Galvanik

Der Elektrolyt sollte positive Ionen (Kationen) des abzuscheidenden Metalls enthalten. Diese Kationen werden an der Kathode im Nullvalenzzustand auf das Metall reduziert., Zum Beispiel kann der Elektrolyt für die Verkupferung eine Lösung von Kupfer(II)−Sulfat sein, das in Cu2+ – Kationen und SO2 –
4-Anionen dissoziiert. An der Kathode wird das Cu2+ durch Gewinnung von zwei Elektronen zu metallischem Kupfer reduziert.

Wenn die Anode aus dem Beschichtungsmetall besteht, kann dort die entgegengesetzte Reaktion auftreten, die sie in gelöste Kationen umwandelt. Beispielsweise würde Kupfer an der Anode zu Cu2 + oxidiert, indem zwei Elektronen verloren gehen., In diesem Fall ist die Rate, mit der die Anode gelöst wird, gleich der Rate, mit der die Kathode plattiert ist, und somit werden die Ionen im Elektrolytbad kontinuierlich durch die Anode aufgefüllt. Das Nettoergebnis ist die effektive Übertragung von Metall von der Anodenquelle zur Kathode.

Die Anode kann stattdessen aus einem Material bestehen, das einer elektrochemischen Oxidation wie Blei oder Kohlenstoff widersteht. Sauerstoff, Wasserstoffperoxid oder einige andere Nebenprodukte werden dann stattdessen an der Anode erzeugt., In diesem Fall müssen Ionen des zu plattierenden Metalls periodisch im Bad aufgefüllt werden, wenn sie aus der Lösung gezogen werden.

Die Beschichtung ist am häufigsten ein einzelnes metallisches Element, keine Legierung. Einige Legierungen können jedoch elektrodepositiert werden, insbesondere Messing und Lot. Plattierte „Legierungen“ sind keine echten Legierungen, d.h. feste Lösungen, sondern diskrete winzige Kristalle der zu plattierenden Metalle. Im Falle 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 zu einer echten Legierung verbinden können., Die wahre Legierung ist korrosionsbeständiger als die as-plattierte Legierung.

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

Wenn an bestimmten Stellen des Substrats keine Beschichtung gewünscht ist, werden Absperrungen angebracht, um zu verhindern, dass das Bad mit dem Substrat in Kontakt kommt., Typische Stop-Offs sind Klebeband, Folie, Lacke und Wachse.

Die Fähigkeit einer Beschichtung, gleichmäßig abzudecken, wird Wurfkraft genannt; Je besser die Wurfkraft, desto gleichmäßiger die Beschichtung.

StrikeEdit

Zunächst kann eine spezielle Plattierungsablagerung, die als Streik oder Blitz bezeichnet wird, verwendet werden, um eine sehr dünne (typischerweise weniger als 0,1 µm dicke) Plattierung mit hoher Qualität und guter Haftung am 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, so dass effizientere Plattierungsprozesse verwendet werden, sobald die gewünschte Schlagdicke erhalten wird.

Das Schlagverfahren wird auch in Kombination mit der Beschichtung verschiedener Metalle eingesetzt. Wenn es wünschenswert ist, eine Art von Ablagerung auf ein Metall zu platten, um die Korrosionsbeständigkeit zu verbessern, dieses Metall jedoch von Natur aus eine schlechte Haftung auf dem Substrat aufweist, kann zuerst ein Metall abgeschieden werden, das mit beiden kompatibel ist. Ein Beispiel für diese Situation ist die schlechte Haftung von elektrolytischem Nickel auf Zinklegierungen, wobei in diesem Fall ein Kupferschlag verwendet wird, der an beiden gut haftet.,

Elektrochemische Abscheidungedit

Elektrochemische Abscheidung wird im Allgemeinen für das Wachstum von Metallen und leitenden Metalloxiden wegen der folgenden Vorteile verwendet: Die Dicke und Morphologie der Nanostruktur kann durch Einstellen der elektrochemischen Parameter genau gesteuert werden; relativ gleichmäßige und kompakte Ablagerungen können in schablonenbasierten Strukturen synthetisiert werden; höhere Abscheidungsraten werden erhalten; und die Ausrüstung ist kostengünstig aufgrund der Nichtanforderungen entweder eines hohen Vakuums oder einer hohen Reaktionstemperatur.,

Pulse Electropatingedit

Der Pulse Electroplating or Pulse Electrodeposition (PED) – Prozess beinhaltet den schnellen Wechsel des elektrischen Potentials oder Stroms zwischen zwei verschiedenen Werten, was zu einer Reihe von Impulsen gleicher Amplitude, Dauer und Polarität führt, die durch Nullstrom getrennt sind. Durch Ändern der Pulsamplitude und-breite ist es möglich, die Zusammensetzung und Dicke der abgeschiedenen Folie zu ändern.

Die experimentellen Parameter der Pulselektrophierung bestehen üblicherweise aus Spitzenstrom / – potential, Einschaltdauer, Frequenz und Effektivstrom/ – potential., Spitzenstrom / Potential ist die maximale Einstellung des galvanischen Stroms oder Potentials. Duty zyklus ist der effektive teil der zeit in bestimmten galvanik zeitraum mit dem strom oder potenzial angewendet. Der effektive Strom / das effektive Potential wird berechnet, indem der Arbeitszyklus und der Spitzenwert des Stroms oder Potentials multipliziert werden. Die Pulselektrophierung könnte dazu beitragen, die Qualität des galvanisierten Films zu verbessern und die bei der schnellen Ablagerung aufgebaute innere Spannung abzubauen. Die Kombination des kurzen Arbeitszyklus und der hohen Frequenz könnte die Oberflächenrisse verringern., Um jedoch den konstanten effektiven Strom oder das Potential aufrechtzuerhalten, kann eine Hochleistungsstromversorgung erforderlich sein, um einen hohen Strom/Potential und einen schnellen Schalter bereitzustellen. Ein weiteres häufiges Problem der Impulselektrophierung ist, dass das Anodenmaterial während der umgekehrten Galvanik plattiert und kontaminiert werden könnte, insbesondere für die hohen Kosten, inerte Elektroden wie Platin.

Andere Faktoren, die die Pulselektrophierung beeinflussen könnten, sind Temperatur, Anoden-zu-Kathoden-Spalt und Rühren., Manchmal kann die Impulselektrophierung in erhitztem Galvanisierungsbad durchgeführt werden, um die Ablagerungsrate zu erhöhen, da die Rate fast aller chemischen Reaktionen exponentiell mit der Temperatur pro Arrheniusgesetz zunimmt. Der Anoden-zu-Kathoden-Spalt bezieht sich auf die Stromverteilung zwischen Anode und Kathode. Ein kleines Verhältnis von Spalt zu Probenbereich kann zu einer ungleichmäßigen Stromverteilung führen und die Oberflächentopologie der Probe beeinflussen. Das Rühren kann die Transfer – /Diffusionsrate von Metallionen von der Lösung zur Elektrodenoberfläche erhöhen., Rühren einstellung variiert für verschiedene metall galvanik prozesse.

Bürstenelektroplatationedit

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

Die Bürstenelektropanik hat gegenüber der Tankbeschichtung mehrere Vorteile, einschließlich der Portabilität, der Fähigkeit, Gegenstände zu plattieren, die aus irgendeinem Grund nicht tankplattiert werden können (eine Anwendung war die Beschichtung von Teilen sehr großer dekorativer Stützsäulen in einer Gebäudesanierung), geringe oder keine Maskierungsanforderungen und vergleichsweise geringe Anforderungen an das Volumen der Beschichtungslösung., Nachteile im Vergleich zur Tankplattierung können eine größere Beteiligung des Bedieners umfassen (Tankplattierung kann häufig mit minimaler Aufmerksamkeit durchgeführt werden) und die Unfähigkeit, eine so große Plattendicke zu erreichen.

Hartchrom in Bürstenelektroplatationedit

Hartchrom ist aufgrund seiner Festigkeit, Beständigkeit und glatten Oberfläche eines der am häufigsten verwendeten Beschichtungsmaterialien für Hartchromatierung und Galvanik. Chrom ist jedoch in seinem sechswertigen Zustand sehr gefährlich. Beim Einatmen oder Verzehr wurde Cr6+ in der Luft mit Lungenkrebs in Verbindung gebracht und schädigt Hals, Mund und Nase.,

Dies liegt daran, dass Chrom in seinem sechswertigen Zustand krebserregende und teratogene Eigenschaften hat, die eine mutagene Wirkung auf Zellen haben.

Jedes Jahr sind 558.000 US-Techniker am Arbeitsplatz sechswertigem Chrom ausgesetzt, wobei diejenigen, die in der Galvanik -, Schweiß-und Lackierindustrie arbeiten, aufgrund der erhöhten Exposition gegenüber hohen Konzentrationen von Cr6+ – 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 Haupttreiber der Forschung zur Galvanik von Bürsten., Eine Alternative, die entwickelt wurde, ist Metal Matrix Composites (MMC). MMC bietet einzigartige und überlegene Eigenschaften für Metallplattierungslösungen, einschließlich Härte, Verschleißfestigkeit und Oxidationsschutz bei hohen Temperaturen. Diese Chromalternative MMC umfasst Kobaltchromkarbid, Nickel-Wolframcarbid und Nickel-Chromkarbid.

Barrel Plattingedit

Diese Technik der Galvanik ist eine der häufigsten in der Industrie für eine große Anzahl von kleinen Objekten verwendet., Die Objekte werden in einen tonnenförmigen nicht leitenden Käfig gelegt und dann in das chemische Bad eingetaucht, das suspendierte Atome des Metalls enthält, das auf sie plattiert werden soll. Der Lauf wird dann gedreht, und elektrische Ströme werden durch die verschiedenen Stücke im Lauf laufen, die Schaltungen vervollständigen, wie sie einander berühren. Das Ergebnis ist ein sehr gleichmäßiger und effizienter Beschichtungsprozess, obwohl das Finish der Endprodukte wahrscheinlich während des Beschichtungsprozesses unter Abrieb leidet. Es ist ungeeignet für hoch ornamentale oder präzise konstruierte Gegenstände.,

CleanlinessEdit

Sauberkeit ist für eine erfolgreiche Galvanik unerlässlich, da molekulare Ölschichten eine Haftung der Beschichtung verhindern können. ASTM B322 ist ein Standardleitfaden zum Reinigen von Metallen vor der Galvanik. Die Reinigung umfasst Lösungsmittelreinigung, heißalkalische Reinigungsmittelreinigung, Elektroreinigung und Säurebehandlung usw. Der häufigste industrielle Test auf Sauberkeit ist der Wasserschutztest, bei dem die Oberfläche gründlich gespült und vertikal gehalten wird. Hydrophobe Verunreinigungen wie Öle führen dazu, dass sich das Wasser auflöst und auflöst, so dass das Wasser schnell abfließen kann., Perfekt saubere Metalloberflächen sind hydrophil und behalten eine ununterbrochene Wasserschicht, die nicht abläuft oder abfließt. ASTM F22 beschreibt eine Version dieses Tests. Dieser Test erkennt keine hydrophilen Verunreinigungen, aber Galvanik kann diese leicht verdrängen, da die Lösungen auf Wasserbasis sind. Tenside wie Seife verringern die Empfindlichkeit des Tests und müssen gründlich abgespült werden.