Galvanotechnik

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Einleitung

Galvanotechnik, technisches Verfahren zur Beschichtung von Oberflächen mit Hilfe des elektrischen Stroms.

Galvanotechnik im engeren Sinn bedeutet die Abscheidung von metallischen Schichten auf Werkstücken zu dekorativen Zwecken, zum Korrosionsschutz, oder um dem Werkstück bestimmte physikalische Eigenschaften zu verleihen. Galvanotechnik im weiteren Sinn umfasst auch die Erzeugung von nichtmetallischen Oberflächen wie z. B. einer Oxidschicht auf Aluminium. Synonym zum Begriff „Galvanotechnik” ist Galvanik, die Tätigkeit wird Galvanisieren genannt. Die Galvanotechnik ist nach dem italienischen Naturforscher Luigi Galvani (1737-1798) benannt. Es gibt zwei grundsätzlich verschiedene Anwendungen der Galvanotechnik, die Elektroplattierung und die Galvanoplastik.

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Elektroplattierung

Unter Elektroplattierung versteht man die Abscheidung von 0,001 bis 0,05 Millimeter dünnen metallischen Schichten auf Oberflächen, die den elektrischen Strom leiten. Hierzu wird ein Werkstück z. B. aus Eisen in eine wässrige Lösung von Kupfersulfat getaucht. Das Werkstück wird als Kathode (Minuspol) geschaltet. In dem Bad befindet sich außerdem als Anode (Pluspol) eine Kupferplatte (Elementsymbol: Cu). Eine solche Anordnung bezeichnet man als galvanisches Bad. Im nächsten Arbeitsschritt wird an die beiden Metalle eine Spannung von 2 bis 10 Volt angelegt. Als Folge geht auf der Anodenseite, der Kupferplatte, elementares Kupfer (Oxidationsstufe 0) in Lösung (Cu⁰ → Cu²⁺). Auf der Kathodenseite werden die Kupferionen (Oxidationsstufe 2+) zu metallischem Kupfer entladen (Cu²⁺ → Cu⁰) und schlagen sich auf der Eisenoberfläche nieder. Sie bilden somit auf dem Werkstück eine dünne, gleichmäßige Schicht aus; das Werkstück ist dadurch verkupfert worden. Abhängig von der gewünschten Oberfläche werden in galvanischen Bädern Lösungen von Gold, Silber, Kupfer, Chrom, Nickel, Zink und ähnlichen Metallen verwendet. Sehr edle Metalle wie Gold gehen auf der Anodenseite allerdings nicht in Lösung. Hier muss dem galvanischen Bad kontinuierlich ein Goldsalz zugefügt werden, damit die Lösung während des Galvanisierens nicht an Goldionen verarmt.

Zur Vorbereitung auf eine Elektroplattierung muss ein Werkstück zunächst gründlich gereinigt werden, denn die Metallabscheidung findet nur an den Stellen statt, die den Strom leiten. In diesem Zusammenhang ist die Entfettung besonders wichtig, die häufig durch alkalische Kerosin-Emulsionen erreicht wird. Anschließend werden die Werkstücke durch Waschlösungen gezogen. Die Plattierung findet dann in saurer, neutraler oder alkalischer Lösung statt. Der gesamte Prozess von der Reinigung bis zum Abscheiden des Metalls läuft vielfach in vollautomatischen Anlagen ab. Die als Abfall erhaltenen Galvanisierbäder werden zur Rückgewinnung der in ihnen gelösten Schwermetalle aufgearbeitet. Häufig enthalten sie außerdem umweltgefährdende Stoffe wie Cyanide (Salze der Blausäure) und müssen aufwendig entsorgt werden.

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Varianten der Elektroplattierung

Die Elektroplattierung kann auch ohne äußere Stromquelle durchgeführt werden. Hierzu wird ein Werkstück aus einem unedlen Metall, z. B. aus Eisen, in eine Lösung eines edleren Metalls, z. B. in eine Silbercyanid-Lösung, getaucht. „Unedel” und „edel” ist die elektrochemische Bezeichnung dafür, dass sich Eisen eher als Silber auflöst (siehe elektrochemische Reihe). In diesem Fall geht also ein Teil des Eisens in Lösung, während sich gleichzeitig die Silberionen als elementares Silber auf der Eisenoberfläche niederschlagen. Dieser Prozess setzt sich solange fort, bis die gesamte Oberfläche des Eisens durch Silber abgedeckt ist.

Ein weiteres stromloses Verfahren ist die chemische Galvanisierung. Mit dieser Methode können auch nicht leitende Kunststoffe mit einem Metallniederschlag überzogen werden. Auch hier wird das Werkstück zunächst in eine Metallsalz-Lösung getaucht. Zur Erzeugung des Metallfilms wird dann aber ein chemisches Reduktionsmittel zugegeben, das die Ionen zum elementaren Metall reduziert. Gebräuchliche Reduktionsmittel sind z. B. Formaldehyd oder Natriumborhydrid (auch Natriumboranat NaBH₄). Das Verfahren der Kunststoffgalvanisierung hat große technische Bedeutung. Beispiele für seine Anwendung sind metallisch glänzende Gegenstände wie Blenden von Haushaltsgeräten, Autospiegel oder Modeschmuck.

Ein weiteres galvanisches Verfahren ist die Passivierung zum Korrosionsschutz. Die Vorgehensweise ist ähnlich zur Elektroplattierung. In diesem Fall ist das Werkstück aber als Anode geschaltet, und ein zweites Metall wird nicht benötigt. Bei der Passivierung wird durch den Stromfluss auf der Metalloberfläche eine widerstandsfähige dünne Oxidschicht erzeugt, die sehr wirksam vor Korrosion schützt. Im Fall des Aluminiums oder Zinns läuft dieser chemische Vorgang auch durch Einwirkung von feuchter Luft oder Wasser ab.

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Anwendungen

Die Elektroplattierung wird häufig aus Gründen des Korrosionsschutzes vorgenommen. Ein Beispiel hierfür ist das Verzinken von Eisengegenständen: Durch eine dünne Schicht Zink ist das Eisen vor Korrosion (Rost) geschützt, da das Zink eine undurchdringliche Oxidschicht bildet.

Ein großes Anwendungsgebiet der Elektroplattierung ist auch die Veredelung von Oberflächen, z. B. das Versilbern von Haushaltsartikeln oder Verchromen von Metallblechen. Hier wird durch die Chromschicht sowohl der sprichwörtliche Glanz als auch ein Schutz vor Korrosion durch Passivierung erreicht. Die dritte Anwendung der Elektroplattierung ist das Erzeugen von Oberflächen mit vorteilhaften physikalischen Eigenschaften: Manche elektrischen Kontakte werden z. B. mit Gold plattiert, da Gold im Gegensatz zu Kupfer keine Oxidschichten ausbildet. Vergoldete Kontakte leiten den elektrischen Strom daher mit sehr viel niedrigerem Widerstand als verkupferte.