Galvanisches Verzinken2019-01-12T15:22:40+00:00

Galvanisches Verzinken

Die elektrochemische Metallabscheidung (ECD = electrochemical deposition) gehört zu den ältesten Verfahren der Metallisierung von Oberflächen. Dabei hat diese sich in der verarbeitenden Industrie und dem Handwerk überwiegend in Form der Galvanotechnik etabliert. Elektrochemische Metallabscheidung ist die Bildung von Metallschichten durch Entladung von Metall-Ionen aus wässrigen Salzlösungen oder Salzschmelzen durch die Aufnahme von Elektronen. Dabei kann eine elektrische Stromquelle, ein Reduktionsmittel im Elektrolyt oder das im Elektrolyt eingebrachte unedlere Metall als Elektronenquelle dienen. Wenn die Elektronen über eine äußere Stromquelle fließen, so spricht man von der ECD-Technik mit Außenstrom. Als außenstromlose Abscheidung (electroless plating) werden die Verfahren mit Reduktionsmittel im Elektrolyt bezeichnet. Das Hauptanwendungsgebiet ist die Abscheidung von Metallschichten auf nichtleitenden Werkstoffen (z.B. Kupfer auf Kunststoffe).

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Galvanisch verzinken und gelb chromatieren

Unterschied: Gelb‑chromatieren / Blau‑passivieren

Gelb chromatieren

Neben Kupfer, Zinn, Chrom und Gold ist Zink der meistverbreitete Elektrolyt. Zinkschichten dienen fast ausschließlich als Korrosionsschutz und sind auf Grund ihrer Wirtschaftlichkeit weit verbreitet. Oft wird das galvanische Verzinken in Verbindung mit einer anschließenden Chromatierung angewendet. Das kurze Eintauchen in eine Chromsäurelösung direkt nach dem Verzinken erhöht den Korrosionsschutz und verhindert ein Anlaufen und Verfärben der Zinkschicht. Im Gegensatz zum sogenannten Passivieren enthält die Chromatierung Chrom 6.

Galvanisch verzinken und gelb chromatieren

Gelb-goldener Schimmer mit blau-lila Akzenten

Blau passivieren

Das Passivieren erfolgt ebenfalls durch kurzes Eintauchen der Werkstücke in eine Chromsäurelösung, ist aber in der Farbgebung nicht gold-schimmernd, sondern bläulich-transparent. Beim Verzinken von hochfesten Stählen (>1000 MPa) besteht die Gefahr der Wasserstoffversprödung. Dieser kann mit entsprechenden Vor- und Nachbehandlungen entgegen gewirkt werden. Stähle mit Festigkeiten über 1400 MPa sollten höchstens mit Sonderverfahren verzinkt werden. Die verfahrensbedingten Temperaturbelastungen liegen im mittleren zweistelligen Grad Celsius-Bereich. Verzinkte Bauteile lassen sich bis zu Temperaturen von 250 °C einsetzen.

Galvanisch verzinken und gelb chromatieren

Silber-bläulicher Schimmer

Galvanotechnik

Die Galvanotechnik befasst sich im Kern mit der Abscheidung von Metallen aus wässrigen Lösungen mithilfe einer Gleichstromquelle. Sie schließt jedoch auch die Methoden zur Vor- und Nachbehandlung mit ein, da diese maßgeblich die Schichteigenschaften bestimmen. Bereits Mitte des 19. Jahrhunderts wurde begonnen, die Galvanotechnik industriell einzusetzen und beispielsweise Cu-, Ni-, Messing und Bronzeschichten für die Lampenfertigung zu erzeugen. Die Ursprünge und die Namensgebung der Galvanik gehen auf die Versuche von Luigi Galvani in das Jahr 1789 zurück.

Es gibt kaum noch einen Industriezweig, welcher auf die Anwendung elektrochemisch abgeschiedener Schichten verzichten könnte. Erst dadurch werden die Gebrauchseigenschaften von Werkzeugen, Bauteilen, Konstruktionselementen u.s.w. geschaffen.

Galvanisches Verzinken

Galvanotechnische Anlagen

In der Galvanotechnik werden die Bauteile in die verschiedenen Behandlungslösungen (Spül- bzw. Elektrolytbäder) getaucht. Dies geschieht in der Regel mithilfe von Warenträgern in Form von Gestellen, Trommeln oder Körben. Es handelt sich dabei um diskontinuierliche Verfahren. Das Band-, Draht- oder Tampon-Galvanisieren und auch das Jet-Plating sind hingegen kontinuierlich ablaufende Sonderverfahren. Warenträger haben die Funktion, die Werkstücke mechanisch zu fixieren und den Zugang zur Galvanisierstromquelle sicher zu stellen.

Neben den Warenträgern sind die Behälter mit den Prozesslösungen ein Hauptbestandteil einer Galvanikanlage. Behälter für Elektrolyte und Spülwässer werden Arbeits- oder Badbehälter genannt. Darüber hinaus bilden Ansetz-, Stapel- und Arbeitsbehälter einen Teil der Anlage. Je nach Prozesslösung und Arbeitstemperatur kommen als Behälterwerkstoffe vornehmlich Stähle, Titan, polymere Kunststoffe (PE, PP, PVC), faserverstärkte duroplastische Kunststoffe sowie Glas und Keramik zum Einsatz.
Moderne Galvanikanlagen sind heutzutage mit einer zentralisierten Prozesssteuerung ausgestattet, die auf Basis gebündelter Prozessinformationen aller elektrischen Funktionseinheiten einen stark automatisierten Ablauf ermöglicht. Dazu gehört auch der Transport der Warenträger zwischen den Arbeitsstationen.

Galvanikanlagen verfügen grundsätzlich über Einrichtungen zur Waren- und/oder Badbewegung. Letzteres wird beispielsweise über Lufteinblasung, Elektrolytflutung oder Ultraschall realisiert. Das Ziel ist eine gleichmäßige Wärmeverteilung im Elektrolyten. Eine Warenbewegung erfolgt durch eine horizontale oder vertikale Bewegung des Warenträgers.

Galvanotechnische Anlagen

Prozesstechnische Besonderheiten

Die folgenden Besonderheiten sind speziell für die Gestelltechnik von Bedeutung:

Bestückung der Gestelle von Hand, dabei…

  • Ausgleich von Massen und Volumen der Werkstücke
  • Gewährleistung der Kontaktsicherheit auch zur Vermeidung von Verlust
  • Unterschiedliche Stromdichteverteilung verursacht Schichtdickenvarianz
  • Stark unterschiedliche Taktzeiten der verschiedenen Stationen
  • Verschleppung von Prozesslösungen
  • Form, Oberfläche, Durchströmbarkeit und Anordnung zur Warenbewegung

Für ein gutes Beschichtungsergebnis ist es unabhängig von der Galvanisiertechnik eine Grundvoraussetzung, dass die Gleichstromversorgung sowohl dem Elektrolyten als auch der Warenart und deren Oberfläche angepasst ist.

In der Abbildung ist die ungleiche Stromdichteverteilung schematisch dargestellt. Aus der Darstellung wird deutlich, dass Ecken und Kanten durch die dort höhere Stromdichteverteilung von den Zinkatomen des Elektrolyten bevorzugt getroffen werden. Diese Inhomogenität führt zu ungleicher Schichtdickenverteilung. Des Weiteren sind zusammengesetzte Bauteile (z.B. geschweißt, gebördelt) kritisch. Durch Kapillarwirkung beziehungsweise Adhäsion gelangt der Elektrolyt in die Spalte und Ritzen, lässt sich jedoch nicht wieder vollständig ausspülen. Die Bauteile neigen nach der Zeit zum „Ausblühen“, wobei Korrosionsprodukte und Elektrolytreste aus den Spalten austreten.

Galvanisch verzinken Stromdichteverteilung
Behandlungsverfahren
Teile behandeln lassen
Auftragsablauf