Verchromung - Chrome plating

Dieser Artikel ist über eine Chrom-Galvanisierungstechnik. Für andere Verwendungen siehe Chrome (Begriffsklärung) .
Nicht zu verwechseln mit Chromat-Konversionsbeschichtung .
Dekorative Verchromung an einem Motorrad

Verchromung (weniger häufig Verchromung ) ist eine Technik der Galvanotechnik eine dünne Schicht aus Chrom auf ein Metallobjekt. Das Produkt der Verchromung heißt Chrom . Die verchromte Schicht kann dekorativ sein, Korrosionsbeständigkeit bieten , Reinigungsverfahren erleichtern oder die Oberflächenhärte erhöhen. Manchmal kann aus ästhetischen Gründen ein weniger teurer Nachahmer von Chrom verwendet werden.

Verfahren

Das Verchromen einer Komponente umfasst normalerweise die folgenden Schritte:

  • Entfetten um starke Verschmutzungen zu entfernen
  • Manuelle Reinigung, um alle Restspuren von Schmutz und Oberflächenverunreinigungen zu entfernen
  • Verschiedene Vorbehandlungen je nach Untergrund
  • Einbringen in die Verchromungswanne, wo sie sich auf die Lösungstemperatur erwärmen kann
  • Anlegen von Beschichtungsstrom für die erforderliche Zeit, um die gewünschte Dicke zu erreichen

Es gibt viele Variationen dieses Prozesses, abhängig von der Art des zu plattierenden Substrats. Unterschiedliche Substrate benötigen unterschiedliche Ätzlösungen, wie Salz- , Fluss- und Schwefelsäure . Eisenchlorid wird auch zum Ätzen von Nimonlegierungen verwendet. Manchmal gelangt das Bauteil unter Spannung in die Verchromungswanne. Manchmal hat das Bauteil eine konforme Anode aus Blei/Zinn oder platiniertem Titan. Eine typische Hartchromwannenplatte mit etwa 1 mil (25 µm) pro Stunde.

Bei der Vorbereitung von Bauteilen für die dekorative Verchromung kommen verschiedene Endbearbeitungs- und Polierverfahren zum Einsatz. Die Chemikalien zur Verchromung sind sehr giftig. Die Entsorgung von Chemikalien ist in den meisten Ländern geregelt.

Einige gängige Industriespezifikationen für den Verchromungsprozess sind AMS 2460, AMS 2406 und MIL-STD-1501.

Sechswertiges Chrom

Die sechswertige Verchromung , auch bekannt als Hex-Chrom , Cr 6+ und Chrom (VI) -Beschichtung, verwendet Chromtrioxid (auch bekannt als Chromsäureanhydrid) als Hauptbestandteil. Die sechswertige Verchromungslösung wird für die dekorative und harte Beschichtung sowie das Glanztauchen von Kupferlegierungen, das Anodisieren mit Chromsäure und die Chromat-Konversionsbeschichtung verwendet .

Ein typisches Verfahren zum Plattieren mit sechswertigem Chrom ist: (1) Aktivierungsbad, (2) Chrombad, (3) Spülen und (4) Spülen. Das Aktivierungsbad ist typischerweise ein Behälter mit Chromsäure, durch den ein Gegenstrom fließt. Dadurch wird die Werkstückoberfläche geätzt und Zunder entfernt . In einigen Fällen erfolgt der Aktivierungsschritt im Chrombad. Das Chrombad ist eine Mischung aus Chromtrioxid (CrO 3 ) und Schwefelsäure ( Sulfat , SO 4 ), deren Gewichtsverhältnis zwischen 75:1 und 250:1 stark schwankt. Dadurch entsteht ein extrem saures Bad (pH 0). Temperatur und Stromdichte im Bad beeinflussen den Glanz und die endgültige Deckkraft. Für dekorative Beschichtungen reicht die Temperatur von 35 bis 45 °C (100 bis 110 °F), für Hartbeschichtungen von 50 bis 65 °C (120 bis 150 °F). Die Temperatur ist auch von der Stromdichte abhängig, denn eine höhere Stromdichte erfordert eine höhere Temperatur. Schließlich wird das gesamte Bad bewegt, um die Temperatur konstant zu halten und eine gleichmäßige Abscheidung zu erreichen.

Nachteile

Ein funktioneller Nachteil der sechswertigen Verchromung ist der geringe Kathodenwirkungsgrad, der zu einem schlechten Streuvermögen führt . Dies bedeutet, dass es eine ungleichmäßige Beschichtung mit mehr Kanten und weniger in Innenecken und Löchern hinterlässt. Um dieses Problem zu überwinden, kann das Teil überplattiert und auf Maß geschliffen werden, oder es können Hilfsanoden um die schwer zu plattierenden Bereiche herum verwendet werden.

Aus gesundheitlicher Sicht ist sechswertiges Chrom die giftigste Form von Chrom. In den USA reguliert die Environmental Protection Agency es stark. Die EPA listet sechswertiges Chrom als gefährlichen Luftschadstoff auf, da es ein menschliches Karzinogen , ein „prioritärer Schadstoff“ nach dem Clean Water Act und ein „gefährlicher Bestandteil“ nach dem Resource Conservation and Recovery Act ist . Aufgrund seiner geringen kathodischen Wirkungsgrad und eine hohe Lösungsviskosität , ein toxisches Nebel aus Wasser und sechswertigem Chrom wird aus dem Bad freigesetzt. Zur Kontrolle dieser Emissionen werden Nasswäscher eingesetzt. Der Austrag aus den Nasswäschern wird behandelt, um das Chrom aus der Lösung auszufällen, da es nicht im Abwasser verbleiben kann.

Die Aufrechterhaltung eines Bades Oberflächenspannung weniger als 35 dyn / cm erfordert eine häufige Zyklus des Bades mit einem Benetzungsmittel behandelt und die Wirkung auf die Oberflächenspannung bestätigt. Traditionell wird die Oberflächenspannung mit einem Stalagmometer gemessen . Diese Methode ist jedoch mühsam und mit Ungenauigkeiten behaftet (Fehler bis zu 22 dynes/cm wurden gemeldet) und hängt von der Erfahrung und den Fähigkeiten des Benutzers ab.

Zusätzliche giftige Abfälle aus sechswertigem Chrom Bäder erstellt umfassen Bleichromate , die im Bad bilden , da Bleianoden verwendet werden. Barium wird auch verwendet, um die Sulfatkonzentration zu kontrollieren, was zur Bildung von Bariumsulfat (BaSO 4 ) führt.

Dreiwertiges Chrom

Die dreiwertige Verchromung , auch bekannt als Tri-Chrom , Cr 3+ und Chrom(III) -Beschichtung, verwendet Chromsulfat oder Chromchlorid als Hauptbestandteil. Die dreiwertige Verchromung ist in bestimmten Anwendungen und Dicken (zB dekorative Beschichtungen) eine Alternative zu sechswertigem Chrom.

Ein Plattierungsverfahren mit dreiwertigem Chrom ist dem Plattierungsverfahren mit sechswertigem Chrom ähnlich, mit Ausnahme der Badchemie und der Anodenzusammensetzung. Es gibt drei Haupttypen von dreiwertigen Chrombadkonfigurationen:

  • Ein Elektrolytbad auf Chlorid- oder Sulfatbasis mit Graphit- oder Verbundanoden sowie Additiven, um die Oxidation von dreiwertigem Chrom zu den Anoden zu verhindern .
  • Ein Bad auf Sulfatbasis, das Bleianoden verwendet, die von mit Schwefelsäure gefüllten Kästen umgeben sind (bekannt als abgeschirmte Anoden), die das dreiwertige Chrom daran hindern, an den Anoden zu oxidieren.
  • Ein Bad auf Sulfatbasis, das unlösliche katalytische Anoden verwendet, das ein Elektrodenpotential aufrechterhält , das Oxidation verhindert.

Das dreiwertige Verchromungsverfahren kann die Werkstücke mit einer ähnlichen Temperatur, Geschwindigkeit und Härte wie mit sechswertigem Chrom plattieren. Die Beschichtungsdicke reicht von 0,005 bis 0,05 mil (0,13 bis 1,27 µm).

Vorteile und Nachteile

Die funktionellen Vorteile von dreiwertigem Chrom sind ein höherer Kathodenwirkungsgrad und ein besseres Streuvermögen. Bessere Wurfkraft bedeutet bessere Produktionsraten. Aufgrund der geringeren erforderlichen Stromdichten wird weniger Energie benötigt. Das Verfahren ist robuster als sechswertiges Chrom, da es Stromunterbrechungen standhält.

Aus gesundheitlicher Sicht ist dreiwertiges Chrom an sich weniger toxisch als sechswertiges Chrom. Aufgrund der geringeren Toxizität ist es nicht so streng reguliert, was die Gemeinkosten reduziert . Andere gesundheitliche Vorteile umfassen höhere Kathodenwirkungsgrade, die zu weniger Chrom-Luftemissionen führen; niedrigere Konzentrationen, was zu weniger Chromabfällen und Anoden führt, die sich nicht zersetzen.

Einer der Nachteile bei der Einführung des Verfahrens war, dass die dekorativen Kunden die Farbunterschiede missbilligten. Unternehmen verwenden jetzt Additive, um die Farbe anzupassen. Bei harten Beschichtungsanwendungen ist die Korrosionsbeständigkeit dickerer Beschichtungen nicht ganz so gut wie bei sechswertigem Chrom. Die Kosten für die Chemikalien sind höher, aber dies wird normalerweise durch höhere Produktionsraten und niedrigere Gemeinkosten ausgeglichen. Im Allgemeinen muss der Prozess genauer kontrolliert werden als bei der sechswertigen Verchromung, insbesondere im Hinblick auf metallische Verunreinigungen. Das bedeutet, dass schwer kontrollierbare Prozesse wie das Trommelplattieren mit einem Bad aus dreiwertigem Chrom viel schwieriger sind.

Typen

Dekorativ

Art Deco Mappe mit verchromtem Deckel, um 1925

Dekoratives Chrom ist ästhetisch ansprechend und langlebig. Die Dicken reichen von 0,002 bis 0,02 mm (2 bis 20 µm), meist jedoch zwischen 0,005 und 0,01 mm (5,0 und 10,0 µm). Die Verchromung wird normalerweise über einerGlanzvernickelungaufgebracht. Typische Trägermaterialien umfassenStahl,Aluminium,Kunststoff,Kupferlegierungen und Zinklegierungen. Dekorative Verchromungen sind zudem sehr korrosionsbeständig und werden gerne auf Autoteilen, Werkzeugen und Küchenutensilien verwendet.

Schwer

Hartverchromung

Hartchrom , auch bekannt alsIndustriechrom ,Chromgonaodertechnisches Chrom , wird verwendet, um die Reibung zu reduzieren, die Haltbarkeit durch Abriebtoleranz und Verschleißfestigkeit im Allgemeinen zu verbessern, dasFestfressenoder Festfressen von Teilen zuminimieren, die chemische Inertheit zu erweitern, um ein breiteres Spektrum an Bedingungen (wie Oxidationsbeständigkeit) einzuschließen, und Füllmaterial für verschlissene Teile um ihre ursprünglichen Abmessungen wiederherzustellen. Es ist sehr hart und misst zwischen 65 und 69HRC(ebenfalls bezogen auf die Härte des Grundmetalls). Hartchrom ist tendenziell dicker als dekoratives Chrom, mit Standarddicken bei Nicht-Bergungsanwendungen von 0,02 bis 0,04 mm (20 bis 40 µm), kann jedoch für extreme Anforderungen an die Verschleißfestigkeit um eine Größenordnung dicker sein, in solchen Fällen 0,1 mm ( 100 μm) oder dicker liefert optimale Ergebnisse. Leider betonen solche Dicken die Grenzen des Verfahrens, die durch Plattieren einer zusätzlichen Dicke, dann Abschleifen und Läppen überwunden werden, um die Anforderungen zu erfüllen oder die Gesamtästhetik des "verchromten" Stücks zu verbessern. Eine zunehmende Beschichtungsdicke verstärkt Oberflächenfehler und Rauheit proportional zur Stärke, da Hartchrom keine nivellierende Wirkung hat. Teile, die in Bezug auf die Geometrien des elektrischen Felds nicht ideal geformt sind (fast jedes zum Plattieren eingesandte Teil, außer Kugeln und eiförmigen Objekten) erfordern eine noch dickere Beschichtung, um die ungleichmäßige Abscheidung auszugleichen, und ein Großteil davon wird beim Schleifen des Teils verschwendet zurück zu den gewünschten Maßen.

Moderne "Engineered Coatings" leiden nicht unter solchen Nachteilen, die oft allein aufgrund der Arbeitskosten zu einem Preis für Hartchrom führen. Hartchromersatztechnologien übertreffen Hartchrom in Bezug auf Verschleißfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Kosten. Die Rockwell-Härte 80 ist für solche Materialien nicht außergewöhnlich. Bei der Sprühabscheidung ist eine gleichmäßige Dicke, die oft kein weiteres Polieren oder Bearbeiten erfordert, ein Standardmerkmal moderner technischer Beschichtungen. Diese Beschichtungen sind oft Verbundstoffe aus Polymeren , Metallen und Keramikpulvern oder -fasern als proprietäre Ausführungsformen, die durch Patente oder als Geschäftsgeheimnisse geschützt sind, und sind daher normalerweise unter Markennamen bekannt.

Die Hartverchromung unterliegt je nach Anwendung unterschiedlichen Qualitätsanforderungen; So werden beispielsweise die Beschichtungen von hydraulischen Kolbenstangen mit einem Salzsprühtest auf Korrosionsbeständigkeit geprüft .

Automobileinsatz

Die meisten hellen Dekorationsgegenstände, die an Autos angebracht sind, werden als "Chrom" bezeichnet, d. h. Stahl, der mehreren Beschichtungsprozessen unterzogen wurde, um den Temperaturschwankungen und dem Wetter standzuhalten, dem ein Auto im Freien ausgesetzt ist (obwohl der Begriff dann weitergegeben wurde, um ähnlich aussehende glänzende dekorative Autoteile, darunter silberne Kunststoffzierteile in lässiger Terminologie). Die Dreifachbeschichtung ist das teuerste und langlebigste Verfahren, bei dem der Stahl zuerst mit Kupfer und dann mit Nickel beschichtet wird, bevor die Verchromung aufgebracht wird.

Vor der Anwendung von Chrom in den 1920er Jahren wurde die Vernickelung verwendet. In der kurzen Produktionszeit vor dem Eintritt der USA in den Zweiten Weltkrieg verbot die Regierung die Plattierung, um Chrom zu sparen, und die Automobilhersteller lackierten die Dekorteile in einer Komplementärfarbe. In den letzten Jahren des Koreakrieges erwogen die USA, Chrom zugunsten mehrerer billigerer Verfahren zu verbieten (wie das Plattieren mit Zink und das anschließende Beschichten mit glänzendem Kunststoff).

Im Jahr 2007 wurde eine Richtlinie zur Beschränkung gefährlicher Stoffe (RoHS) erlassen, die mehrere giftige Substanzen für die Verwendung in der Automobilindustrie in Europa verbietet, darunter sechswertiges Chrom, das bei der Verchromung verwendet wird. Verchromen ist jedoch Metall und enthält nach dem Abspülen kein sechswertiges Chrom, daher ist das Verchromen nicht verboten.

Waffengebrauch

Eine Chromauskleidung schützt den Lauf oder die Kammer von Waffen vor Korrosion und macht diese Teile auch leichter zu reinigen, aber dies ist nicht der Hauptzweck der Auskleidung eines Laufs oder einer Kammer. In Maschinengewehren wurde eine Chromauskleidung eingeführt, um die Verschleißfestigkeit und Lebensdauer von hochbelasteten Waffenteilen wie Läufen und Kammern zu erhöhen, sodass mehr Patronen abgefeuert werden können, bevor ein Lauf abgenutzt ist und ersetzt werden muss. Das Ende der Kammer, Freilauf und Blei (der nicht gezogene Teil des Laufs direkt vor der Kammer) sowie die ersten Zentimeter oder einige Zoll des Dralls bei Gewehren sind sehr hohen Temperaturen ausgesetzt – da der Energiegehalt von Gewehrtreibstoffe können 3500 kJ/kg überschreiten – und Drücke, die 380 MPa (55.114 psi) überschreiten können. Die Treibgase wirken ähnlich wie die Flamme eines Schneidbrenners, die Gase erhitzen das Metall bis zum glühenden Zustand und die Geschwindigkeit reißt Metall ab. Unter Langsamfeuerbedingungen können sich die betroffenen Bereiche zwischen den Schüssen ausreichend abkühlen. Bei anhaltendem Schnellfeuer oder automatischem/zyklischem Feuer bleibt keine Zeit, um die Wärme abzuführen. Die Hitze- und Druckwirkung der heißen Treibgase und die Reibung des Projektils können schnell zu Schäden durch Wegspülen von Metall am Ende der Kammer, Freilauf, Blei und Drall führen. Die Hartchrom-Auskleidung schützt Kammer, Freilauf, Blei und Drall mit einer dünnen Schicht aus verschleißfestem Chrom. Dies verlängert die Lauflebensdauer von Waffen, die über einen längeren Zeitraum im vollautomatischen oder anhaltenden Schnellfeuermodus abgefeuert werden, erheblich. Die Chromauskleidung wirkt sich negativ auf die maximal erreichbare Laufgenauigkeit aus. Einige Waffenhersteller verwenden Stellit-Auskleidungslegierungen als Alternative zu Hartchrom-Auskleidungen, um die Verschleißfestigkeit und Lebensdauer hochbelasteter Waffenteile weiter zu erhöhen.

Siehe auch

Verweise

Weiterlesen

  • SAE AMS 2406
  • SAE AMS 2438
  • SAE AMS 2460 - Beschichtung, Chrom