Walter Muller. Galvanische Schichten und ihre Prufung

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1 Walter Muller Galvanische Schichten und ihre Prufung

2 Vlewegs FachbUcher der Technik Fertigungstechnik Es erscheinen folgende Bande: Zerspantechnik Umformtechnik Stanztechnik GieBtechnik SchweiBtechnik Galvanische Schichten und ihre Priifung Oberflachenschutzsch ichten und Oberflachenvorbehandlu ng Werkzeugmasch inen Vorrichtungsbau MeB- und Priiftechnik

3 Walter MOiler Galvanische Schichten und ihre Prufung Mit 53 Bildern und 21 Tabellen Friedr. Vieweg + Sohn. Braunschweig

4 Dr.-Ing. Walter Muller ist Fachhochschullehrer der Fachhochschule Hagen, Abteilung Iserlohn, Fachbereichsleiter,,Physikalische Technik" und Stellvertreter des Rektors der Fachhochschule Hagen. Verlagsredaktion: Alfred Schubert, Willy Ebert ISBN / ISBN (ebook) 1972 Aile Rechte vorbehaiten Copyright 1972 by Friedr. Vieweg + Sohn GmbH, Verlag, Braunschweig Die Vervielfiiltigung und Obertragung einzelner Textabschnitte, Zeichnungen oder Bilder, auch fur Zwecke der Unternchtsgestaltung, gestattet das Urheberrecht nur, wenn sie mit dem Verlag vorher vereinbart wurden. 1m Einzelfall mu~ tiber die Zahlung einer Gebtihr fur die Nutzung fremden geistigen Eigentums entschieden werden. Das gilt fur die Vervielfliltigung durch aile Verfahren einschlie~lich Speicherung und jede Obertragung auf Papier, Transparente, Filme, Blinder, Platten und andere Medien. Satz: Friedr. Vieweg + Sohn, Braunschweig

5 Vorwort Ursprtinglich sollten die Vorbehandlung, die wichtigsten Verfahren des Oberfllichenschutzes metallischer Werkstiicke und die Priifung der Schutzschichten in einem Band "Oberfilichentechnik" dargestellt werden. Der sich ergebende Umfang lies es jedoch ratsam erscheinen, eine Aufteilung in zwei Blinde vorzunehmen. Der Band "Galvanische Schichten und ihre Priifung" ist der Theorie und Praxis galvanischer Schutzverfahren und der PrUfung von Schutzschichten verschiedenster Art gewidmet. Der Band "Oberfllichenschutzschichten und Oberfllichenvorbehandlung" behandelt eine Anzahl anderer Oberfllichenschutzverfahren sowie die mechanischen, chemischen und elektrochemischen Verfahren zur Erzielung einer erwiinschten Oberfllichengiite. Beide Bande machen den in der Ausbildung stehenden Techniker und Studenten der Ingenieurwissenschaften mit den Methoden und Moglichkeiten des Oberfllichenschutzes vertraut. Dariiber hinaus bieten sie aber auch dem in der Praxis stehenden Betriebsingenieur in mancherlei Hinsicht eine Hilfe, wenn es darum geht, Fehlerursachen zu erkennen und zu beseitigen. 1m vorliegenden Band ist unter anderem der Einrichtung einer Galvanik, der optimalen Spiilmethode mit der Moglichkeit erheblicher Wassereinsparung und der Abwasserreinigung ein besonderes Kapitel gewidmet. In einem eigenen Abschnitt findet sich eine vergleichende Gegeniiberstellungvon Korrosionsschutzschichten auf Eisen und Stahl und ihres Verhaltens in verschiedenen A tmosphliren. Ebenso wurde das Galvanisieren von Kunststoffen nach dem derzeitig neuesten Stand behandelt. 1m Kapitel,,Priifverfahren" wird unter anderem auf die wichtigsten Methoden der Korrosionsbestlindigkeitsprmverfahren ausfuhrlich eingegangen. Der vorangestellte theoretische Teil zur Galvanotechnik vermittelt die wesentlichen Zusammenhlinge, ohne z. B. auf die detaillierten Vorglinge einzugehen, die mit der Elektrokristallisation verbunden sind. Besonderer Dank gilt den einschlligigen Firmen und Herm Dipl.-Ing. Justus Mundt, Hamburg, fiir die Oberlassung von Bildunterlagen, sowie Herm Dipl. Chern. Gerhard Kloetz, Fachhochschule Hagen, Abt. lserlohn, fur Anregungen zur Ausgestaltung der "KorrosionsfestigkeitsprUfungen". Fiir anregende Kritik ist der Verfasser stets dankbar. Mogen die Bande dem Techniker und Ingenieur in der Metallverarbeitung eine wertvolle Hilfe sein. lserlohn, im J anuar 1972 Dr.-Ing. Walter Muller

6 I nhaltsverzeichnis I. Theoretische Grundlagen der Galvanoteclmik A. Allgemeine Grundlagen 1. Elektrolyt Losung a) Begriffe b) Sauren, Laugen-, Salzlosungen 2 c) Einteilung der Elektrolyte, ph-wert 3 2. Pufferlosungen 4 3. Elektrochemische Spannungsreihe 5 4. Messung der Wasserstoffionenkonzentration und des ph-wertes 8 a) Messung durch Bestimmung der elektromotorischen Kraft 8 b) Kolorimetrische ph-messung 10 B. Elektrolytische Abscheidung Faradaysche Gesetze der Elektrolyse Elektrolytische Stromleitung 18 a) Oberftihrung 18 b) Hemmungserscheinungen Stromlinienverteilung und Tiefenwirkung Klassifikation typischer Niederschlagsformen 23 II. Praktische Galvanotechnik A. Verkupfem, Vemickeln, Verchromen Verkupfern 26 a) Saure Bader 26 b) Alkalische Kupferbiider Vernickeln 33 a) Nickelbader 33 b) Verunreinigungen in Nickelbiidern und ihre Beseitigung 39 c) Nickelanoden 43 d) Doppelvernickelung 44 e) Anlage 45 f) Anodentaschen, Einsatz von Titan 45 g) Vernickeln von Zinkgu1.\ und Aluminiumoberflachen Verchromen 47 a) Chromabscheidung 48 b) Dekorative Verchromung 49 c) Hartverchromung 53 d) Verchromungsanlage und Einrichtungen 66 B. Weitere galvanische Verfahren Verzinken 68 a) Elektrolyte zur Verzinkung 68 b) Anoden 74 c) Anlagen 74 d) Nachbehandlung Vercadmen Versilbern 79 a) Silberbiider 79 b) Besteckversilberung 80

7 lnhaltsverzeichnis VII c. KorrosiollllChutz von S1ahJ. dun:h piyadische VbeIZiige Angriffsbedingungen in verschiedenen Atmosphiiren 81 a) lnnenraumklima 81 b) Freiluft- und Auienklima c) Geriiteinnenklima Verhalten verschiedener metallischer Oberziige in der Auf.enatmosphare in 82 Mittel- und Westeuropa 82 a) Oberziige aus Kupfer und Messing 82 b) Nickeliiberziige 83 c) Chromiiberziige 83 d) Zinkiiberziige 84 e) Cadmiumiiberziige 84 f) Zinniiberziige 86 D. Galvanisieren von Kunststoffen Aufbau der ABS-Pfropfpolymerisate Einfluf. der Spritzguiverarbeitung auf die Gaivanisierung Gaivanisiergerechte Konstruktion Arbeitsgiinge' zur Kunststoffgalvanisierung 94 a) Entfetten 96 b) Beizen (Aufrauhen) 96 c) Aktivieren 98 d) Leitendmachen 104 e) Weitere Verfahren zum Leitendmachen Vorbereitende Verfahren zur Galvanisierung von Kunststoffkleinteilen im Massenverfahren 107 DI. Einrichten einer Galvanik A. Badaufstellung, GesteDbau BadaufsteUungen und Raumgestaltung GesteUbau 110 B. Spiilmethode Ein Spiilbehiilter Kaskadenspiilmethode mit zwei und drei Behiiltem 113 C. Entgiftung, Neutralisation und Sc:hIammabscheidung Mindestanforderungen an das gereinigte Abwasser (Hochstkonzentrationen) Cyanidentgiftung Chromreduktion Neutralisation Schlammabscheidung Entgiftung durch lonenaustauscher 122 IV. Priifmethoden A. ZenitOruupfIeie Verfaluen H uuzeuenpriifung gaivanischer N iederschliige Schichtdickenbestimmung nach dem Wiigeverfahren Magnetische Verfahren zur Schichtdickenbestimmung 133 a) Messung der Haftkraft 133 b) Messung des magnetischen Fiusses Elektromagnetische Verfahren zur Schichtdickenbestimmung Elektrische MeBverfahren zur Schichtdickenbestimmung 135

8 VIII InhaltsveIZeichnis 6. Optische Verfahren zur Schichtdickenmessung a) Lichtmikroskopische Schichtdickenmessung b) Lichtschnittverfahren B C D Nicht zerstiirungsfreie Verfahren ZUI Schichtdickenmessung Querschliff Einschliff Chemische Abliisung des Oberzugs Elektrolytische Abliisung zur Bestimmung der Schicht(licke galvanischer Oberziige a) Me1>zelle b) Abloseelektrolyte c) Durchflihrung der Messung, Auswertung und Priifbericht Messung der Dicke von Zinkiiberziigen auf Stahl mittels Feintaster Schichtdickenbestimmung nach dem Strahlverfahren Priifung der Oberfliichenbeschaffenheit Begriffe der Oberfliichenrauhigkeit Tastschnittverfahren Interferenzverfahren Chemische Verfahren zur Poren- und Rilipriifung Elektrochemische Verfahren zur Poren: und Rilipriifung Konosionsbestiindigkeitspriifung Spriihnebelpriifung mit verschiedenen Natriumchlorid-Uisungen a) SaJzspriihneQelverfahren mit Natriumchlorid-Liisung b) SaJzspriihnebelverfahren mit Essigsaure-Natriumchlorid-Losung c) SaJzspriihnebelverfahren mit kupferchloridhaltiger Essigsaure-Natriumchlorid-Losung Schwitzwasser~Wechselklimapriifung in S02-haltiger Atmosphiire Schwitzwasser-Klimapriifung Modifiziertes Corrodkote-Verfahren a) Herstellung der Corrodkote-Paste b) Durchflihrung der Prtifung c) Auswertung der Priifung und Priifbericht Deutsche Normvorschlage fur galvanische Nickel-Chrom- und Kupfer-Nickel Chrom-Oberziige auf Stahl, Kupfer und Kupferlegierungen, Zink und Zinklegierungen a) Beanspruchungsstufen b) Kennzeichnung des Grundmetalls und des Schichtaufbaus c) Oberzugssysteme und Beanspruchung d) Allgemeine Richtlinien Phosphatschichten und ihre Priifung a) Phosphatschichten zur Verbesserung der Korrosiombestandigkeit b) Phosphatschichten zur Erleichterung der Ziehverformung c) Phosphatschichten zur Aufnahme von Schmiermitteln d) Zinkphosphatschichten zur elektrischen ISolation e) Charakterisierung der Phosphatschicht durch Kurzzeichen f) Priifung der Phosphatschichten g) Priifung der Korrosionsschutzwirkung von Phosphatschichten ohne Nachbehandlung h) Priifung der Korrosionsschutzwirkung von Phosphatschichten mit Nachbehandlung durch Olen, Fetten oder Wachsen i) Priifung der Korrosionsschutzwirkung von Anstrichmittelfilmen oder Kunststoffbeschichtungen mit Phosphatschichten als Haftgrupd Sachwortverzeichnis