Brünierarbeiten

Häufig gestellte Fragen zum Thema Brünieren

Brünieren - Was ist das?

Mit dem Brünieren wird eine schwache Schutzschicht auf, in den meisten Fällen, eisenhaltigen Oberflächen gebildet. Dieser sogenannte Edelrost dient dazu, Korrosion zu vermindern. Eingesetzt wird das Brünieren im Werkzeug- und Maschinenbau und dient zudem als Haftgrund für andere Oberflächenbehandlungen wie zum Beispiel dem Lackieren. Bei diesem Vorgang wird das Werkstück in alkalische beziehungsweise saure Lösungen oder Salzschmelzen getaucht. Dadurch bilden sich tiefschwarze Mischoxidschichten, oder auch Konversionsschichten genannt.

Diese Schichten bestehen aus FeO und Fe2O3, dies ist nur feiner Edelrost, der keine Beschichtung ist. Beim Brünieren färbt sich der Stahl durch den chemischen Prozess schwarz und ist nicht beschichtet. Der Vorteil ist, dass aufgrund der dünnen Schichtdicke der Brünierung von nur circa 1 µm die brünierten Stücke maßhaltig bleiben. Der Schutz gegen Korrosion ist allerdings sehr gering, da die Brünierung porös ist. Durch Befetten oder Beölen lässt sich dieser Schutz verbessern. Aber das Brünieren dient nicht nur dem Schutz des Werkstückes, sondern auch zur optischen Verschönerung.

So kann damit zum Beispiel ein „altes" oder „antikes" Aussehen erzeugt werden. Werden Möbelbeschläge oder Schrauben aus Messing mit Essigessenz brüniert, entsteht ein Effekt, der das Werkstück abgegriffen aussehen lässt, aber trotzdem edel. Schmiedeprodukte oder Kochgeschirr werden oft durch Abbrennen von Leinöl auf der Oberfläche brüniert. Diesen Vorgang nennt man auch Schwarzbrennen oder Einbrennen.

Wie funktioniert Brünieren?

Das Verfahren des Brünierens ist nach DIN 50 938 normiert. Ähnlich wie bei einer Phosphatierung entstehen dabei nichtmetallische Überzüge auf den Werkstücken. Auf niedrig legierten Stahlwerkstoffen und Eisen wird dabei eine festhaftende Eisenoxidschicht aufgetragen. Bei der Brünierung wird das Stück schwarz gefärbt, wie stark die Verfärbung ist, hängt davon ab, welche Beschaffenheit der Grundwerkstoff hat.

Vor dem Brünieren werden die Bauteile zuerst entfettet, um ein gleichmäßiges Brünieren zu ermöglichen. Oft wird das Werkstück dann in einem Beizbad gebeizt. Durch den zweiten Schritt entsteht eine oxidfreie Oberfläche, die durch das Anätzen des Werkstückes mit Säuren oder Laugen entsteht. Danach erfolgen die eigentlichen Brünierarbeiten am Werkstück. Dieser Vorgang erfolgt bei Temperaturen von weniger als 150°C. Durch die geringe Hitze entstehen keine thermischen Belastungen und somit werden auch keine Veränderungen im Gefüge verursacht und auch die Maßhaltigkeit wird nicht beeinflusst. Es entsteht dabei eine Schicht aus Eisenoxyduloxid und aufgrund der geringen Schichtdicke werden oft Messwerkzeuge brüniert.

Der Vorgang erfolgt in einem Ein- oder Zweibadverfahren, in seltenen Fällen werden drei Bäder verwendet. Je mehr Bäder verwendet werden, desto dicker wird die Schichtdicke der Brünierung. Bei einem Einbadverfahren beträgt die Schichtdicke weniger als 1 µm. Als letzten Schritt wird die brünierte Oberfläche mit einem Korrosionsschutzöl oder einem ähnlichen Mittel eingerieben. Das Brünieren erzeugt nichtmetallische Überzüge und ist ein rein chemischer Prozess.

Welche Brünierverfahren werden von Firmen angeboten?

Wenn Sie ein Werkstück in einer Firma brünieren lassen, werden meist folgende Standardverfahren angeboten:

1. Kaltbrünieren: Das Kaltbrünieren erfolgt bei Raumtemperatur, dabei werden Eisen, Guss und Stahl geschwärzt. Das Brünieren erfolgt durch verschiedene Bäder in einer Brünierlösung bei Raumtemperatur (ab 18°C), die das eisenhaltige Werkstück gleichmäßig schwarz einfärbt. Die schwarze Verfärbung der Oberfläche entsteht durch eine Gefügeumwandlung, die die Abmessungen des Werkstückes nicht verändern. Zum Korrosionsschutz wird das Produkt nach dem Brünieren mit einem speziellen Öl behandelt. 2. Heißbrünieren: Anders als bei der zuvor beschriebenen Methode wird beim Heißbrünieren mit hohen Temperaturen gearbeitet. Bei Temperaturen von 90 bis 100°C entsteht eine dicke, robuste Schwärzungsschicht, die frei von Schwermetallen ist. Zusammen mit dem Brünieröl ist das Werkstück sehr gut vor Korrosion geschützt. Diese Art des Brünierens wird in vielen Baumärkten angeboten. Zu beachten ist allerdings, dass durch die hohen Temperaturen der Lauge nur mit entsprechenden Sicherheitsvorkehrungen gearbeitet werden sollte.
2. Schnellbrünierung: Bei dieser Art des Brünierens werden die Werkstücke mit der Brünierlösung eingestrichen, die Schwärzung der Oberfläche erfolgt sofort bei Kontakt. Die Oberflächenschwärzung ist nicht ganz so regelmäßig wie bei den beiden zuvor beschriebenen Tauchbrünierungen. Allerdings kann die Schnellbrünierung zur Ausbesserung genutzt werden oder für Werkstücke, die nicht bewegt werden können oder die zu groß für eine Tauchbrünierung sind.
3. Patinierung: Mit einer Patinierung können auch Buntmetalle wie Bronze, Messing oder Kupfer schwarz gefärbt werden. Auch Silber kann mit einer Patinierung schwarz eingefärbt werden.

Welche Stähle können brüniert werden?

Beim Brünieren werden chemische Veränderungen an der Oberfläche des Werkstoffes erzeugt, deshalb funktioniert dieses Verfahren nicht bei allen Materialien. Das Brünieren von Stahl ist bei niedrig legierten und unlegierten Stählen möglich und auch bei Gusseisen. Da beim Brünieren mit geringen Temperaturen gearbeitet wird, eignet es sich sehr gut für den Schutz von gehärteten Stählen. Möchten Sie allerdings Edelstähle brünieren, ist dies mit den klassischen Verfahren nicht möglich, sondern nur in Sonderverfahren.

Zu beachten ist außerdem, dass die Werkstücke unbeschichtet und sauber sein müssen, um eine gleichmäßige Brünierung zu erreichen. Am besten ist es daher, die Stücke gleich nach der spanenden Fertigung zu brünieren. Auf keinen Fall dürfen Stücke vor dem Brünieren mit Silikonfetten oder Silikonölen behandelt werden, da diese von den Entfettungsmitteln nicht entfernt werden können. Beim Brünieren in Firmen sollte beachtet werden, dass das Werkstück eine bestimmte Größe nicht überschreiten darf, da es sonst im Laugenbad keinen Platz hat. Ansonsten gibt es bei der Geometrie der Werkstücke keine Einschränkung.

Wo liegen die Vor- und Nachteile des Brünierens?

Brünieren wird besonders gern für die Behandlung von Präzisionsteilen verwendet, da aufgrund der geringen thermischen Belastung die Maßhaltigkeit der Werkstücke gewährleistet bleibt. Zudem wird die Brünierschicht durch Druck oder Biegung nicht beschädigt, sie ist gegen mechanische Belastungen beständig. Allgemein hat eine Brünierung im alkalischen Milieu Bestand und wird nicht von den üblicherweise verwendeten Lösemitteln, Schmierstoffen oder Lacken angegriffen. Werkstücke sind nach dem Brünieren ohne Einschränkungen für die Verwendung und Lagerung im Innenbereich geeignet. Dies kommt daher, dass durch das Brünieren ein hoher Korrosionsschutz entsteht, der durch bestimmte Öle noch verbessert werden kann.

Zudem ergeben sich verbesserte tribologische Eigenschaften des Werkstückes. So werden Verbesserungen erreicht beim Einlaufverhalten, bei den Notlaufeigenschaften geschmierter Gleitlager, bei der Anhaftung von Schmierstoffen und eine geringere Gefahr von Kaltverschweißungen an Gleitflächen. Nachteil ist, dass das Brünieren nur bei bestimmten Werkstoffen funktioniert und dass die Größe der Stücke beschränkt ist. Da die Brünierung von Säuren aufgelöst wird, sind die Werkstücke im Außenbereich nur eingeschränkt und mit zusätzlichen Schutzmaßnahmen zu verwenden.

Wo liegt der Unterschied zwischen Brünieren und Phosphatieren?

Im Gegensatz zu anderen Verfahren werden beim Brünieren die Stoffeigenschaften durch Einbringen von Teilchen verändert. Das Werkstück wird also nicht mit einem fremden Material beschichtet, sondern der Werkstoff wird an der Oberfläche verändert. Das Brünieren und Phosphatieren unterscheidet sich demnach grundsätzlich in der Struktur. Eine Brünierung ist amorph und hat keine eigene Struktur, während eine Phosphatierung kristallin ist. Eine Phosphatschicht hat daher einen Vorteil gegenüber dem Brünieren, denn sie bindet das Korrosionsschutzmittel in der Struktur der Oberfläche. Dadurch entsteht ein besserer Korrosionsschutz als bei der Brünierung. Bei brünierten Werkstücken haftet der Korrosionsschutz nur an der Oberfläche und kann leicht entfernt und abgewischt werden.

Der Vorteil ist, dass das Werkstück leichter für weitere Produktionsschritte vorbereitet werden kann. In vielen Fällen ist der Unterschied aber nicht konstruktions- oder fertigungstechnisch relevant. Zudem ergeben sich bei den beiden Verfahren unterschiedliche Schichtstärken. Während beim Brünieren eine Schicht von ca. 1 µm entsteht, sind bei der Phosphatierung Schichtstärken von 3 bis 10 µm möglich. Mögliche Passungsprobleme müssen also beim Phosphatieren im Vorhinein beachtet werden. Die Brünierschicht ist druck- und biegebeständig, wird von Laugen nicht beschädigt und ist auch beständig gegen Lösemittel und Lacke, Säuren greifen die Schicht hingegen an. Nach der Phosphatierung werden Korrosionsschutzmittel und Lacke gut aufgenommen und bei der Verwendung nicht leicht abgewischt, dadurch ergibt sich ein sehr hoher Korrosionsschutz. Zudem ergeben sich sehr gute Gleiteigenschaften und eine Verminderung der Reibung bei spanloser Verformung.