Galvanik -Electroplating

Kupfergalvanikmaschine zum Beschichten von Leiterplatten

Galvanisieren ist ein allgemeiner Name für Prozesse, die eine Metallbeschichtung auf einem festen Substrat durch die Reduktion von Kationen dieses Metalls mittels eines elektrischen Gleichstroms erzeugen . Das zu beschichtende Teil fungiert als Kathode (negative Elektrode ) einer Elektrolysezelle ; der Elektrolyt ist eine Lösung eines Salzes des zu beschichtenden Metalls; und die Anode (positive Elektrode) ist normalerweise entweder ein Block aus diesem Metall oder aus einem inerten leitfähigen Material. Der Strom wird von einem externen Netzteil bereitgestellt.

Die Galvanisierung wird in der Industrie und in der dekorativen Kunst häufig verwendet , um die Oberflächenqualität von Objekten zu verbessern, z. B. Abrieb- und Korrosionsbeständigkeit , Schmierfähigkeit , Reflexionsvermögen , elektrische Leitfähigkeit oder Aussehen. Es kann auch verwendet werden, um Dicke auf zu kleinen oder verschlissenen Teilen aufzubauen oder um Metallplatten mit komplexer Form herzustellen, ein Prozess, der als Galvanoformung bezeichnet wird . Es wird auch verwendet, um Metalle wie Kupfer zu reinigen .

Der Begriff "Galvanik" kann gelegentlich auch für Prozesse verwendet werden, die einen elektrischen Strom verwenden, um eine Oxidation von Anionen auf einem festen Substrat zu erreichen, wie bei der Bildung von Silberchlorid auf Silberdraht zur Herstellung von Silber/Silberchlorid-Elektroden .

Elektropolieren , ein Prozess, bei dem mit elektrischem Strom Metallkationen von der Oberfläche eines Metallgegenstands entfernt werden, kann als das Gegenteil von Galvanik angesehen werden.

Verfahren

Vereinfachtes Diagramm zum Galvanisieren von Kupfer (orange) auf einem leitfähigen Objekt (der Kathode, "Me", grau). Der Elektrolyt ist eine Lösung aus Kupfersulfat, CuSO
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. Eine Kupferanode wird verwendet, um den Elektrolyten mit Kupferkationen Cu aufzufüllen2+
da sie an der Kathode ausplattiert werden.

Der Elektrolyt sollte positive Ionen (Kationen) des abzuscheidenden Metalls enthalten. Diese Kationen werden an der Kathode zum Metall im Wertigkeitszustand Null reduziert. Beispielsweise kann der Elektrolyt zum Verkupfern eine Lösung von Kupfer(II)-Sulfat sein , das in Cu 2+ -Kationen und SO dissoziiert2−
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Anionen. An der Kathode wird das Cu 2+ durch Aufnahme von zwei Elektronen zu metallischem Kupfer reduziert.

Wenn die Anode aus dem Beschichtungsmetall besteht, kann dort die entgegengesetzte Reaktion stattfinden und es in gelöste Kationen umwandeln. Beispielsweise würde Kupfer an der Anode durch Abgabe von zwei Elektronen zu Cu 2+ oxidiert. In diesem Fall ist die Geschwindigkeit, mit der die Anode aufgelöst wird, gleich der Geschwindigkeit, mit der die Kathode plattiert wird, und somit werden die Ionen im Elektrolytbad kontinuierlich durch die Anode ergänzt. Das Nettoergebnis ist die effektive Übertragung von Metall von der Anode zur Kathode.

Die Anode kann stattdessen aus einem Material hergestellt sein, das einer elektrochemischen Oxidation widersteht, wie beispielsweise Blei oder Kohlenstoff . Sauerstoff , Wasserstoffperoxid oder einige andere Nebenprodukte werden dann stattdessen an der Anode produziert. In diesem Fall müssen Ionen des zu plattierenden Metalls regelmäßig in das Bad nachgefüllt werden, wenn sie aus der Lösung gezogen werden.

Die Beschichtung ist meistens ein einzelnes metallisches Element , keine Legierung . Einige Legierungen können jedoch galvanisch abgeschieden werden, insbesondere Messing und Lot . Plattierte "Legierungen" sind keine echten Legierungen, dh feste Lösungen, sondern vielmehr diskrete winzige Kristalle der zu plattierenden Metalle. Im Fall von plattiertem Lot wird es manchmal als notwendig erachtet, eine "echte Legierung" zu haben, und das plattierte Lot wird geschmolzen, damit sich Zinn und Blei verbinden können, um eine echte Legierung zu bilden. Die echte Legierung ist korrosionsbeständiger als die plattierte Legierung.

Viele Plattierungsbäder enthalten zusätzlich zu den Cyaniden des abzuscheidenden Metalls Cyanide anderer Metalle (wie Kaliumcyanid ). Diese freien Cyanide erleichtern die Anodenkorrosion, tragen zur Aufrechterhaltung eines konstanten Metallionengehalts bei und tragen zur Leitfähigkeit bei. Zusätzlich können Nichtmetallchemikalien wie Karbonate und Phosphate hinzugefügt werden, um die Leitfähigkeit zu erhöhen.

Wenn eine Plattierung auf bestimmten Bereichen des Substrats nicht erwünscht ist, werden Sperrschichten angebracht, um zu verhindern, dass das Bad mit dem Substrat in Kontakt kommt. Typische Zwischenprodukte sind Klebeband, Folie, Lacke und Wachse .

Die Fähigkeit einer Beschichtung, sich gleichmäßig zu bedecken, wird genannt Wurfkraft ; je besser die Tiefenstreuung, desto gleichmäßiger die Beschichtung.

Schlagen

Anfänglich kann eine spezielle Plattierungsabscheidung, die als Strike oder Flash bezeichnet wird, verwendet werden, um eine sehr dünne (typischerweise weniger als 0,1 μm dicke) Plattierung mit hoher Qualität und guter Haftung auf dem Substrat zu bilden. Dies dient als Grundlage für nachfolgende Beschichtungsprozesse. Ein Schlag verwendet eine hohe Stromdichte und ein Bad mit einer niedrigen Ionenkonzentration. Der Prozess ist langsam, daher werden effizientere Plattierungsverfahren verwendet, sobald die gewünschte Streichdicke erreicht ist.

Das Schlagverfahren wird auch in Kombination mit dem Plattieren verschiedener Metalle eingesetzt. Wenn es wünschenswert ist, eine Art von Abscheidung auf ein Metall zu plattieren, um die Korrosionsbeständigkeit zu verbessern, aber dieses Metall von Natur aus eine schlechte Haftung auf dem Substrat hat, kann zuerst eine Schicht abgeschieden werden, die mit beiden kompatibel ist. Ein Beispiel für diese Situation ist die schlechte Haftung von elektrolytischem Nickel auf Zinklegierungen , wobei in diesem Fall eine Kupferschicht verwendet wird, die an beiden gut haftet.

Elektrochemische Abscheidung

Die elektrochemische Abscheidung wird seit den späten 1990er Jahren in großem Umfang zur Herstellung der leitenden Kupferdrähte in fortschrittlichen Halbleitervorrichtungen verwendet. Die von IBM eingeführte Technologie wurde entwickelt, weil frühere Methoden zur Herstellung von leitfähigen Aluminiumdrähten in Chips – durch Ätzen der Metallleitungen und anschließendes Auffüllen eines Isolierfilms mit chemischer Dampfabscheidung und physikalischen Dampfabscheidungsprozessen – mit Kupfer nicht funktionieren würden, weil das Metall ist zu schwer zu ätzen. Die elektrochemische Elektroplattierungsabscheidung von Kupfer hat nun im Allgemeinen die Prozesse der chemischen Gasphasenabscheidung (CVD) und der physikalischen Gasphasenabscheidung (PVD) von Aluminium zur Herstellung von leitender Verdrahtung in Halbleiterchips für alle kritischsten Bauelementschichten ersetzt.

Impulsgalvanik

Der Prozess der Impulsgalvanisierung oder Impulselektroabscheidung (PED) beinhaltet das schnelle Wechseln des elektrischen Potentials oder Stroms zwischen zwei verschiedenen Werten, was zu einer Reihe von Impulsen gleicher Amplitude, Dauer und Polarität führt, die durch einen Nullstrom getrennt sind. Durch Ändern der Impulsamplitude und -breite ist es möglich, die Zusammensetzung und Dicke des abgeschiedenen Films zu ändern.

Die Versuchsparameter der Impulsgalvanik bestehen üblicherweise aus Spitzenstrom/-potential, Tastverhältnis, Frequenz und Effektivstrom/-potential. Spitzenstrom/-potential ist die maximale Einstellung des Galvanisierstroms oder -potentials. Die Einschaltdauer ist der effektive Teil der Zeit in einer bestimmten Galvanisierungsperiode mit angelegtem Strom oder angelegtem Potential. Der effektive Strom/die effektive Spannung wird berechnet, indem das Tastverhältnis und der Scheitelwert von Strom oder Spannung multipliziert werden. Die Impulsgalvanisierung könnte dazu beitragen, die Qualität des galvanisierten Films zu verbessern und die während der schnellen Abscheidung aufgebaute innere Spannung abzubauen. Die Kombination aus kurzer Einschaltdauer und hoher Frequenz könnte die Oberflächenrisse verringern. Um jedoch den konstanten Effektivstrom oder das Potential aufrechtzuerhalten, kann eine Hochleistungsstromversorgung erforderlich sein, um einen hohen Strom/ein hohes Potential und schnelles Schalten bereitzustellen. Ein weiteres häufiges Problem des Impulsgalvanisierens besteht darin, dass das Anodenmaterial während des umgekehrten Galvanisierens plattiert und kontaminiert werden könnte, insbesondere bei der teuren inerten Elektrode wie Platin .

Andere Faktoren, die das Impulsgalvanisieren beeinflussen könnten, umfassen die Temperatur, den Anoden-zu-Kathoden-Abstand und das Rühren. Manchmal kann die Impulsgalvanisierung in einem beheizten Galvanisierungsbad durchgeführt werden, um die Abscheidungsrate zu erhöhen, da die Geschwindigkeit fast aller chemischen Reaktionen gemäß dem Arrhenius-Gesetz exponentiell mit der Temperatur ansteigt. Der Anoden-Kathoden-Abstand hängt mit der Stromverteilung zwischen Anode und Kathode zusammen. Ein kleines Verhältnis zwischen Spalt und Probenfläche kann eine ungleichmäßige Stromverteilung verursachen und die Oberflächentopologie der plattierten Probe beeinflussen. Rühren kann die Übertragungs-/Diffusionsrate von Metallionen aus der Volumenlösung zur Elektrodenoberfläche erhöhen. Die Rühreinstellung variiert für verschiedene Metallgalvanisierungsverfahren.

Bürstengalvanik

Ein eng verwandter Prozess ist das Bürstengalvanisieren, bei dem lokalisierte Bereiche oder ganze Gegenstände mit einer mit Galvanisierungslösung getränkten Bürste galvanisiert werden. Die Bürste, typischerweise ein Edelstahlkörper , der mit einem absorbierenden Stoffmaterial umwickelt ist, das sowohl die Plattierungslösung hält als auch einen direkten Kontakt mit dem zu plattierenden Gegenstand verhindert, wird mit der Anode einer Niederspannungs- Gleichstromquelle und dem zu plattierenden Gegenstand verbunden mit der Kathode verbunden . Der Bediener taucht die Bürste in die Beschichtungslösung und trägt sie dann auf den Gegenstand auf, wobei er die Bürste kontinuierlich bewegt, um eine gleichmäßige Verteilung des Beschichtungsmaterials zu erreichen.

Das Bürstengalvanisieren hat mehrere Vorteile gegenüber dem Tankplattieren, einschließlich der Tragbarkeit, der Fähigkeit, Gegenstände zu plattieren, die aus irgendeinem Grund nicht im Tank plattiert werden können (eine Anwendung war das Plattieren von Teilen sehr großer dekorativer Stützsäulen bei einer Gebäudesanierung), geringe oder keine Maskierungsanforderungen, und vergleichsweise geringe Anforderungen an das Plattierungslösungsvolumen. Zu den Nachteilen im Vergleich zur Tankplattierung können eine größere Beteiligung des Bedieners (Tankplattierung kann häufig mit minimaler Aufmerksamkeit durchgeführt werden) und die Unfähigkeit, eine so große Plattendicke zu erreichen, gehören.

Hartchrom in Bürstgalvanik

Hartchrom ist aufgrund seiner Festigkeit, Widerstandsfähigkeit und glatten Oberfläche eines der am häufigsten verwendeten Beschichtungsmaterialien für die Hartbeschichtung und Galvanisierung. Chrom ist jedoch in seinem sechswertigen Zustand sehr gefährlich . Beim Einatmen oder Verzehr wird luftgetragenes Cr 6+ [JT2] mit Lungenkrebs in Verbindung gebracht und verursacht Schäden an Rachen, Mund und Nase.

Denn Chrom hat im sechswertigen Zustand krebserzeugende und fruchtschädigende Eigenschaften, die zellmutagen wirken.

Jedes Jahr sind 558.000 US-amerikanische Techniker am Arbeitsplatz sechswertigem Chrom ausgesetzt, wobei diejenigen, die in der Galvanik-, Schweiß- und Lackierindustrie arbeiten, aufgrund der erhöhten Exposition gegenüber hohen Konzentrationen von Cr 6+ -Verbindungen am stärksten gefährdet sind .

Aufgrund der Gefahren, die mit sechswertigem Chrom verbunden sind, war die Suche nach sichereren, umweltfreundlichen Alternativen in den letzten zehn Jahren ein Hauptantrieb für die Bürstengalvanikforschung. Eine Alternative, die entwickelt wurde, sind Metallmatrix-Verbundwerkstoffe (MMC). MMC bietet Metallbeschichtungslösungen einzigartige und überlegene Eigenschaften, einschließlich Härte, Verschleißfestigkeit und Oxidationsschutz bei hohen Temperaturen. Diese MMC-Alternative zu Chrom enthält Kobalt-Chrom-Carbid , Nickel-Wolfram-Carbid und Nickel-Chrom-Carbid .

Trommelplattierung

Diese Galvanisierungstechnik ist eine der in der Industrie am häufigsten verwendeten für große Mengen kleiner Objekte. Die Objekte werden in einen tonnenförmigen nichtleitenden Käfig gelegt und dann in das chemische Bad getaucht, das schwebende Atome des Metalls enthält, das auf sie plattiert werden soll. Das Fass wird dann gedreht und elektrische Ströme werden durch die verschiedenen Teile im Fass geleitet, die Stromkreise vervollständigen, wenn sie sich berühren. Das Ergebnis ist ein sehr gleichmäßiger und effizienter Beschichtungsprozess, obwohl die Oberfläche der Endprodukte während des Beschichtungsprozesses wahrscheinlich unter Abrieb leiden wird. Es ist ungeeignet für stark verzierte oder präzise gefertigte Gegenstände.

Sauberkeit

Sauberkeit ist für eine erfolgreiche Galvanisierung unerlässlich, da molekulare Ölschichten die Haftung der Beschichtung verhindern können. ASTM B322 ist ein Standardleitfaden für die Reinigung von Metallen vor dem Galvanisieren. Die Reinigung umfasst die Reinigung mit Lösungsmitteln, die Reinigung mit heißen alkalischen Reinigungsmitteln, die Elektroreinigung und die Säurebehandlung usw. Der gebräuchlichste industrielle Sauberkeitstest ist der Wasserbruchtest, bei dem die Oberfläche gründlich gespült und vertikal gehalten wird. Hydrophobe Verunreinigungen wie Öle bewirken, dass das Wasser abperlt und aufbricht, wodurch das Wasser schnell abfließen kann. Perfekt saubere Metalloberflächen sind hydrophil und halten eine ununterbrochene Wasserschicht zurück, die nicht abperlt oder abfließt. ASTM F22 beschreibt eine Version dieses Tests. Dieser Test erkennt keine hydrophilen Verunreinigungen, aber durch Galvanisieren können diese leicht verdrängt werden, da die Lösungen auf Wasserbasis sind. Tenside wie Seife verringern die Empfindlichkeit des Tests und müssen gründlich abgespült werden.

Auswirkungen

Galvanisieren verändert die chemischen, physikalischen und mechanischen Eigenschaften des Werkstücks. Ein Beispiel für eine chemische Veränderung ist die Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit durch Vernickeln . Ein Beispiel für eine körperliche Veränderung ist eine Veränderung des äußeren Erscheinungsbildes. Ein Beispiel für eine mechanische Änderung ist eine Änderung der Zugfestigkeit oder der Oberflächenhärte , die ein erforderliches Attribut in der Werkzeugindustrie ist. Das Galvanisieren von Säuregold auf darunter liegenden kupfer- oder vernickelten Schaltungen verringert den Kontaktwiderstand sowie die Oberflächenhärte. Verkupferte Bereiche aus Weichstahl wirken als Maske, wenn eine Einsatzhärtung solcher Bereiche nicht erwünscht ist. Verzinnter Stahl wird verchromt, um ein Abstumpfen der Oberfläche durch Oxidation von Zinn zu verhindern.

Elektroplattieren oder stromloses Plattieren kann verwendet werden, um ein Metallteil radioaktiv zu machen , indem eine wässrige Lösung verwendet wird, die aus Nickel- Phosphor - Konzentraten hergestellt wird, die radioaktive Hypophosphit - 32P - Ionen enthalten .

Alternativen zum Galvanisieren

Es gibt eine Reihe alternativer Verfahren zur Herstellung metallischer Beschichtungen auf festen Substraten, die keine elektrolytische Reduktion beinhalten:

  • Beim stromlosen Plattieren wird ein Bad verwendet, das Metallionen und Chemikalien enthält, die diese durch Redoxreaktionen zum Metall reduzieren . Die Reaktion sollte autokatalytisch sein , so dass neues Metall über der wachsenden Beschichtung abgeschieden wird, anstatt als Pulver auf einmal durch das gesamte Bad ausgefällt zu werden. Stromlose Prozesse werden häufig verwendet, um Nickel-Phosphor- oder Nickel-Bor- Legierungen für Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit, Silber für die Spiegelherstellung , Kupfer für Leiterplatten und vieles mehr abzuscheiden. Ein großer Vorteil dieser Verfahren gegenüber dem Galvanisieren besteht darin, dass sie Beschichtungen mit gleichmäßiger Dicke über Oberflächen beliebiger Form, sogar innerhalb von Löchern, erzeugen können, und das Substrat nicht elektrisch leitend sein muss. Ein weiterer großer Vorteil besteht darin, dass sie keine Stromquellen oder speziell geformte Anoden benötigen. Zu den Nachteilen gehören eine niedrigere Abscheidungsgeschwindigkeit, der Verbrauch relativ teurer Chemikalien und eine begrenzte Auswahl an Beschichtungsmetallen.
  • Tauchbeschichtungsverfahren nutzen Verdrängungsreaktionen, bei denen das Substratmetall zu löslichen Ionen oxidiert wird, während Ionen des Beschichtungsmetalls reduziert und an seiner Stelle abgeschieden werden. Dieses Verfahren ist auf sehr dünne Schichten beschränkt, da die Reaktion nach vollständiger Bedeckung des Substrats stoppt. Dennoch hat es einige wichtige Anwendungen, wie zum Beispiel das stromlose Nickel-Immersions-Gold -Verfahren (ENIG), das verwendet wird, um vergoldete elektrische Kontakte auf Leiterplatten zu erhalten.
  • Beim Sputtern wird ein starker Elektronenstrahl verwendet, um mikroskopisch kleine Partikel des Metalls im Vakuum auf das Substrat zu schleudern.
  • Bei der physikalischen Dampfabscheidung wird das Metall durch Verdampfen auf das Substrat übertragen.
  • Bei der chemischen Dampfabscheidung wird ein Gas verwendet, das eine flüchtige Verbindung des Metalls enthält, das sich als Ergebnis einer chemischen Reaktion auf dem Substrat ablagert.
  • Vergolden ist eine traditionelle Methode, um eine Goldschicht auf Metallen anzubringen, indem eine sehr dünne Goldschicht aufgebracht wird, die durch einen Klebstoff an Ort und Stelle gehalten wird

Geschichte

Es wurde die Theorie aufgestellt, dass die erste Galvanisierung in der Zeit des Partherreichs durchgeführt wurde. Wilhelm König, ein Assistent am Nationalmuseum des Irak , hatte in den 1930er Jahren eine Reihe sehr feiner Silbergegenstände aus dem alten Irak beobachtet, die mit sehr dünnen Goldschichten überzogen waren, und spekulierte, dass sie galvanisiert waren. Er bestätigte seine Idee, indem er auf eine mögliche parthische Batterie hinwies, die 1938 in der Nähe der Metropole Ktesiphon , der Hauptstadt der persischen Reiche der Parther ( 150 v. Chr. – 223 n . Chr . ) Dies wurde jedoch von Forschern weitgehend entlarvt. Moderne Archäologen sind sich jedoch heute weitgehend einig, dass die von König gesehenen Objekte tatsächlich gar nicht galvanisiert, sondern mit Quecksilber feuervergoldet waren. Es sind daher keine Beispiele von Objekten aus dem alten Mesopotamien bekannt, die zuverlässig als Anzeichen von Galvanisierung beschrieben werden können.

Die Galvanisierung wurde 1805 vom italienischen Chemiker Luigi Valentino Brugnatelli erfunden. Brugnatelli nutzte die fünf Jahre zuvor von seinem Kollegen Alessandro Volta erfundene Voltasäule , um die erste galvanische Abscheidung zu ermöglichen. Brugnatellis Erfindungen wurden von der französischen Akademie der Wissenschaften unterdrückt und in den folgenden dreißig Jahren nicht in der allgemeinen Industrie eingesetzt. Bis 1839 hatten Wissenschaftler in Großbritannien und Russland unabhängig voneinander ähnliche Metallabscheidungsverfahren wie Brugnatelli für die Kupfergalvanisierung von Druckplatten entwickelt .

Boris Jacobi hat in Russland nicht nur die Galvanoplastik wiederentdeckt, sondern auch die Elektrotypisierung und die galvanoplastische Skulptur entwickelt . Galvanoplastik kam in Russland schnell in Mode, und Menschen wie der Erfinder Peter Bagration , der Wissenschaftler Heinrich Lenz und der Science-Fiction-Autor Vladimir Odojewski trugen zur Weiterentwicklung der Technologie bei. Zu den berüchtigtsten Fällen der Verwendung von Galvanik Mitte des 19. Jahrhunderts in Russland gehörten gigantische galvanoplastische Skulpturen der St. Isaaks-Kathedrale in Sankt Petersburg und die vergoldete galvanisierte Kuppel der Christ-Erlöser -Kathedrale in Moskau , der höchsten orthodoxen Kirche der Welt .

Vernickelung

Bald darauf entdeckte John Wright aus Birmingham , England, dass Kaliumcyanid ein geeigneter Elektrolyt für die Galvanisierung von Gold und Silber war. Die Mitarbeiter von Wright, George Elkington und Henry Elkington, erhielten 1840 die ersten Patente für die Galvanisierung. Diese beiden gründeten dann die Galvanikindustrie in Birmingham , von wo aus sie sich auf der ganzen Welt ausbreitete. Der elektrische Generator von Woolrich aus dem Jahr 1844, der sich jetzt im Thinktank des Birmingham Science Museum befindet, ist der früheste elektrische Generator, der in der Industrie verwendet wird. Es wurde von Elkingtons verwendet .

Die Norddeutsche Affinerie in Hamburg war die erste moderne Galvanik, die 1876 ihre Produktion aufnahm.

Als die Wissenschaft der Elektrochemie wuchs, wurde ihre Beziehung zur Galvanisierung verstanden und andere Arten der nicht dekorativen Metallgalvanisierung wurden entwickelt. Die kommerzielle Galvanisierung von Nickel , Messing , Zinn und Zink wurde in den 1850er Jahren entwickelt. Auf den Patenten der Elkingtons basierende Galvanisierungsbäder und -geräte wurden vergrößert, um das Plattieren zahlreicher großformatiger Objekte und für spezifische Fertigungs- und Konstruktionsanwendungen zu ermöglichen.

Die Beschichtungsindustrie erhielt einen großen Aufschwung mit dem Aufkommen der Entwicklung elektrischer Generatoren im späten 19. Jahrhundert. Mit den höheren verfügbaren Strömen könnten metallische Maschinenkomponenten, Hardware und Automobilteile , die Korrosionsschutz und verbesserte Verschleißeigenschaften sowie ein besseres Aussehen erfordern, in großen Mengen verarbeitet werden.

Die beiden Weltkriege und die wachsende Luftfahrtindustrie gaben Impulse für weitere Entwicklungen und Verfeinerungen, darunter Verfahren wie Hartverchromung , Bronzelegierungsbeschichtung , Sulfamatvernickelung sowie zahlreiche andere Beschichtungsverfahren. Beschichtungsanlagen entwickelten sich von manuell betriebenen, mit Teer ausgekleideten Holztanks zu automatisierten Anlagen, die in der Lage sind, Tausende von Kilogramm Teile pro Stunde zu verarbeiten.

Eines der ersten Projekte des amerikanischen Physikers Richard Feynman war die Entwicklung einer Technologie zum Galvanisieren von Metall auf Kunststoff . Feynman entwickelte die ursprüngliche Idee seines Freundes zu einer erfolgreichen Erfindung, die es seinem Arbeitgeber (und Freund) ermöglichte, geschäftliche Versprechen zu halten, die er gemacht hatte, aber sonst nicht hätte erfüllen können.

Eine in einer Hull-Zelle getestete Zinklösung

Rumpfzelle

Haring-Blum-Zelle

Die Hull-Zelle ist eine Art Testzelle, mit der der Zustand eines galvanischen Bades halbquantitativ überprüft wird. Es misst den nutzbaren Stromdichtebereich, die Optimierung der Additivkonzentration, die Erkennung von Verunreinigungseffekten und die Angabe der Makrostreufähigkeit. Die Hull-Zelle repliziert das Beschichtungsbad im Labormaßstab. Es ist mit einer Probe der Galvanisierungslösung gefüllt, einer geeigneten Anode, die mit einem Gleichrichter verbunden ist . Die „Arbeit“ wird durch eine Hull-Cell-Testplatte ersetzt, die plattiert wird, um die „Gesundheit“ des Bades zu zeigen.

Die Hull-Zelle ist ein trapezförmiger Behälter, der 267 Milliliter einer Plattierungsbadlösung enthält. Diese Form ermöglicht es, die Testplatte in einem Winkel zur Anode anzuordnen. Als Ergebnis wird die Ablagerung entlang ihrer Länge mit einer Reihe von Stromdichten plattiert, die mit einem Hüllenzellenlineal gemessen werden können. Das Lösungsvolumen ermöglicht eine halbquantitative Messung der Additivkonzentration: 1 Gramm Zugabe zu 267 ml entspricht 0,5 oz/gal im Beschichtungstank. Die Gleichung zur Berechnung der quantitativen Messung von flüssigen Additiven lautet:

  • Der Rumpfzelle zugesetzte Milliliter dividiert durch 267 multipliziert mit dem Produktionsbadvolumen (Gallonen) entspricht der Zugabe des in Gallonen benötigten Additivs zum Produktionsbad. Sie könnten es weiter aufschlüsseln und die benötigten Gallonen mit 3785 multiplizieren, um sie in Milliliter umzurechnen
  • zur Rumpfzelle hinzugefügte Milliliter/267 • (Produktionsbadvolumen in Gallonen) = Zugabe zum Produktionsbad in Gallonen
  • Milliliter zur Rumpfzelle hinzugefügt/267 • (Produktionsbadvolumen Gallonen) • 3785 = Zugabe zum Produktionsbad in Millilitern

Haring-Blum-Zelle

Die Haring-Blum-Zelle wird verwendet, um die Makrostreufähigkeit eines Beschichtungsbades zu bestimmen. Die Zelle besteht aus zwei parallelen Kathoden mit einer festen Anode in der Mitte. Die Kathoden haben Abstände von der Anode im Verhältnis 1:5. Die Makrostreufähigkeit errechnet sich aus der Plattierungsdicke an den beiden Kathoden, wenn für eine bestimmte Zeit ein Gleichstrom geleitet wird. Die Zelle ist aus Plexiglas oder Glas gefertigt.

Siehe auch

Verweise

Literaturverzeichnis

  • Dufour, Jim (2006). Eine Einführung in die Metallurgie (5. Aufl.). Cameron.

Externe Links