 3000. Geschmiedete Sorten sind im Allgemeinen besser als Gusssorten.
F: Beseitigt das Eloxieren das Abreiben vollständig?
Nein. Durch Eloxieren wird das Risiko erheblich verringert, da die Metalloberflächen auseinander gehalten werden. Allerdings kann eine harte, spröde Schicht bei starker Punktbelastung reißen, und jeder unbeschichtete Bereich oder beschädigte Gewindescheitel wird zu einem neuen Ausgangspunkt.
F: Ist kupferbasiertes Anti-Seize-für Aluminiumgewinde geeignet?
Es funktioniert mechanisch, aber in nassen oder salzhaltigen Umgebungen beschleunigt Kupfer die galvanische Korrosion von Aluminium. Verbindungen auf Graphit- oder Nickelbasis-sind für Aluminiumverbindungen sicherer.
F: Welche Oberflächenbeschaffenheit sollte angegeben werden?
Eine Oberflächengüte von Ra kleiner oder gleich 0,8 µm auf Gleit- und Dichtflächen ist ein praktisches Ziel. Unterhalb von etwa 0,2 µm erreicht der Vorteil ein Plateau und die Oberfläche hält das Schmiermittel nicht mehr effektiv zurück.
F: Wie sollte eine Verbindung nach der Reinigung wieder zusammengebaut werden?
Reinigen Sie die Gewinde, prüfen Sie, ob übertragenes Material vorhanden ist, stellen Sie die beschädigte Beschichtung wieder her, tragen Sie erneut ein kompatibles Anti-{0}}Anti-Seize- oder festes-Schmiermittel auf und ziehen Sie es mit kontrollierter Geschwindigkeit und Drehmoment an.
