Beizen

Der Titel dieses Artikels ist mehrdeutig. Weitere Bedeutungen sind unter Beizen (Begriffsklärung) aufgeführt.

Unter Beizen versteht man im technischen Bereich die Behandlung fester Körper zur Veränderung der Oberfläche mit einer Beize. Diese Beizung kann u.a. zum Schutz der Oberfläche gegen Oxidation (bei Metall) oder Schimmel (bei Holz und Geweben) dienen, aber auch zur Färbung der Oberfläche und zur Herstellung von Beizenfarbstoffen werden Beizmittel eingesetzt.

Metall- und Kunststoffbearbeitung

Bei Metall- und Kunststoffoberflächen geschieht das Beizen in der Hauptsache durch ein Anätzen mittels aggressiver Chemikalien, meist Säuren oder Laugen. Der Vorgang wird unter anderem in der Galvanotechnik eingesetzt, um aufgetragene Metallschichten zu entfernen oder um eine oxidfreie Oberfläche zu bekommen. Oft wird der Vorgang durch elektrischen Strom unterstützt (Elektrolyse).

Beizen von Eisenwerkstoffen

Einen wichtigen Prozessschritt stellt das Beizen bei der Herstellung kaltgewalzter Stahlbänder dar. Zweck ist es, den durch den Warmwalzprozess an der Oberfläche entstandenen festen Abbrand, den sogenannten Zunder, zu entfernen. Es gibt zwei Arten von Beizanlagen: Durchlaufbeize und Schubbeize. In der Durchlaufbeize wird das üblicherweise in Coils aufgewickelte Band abgewickelt, gerichtet, das Ende des vorherigen sowie der Anfang des neuen Bands nach einem Schnitt zu einem „endlosen“ Band verschweißt und durch Salzsäure- oder Schwefelsäurebäder gefördert. In einer Schubbeize werden die Coils einzeln nacheinander abgewickelt, durch die Anlage geschoben und aufgewickelt.

Der Schwefelsäureprozess bedarf wegen eines selektiven Zunderangriffs einer mechanischen Vorbehandlung, die in der Regel aus einem Streckbiegerichten mit einem Streckgrad von bis zu 2,5 % besteht. Der Schwefelsäureprozess wird meist nur in Eisenwerken betrieben, die in Kopplung mit der Koksherstellung über eine Schwefelsäureherstellung verfügen (Steinkohle enthält Schwefel).

Nach dem Beizen werden die Stahlbänder in einer Wasserkaskade gespült und in der Regel alkalisiert, d.h. sie werden in eine alkalischen Lösung (z.B. NaOH) getaucht, um die Säure zu neutralisieren, sodass keine Säurereste mehr an der Oberfläche anhaften. Säurereste würden die Bänder unweigerlich korrodieren lassen. Beizen birgt die Gefahr der Wasserstoffversprödung des Stahls.

Vor dem Aufwickeln des fertiggebeizten Bandes besteht die Möglichkeit, die Oberfläche einzuölen und die Bandkanten zu besäumen.

Beizen von Aluminium

Beizen von Aluminium dient oft der Vorbehandlung für Klebeverbindungen, die mit eloxiertem oder walzblankem Aluminium schwierig sind. Der Beizprozess verwendet eine Mischung aus 27,5 Gew.-% konzentrierter Schwefelsäure und 7,5 Gew.-% Natriumdichromat (Na₂Cr₂O₇ · 2H₂O) sowie als Rest (65 Gew.-%) Wasser.

Ein etwas einfacherer und ungiftigerer Prozess zum Beizen von Aluminium für Klebeverbindungen ist die Verwendung von Natronlauge.

In der Galvanotechnik wird Aluminium auch oft mit einer Mischung aus Salpetersäure und Flusssäure gebeizt. Die Behandlung mit Flusssäure, die weitestgehend in Deutschland verboten wurde, dient der Herauslösung des Siliciums, das bei der Herstellung von Aluminium ins Teil gearbeitet wird und sich nicht galvanisch beschichten lässt. Die Beizzeiten betragen einige Sekunden bis wenige Minuten.

Beizen anderer Metalle

Das Beizen von Kupfer, Bronze, Messing, Tombak oder Rotguss mittels Chromsäuremischungen wird auch als Brennen oder Gelbbrennen bezeichnet, siehe Brennen (Galvanotechnik).

In der Galvanotechnik kommen diverse stromlose und stromunterstützte Beizverfahren zum Einsatz. Der Grund ist meist die Aktivierung des Grundmetalls für die weitere Beschichtung. Diese Aktivierungen sind für jedes Grundmetall / jede Legierung unterschiedlich. Oft können schon kleine Unterschiede der Legierungsbestandteile unterschiedliche Beizverfahren erfordern.

Holzbearbeitung

Rohes Fichtenholz, die rechte Hälfte gebeizt in „Eiche mittel“

Zielsetzung

Dem Beizen von Holzoberflächen können verschiedene Zielsetzungen zugrunde liegen:

• Betonung bzw. Verstärkung des natürlichen Farbtons
• Änderung des Farbtons
• Betonung von Kontrasten in der Holzmaserung
• Angleichung bzw. Egalisierung des natürlichen Farbtons
• Angleichung bzw. Egalisierung von Farbtönen unterschiedlicher Holzarten

Verfahren

Bei der Holzbearbeitung werden zwei Hauptverfahren verwendet: Farbstoffbeizen und chemisches Beizen.

Beim Farbstoffbeizen werden pulverförmige oder flüssige Farbpigmente in einer geeigneten Lösung auf die Oberfläche aufgebracht und ziehen in das Holz ein. Da mehr Farbe in die weicheren Teile des Holzes einzieht, erscheint die Maserung hinterher als Negativ. Man unterscheidet weiter in Wasserbeizen und alkohollösliche Beizen (Spiritusbeizen).

Beim chemischen Beizen reagieren die Gerbstoffe im Holz mit dem Beizmittel. Da diese Gerbstoffe stärker im härteren Holz enthalten sind, bleibt die Maserung als Positivbild erhalten. Bei geeigneter Wahl des Beizmittels kann das Holz nicht nur abgedunkelt, sondern auch in einer Vielzahl von Farbtönen gefärbt werden.

Kombinationsbeizen

Räucherbeizen: Bewirkt eine sehr gute Porenbeizung und betont sehr gut die Markstrahlen (positives Beizbild), die Färbung ist aber nicht ganz lichtecht. Ein bekanntes Beispiel ist die Räuchereiche.

Bleichbeizen: Durch gleichzeitiges Auftragen einer peroxidbeständigen Beize und Wasserstoffperoxid werden natürliche Farbstoffe ausgebleicht und dem Holz ein künstlicher Farbstoff zugeführt, womit eine wesentlich höhere Lichtbeständigkeit erreicht wird. Verwendet werden Bleichbeizen vorwiegend für nicht farbstabile Hölzer, wie zum Beispiel Wenge, Mansonia und amerikanische Nuss.

Verarbeitung

Zum Beizen muss das Holz vorbehandelt werden. Anhaftende Schleifstaubreste entfernt man mit Bürsten, die mit Bronzedraht oder einem Mischbesatz aus Bronzedraht und Fibre besetzt sind. Eventuell vorhandene Leimreste, „Querschleifer“ oder Ähnliches werden beim Beizen sofort deutlich sichtbar.

Die gebeizte Oberfläche muss auf jeden Fall mit Hilfe einer Lackierung bzw. Lasierung vor Beschädigung geschützt werden. Je nach verwendetem System zur Behandlung der Oberfläche verändert sich der Farbton der Fläche erneut (im Fachjargon wird dieser Effekt „Anfeuern“ genannt).

Es empfiehlt sich, vor dem endgültigen Beizen und Lackieren der Fertigteile Beizmuster aus dem zu beizenden Material anzufertigen und diese dem kompletten Ablauf der Oberflächenbehandlung zu unterziehen.

Beize dringt in die Oberfläche ein, es ist keine oberflächliche Schicht, die abplatzen könnte, tiefere kleine Beschädigungen können nachgefärbt werden.

Literatur

• Hans Michaelsen; Ralf Buchholz: Vom Färben des Holzes: Holzbeizen von der Antike bis in die Gegenwart. Literatur, Geschichte, Technologie, Rekonstruktion, 2000 Rezepturen. Michael Imhof Verlag, Petersberg 2006 , ISBN 3-86568-033-X, Rezension von Bettina Kamm online
• Norbert Liechtenstein, Klaus Quellmalz, Monika Bernards, Ralf Buchholz, Werner Kraus, Marnix Poppe: Freisetzung aromatischer Amine aus historischen Pulverbeizen der Jahre 1950 bis 1970 zur Färbung von Holz. Gefahrstoffe – Reinhaltung der Luft 69(6), S. 258–262 (2009), ISSN 0949-8036