Metall ist mit der Zeit Korrosion ausgesetzt: Durch die chemische Reaktion mit Sauerstoff und Wasser entsteht Rost. Der ist nicht nur unansehnlich, sondern beeinflusst zudem die strukturelle Festigkeit und Lebensdauer. Deswegen ist das Entrosten von Metallen eine wichtige Maßnahme, die die Beständigkeit der Materialien verbessert und viele Verarbeitungsverfahren überhaupt erst ermöglicht. Um Metalloberflächen von Rost zu befreien, kommen im industriellen Bereich verschiedene Methoden zum Einsatz.

Rost entsteht, wenn Metall mit Sauerstoff und Wasser reagiert. Eisenoxide bilden sich auf allen Metallen, allerdings in unterschiedlichem Ausmaß. Bei Zink, Chrom, Aluminium oder Nickel zum Beispiel sind nur die obersten Atomlagen betroffen. Die kaum sichtbare Oxidschicht, die auf diesen Metallen entsteht, fungiert außerdem als Abschirmung gegen weitere Reaktionen des darunterliegenden Metalls mit Sauerstoff. Anders verhält es sich mit Eisen oder Stahl.

Fortschreitende Korrosion mit Folgen

Bei Eisen und Stahl hat die oxidierte Oberfläche keinerlei Schutzfunktion. Vielmehr begünstigt die elektrische Leitfähigkeit des gebildeten Rostes im Zusammenspiel mit der Sauerstoffdurchlässigkeit die Korrosion. Das heißt, der Rost breitet sich immer weiter aus. Dabei bildet er lockere Gefüge aus, die nur eine geringe Festigkeit aufweisen.

Im Zuge der Oxidation nehmen Masse und Volumen dieser Gefüge zu. Die Folge sind Spannungen, die schlussendlich dafür sorgen, dass die Rostschicht abplatzt. Wird der Rost nicht rechtzeitig entfernt, zersetzt sich mit der Zeit das gesamte Material.

Oxidation entsteht auch bei hohen Temperaturen

Nicht nur Sauerstoff und Wasser lassen Metalle oxidieren. Auch bei hohen Temperaturen können sich etwa auf der Oberfläche von Eisen Oxidationsprodukte bilden. In diesen Fällen spricht man von Zunder, der sich aus Eisenoxiden mit verschiedenen Oxidationsstufen zusammensetzt.

Zunder entsteht unter anderem beim Schmieden von glühendem Eisen. Die Hammerschläge lassen dünne Eisenoxidschichten von der Materialoberfläche abplatzen. Schweißen und Löten verursacht ebenfalls Oxidschichten entlang der Nähte. Sie fallen unter anderem durch ihre dunklere Färbung auf.

Weiterverarbeitung von Metall erfordert Entrosten

Das Entrosten von Metall dient nicht allein dem Erhalt der Langlebigkeit. Es ist außerdem die Grundvoraussetzung für weiterverarbeitende Verfahren. Ganz egal, ob Metallprodukte lackiert, galvanisiert oder feuerverzinkt werden sollen: Der erste Schritt besteht immer darin, die Oberfläche restlos von rostigen Stellen zu befreien. Auf diese Weise wird verhindert, dass die Stabilität der Werkstücke nach der Ver- oder Bearbeitung beeinflusst wird.

Maßgeblich für die Bewertung der Durchrostung einer metallischen Fläche ist die Einteilung der Rostgrade nach DIN EN ISO 4628-3. Mit Hilfe dieser Einteilung wird der prozentuale Anteil der Durchrostung angegeben, betrachtet auf die jeweilige Fläche.

Für die Wahl der passenden Methode, um eine Metalloberfläche von Rost zu befreien, sind eine Reihe von technischen Normierungen zu beachten. Das betrifft zunächst den Ausgangszustand der noch unbeschichteten Metallfläche, die für die Weiterverarbeitung vorbereitet werden soll.

Zu berücksichtigen ist dazu ebenfalls der Normreinheitsgrad vorbereiteter Stahloberflächen oder Oberflächenvorbereitungsgrad, der mittels der Entrostung erreicht werden soll.

Abhängig von diesen Kriterien werden im industriellen Bereich verschiedene Verfahren angewendet, um den Rost zu entfernen und die Oberfläche in der gewünschten Weise vorzubereiten.

Grundsätzlich lassen sich diese Methoden in mechanische, chemische und elektrolytische Verfahren unterteilen. Dazu lassen sich mit verschiedenen Strahlverfahren und Lasern gute Ergebnisse beim Entfernen des Rosts von Metallen erzielen. Wir stellen nachfolgend einige der Methoden vor.

Mechanische Methoden für das Entfernen von Rost greifen auf Werkzeuge und Hilfsmittel zurück. Vor allem Bürsten, Fächerscheiben oder Grobreinigungsvliese werden hierzu genutzt. Die Hilfsmittel werden dabei dem Grad der Durchrostung angepasst:

• Drahtbürsten eignen sich in erster Linie, um oberflächlichen, leichten Rost zu entfernen.
• Beim Schleifen kann die Körnung so weit angepasst werden, dass die Methode von leichtem bis starkem Rost eingesetzt werden kann.
• Nadel-Rostlöser bestehen aus mehreren Nadeln, mit denen sich auch hartnäckige Roststellen entfernen lassen.

Diese Lösungen lassen sich manuell nutzen, was im industriellen Maßstab jedoch nicht effizient ist. Das mechanische Beseitigen von Rost ist als manueller Prozess zu zeitaufwändig, zudem besteht die Gefahr, Kratzer auf der Metalloberfläche zu hinterlassen. In der Industrie wird deshalb auf Gleitschlifftechniken zurückgegriffen, da diese zum einen für größere Flächen geeignet sind und zum anderen das Material schonen.

Reinigungsstrahlverfahren gegen Rost

Unter den mechanischen Verfahren ist der Einsatz von Reinigungsstrahlen eine mögliche Alternative zu Schleiftechniken. Das gilt insbesondere dann, wenn es um das Entrosten von Flach- oder Profilstahlerzeugnissen geht. Die Anwendungsbereiche für derartige Methoden sind allerdings vielfältig:

• Schleuderräder und Turbinen sind eine effiziente Lösung für den flächigen Einsatz und auch für das Entzundern von Oberflächen gebräuchlich.
• Für kompliziertere Werkstückformen oder Werkstücke mit großen Geometrien hingegen sind Druckluftverfahren besser geeignet. Sie erlauben außerdem eine punktuelle Rostentfernung.

Als Strahlmittel kommen unterschiedliche Varianten in Frage, die auf das jeweilige Metall abgestimmt werden können. Das Strahlen mit Sand in verschiedenen Zusammensetzungen (zum Beispiel Quarzsand) ist weit verbreitet, je nach Ausgangszustand und Oberflächenstruktur werden auch Stahl-, Aluminium-, Zink-Aluminium-, Edelstahl- oder Glasperlen verwendet.

Unterschieden wird je nach Form zwischen gegossenen Strahlmitteln oder Drahtkorn, das aus gezogenem Draht hergestellt wird. Die jeweilige Härte und Form sorgen unter anderem für unterschiedliche Ergebnisse bei der Oberflächenbehandlung.

Der Vorteil von Reinigungsstrahlverfahren liegt nicht zuletzt darin, dass in einem einzigen Arbeitsschritt eine vollständig saubere, homogene Oberfläche entsteht.

Für das chemische Entrosten werden säurehaltige chemische Lösungen verwendet. Daneben sind ebenso alkalische Entroster üblich. Chemische Mittel lösen die Oxidationsprodukte auf der Metalloberfläche auf und können dabei auch schwer erreichbare Stellen sowie feine Strukturen von Rost befreien.

Wichtig ist jedoch, die Dosierung exakt an das zu reinigende Material anzupassen, da ansonsten Schäden am Metall entstehen können. Zu den möglichen Folgen einer falschen Anwendung gehört zum Beispiel eine aufgeraute Oberfläche.

Zusammensetzung verschiedener Beizlösungen für das chemische Entrosten

Auswahl und Konzentration der Säuren für das Beizen von Metall hängt im Wesentlichen von der Dicke der Rostschicht und den spezifischen Anforderungen an die gebeizte Metalloberfläche ab. Üblich sind folgende Säuren:

• Salzsäure hat eine Konzentration von 37 Prozent, womit sie auch Zunder auflösen kann. Sie wirkt schon bei Raumtemperatur sehr gut und wird wegen ihrer hohen Flüchtigkeit auch vorwiegend bei Temperaturen um 20 °C eingesetzt. Zum Beizen liegt die Säurekonzentration in der Regel zwischen 15 und 20 Prozent.
• Schwefelsäure hat unverdünnt eine Säurekonzentration von 96 Prozent und wird beim Entrosten ähnlich häufig verwendet wie Salzsäure. Da sie nicht verdunstet, wird sie für das Beizen mit hohen Temperaturen genutzt. In ihrer verdünnten Form kann Schwefelsäure Eisen angreifen, deshalb ist die Dosierung besonders wichtig. Meistens liegt die Säurekonzentration bei der Anwendung zwischen 10 und 30 Prozent, bei Temperaturen von 50 bis 100 °C.
• Die Phosphatierung mit Phosphorsäure ist im Verhältnis zu anderen Säuren teuer. Es wird insbesondere für dünne Rost- und Zunderschichten verwendet. Wird Eisen mit Phosphorsäure gebeizt, erhält es durch die chemische Reaktion eine dünne Eisenphosphatschicht, durch die das Material passiviert wird. In der Regel wird eine Konzentration von 10 Prozent bei Temperaturen bis 40 °C eingesetzt, eine höhere Konzentration von 20 Prozent für Temperaturen bis zu 60 °C.

Für niedriglegierte, unlegierte ferritische (stark magnetischer Chromstahl) sowie austenitische Stähle werden Säuremischungen aus verschiedenen Säuren verwendet. Sie sind als Beizpasten, Sprühmischungen oder als Badbeize verfügbar.

Der größte Nachteil des Beizens liegt in der Entsorgung. Selbst stark verdünnte Beizlösungen sind aufgrund ihrer umweltschädlichen und gesundheitsschädlichen Wirkung als Sondermüll zu entsorgen.

Eine vergleichsweise schonende Methode, um Rost von einer Metallfläche zu entfernen, ist das Elektrolyseverfahren. Es hat den Vorteil, den Rost auch von schwer zugänglichen Stellen und von feinen Strukturen lösen zu können.

Das zu entrostende Werkstück wird dazu in ein Bad mit einer elektrolytischen Lösung getaucht. Danach wird elektrischer Strom durch das Metall geleitet und bei der einsetzenden chemischen Reaktion wird der Rost entfernt. Geeignet ist diese Methode allerdings nur für das Entrosten von Eisen und Stahl – bei Messing, Kupfer und Legierungen wird die Elektrolyse nicht genutzt. Da bei diesem Verfahren Wasserstoff entsteht, ist es zudem mit gewissen Risiken verbunden.

Beim Entrosten von Metallen haben sich weiterhin thermische Verfahren bewährt. Dabei wird durch eine Bearbeitung der Metalloberfläche mit Hitze der Rost gelöst. Vor allem zwei Methoden sind dabei gängig, nämlich das Flammstrahlen und die Laserreinigung.

Flammstrahlen gegen Rost

Für das Flammstrahlen wird eine Mischung aus Sauerstoff und Acetylen verwendet, die mit Hand- oder Maschinenbrennern entzündet wird. Durch die kurze, aber starke Erhitzung mit Hilfe der Flammstrahlen lassen sich Rostschichten genauso wie andere Anhaftungen (zum Beispiel Lack- oder Farbreste) lösen. Möglicherweise müssen die gelösten Reste nach der Hitzebehandlung mit Bürsten entfernt werden.

Laserreinigung gegen Rost

Das Entrosten mit einem Laser beruht darauf, dass jedes Material eine eigene Abtragssschwelle aufweist. Bei Rost liegt diese niedriger als bei dem betroffenen Metall. Die Parameter der Laser werden deshalb so eingestellt, dass die Intensität hoch genug ist für das Entfernen des Rosts, ohne dabei Beschädigungen am Grundmaterial zu verursachen. Die Oxidschichten werden zu Rauchgasen verdampft.

Die Laserreinigung erlaubt ein präzises Vorgehen beim Entrosten, zudem ist das Verfahren recht zeiteffizient. Voraussetzung ist meist ein Hochleistungslaser mit einer Leistung von 100 W oder mehr. Die erforderliche Leistung und die Geschwindigkeit der Reinigung hängen außerdem von der Dicke der Rostschicht ab.

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