Galvanische Beschichtung

Galvanische Beschichtung als elektrochemische Metallveredelung

Galvanisieren bezeichnet die Oberflächenveredelung durch Aufbringen einer hauchdünnen metallischen Schicht durch Elektrolyse. Genauer gesagt, meint Galvanisieren die Abscheidung eines edleren Metalls (Anode) auf ein anderes Metallbauteil (Kathode) durch Anlegen von Gleichstrom im Elektrolyt. Durch galvanische Beschichtung werden Metalle nicht nur langlebiger, härter, korrosionsbeständig, unedle Metalle werden auch optisch aufgewertet. Die bekannteste galvanische Beschichtung ist galvanisch verzinken, aber auch Galvanisieren mit Gold, Kupfer, Verchromen und sogar Galvanisieren als Oberflächenveredelung von Metall auf Kunststoff ist möglich.

Hier bieten wir Ihnen eine Erklärung zum Prinzip Galvanisieren, sodass Sie nicht nur einfach verstehen, was Galvanisieren ist, sondern auch was die galvanische Beschichtung so besonders macht. Im Detail werden die galvanischen Beschichtungen Verzinken, Verchromen und Verkupfern aufgezeigt.

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Galvanisieren: Prinzip Optik und Korrosionsschutz

Um das Prinzip der galvanischen Beschichtung, auch elektrolytische Abscheidung genannt, leicht verständlich zu erklären, enthält unsere Erklärung zum Galvanisieren eine Checkliste aller Protagonisten, die für eine galvanische Beschichtung nötig sind. Für die galvanische Beschichtung kommt Folgendes zum Einsatz:

1. Elektrolyt zwischen 20 °C und 50 °C → wässrige Metallsalzlösung (auch Galvanikbad genannt) mit darin positiv geladene Ionen des Metallsalzes, welches als Überzugsmetall dient.
2. Gleichstromquelle mit Pluspol und Minuspol → 50 Volt, 30 Ampere
3. Anode → Das Überzugsmetall wird an den Pluspol der Stromquelle angeschlossen und wird so zur Anode. Dieses abzuscheidende Metall wird ins Bad mit dem Elektrolyt gegeben.
4. Kathode → Das Werkstück aus Stahl, Aluminium oder Kunststoff wird am Minuspol der Stromquelle angeschlossen und in den Elektrolyt getaucht.
   

   Galvanische Beschichtung hat viele Gesichter und ist theoretisch mit jedem Metall möglich.
   Bildquelle: Thomas Wydra [Public domain], Wikimedia Commons

Jetzt passiert die galvanische Beschichtung: Die angelegte Gleichspannung sorgt dafür, dass die Metall-Ionen der Anode sich ablösen und in die Metallsalzlösung gehen, wo sie von der Kathode (Werkstück) angezogen werden. Dort scheiden sich die Metall-Ionen als Metallatome ab und bilden die galvanische Beschichtung auf dem Werkstück.

Es gilt: Je länger das Werkstück im Elektrolyt verbleibt, desto dicker wird die galvanische Schicht. Und je höher der elektrische Strom, desto höher die Schichtstärke der Metallschicht. Je nach Anwendung und Produkt beträgt die Schichtdicke zwischen 3 Mikrometer und 30 Mikrometer.

Aufgrund der Vielseitigkeit von galvanischen Bescchichtungen, da man mit allen möglichen Metallen galvanisieren kann, ist galvanische Beschichtung in jeder Industrie und in jedem Haushalt vertreten. Schauen Sie sich mal um, haben Sie ein galvanisiertes Objekt entdeckt?

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Kunststoff galvanisieren

Beschichtung von Kunststoffoberflächen durch Galvanisieren ist möglich! Den Prozess der Kunststoffbeschichtung mit Metall nennt man Kunststoffmetallisierung. Das galvanische Beschichten von Kunststoff heißt Kunststoffgalvanisieren. Zur galvanischen Kunststoffbeschichtung eignen sich ABS Kunststoffe und ABS-PC Kunststoffe am besten.

Da Kunststoffe nicht elektrisch leitfähig sind, wird der Kunststoff zunächst mit einer leitfähigen Schicht aus Kupfer oder Nickel überzogen. Das Prinzip kommt auch bei der Herstellung von Leiterplatten zum Einsatz. Zum ABS Kunststoff galvanisieren gehören die folgenden Schritte:

1. Beizen zum Aufrauen der Kunststoffoberfläche mit Chromschwefelsäure → Die aufgeraute Oberfläche erzeugt sogenannte mikroskopische Kavernen.
2. Kavernen füllen mit zinnumhüllten Palladiumkeimen → Zinnhülle sorgt für Haftung des Palladiumkeims am Kunststoff.
3. Entfernen der Zinnhülle mit Tetrafluorborsäure → Keim liegt nun frei.
4. Chemisch Vernickeln → aufgrund der Potenzialdifferenz zwischen Palladium und Nickelbad wird Nickel im Reduktionsmittel stromlos auf den ABS Kunststoff abgeschieden. → eine dünne, gut haftende Nickelschicht bildet sich.
5. Kunststoffgalvanisierung → Nun kann nach oben erklärtem Prinzip vorgegangen werden.

Mannigfaltige Kunststoffbeschichtung

Übrigens ist der Begriff Kunststoffbeschichtung mehrdeutig. Man sollte erst klarstellen, ob man eine Beschichtung mit Kunststoff oder auf Kunststoff wünscht. Einige Beschichtungsverfahren als Kunststoffbeschichtung (Beschichtung von Kunststoff mit Metall) in Frage kommen, sind die Dünnschicht-erzeugenden Verfahren:

• Physikalische Gasphasenabscheidung
• Chemische Gasphasenabscheidung
• Thermische Spritzverfahren
• Keramikbeschichten mit Oxidkeramik durch thermisches Spritzen

Die Pulverbeschichtung wird des Öfteren als Kunststoffbeschichtung mit Kunststoff bezeichnet, meint aber die Beschichtung von Substraten aus klassischerweise Stahl und Aluminium mit Pulver, das zu einem harten Kunststofffilm aushärtet.

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Galvanische Beschichtung und dessen Verwendung im Überblick

Die galvanische Beschichtung bildet eine dekorative Schicht, ist in der Regel aber eine Funktionsschicht: Galvanisieren erzeugt Korrosionsschutz, Verschleißschutz, elektrische Leitfähigkeit und mehr.
Wir wollen nun die wichtigsten galvanischen Beschichtungen miteinander vergleichen. Da das Prinzip Galvanisieren praktisch immer das Gleiche ist, egal mit welchem Metall beschichtet wird, konzentrieren wir uns auf die Variablen Elektrolyt/ Galvanikbad und Überzugsmetall. Dazu wird angegeben, in welcher Industrie das Überzugsmetall zum Galvanisieren vornehmlich verwendet wird. Aufgeführt werden galvanisch Verkupfern, galvanisch Verchromen, galvanisch Verzinken. Letztere bildet im Vergleich zum industriellen Stückverzinken geringere Schichtdicken. Auch thermisch Spritzen mit Zink bietet besten Korrosionsschutz in dickeren Schichtstärken.

Galvanisch Verkupfern

• Kompatible Substrate: Stahl, Buntmetall, Aluminium, Zinkdruckguss, Edelstahl
• Farbe: Hellrötlich
• Anwendung in: Konsumgüter, Elektrotechnik, Möbelindustrie, Automobilindustrie.
• Verwendung als: Möbelbeschläge, Rasierer, Gehäuse, Fahrzeugteile, Maschinenteile, Türbeschläge, Befestigungselemente, Leiterplatten.
• Elektrolyt/ Galvanikbad: Kupfersulfatlösung
• Überzugsmetall zur Abscheidung: Kupfer
• Spannung und Stromstärke zum Verkupfern: 1 Volt; 10 bis 20 mA/cm²

Galvanisch Verchromen

• Kompatible Substrate: Stahl, Aluminium, Buntmetalle, Zinkdruckguss
• Farbe: Weißblau
• Anwendung in: Konsumgüter, Elektro- und Industrietechnik, Möbelindustrie, Fahrzeugbau, Maschinenbau, Bergbau, Öl- und Gasindustrie
• Verwendung als: dekorative Möbel- und Haushaltsteile, Steckergehäuse, Fahrzeugteile, Befestigungselemente.
• Elektrolyt/ Galvanikbad: schwefelsaure Chrom(VI)säureanhydrid-Lösung
• Überzugsmetall zur Abscheidung: Chrom

Galvanisch Verzinken

• Kompatible Substrate: niedrig legierter Stahl, Federstahl, gehärtete Stähle, Guss, Buntmetalle
• Farbe: bläulich Weiß
• Anwendung in: Automobil, Nutzfahrzeuge, Hydraulikindustrie, Maschinenbau, Verbindungselemente, Bauindustrie
• Verwendung als: Antrieb, Fahrwerk, Bremsen, Lenkung, Rohrverbindungen, Schrauben, Muttern, Bolzen, Schlauchanschlüsse, Befestigungselemente.
• Elektrolyt/ Galvanikbad: Kalium- oder Natriumcyanid mit Natrium- oder Klaiumhydroxiden
• Überzugsmetall zur Abscheidung: Zink

Hartverchromen

Hartverchromen ist ebenfalls eine galvanische Beschichtung. Das Chrom für die Hartverchromung wird im galvanischen Bad elektrolytisch auf das Grundmaterial abgeschieden. Im Gegensatz zum obigen galvanischen Verchromen – Glanzverchromen genannt – weist Hartverchromen eine bedeutend höhere Schichtdicke und einhergehende Verschleißfestigkeit auf. Bezüglich physikalischer und chemischer Eigenschaften sind die Schichten durch Hartverchromen und Verchromen gleich. Vorteile Hartverchromen sind:

• hohe Härte ohne Verzug des Werkstücks
• Verschleißfestigkeit
• niederer Reibungskoeffizient
• Beständigkeit gegenüber chemischer Beanspruchung
• Korrosionsbeständigkeit bei hoher Schichtdicke
• Temperaturbeständigkeit bis 400 °C

Hartverchromen Härte: 900 – 1200 HV
Verwendung Hartchromschicht: Verschleißschutz von Druckwalzen, Zylindern, Umlenkrollen, Wellen, Schnecken, Kolben, Stoßdämpfern
Hartchromen Schichtdicke: je nach mechanischer und chemischer Beanspruchung ab 10 µm bis max. 1 mm

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Galvanische Beschichtung in Deutschland

Der Name der Oberflächenveredelung Galvanik stammt übrigens vom italienischen Naturwissenschaftler Luigi Galvani, der im 18. Jahrhundert die Zusammenhänge zwischen Metall und elektrisch leitendem Elektrolyt beobachtete. Später wurde Galvani Namensgeber des Galvanisierens, dank der weiterführenden Entdeckungen von Moritz Hermann von Jacobi. Bis heute ist die galvanische Beschichtung allgegenwärtig. Daher ist es wenig verwunderlich, dass in Deutschland ein dichtes Netz an Firmen für Galvanotechnik und galvanisch Beschichten besteht. Diese Auswahl bietet einen Überblick der Galvanikbetriebe in Deutschland, bei denen Sie Teile galvanisch beschichten lassen können. Wir unterstützen Sie zudem bei Ihrem Beschichtungsprojekt. Hinterlassen Sie eine kostenlose Anfrage!