Galvanische Schichten

Verzinkungen

Feuerverzinkung: nachhaltig & effizient! Verzinkte Beschichtungen und deren Prüfung. Verzinkte Beschichtungen und deren Prüfung. Positive Beschichtungen haben interessante mechanische Eigenschaften. Beschichtungen soll dieses System unter anderem durch Zugabe von Hartstoffpartikeln erreicht werden.

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Galvanisieren ist die galvanische Ablagerung metallischer Schichten auf Substraten (Objekten). Der italienische Mediziner Luigi Galvani hat am vergangenen Tag, dem so genannten Galvanotechniker, am vergangenen Freitag, den sechsten Tag die nach ihm benannte Technik der galvanischen Beschichtung entdeckt. Beim Galvanisieren wird der elektrische Fluss durch ein Elektrolysebad geführt.

Die zu beschichtenden Metalle (z.B. Cu oder Ni) befinden sich am positiven Pol (Anode) und das zu beschichtende Objekt am negativen Pol (Kathode). Auf diese Weise wird das zu bearbeitende Objekt auf allen Seiten gleichmässig mit Cu oder einem anderen Material ummantelt. Genaugenommen unterscheidet man zwischen der Galvanik, der galvanischen Fertigung von Metallgegenständen, und der Galvanik, der Erzeugung von Metallbeschichtungen.

Heute wird der Terminus Galvanik nahezu komplett durch den Oberbegriff Galvanik abgelöst. Die Galvanik kam jedoch, da immer weniger Reiterstatuen gebraucht wurden, auch etwas in den Hintergrund, erlebt aber im Bereich der Microsystemtechnik eine kleine Wiedergeburt. Galvanokunststoffe werden auch im Werkzeugbau zum Spritzgiessen von Kunststoff verwendet.

Grundsätzlich wird zwischen der dekorativen und der funktionellen Galvanik differenziert. Ersteres wird hauptsächlich zur Verzierung von Objekten verwendet und muss dafür bestimmte minimale technologische Eigenschaften aufweisen. Die Dekorgalvanik ist beispielsweise die Kunststoffgalvanik, die Chrombeschichtung von Stahlrohr-Möbeln und -Fahrrädern sowie die Goldbeschichtung von Juwelen und Besteck. Funktionsgalvanik wird für den Korrosions- und Verschleissschutz, die Katalysatorisierung oder die Erhöhung der elektrischen Leitungsfähigkeit und die Verringerung von Reibungskräften eingesetzt.

Dazu gehören die galvanische Veredelung von Schnecken, die Hartchrombeschichtung von Maschinenbauteilen, die Produktion von Metallkatalysatoren, überwiegend nickel- oder platinhaltig, für die Chemieindustrie oder für die Brennstoffzelle, sowie die Gold- und Silberbeschichtung von Elektrokontakten und das Glattbeschichten von z.B. Medizinmaterial. In der Regel werden Elektrokontakte - so genannte Stifte - aus verschiedenen Kupfermaterialien in verzinnter Ausführung hergestellt.

Damit die Substanzen des Grundwerkstoffes nicht durch die Zinnlage diffundieren, wird in der Regel vor dem Verzinnen eine Nickel- oder Kupfersperrschicht aufgebracht. Die Produktion von optischen Datenträgern (CDs/DVDs) in einem Pressenwerk erfolgt ebenfalls auf Basis der Galvanik. Das Galvanisieren kann in den Produktionsprozess eines metallbearbeitenden Unternehmens eingebunden werden (Industriegalvanik) oder als Dienstleistung, d.h. durch Lohnfertigung (Lohngalvanik).

Anodisieranlagen und andere (meist stromgetriebene) Prozesse werden im weiteren Sinn auch als Galvanotechnik oder Galvanotechnik bezeichne. Es gibt geschätzte 1500 Galvanikanlagen in der BRD. Galvanikanlagen sind üblicherweise eine sehr lange Serie von Tanks, in denen die einzelnen Verfahrensschritte ineinandergreifen. Der bisherige Begriff "Galvaniseur" wurde durch die Berufbezeichnung "Oberflächentechniker" abgelöst.

Im Bereich der Kunststoffgalvanik / -beschichtung haben sich nur zwei gebräuchliche Prozesse der Kunststoffbeschichtung im großen Stil durchgesetzt. Die Direktmetallisierung nach dem so genannten Futuronverfahren sowie der herkömmliche Prozessablauf durch Abbeizen aktivierter stromloser Metallbeschichtung als erste metallurgische Verfahrensstufe (Schichtfolge: Pre-Nickel, Blank-Kupfer, Glanz-Nickel, Chrom) finden sich hier insbesondere im Zierbereich. Der Glanzgrad von Metallschichten lässt sich mit Hilfe physikalischer Messverfahren (Reflexionsgrad, etc.) nicht einfach bestimmen.

Die so genannte physikalische Wirkung des Glanzgrades einer metallischen Beschichtung kann von der festgelegten physikalische Beschaffenheit differieren. Zur Erzielung eines Hochglanzes werden in den unterschiedlichen Prozessen besondere Aufheller verwendet. Dabei muss sichergestellt sein, dass ein Hochglanz die physikalische Beschaffenheit (z.B. Wärmeleitfähigkeit, Festigkeit, Lötbarkeit) einer Lage ändern kann.

Metallbeschichtungen können Objekten einen glänzenden und eindrucksvollen Auftritt geben. Zum Beispiel, um einen Nickel-Löffel zu silbern, wird der LÖffel zuerst gesäubert und dann an den Minuspol einer Stromquelle angeschlossen. Das Löffelchen ist die Katode. Der Anodenstab ist aus Silber. Durch die Katode, den Ladelöffel, werden die positiven Silber-Ionen angelockt.

Der Nickellöffel ist mit einer feinen Schicht Silber umhüllt. Bei rauem Grundwerkstoff kann die Fläche durch Wahl des geeigneten Galvanisierverfahrens geglättet werden. Die fachlich günstigere Bezeichnung für Nivellierung ist der Name Mikroskopierfähigkeit. Sie wird z.B. in Wälzlagern, Rollen oder Dekorationsanwendungen eingesetzt (siehe auch Glanz).

Ein sehr harter Belag kann durch Galvanisieren z.B. von verchromten Stahlteilen hergestellt werden. Insbesondere ihre Verschleißbeständigkeit, manchmal auch ihre Gleiteigenschaft durch die Microcracks in der Verchromung, sind wesentlich besser als das Grundmaterial (auch Gusseisen, Cu, Ms und bei geeigneter Aufbereitung auch Aluminium).

Die Basismaterialien werden beim Elektrochemieprozess einem Elektrofeld ausgesetzt. 2. Weil ein Elektrofeld nicht gleichförmig ist, sondern an scharfen Kanten oder Spitzen größere Feldstärke auftritt, führt dies zu einer verstärkten Ablagerung an diesen Punkten und damit zu höheren Schichten. Im Vergleich zum basischen Prozess weisen die sauren Prozesse in der Regel eine deutlich ungleichmäßige Dickenverteilung auf.

Beispiel: Ein feuerverzinktes Stahlrohr mit einem Querschnitt von 20 und einer Baulänge von 100 Millimetern hat an den Stirnseiten bis zu 20 Mikrometer mit einer Schichtstärke von 8 Mikrometern in der Mittellage. Die Galvanisierung eines Werkstücks erfolgt unter Berücksichtigung bestimmter Prinzipien, die den vorgesehenen Galvanisierungsprozess fördern und eventuelle Schwierigkeiten ausräumen.

Bei der Trocknung wird die Lage durch diese Flüssigkeit zersetzt. Hier kommen nur chemisch reine Prozesse zum Tragen. In einem elektrochemischen Prozess ist die Penetrationstiefe in der Regel gleich der Öffnungsweite, d.h. bei einem Rohr mit einem inneren Durchmesser von 2 cm wird eine bis zu 2 cm hohe Auskleidung im Rohr erlangt.

Stahlsorten mit erhöhtem Kohlenstoffanteil können die Haftung der Beschichtung beeinträchtigen. Design und Materialauswahl haben einen großen Einfluß auf einen nachfolgenden Galvanikprozess im Hinblick auf eventuelle Problemstellungen und Einsparungen. In der Galvanik spielt die Qualitätskontrolle eine sehr wichtige Rolle. Dazu gehört die kontinuierliche Untersuchung von Badparametern wie Säure- und Metallgehalten, die Überwachung von Aussehen und Färbung der Schichten, Schichtdickenmessung mittels Röntgentest, Ultraschallmessung, Wirbelstromverfahren, Strippingverfahren, aber auch die Prüfung des Ausgangsmaterials.

Oberflächenrauhigkeit, Oberflächenhärte, Haftfestigkeit und Verformbarkeit der Beschichtung, Oberflächendefekte (z.B. Porosität, Risse) und Überprüfung der Korrosionsfestigkeit mittels Salznebeltest, Kondenswasserklima, Corrodkote-Test, CASS-Test (Essigsäure-Salzlösung). Andere wesentliche Aspekte der Galvanik sind die Abwasserbehandlung und der damit zusammenhängende Schutz der Umwelt, die Einweisung in den Umgang mit Gefahrstoffen und die Arbeit im Prüflabor. Je nach Anwendungsfall variieren die Schichtdicken der resultierenden Metallbeschichtung: Dekorschichten (z.B. Goldschichten oder Glanzchrom) haben oft Schichtdicken von weniger als 1 µm, während Funktionsschichten wesentlich stärker sind (Zink oder Nippel als Korrosionsschutzschicht ca. 10 µm, Hartverchromung oder Nickelfunktionsschichten (z.B. in Hydraulikzylindern) in der Regel 100-500 µm).

Die technologisch vergleichbaren Galvanikverfahren sind auf besondere Trägermaterialien oder Beschichtungsmaterialien beschränkt und erhalten daher ihren eigenen Firmennamen. Chemische Galvanik durch Potentialunterschied (kein externer Strom) oder Reduziermittel, s. Red. Tomá? Walter Jelinek: Praktisches Galvanisieren: Eine Lehre und ein Manuskript. Löze, Bad Saulgau 2005, ISBN 3-87480-207-8 Bernhard Gaida: Technik der Galvanik. Löze, Bad Saulgau/Württ. 1996, ISBN 3-87480-114-4 Bernhard Gaida: Grundlagen der Galvanotechnik: Grundlagen der Chemie, Elektrochemie, Physik und Elektrotechnik.

2006, ISBN 3-00-016757-9 (Vorschau mit fast 100 Seiten[Zugriff am 22. August 2009] Einige Tipps zur Galvanik und Rezepturen zum Fräsen von Kupfer). DGUV-Merkblatt 213-716: Galvanisieren und Anodisieren - Empfehlung zur Risikobeurteilung durch Unfallversicherer (EGU) gemäß GefStoffV. Gabriele Dietrichs, Paul Rosenhain: Galvanoforming: Bioästhetik in der Füllung.

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