Harteloxieren

Harteloxieren ist ein gängiges Verfahren zur Veredelung von Metallen wie Aluminium, das nicht nur Schutzschichten gegen Verschleiß und Korrosion erzeugt, sondern auch die Oberfläche der Materialien deutlich härter und widerstandsfähiger macht. Dieser Vorgang wird häufig auch Hartanodisieren oder Hartcoatieren genannt.  

Was bedeutet Harteloxieren?

Harteloxal bezeichnet die elektrolytische Oxidation von Aluminium, bei der das Material in einer Säurelösung (meist Schwefelsäure) als Anode eingesetzt wird. Durch einen starken Stromfluss bildet sich auf der Oberfläche eine dichte, stabile Oxidschicht aus Aluminiumoxid (Al₂O₃). Diese ist deutlich härter und widerstandsfähiger als die herkömmlichen anodischen Schichten durch das Eloxieren.

Robuste Oberfläche für maximalen Materialschutz

Durch ihre Härte und Dichte sorgt sie für eine deutlich bessere Korrosionsbeständigkeit, bietet eine hohe elektrische Isolation und hält auch Verschleißbedingungen stand. Deshalb wird Harteloxal vor allem in Bereichen eingesetzt, in denen Materialschutz und Langlebigkeit entscheidend sind. Zusätzlich hat die Schicht eine keramikähnliche Struktur und verleiht der Oberfläche eine ansprechende Optik.

Geeignete Materialien für das Hartanodisieren

Harteloxieren wird hauptsächlich für Aluminium und dessen Legierungen eingesetzt, kann aber unter bestimmten Bedingungen auch bei Titan und Magnesium angewendet werden. Unabhängig von dem verwendeten Metall entsteht eine Oxidschicht, die für unterschiedliche Anwendungen genutzt werden kann. 

Im Gegensatz zu Aluminium wird Titan beispielsweise nicht nur korrosionsbeständiger, sondern es erstrahlt auch in vielen verschiedenen Farbtönen und wird daher besonders gerne für dekorative Zwecke verwendet. Nicht geeignet für das Harteloxieren sind Legierungen mit einem Kupferanteil von über 2 %.

Was ist der Unterschied zwischen Harteloxieren und Eloxieren? 

Das Harteloxieren ist eine besondere Form des Eloxierens, bei der durch höheren Stromfluss und einen kühleren Elektrolyten deutlich härtere Schutzschichten auf Metallen wie Aluminium erzeugt werden. Daher wird es bevorzugt für Aluminiumteile verwendet, die hohen mechanischen Belastungen oder abrasiven Bedingungen ausgesetzt sind. Zudem besitzen Harteloxalschichten eine Eigenfärbung, die in der Regel ein eher dunkler und gedämpfter Farbton ist. Somit liegt der Fokus beim Harteloxieren auf der Erhöhung der Härte und Verschleißfestigkeit der Oxidschicht und weniger auf dem dekorativen Aussehen, wie das beim gewöhnlichen Eloxieren der Fall ist. 

Wie funktioniert das Harteloxal-Verfahren?

Um eine widerstandsfähige Harteloxalschicht auf Aluminium zu erzeugen, sind mehrere aufeinander abgestimmte Verfahrensschritte erforderlich. Von der gründlichen Vorbehandlung über das eigentliche Anodisieren bis hin zur abschließenden Versiegelung – jeder Schritt trägt dazu bei, die gewünschte Schutz- und Funktionsschicht gezielt aufzubauen. Die einzelnen Schritte sind wie folgt:

1. Vorbehandlung
Zunächst wird die Oberfläche gründlich gereinigt, um Schmutz, Fett und andere Verunreinigungen zu entfernen. Dies geschieht entweder mechanisch oder chemisch. Je nach Anwendung kann eine zusätzliche Radierung erfolgen, um die Haftung der späteren Schicht zu verbessern.

2. Anodisieren
Anschließend wird das Aluminium in ein Schwefelsäurebad getaucht und als Anode in einen elektrischen Stromkreis integriert. Die Parameter sind dabei entscheidend, um die gewünschte hart eloxierte Oberfläche zu erzielen.

3. Verstärkungsbehandlung
Sobald das Aluminium in die Lösung eingetaucht ist, wird ein elektrischer Strom angelegt, der eine elektrochemische Reaktion auslöst. Durch die speziellen Bedingungen mit niedrigen Temperaturen und hoher Stromdichte entsteht eine besonders dicke und harte Oxidschicht. So wird die Aluminiumoberfläche in eine widerstandsfähige Schutzschicht aus Aluminiumoxid umgewandelt.

4. Versiegelungsprozess
Um die Korrosionsbeständigkeit und Farbaufnahmefähigkeit weiter zu verbessern, wird die Schicht abschließend versiegelt – oft durch Kochen in deionisiertem Wasser, Dampfen oder eine spezielle chemische Behandlung. Nach einer abschließenden Spülung und Trocknung ist das Teil einsatzbereit.

Der gesamte Prozess kann je nach Legierung, Badchemie, Temperatur und Stromdichte angepasst werden, um den spezifischen Anforderungen der Anwendung gerecht zu werden.

Farbentwicklung beim Harteloxieren

Die Farbmöglichkeiten sind im Gegensatz zum herkömmlichen Eloxieren ziemlich eingeschränkt. Denn der geringe Porendurchmesser beim Harteloxal erlaubt den Farbpartikeln nur sehr schlecht, in die erzeugte Oxidschicht eindringen zu können. Ein Farbton von Grau, Braun oder Anthrazit kann dennoch erzielt werden, ist aber nur bedingt möglich. Aus diesem Grund werden harteloxierte Werkstücke meist nur für technische und nicht dekorative Zwecke verwendet.

Eigenschaften einer Harteloxalschicht

Beim Harteloxieren erhält das Aluminium zahlreiche funktionale Verbesserungen, die seine Eigenschaften deutlich optimieren. Zum einen natürlich die bereits erwähnte hohe Verschleißfestigkeit und den ausgezeichneten Korrosionsschutz, aber zum anderen bietet Harteloxal auch eine hohe Kratzfestigkeit und eine hohe chemische Beständigkeit gegenüber Säuren und Laugen. Weitere besondere Eigenschaften der Harteloxalschicht sind unter anderem:

• Schichtdicke: bis zu 140 µm
• Erhöhte Härte: von etwa 600 HV
• Gute Hitzebeständigkeit: bis zu 200 °C
• Hohe Isolationsfestigkeit: von 20 bis 30 V/µm
• Wärmeleitfähigkeit: 1/10 bis 1/30 des Grundmaterials

Anwendungsgebiete von Harteloxal

Die Oberflächenveredelung von Aluminiumbauteilen wird besonders bei Werkstücken angewendet, die starken Beanspruchungen ausgesetzt sind und wo eine hohe Widerstandsfähigkeit erforderlich ist. Verschiedenste Branchen machen Gebrauch von harteloxierten Teilen in sämtlichen Größen und Formen. 

Beständigkeit für sterile Umgebungen in der Medizin

Im Bereich der Medizintechnik, in der regelmäßig durch alkalische Medien für ein steriles Umfeld gesorgt werden muss, ist die Beständigkeit gegenüber Säuren und Laugen besonders wichtig. Aus diesem Grund werden oft chirurgische Instrumente oder Sterilisationsbehälter mit Harteloxal behandelt. Eine weitere wichtige Eigenschaft ist die dadurch entstehende Biokompatibilität, die für Implantate oder orthopädische Zwecke von großer Bedeutung ist, ebenso wie die Belastbarkeit trotz des geringen Gewichts des Metalls.

Verschleißfeste Komponenten für Automobil und Maschinenbau

Die Automobilindustrie bedient sich ebenso an harteloxierten Teilen wie Kolbenköpfe, Zylinder, Felgen und Zahnräder. Wegen ihrer ständigen Reibung erfordern sie eine extrem gute Verschleißfestigkeit. Ähnlich ist das im Maschinenbau, wo Werkzeuge oder Maschinengehäuse widerstandsfähige Eigenschaften aufweisen müssen.

Architektur vereint Langlebigkeit und Ästhetik

Architektonisch wird harteloxiertes Aluminium gelegentlich für Fensterrahmen, Geländer und Strukturfassaden verwendet, weil durch das Verfahren eine hohe Witterungsbeständigkeit erzeugt wird.

Stabilität und Widerstandsfähigkeit für extreme Bedingungen in der Luft- und Raumfahrt

Wohl eines der wichtigsten Bereiche, in denen Harteloxieren angewendet wird, ist die Luft- und Raumfahrtindustrie. Sie zählt auf harteloxiertes Aluminium, weil es durch sein Festigkeit-Gewichts-Verhältnis überzeugt und wird deshalb in Teilen wie Hydrauliksystemen oder Flugzeugfahrwerken verwendet. Hierbei wird die Festigkeit, Haltbarkeit und Widerstandsfähigkeit der Werkteile in rauen Bedingungen gewährleistet.

Alltagsprodukte mit harter Oberfläche

Darüber hinaus wird auch eine Vielzahl an Verbraucherprodukten mit diesem Verfahren veredelt. Dabei sorgt die Schutzschicht für eine höhere Haltbarkeit und eine hohe Kratzfestigkeit, die durch den täglichen Gebrauch von beispielsweise Laptops und Smartphones gefordert ist.

Fazit: Harteloxieren für maximale Widerstandsfähigkeit

Harteloxieren ist ein bewährtes Verfahren zur Veredelung von Aluminium, das durch seine extrem harte, verschleißfeste und korrosionsbeständige Oberfläche überzeugt. Es eignet sich besonders für technische Anwendungen, bei denen Langlebigkeit, Belastbarkeit und Funktionalität im Vordergrund stehen – von der Medizintechnik über den Maschinenbau bis hin zur Luft- und Raumfahrt.