Galvanotechnik

Daempferring-800Unter Galvanotechnik versteht man die elektrochemische Abscheidung von metallischen Niederschlägen (Überzügen) auf Gegenständen.

Die Abscheidung von Metallen in der Galvanotechnik beruht auf einem Elektrolyten, durch welchen Strom geleitet wird. Der Elektrolyt (eine stromleitende Flüssigkeit) besteht u.a. aus Metallsalzen des abzuscheidenden Metalls (z. B. Nickel, Kupfer, oder Zink). Im Elektrolyten liegen die Metalle, wenn sie nicht komplexiert sind, als positiv geladenes Ion vor (z. B. Ni2+, Cu2+ oder Zn2+). Das Material, welches beschichtet werden soll, wird kathodisch geschaltet (Minuspol) und nennt man deshalb auch Kathode. Um einen geschlossenen Stromkreis zu erzeugen, braucht es den Gegenpol (Pluspol) welcher Anode genannt wird. Sobald der Strom angelegt wird beginnen die Ionen zum entgegengesetzten Pol zu wandern. Die positiven Metallionen (Kationen) wandern zur negativen Kathode (Werkstück) und werden durch die Aufnahme von Elektronen zum Metall reduziert. Je länger dieser Vorgang dauert und je höher der elektrische Strom ist, desto stärker wird die Schichtdicke.

Grundsätzliche Unterscheidung zwischen dekorativer und funktioneller Schicht. Im Detail kann eine galvanisch erzeugte Schicht eine oder mehrere der folgenden Funktionen erfüllen:

– Optik
– Korrosionsschutz
– Verbesserung der Leitfähigkeit
– Verbesserung der Kontaktierung
– Haftgrund für weitere Schichten
– Verschleißschutz
– Katalyse
– Herstellung von Mikro oder Makrostrukturen
– Verbesserung der Lötbarkeit

Die Anwendungsgebiete für galvanische Schichten sind unglaublich vielfältig, weshalb die Galvanotechnik im Alltag allgegenwärtig und nicht mehr wegzudenken ist. Anwendungsgebiete sind u. a.:

– Bauteile für die Luft- und Raumfahrt
– Uhren, Schmuck, Gebrauchs- und Dekorationsgegenstände
– Elektronische Schaltungen
– Sanitärarmaturen
– Zerspanungs-, Schneid- und Umformtechnik
– Fassadenelemente
– Konstruktionselemente
– Korrosionsschutz (Schrauben, Rohre, Nägel, Verbindungselemente u. v. m.)
– CDs / DVDs (Stamper, Vorlagen für die Pressung)

Das Tamponverfahren

Mit dem Tampon-Galvanisierungsverfahren System Elektrolyse kann ohne Bad auf fast allen leitenden Teilen partiell Metall elektrolytisch aufgetragen werden. Bei dieser Anwendungstechnik werden folgende Einrichtungen benötigt:
Gleichrichter, Anodenhalter, Graphitanoden mit saugfähigen Tampons, Elektrolyte.
Systematische Darstellung

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Das Werkstück, auf das Metall aufgetragen werden soll, wird mit dem Minus-Pol vom Gleichrichter verbunden. Der Plus-Pol wird vom Gleichrichter zum Anodenhalter und somit zur Anode verbunden. Die Anode mit dem saugfähigen Tampon wird im entsprechenden Elektrolyt getaucht.
Der metallische Niederschlag entsteht durch Bewegen der Anode auf der Kathode (Werkstück) unter Einwirkung von Gleichstrom.
Der Aufbau und die Zusammensetzung der Elektrolyte erlauben Abscheidungsgeschwindigkeiten, die 5-10 Mal schneller sind, als in einem konventionellen Bad. (Gerechnet pro Oberfläche der Anode).
Aufgrund der Abscheidungstechnik haben die mittels Tampon erzeugten metallischen Niederschläge besondere physikalische Eigenschaften:

– gute Haftfestigkeit keine oder nur geringe Porenbildung
– keine oder nur sehr geringe Wasserstoffsprödigkeit
– kontrollierte Härte und geringer Verlust der Dauerfestigkeit (bei Reibungslegierungen)
Es können kleine Flächen von 1 cm2 bis 1 m2 und mehr beschichtet werden. Ca. 20 Reinmetalle und diverse binäre und ternäre Legierungen können abgeschieden werden. Legierungen werden erzielt durch mischen von bestimmten Elektrolyten. (Legierungen werden bei der Veredelung von SF 6 Teilen vorerst nicht eingesetzt). Die Schichtdicke kann von 1µm bis mehrere Zehntel Millimeter variiert werden. Die Schichtdicke kann hierbei sehr genau gesteuert werden.
Mittels der Nass-Schlemm-Strahlanlage können schwierig zu galvanisierende Metalle, mechanisch vorbehandelt werden. Dadurch können metallische Schichten auf schwierige Werkstoffe aufgebracht werden, wie z.B. siliciumhaltige Aluminium-Legierungen, Titan, Zirkon, Edelstahl. Hierbei wird die Dichte, teils dicke Oxydschicht mechanisch abgetragen.

Vorbehandlung von Metallen (allgemeine Hinweise)

Aussendienst-02-800Um eine Oberfläche haftfest zu galvanisieren muss diese ausreichend vorbehandelt werden. Die Oberfläche muss frei sein von Fetten, Ölen, Oxyden und anderen Trennmitteln. Dies geschieht chemisch, elektrochemisch oder mechanisch, etwa durch das Nass-Schlemm-Strahl-Verfahren.

Da jede Legierung, besonders Sonderlegierungen, anders auf die Vorbehandlung reagiert, müssen die Prozesse auf das jeweilige Grundmaterial abgestimmt werden, um eine gute Basis für die Beschichtung zu schaffen. Störungen der Oberfläche, wie beispielsweise Poren, wirken sich ebenfalls negativ auf die Beschichtung aus.

Weitere einflussreiche Faktoren sind die Kristallisation, so genannte „Ausscheidungen“, eine Beilby-Schicht und alle Arten von Verschmierungen und Verunreinigungen auf und innerhalb der Oberfläche. Diese können den Aufwand für die Vorbehandlung weiter erhöhen.

Probleme, welcher der Vorbehandlung zugeschrieben werden, treten oft in Verbindung mit Prozessänderungen und Prozessschwankungen auf, welche vor der Galvanik stattfinden und die Qualität der Oberfläche beeinflussen. Allgemeine Beispiele hierfür sind:

– Änderung der mechanischen Oberflächenbearbeitung (Beispiel: Wechsel von Drehen auf Fräsen)
– Verwendung von anderen Ölen
– Schwankungen in thermischen Behandlungsprozessen
– Unterschiedliche Drücke beim Pressen
– Unterschiedliche Bürsten, Bürstqualitäten und Drücke beim Bürstprozess