Galvanisches Beschichten (Galvanisieren)

Allgemein versteht man unter Beschichten das Aufbringen einer fest haftenden Schicht aus meist formlosem Stoff auf die Oberfläche eines Werkstoffes.

Zweck des metallischen Beschichtens

Vielfach werden metallische Schichten wie Zink, Aluminium, Zinn oder Blei auf hochlegierten Stahl bzw. niedriglegierte, nicht korrosionsfeste Stähle aufgebracht, um die Oberfläche von Werkstücken vor Korrosion zu schützen.

Hartlegierungen auf der Basis von Cr, Co, Ni sowie einige Si-Bindelegierungen eignen sich, um die Verschleißfestigkeit empfindlicher Oberflächen zu erhöhen.

Je nach Anwendung und der weiteren Verarbeitung von Werkstücken kann es zweckmäßig sein, die Lötbarkeit zu erhöhen, d. h. ein Werkstück wird durch die Beschichtung mit Schwermetallen (z. B. Cu, CuSn oder Sn) so präpariert, dass darauf in der weiteren Bearbeitung besser gelötet werden kann.
Durch Beschichtungsverfahren wie z. B. Flammspritzen oder Auftragsschweißen wird häufig ein Materialauftrag an Verschleißstellen von Werkstücken aufgebracht. Dabei kann es sich entweder um besonders harte, strapazierfähige Materialien handeln, die den auftretenden Belastungen besser standhalten oder es wird Material an Verschleißstellen aufgebracht, dass dem Verschleiß ganz bewusst geopfert werden kann, ohne dass dadurch das eigentliche Werkstück angegriffen wird.

Letztendlich wird auch oft aus rein optischen Zwecken beschichtet, d. h. es wird auf die Oberfläche von Metallwerkstücken eine Schicht mit Kupfer- oder Aluminiumzusätzen aufgebracht, die sich besonders gut polieren lässt und dem Werkstück zu Glanz und einer dekorativen Optik verhilft.

Vorbehandlung der Werkstücke

Die meisten metallischen Beschichtungsverfahren erfordern zwingend eine vorherige Oberflächenbehandlung der Werkstücke. Zur Erzielung einer guten Haftfähigkeit des Überzugs ist eine gründliche Reinigung der Oberfläche von Schmutz, Fett, Öl, Zunder, Rost und anderen chemischen Schichten (wie etwa Salzen oder Oxiden) nötig. Die Reinigung kann dabei entweder mechanisch (Bürsten, Schleifen, Strahlen, Abwaschen, Ultraschallreinigen etc.) oder chemisch (Entfetten und Beizen) vorgenommen werden.

Verfahrensweise

Unter Galvanisieren versteht man alle Verfahren zum elektrochemischen Abscheiden von Metallen auf metallische oder metallisierte Werkstücke unter Verwendung eines Elektrolyten.
Elektrolyte sind elektrisch leitende Flüssigkeiten oder Schmelzen von Salzen. Beim Galvanisieren werden wässrige Lösungen von Salzen desjenigen Metalls verwendet, mit dem das Werkstück beschichtet werden soll, also z. B. Kupfersulfat als Elektrolyt beim Verkupfern.
Das Werkstück, als Kathode (- Pol) geschaltet, sowie ein Gegenpol, vorzugsweise aus dem Beschichtungsmaterial (z. B. Kupfer), als Anode (+ Pol) sind an eine Gleichspannungsquelle angeschlossen und werden in eine Metallsalzlösung (z. B. Kupfersulfat) gegeben. Unter dem Einfluss des elektrischen Feldes trennen sich die Salzmoleküle in Ionen (CuSO4 => Cu2+ + SO42-). Die positiven Metallionen wandern zur negativen Kathode (Werkstück). Nachdem sie sich dort niedergeschlagen haben, werden die Ionen durch Aufnahme von Elektronen (die aus der Stromquelle stammen) neutralisiert. Auf dem Werkstück baut sich nun eine Schicht aus Metallatomen (Cu-Schicht) auf. Die negativen Säureionen (SO42-) strömen zur positiven Anode, geben dort Elektronen ab und bilden mit dem Metall der Anode (Cu) neue Salze (CuSO4).

Wahl der Überzugsmetalle

Die Schutzwirkung des Metallüberzugs richtet sich nach dessen Stellung in der elektrochemischen Spannungsreihe gegenüber der des Grundmetalls. Geht man davon aus, dass der Überzug aufgrund von vorhandener Fehlstellen (Poren bzw. Beschädigungen, die sich durch den Gebrauch des Bauteils zwangsläufig ergeben) das Grundmetall nicht vollständig überdeckt, wird bei Anwesenheit eines Elektrolyten die Korrosion einsetzen. Hierbei wird zuerst das unedlere Metall angegriffen und zersetzt. In der Praxis wird man deshalb Werkstücke aus Stahl nicht nur mit einer Kupferschicht überziehen, sondern noch zusätzlich eine Nickelschicht aufbringen. Im Korrosionsfall wird dann zuerst die unedlere Nickelschicht zersetzt, das Werkstück selbst bleibt aber weiterhin durch die Kupferschicht geschützt.