Verzinken und seine Anwendung
Galvanisieren – eine Methode zur Abscheidung von Metallen auf der Oberfläche von Metall- und Nichtmetallprodukten Elektrolyse… Nach einer solchen Ablagerung nimmt die Oberfläche des Produkts an große Korrosionsbeständigkeit, schöneres Aussehen (dekorative Beschichtung), manchmal — größere Härte, Verschleißfestigkeit.
Wenn in diesem Fall das Produkt mit einer sehr dünnen (5-30 μm) Metallschicht bedeckt ist, die nur in seltenen Fällen (Oberflächenhärtung) Zehntelmillimeter erreicht, spricht man von einer galvanischen Beschichtung.
Gegenwärtig ist die Galvanisierung weit verbreitet (Verkupferung, Vernickelung, Verchromung, Versilberung, Vergoldung, Cadmium-Beschichtung, Verzinkung, Verzinnung, Blei-Beschichtung).
Vergoldung, Versilberung, Vernickelung und Verchromung dienen vor allem dekorativen Zwecken, gleichzeitig erhöhen diese Beschichtungen die Korrosionsbeständigkeit.
Kupfer wird hauptsächlich als Zwischenschicht auf Nickel- oder Chromstahlprodukten verwendet.Die gute Haftung des Schutzmetalls am Produktmaterial ist für die Haltbarkeit der Beschichtungen sehr wichtig. Zickel und Chrom haften fest am Stahl, daher wird dieser zunächst erweicht und anschließend eine Schicht aus Nickel oder Chrom aufgetragen zum Kupfer.
Da die Chromschicht teilweise keinen Korrosionsschutz bietet, wird auch eine dreischichtige Beschichtung (Kupfer-Nickel-Chrom) verwendet. Das Überziehen von Produkten mit einer Nickel- oder Chromschicht schützt die Oberfläche vor Oxidation, wenn sie auf 480–500 ° C erhitzt wird. Zinkbeschichtung wird häufig zum Korrosionsschutz verwendet; in einigen Fällen greifen sie auf eine Cadmiumbeschichtung zurück.
Chrom- und Nickelbeschichtungen werden auch zur Verbesserung der Verschleißfestigkeit von Oberflächen eingesetzt, wie es beispielsweise in der Druckindustrie der Fall ist. Das Überziehen eines Stereotyps mit einer Schicht aus Nickel, Chrom oder Eisen kann seine Lebensdauer um das Zehnfache oder mehr verlängern. In diesen Fällen sollte die Dicke des aufgetragenen Films größer sein (30–50 Mikrometer oder mehr).
Eine unersetzliche Voraussetzung für die Haftfestigkeit der aufgetragenen Schicht auf dem Grundmetall ist die Sauberkeit von dessen Oberfläche. Daher werden vor der Elektrolyse kleinste Spuren von Schmutz, Oxiden und Fetten sorgfältig von den Produkten entfernt. Dazu werden sie üblicherweise in heißen Basenlösungen oder in organischen Lösungsmitteln – Kerosin, Benzin – entfettet.
Um Oxide und Verunreinigungen zu entfernen, werden die Produkte in Schwefel- oder Salzsäure geätzt und um glatte Oberflächen zu erhalten – durch Schleifen und Polieren. Der letzte Arbeitsgang wird nach dem Auftragen wiederholt, wenn aus dekorativen Gründen eine glänzende Oberfläche benötigt wird, da Badezimmerprodukte normalerweise matt sind.
Der Hauptbestandteil des Elektrolyten sind die Salze des eingesetzten Metalls.Um die Leitfähigkeit des Elektrolyten zu verbessern, werden darüber hinaus häufig Säuren oder Basen in diesen eingebracht, die den Elektrolyten sauer oder alkalisch machen. Beim Vergolden und Versilbern und manchmal auch beim Verkupfern werden Cyanidverbindungen in den Elektrolyten eingebracht, die für eine bessere Haftung der Beschichtung auf dem Grundmetall Alaun sorgen.
In der Regel werden lösliche Anoden in galvanischen Prozessen in Form von Metallstreifen oder -stäben verwendet, die auf die Kathode aufgebracht werden. Dabei wird das Metall von der Anode auf die Kathode übertragen. Es werden jedoch auch Anoden aus einem in einem bestimmten Elektrolyten unlöslichen Metall oder einer Legierung verwendet, beispielsweise bei der Verchromung, aus Blei oder einer Blei-Antimon-Legierung. In diesem Fall wird das Metall auf den Produkten abgeschieden Elektrolyt und das Salz des eingesetzten Metalls müssen dem Elektrolyten gezielt zugesetzt werden.
Die Verzinkung erfolgt in Bädern aus einem Material, das gegenüber dem verwendeten Elektrolyten chemisch beständig ist. Große Wannen bestehen aus Stahl, sind geschweißt und für saure Lösungen von innen mit Gummi, Ebonit, Vinylkunststoff isoliert oder mit säurebeständigen und hitzebeständigen Lacken überzogen.
Die zu bearbeitenden Werkstücke werden üblicherweise auf Kleiderbügeln in der Wanne aufgehängt. Für Prozesse, die bei geringer Stromdichte (0,01 – 0,1 A/cm2) ablaufen, werden stationäre Bäder mit Festkathoden verwendet.
Bei hohen Stromdichten (z. B. beim Verchromen) werden Durchlaufbäder eingesetzt, bei denen die Produkte während des Beschichtungsprozesses von einem Badrand zum anderen wandern. Solche Bäder sind üblicherweise mit Vorrichtungen zum Mischen des Elektrolyten mit Druckluft und zum Filtern ausgestattet.
Bei hoher Kapazität kommen Automaten zum Einsatz, die mit mehreren Bädern ausgestattet sind, in denen nicht nur die Beschichtung der Produkte selbst, sondern auch deren Oberflächenvorbereitung (Entfetten, Beizen und Spülen) durchgeführt wird. In solchen Maschinen durchlaufen die Produkte, die sich horizontal und vertikal auf Stufen bewegen, nacheinander alle Wannen.
Beim Galvanisieren wird, wie bei allen elektrolytischen Verfahren, Gleichstrom, meist Niederspannung (6 – 24 V), verwendet. Der Prozess wird durch Änderung der Stromdichte reguliert, deren Wert sich je nach Prozess von Hundertstel und Zehntel A/dm2 bei Vergoldung und Silber bis zu Zehntel A/cm2 bei Verchromung ändert.
Mit zunehmender Stromdichte nimmt die Menge des abgeschiedenen Metalls pro Zeiteinheit zu, wenn sie jedoch einen bestimmten Wert (für jeden Prozess seinen eigenen) überschreitet, verschlechtert sich die Qualität der Beschichtung stark. Verzinkte Bäder werden von Gleichstromgeneratoren oder Halbleiterwandlern angetrieben.
Bei den meisten Galvanisierungsprozessen ist die Stromausbeute relativ hoch (von 100 bis 90 %), bei einer Reihe von Prozessen, beispielsweise Vergoldung und einigen Arten der Verkupferung, sinkt die Stromausbeute auf 70 - 60 %. Lediglich bei der Verchromung ist der Anteil sehr niedrig (12 %), da bei diesem Verfahren der größte Teil des verbrauchten Stroms für Nebenreaktionen aufgewendet wird.
In den letzten Jahren wurden Versuche zur Nutzung von Wechselstrom in galvanischen Prozessen durchgeführt. Typischerweise ist einem Gleichstrom eine Wechselstromkomponente überlagert, wobei die Amplitude der Wechselstromkomponente etwa das Zweifache des Gleichstromwerts beträgt.Der Einsatz von Wechselstrom bei der Herstellung von Nickel-, Kupfer- und Zinkbeschichtungen kann deren Qualität verbessern, insbesondere die Kontamination der aufgetragenen Schicht mit Verunreinigungen reduzieren.
In manchen Fällen ist eine Kupferbeschichtung möglich, wenn das Bad mit einem Strom von 50 Hz versorgt wird. Dies wird durch die teilweise Gleichrichtung des Wechselstroms durch eine elektrochemische Zelle erklärt, wodurch im Badstrom ein konstanter Anteil entsteht.