Akademik

Galvanotẹchnik

 

[nach L. Galvani], Teilgebiet der technischen Elektrochemie, das alle elektrochemische und chemische Verfahren der Metallabscheidung und Umwandlung von Metalloberflächen einschließlich der zugehörigen Prozesse für die Vor- und Nachbehandlung (z. B. Entfetten, Beizen, Verdichten) umfasst, d. h. neben dem elektrochemischen (galvanischen, elektrolytischen) Abscheiden auch die anodische Oxidation, die Metallabscheidung ohne äußere Stromquelle (chemisches, gesamtstromloses, außenstromloses Abscheiden), das chemische Oxidieren, das Phosphatieren u. a. Die Galvanotechnik dient der Erzeugung bestimmter Oberflächeneigenschaften von Werkstoffen beziehungsweise Halbzeugen oder Bauteilen; dazu gehören Korrosions- und Verschleißschutz, dekoratives Aussehen, spezielle optische, thermische oder elektrische Eigenschaften und Lötbarkeit. In geringem Umfang wird die galvanische Abscheidung auch zur Herstellung komplizierter Bauteile oder Formen (z. B. Spritzformen für die Kunststoffverarbeitung) eingesetzt (Elektroformung Galvanoplastik). Im engeren Sinn versteht man unter Galvanotechnik häufig nur die kathodische (elektrolytische, galvanische) Metallabscheidung.

 

Zur kathodischen Metallabscheidung werden die entsprechend vorbereiteten metallischen beziehungsweise anderen im Oberflächenbereich elektrisch leitenden Gegenstände als Kathode in ein galvanisches Bad (in der Regel saure, alkalische oder alkalisch cyanidische wässrige Elektrolytlösung, einfacher Behälter bis hin zur vollautomatischen Anlage) eingehängt. Diese Elektrolytlösung besteht aus einem oder bei der Legierungsabscheidung auch aus mehreren einfachen oder komplexen Salzen des abzuscheidenden Metalls und einer Reihe von Zusätzen. Die Anoden (Platten, Stangen, Kugeln) sind meist löslich und bestehen aus dem abzuscheidenden Metall. Zuweilen werden auch unlösliche Anoden eingesetzt. I. Allgemein wird durch Reduktion oder Elektrokristallisation unter Gleichstrom (1-15 V, 1-10 A/dm² oder mehr bei Umgebungstemperatur bis etwa 80 ºC) an der Kathode Metall abgeschieden. In vielen Fällen wird zwischen der Kathode und dem Elektrolyten eine Relativbewegung erzeugt (z. B. Umwälzung durch Umlaufpumpen bei gleichzeitiger Filterung, Teilbewegung, Galvanisiertrommeln oder -glocken). Dies ermöglicht auch schnellere Abscheidungen, so bei der Herstellung von Leiterplatten. Häufig abgeschiedene Metalle sind Cu, Ni, Cr, Zn, Sn und Edelmetalle, als Legierungen werden z. B. abgeschieden: Sn-Zn, Pb-Sn, Zn-Ni, Ni-Fe und Au-Cu sowie als Dispersionsschichten Ni oder Cu mit Al₂O₃, SiC oder Diamant. Je nach dem Verwendungszweck erzeugt man Schichten von 1-50 μm Dicke und darüber (z. B. beim Hartverchromen). Beim selten angewendeten Tampongalvanisieren werden spezielle Elektrolyte über einen als Anode geschalteten Tampon, eine Bürste oder Ähnliches mit der als Kathode geschalteten Metalloberfläche in Berührung gebracht, wodurch die Abscheidung erfolgt (dient z. B. zum Ausbessern beschädigter Metallschichten und für spezielle Beschichtungen).

 

Zur Qualitätsverbesserung der Metallüberzüge, besonders bei Kupfer, wird in gewissen Fällen das Umpolverfahren benutzt, bei dem die Richtung des Gleichstromes in bestimmten Zeitabständen umgekehrt wird, sodass die Kathode zeitweise zur Anode wird. In der Galvanotechnik werden auch andere Verfahren eingesetzt, bei denen der zeitliche Verlauf des Stromes in weiten Grenzen geändert werden kann (z. B. das pulse plating).

 

Die Metallabscheidung ohne äußere Stromquelle kann durch Metallverdrängung (Ionenaustausch) erfolgen, wobei die Werkstücke in eine Lösung getaucht werden, die das Überzugsmetall in Form von Ionen enthält. Wenn das Metall des Werkstücks unedler als das in Lösung befindliche Metall ist, bildet sich ein dünner Metallüberzug, während gleichzeitig eine entsprechende Menge des Grundmetalls in Lösung geht (Sudverfahren). Grundmetalle, die für die Sudverfahren nicht unedel genug sind, kann man durch Kontakt mit einem unedlen Metall (z. B. Aluminium oder Zink) dazu bringen, sich mit dem edleren Metall zu überziehen (Kontaktmetallisierung). - Dickere, besser haftende Metallüberzüge als mit den Sud- oder dem Kontaktverfahren lassen sich bei der stromlosen Metallabscheidung unter Anwendung von Reduktionsmitteln (Natriumhypophosphit, Natriumborhydrid) erzeugen. Solche Reduktionsverfahren benutzt man z. B. bei der Herstellung von Spiegeln (Silberbelag auf Glas), Isoliergefäßen (Thermosflaschen), zum Verkupfern oder Versilbern von Kunststoffen (gedruckte Schaltungen, Leiterplatten) u. a. Nichtleitern vor dem Galvanisieren. Ferner werden für besondere Zwecke stark profilierte Gegenstände und Hohlkörper chemisch vernickelt (besonders als Verschleißschutz). Man erhält damit widerstandsfähige Nickelüberzüge, die etwa 4-13 % Phosphor oder Bor enthalten, durch Wärmebehandlung ausgehärtet werden können, verschleißbeständig und gut lötbar sind.

 

Nicht leitende Gegenstände kann man ebenfalls galvanisch mit Metallen überziehen, wenn die Oberfläche leitend gemacht wird, z. B. durch Aufbringen von Leitlacken (Lacke mit Kupfer- oder Silberpulver), oder durch chemische Reduktionsverfahren dünner Kupfer-, Nickel- oder Silberüberzüge. Poröse und weiche Gegenstände werden vorher durch Tränken mit Paraffin, Wachs, gewissen Lacken u. a. gedichtet und verfestigt.

 

Vor der Galvanisierung von Kunststoffen, besonders von ABS-Copolymerisaten, werden diese in einer starken, oxidierenden Säure gebeizt, dann mit Zinn- und Edelmetallsalzlösungen (Silber oder Palladium) »aktiviert« und in speziell zusammengesetzten Bädern chemisch verkupfert oder vernickelt. Anschließend können weitere Metallüberzüge (z. B. Kupfer, Nickel und Chrom oder Gold) galvanisch aufgebracht werden. Dieses Verfahren ist auch wichtig für das »Durchkontaktieren« von gedruckten Schaltungen, wobei in Bohrungen der aus Phenolharz oder Epoxidharz bestehenden Platten Kupfer chemisch und elektrolytisch abgeschieden wird. Hierdurch werden obere und untere Leiterbahnen elektrisch leitend verbunden.

 

Hier finden Sie in Überblicksartikeln weiterführende Informationen:

 

Oberflächenbehandlung: Schutz durch Beschichtung