Beizen von Edelstahl

Das Beizen ist eine Oberflächenbehandlung unter der Zuhilfenahme von Chemikalien, wie in etwa Säure oder Lauge. Das Ziel des Verfahrens ist die Veränderung der Außenschicht des Materials und eine damit einhergehende Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit

Mithilfe von Beizen kann eine metallisch blanke, saubere Oberfläche erzeugt werden. So kann sich bei Edelstählen mit einem Chromgehalt von mindestens 10,5 % eine Passivierschicht bilden, die das Material vor direktem Kontakt mit Medien wie Luft oder Feuchtigkeit schützt.

Warum muss Edelstahl gebeizt werden?

Durch das Beizen wird bei Edelstahl der Oberflächenzustand für eine optimale Korrosionsbeständigkeit vorbereitet. Durch Herstellungs- und Fertigungsverfahren wird die Außenfläche des Werkstoffs häufig in Mitleidenschaft gezogen. So kann es zu folgenden Beschädigungen und Unreinheiten der Oberfläche kommen:

  • Bei Wärmebehandlungen bilden sich Zunderschichten
  • Anlauffarben bilden sich durch Schleifen, Schweißen und ähnliche Arbeiten
  • Metalloxide oder Fremdrost lagert sich ab
  • Bei der Bearbeitung mit Stahlwerkzeugen kommt es zu Eisenabrieb
  • Beim Bohren ohne Kühlschmiermittel bilden sich durch den Wärmeeinfluss Chromcarbid
  • Bei einer Kaltumformung kommt es durch die Gefügeveränderung zur Bildung von verformungsinduzierter Martensit

Wie verhalten sich die Edelstahlgefüge beim Beizen?

Edelstahl aus unterschiedlichen Gefügebestandteilen weisen beim Beizen unterschiedliche Reaktionen auf. Edelstahlsorten aus Martensit neigen im gehärteten und vergüteten Zustand zu Wasserstoffrissen und sollten deshalb nur mit Vorsicht gebeizt werden. Ferritische Werkstoffe neigen wegen der geringen Korrosionsbeständigkeit zum Überbeizen. Deshalb sollten bei diesen Werkstoffen im Gegensatz zu Austeniten mildere Beizen verwendet werden.

Welche Vorbereitungen müssen vor dem Beizen getroffen werden?

Vor dem eigentlichen Beizvorgang muss eine gründliche Reinigung des Bauteils erfolgen, damit die verwendeten Chemikalien gleichmäßig einwirken können. Die Oberfläche muss von Ölen, Fetten, aber auch von Schmiermitteln und Aufklebern befreit werden, um ein optimales Ergebnis erzielen zu können. Hierzu werden typischerweise neutrale bis alkalische Entfettungsmittel verwendet. Saure Mittel werden verwendet, wenn es um die Entfernung von Fremdrost geht. Solche Chemikalien entfernen einerseits den Rost, haben aber auch die Eigenschaft den Edelstahl zu entfetten. Diese Vorgänge finden möglichst bei höheren Temperaturen statt. Sollten die Edelstahl-Teile hartnäckig verschmutzt sein, kann auch Ultraschall oder ein elektrolytisches Verfahren zum Einsatz kommen.

Nach der Reinigung müssen die Werkstücke gründlich und säurefrei abgespült und komplett getrocknet werden. Danach ist das Material für die weiteren Schritte bereit.

Welche Mittel werden zum Beizen eingesetzt?

Die verwendeten Mittel haben basieren meist auf Fluss- oder Salpetersäure. Welches Beizmittel das richtige ist, hängt zum großen Teil von den folgenden Faktoren ab:

  • Welches Edelstahlgefüge oder Edelstahlsorte soll gebeizt werden?
  • Wie hoch ist der Grad der Verzunderung?
  • Welche Oberflächenanforderung werden nach dem Beizen vorausgesetzt?

Weitere beeinflussende Faktoren sind weitere Glüh- und Schweißprozesse und die gewünschte Einwirkzeit.

Abhängig vom Beizmedium weist die Oberfläche schon direkt nach dem Beizen und Spülen eine korrosionsabweisende Passivschicht auf. Wird eine raschere Passivierung gewünscht, kann der Edelstahl direkt mit einem oxidierenden Medium, wie Salpetersäure oder Wasserstoffperoxid, behandelt werden. Diese sogenannte synthetische Passivierung erfolgt so innerhalb von wenigen Sekunden bis Minuten.

Welche Beizverfahren für Edelstahl gibt es?

Tauchbeizen

Soll das gesamte Werkstück behandelt werden, wird das Tauchbeizen eingesetzt. Hierbei wird das Bauteil in das flüssige Beizmedium eingetaucht. Um das Überbeizen zu vermeiden, können Inhibitoren eingesetzt werden. Die Einwirkzeit kann durch eine Temperaturerhöhung und Bewegung des Werkstücks verkürzt werden. 

Zu beachten ist, dass Beizbäder, die für andere Metalle vorgesehen sind, nicht für Edelstahl verwendet werden dürfen. So kann es zu einer starken Schädigung des Materials kommen.

Sprühbeizen

Durch Sprühbeizen werden große Werkstücke behandelt, die sich nicht demontieren lassen und in kein Beizbad passen. Das Verfahren findet mithilfe einer Sprühpistole oder Handpumpen statt. Bei dieser Technik kommen grundsätzlich die gleichen Beizmittel wie beim Tauchbeizen zum Einsatz. Jedoch werden die Beizmittel durch Zusätze verdickt und so in eine sprühfähige Beizpaste gebracht. Das Sprühbeizen kommt häufig bei Edelstahlelementen an Brücken und Häusern zum Einsatz.

Rotationsbeizen

Das Rotationsbeizen stellt eine Kombination aus den beiden vorherigen Verfahren dar. Bei diesem Verfahren werden die Werkstücke in einem geschlossen Raum behandelt und gespült. Ebenfalls findet im Anschluss schon die Passivierung statt.

Vorteile des Rotationsbeizen im Vergleich zu den anderen Verfahren sind die Zeit- sowie Kostenersparnis. 

Umlaufbeizen

Das Umlaufbeizen kommt häufig bei der Fertigung von Rohrleitungen zum Einsatz. Nachdem die Rohre in ein Bad getaucht werden, wird die Beizflüssigkeit durch die Rohre gepumpt. Durch einen Wechsel der Pumpvorlage kann der Spülvorgang sowie das Passivieren schnell vorgenommen werden.

Nahtbeizen

Das Ziel beim Nahtbeizen ist es, die Schweißnähte von Anlauffarben und Zunderschichten zu befreien. Bei diesem Verfahren kommen Beizpasten zum Einsatz, die mit einem säurefesten Pinsel aufgetragen werden. 

Welche Gefahren gibt es beim Beizen?

Die Verwendung von Beizmitteln kann bei unsachgemäßem Gebrauch wegen des hohen Säuregehalts gefährlich sein. Ebenfalls ist von hoher Wichtigkeit, dass beim Auslaufen der Chemikalien kein Abfluss in die Umwelt möglich ist. Wegen möglichen chemischen Reaktionen müssen alkalische und saure Produkte in verschiedenen Gefäßen gelagert werden. Damit direkter Kontakt mit der Haut vermieden werden kann, muss bei der Bearbeitung immer Schutzkleidung getragen werden. Zu beachten ist ebenfalls, dass Spülwasser und Abluft nicht direkt in die Umwelt gelangen. Diese müssen nach geltenden Entsorgunsgrichtlinien aufbereitet werden.