Wissenswertes über das Brünieren

Das Brünieren stellt ein Oberflächenverfahren zur Herstellung einer schwarzen Schutzschicht auf eisenhaltigen Oberflächen dar. Ziel des Brünierens ist primär der Schutz vor Korrosion, wobei häufig auch eine dekorative Optik erzielt wird.

Das Fertigungsverfahren Brünieren wird in der Norm DIN 50983 definiert und basiert üblicherweise auf dem Eintauchen des zu behandelnden Werkstücks in eine saure oder alkalische Lösung, dem Brüniermittel. Durch diesen Prozess bildet sich an der Oberfläche des Werkstücks eine schwarze Mischoxidschicht, die auch als „Edelrost“ bezeichnet wird. Beim Brünieren handelt es sich demnach nicht um ein Beschichten, sondern um ein Umwandeln von Material.

Die Schicht

Brünieren ist eine Oberflächenveredelung, bei der die Oberflächen des Stahlbauteils mit einem schwarzen Eisenoxid Fe₃O₄ bedeckt werden.

Unter Brünieren wird dabei das Heissbrünieren verstanden, welches sich in Verfahren und Ergebnis stark vom Kaltbrünieren unterscheidet und die technisch bevorzugte Variante ist. Dabei wird das Eisen des Bauteils für die Bildung der Schicht verwendet.

Deswegen handelt es sich nicht um eine auf der Oberfläche aufliegende Schicht, wie es bei z. B. Chrom, Nickel, Cerakote usw. der Fall wäre, sondern um das Ergebnis einer direkten chemischen Reaktion mit dem Grundwerkstoff. Der Fachmann spricht hier von einer Konversionsschicht, da sie als Substrat-Umwandlung weder die Abmessungen und Toleranzen des Bauteils ändert noch sich von ihm trennen lässt bzw. abblättern kann.

Die Schichtdicke, die man besser als Oxidationstiefe bezeichnet, erreicht maximal 2 µm. Eine gute Brünierung besitzt durch ihr korrektes Gleichgewicht zwischen FeO und Fe₂O₃ sowie mit der vollständigen Durchoxidation der Oberfläche eine gleichmässig schwarze Farbe, die besonders bei leichter Beölung oder mit einer transparenten Versiegelung eine sehr hochwertige optische Erscheinung bietet. Es gibt abseits des Aussehens aber auch wesentliche technische Vorteile brünierter Oberflächen, welche ihren Einsatz im Maschinen- und Waffenbau sehr interessant machen und auf die nachfolgend noch eingegangen wird. Brünierschichten weisen selbst nur einen schwachen Korrosionsschutz auf, der durch das Auftragen von Fetten oder Ölen aber signifikant verbessert werden kann. Die erzeugte Schicht ist bis zu einer Temperatur von rund 300 °C beständig und eignet sich daher beispielsweise gut für die Anwendung im Maschinen- und Waffenbau.

Die Herstellung

Welche Werkstoffe können brüniert werden?

Grundsätzlich kann das Brünieren bei allen oxidierbaren Werkstoffen (z.B. Stahl, Edelstahl, Eisen, Messing, Kupfer, Bronze) beziehungsweise bei Guss verwendet werden. Rostbeständiger Stahl oder NE-Metalle können keine Mischoxidschicht bilden und sind daher nicht für das Verfahren geeignet.

Werkstücke / Bauteile

Da die Werkstücke eingetaucht werden und Kaschierungen nicht üblich sind, ergeben sich allseitige Schichtbildungen und keine partiellen Brünierungen. Die Bauteile können dabei entweder als Trommelware im kostengünstigen Schüttgutprozess gefahren werden oder bei grösseren und empfindlicheren Teilen als Setz- bzw. Gestellware. Diese Gestellware wird von geschulten Mitarbeitern – selbstverständlich mit Handschuhen – sorgfältig manuell be- und entladen, um mechanische Beschädigungen auszuschliessen.

Wichtig ist in jedem Falle, dass die Bauteile komplett aus einem brünierfähigen eisenhaltigen Werkstoff bestehen, für ein optimales Ergebnis eine möglichst gute Oberflächenbearbeitung besitzen, sowie möglichst sauber (auch nicht mehr als nötig mit Konservierungsmitteln behaftet) und keinesfalls mit Silikonöl/Silikonfett oder mit wachshaltigen Medien benetzt angeliefert werden.

Gehärtete oder ungehärtete Stahloberflächen, die frisch gedreht, gefräst, geschliffen oder gehont sind, eignen sich besonders gut für eine ansprechende Brünierung.

Werkstücke mit Passivschichten, Rostanflug oder Zunderresten müssen zunächst mit einer Beize behandelt werden, was wir selbstverständlich auch anbieten können. Da einige Legierungselemente im Stahl den Prozess beeinflussen können, ist die genaue Angabe der Stahlsorte, für die auf technische Eigenschaften ausgerichtete Brünierung, sehr hilfreich.

Beständigkeit und Schutzwert der Brünierung

Brünierungen sind insbesondere beständig gegen Schmierstoffe wie Fett, Öl und die meisten dort enthaltenen Öladditive und somit für viele technische Anwendungen, wie z. B. als Bauteilschutz in Getriebeölen, auch gut geeignet. Sie sind im neutralen bis leicht alkalischen Umfeld zumeist gut, jedoch gegen Säuren unbeständig. Es besteht eine Abschirmung des Stahles vor äusseren chemischen Einwirkungen, deren Wirksamkeit jedoch stark von der genauen Art und Intensität des chemischen Angriffes abhängt.

Der Korrosionsschutz von Brünierungen wird nur im Zusammenwirken mit einem geeigneten Konservierungsöl erreicht.

Der Korrosionsschutz erfüllt dabei Ansprüche z. B. während der Lagerung oder im Innengebrauch, ist jedoch nicht für bewitterten Außeneinsatz und aggressive Umgebung geeignet.

Tribologie und technische Eignung

Es hat sich in den letzten Jahren herauskristallisiert, dass brünierte Bauteile besondere technische Eigenschaften bei Relativbewegung gegeneinander aufweisen. Dies gilt bereits für einzelne brünierte Elemente, aber oftmals noch stärker, wenn alle miteinander laufenden Bauteile brüniert sind.

Im Allgemeinen sind die für Gleiten oder Abrollen konzipierten Bauteile aus gehärtetem Stahl gefertigt und durch spanabhebende Bearbeitung auf eine sehr geringe Oberflächenrauheit hin bearbeitet. Auf solchen Bauteilen lassen sich die deutlichsten technischen Vorteile von Brünierungen erzielen.

Da auch bei diesen Bauteilen nicht alle diese vorteilhaften Eigenschaften zwangsläufig bei jedem individuellen Anwendungsfall gleichermassen auftreten, empfiehlt sich die Durchführung eines spezifischen Versuches.

Hervorzuheben sind an geeigneten Bauteilen insbesondere folgende Vorteile, die sich in der Praxis bestätigt und bewährt haben:

• Das Einlaufverhalten der Bauteile kann nachhaltig günstig beeinflusst werden und legt damit die Basis für einen späteren störungsfreieren Betrieb.
• Die Anhaftung vieler Schmierstoffe an die Oberflächen wird verbessert und kann damit die Schmiersituation verbessern.
• Der Widerstand gegen im Betriebszustand auftretende schädliche Umgebungseinflüsse kann erhöht werden.
• Im Falle von Stahl-Stahl-Kontakten bei kurzzeitigem Zusammenbruch des Schmierfilmes wird oftmals die Gefahr des Kaltverschweißens und verschiedener anderer schwerwiegender Oberflächenschädigungen vermindert, was die Betriebssicherheit erhöhen kann.
• In der Summe darf man durchaus von einer Lebensdauerverlängerung der Bauteile durch das Brünieren sprechen.

Die vergleichsweise moderaten Kosten einer Brünierung und ihre nicht abmessungsverändernde Dicke machen sie dabei auch zu einer idealen Ergänzung und Optimierung eines bereits bestehenden Bauteildesigns..