De galvanische processen

In het volgende hoofdstuk worden de verschillende galvaniseringsprocessen gepresenteerd, met inbegrip van het basisgereedschap voor de afzonderlijke methoden. In het algemeen wordt een onderscheid gemaakt tussen drie verschillende galvaniseringsprocessen, namelijk kuipgloeien, pin/tampon-gloeien en badgloeien.

De procedures in een oogopslag

Er wordt een onderscheid gemaakt tussen 3 processen voor het elektrolytisch afzetten van metalen. Dit zijn badelektrolyse, penelektrolyse (of tamponelektrolyse) en vatelektrolyse. Elk van deze processen heeft zijn voor- en nadelen.

Het bad-elektrolyseproces

Galvaniseren in bad is een methode waarbij het te galvaniseren werkstuk en de anode in een elektrolyt worden ondergedompeld. Daarbij wordt een stroom opgewekt waardoor metaal op het werkstuk wordt afgezet.
Galvaniseren in bad is een proces dat veelvuldig in de industrie wordt toegepast. In de regel worden werkstukken verchroomd, verguld of vernikkeld in tanks van enorme omvang. Hiervoor worden vaak rekken gebruikt waaraan de te galvaniseren onderdelen hangen. Om de mogelijke stroomdichtheid en dus een snellere depositie te verhogen, is een badbeweging hier een goede oplossing. Dit kan gebeuren door luchtinjectie, pompen of zelfs door verplaatsing van het rek.

Het voordeel is dat het proces gemakkelijk uit te voeren is en dat er grote stromen kunnen worden opgewekt, zodat ook afzetting van dikke metaallagen mogelijk is. Een nadeel is dat grote hoeveelheden elektrolyt nodig zijn om de baden te vullen. Om deze reden is bad-elektrolytische bekleding alleen geschikt voor kleinere onderdelen in de particuliere of hobbysector.

Vereiste basisuitrusting

Voor de uitvoering van het galvaniseerbad zijn een regelbare gelijkstroombron, een tank of reservoir en aansluitkabels nodig.

De stroombron kan bijvoorbeeld een laboratoriumvoedingsapparaat zijn en moet zowel een volt- als een ampèreweergave hebben, d.w.z. spanning en stroom. De tank moet groot genoeg zijn om het te galvaniseren voorwerp volledig onder te dompelen. Hij moet gemaakt zijn van een alkalibestendig en zuurbestendig materiaal; naast plastic containers zijn ook glazen containers zeer geschikt. Er zijn ook kabels nodig om de voeding aan te sluiten op zowel de anode als het werkstuk. Om verwarring te voorkomen moet altijd een rode kabel voor de (+) pool en een zwarte kabel voor de (-) pool worden gebruikt.

Anode-oppervlak

Als algemene regel geldt dat de oppervlakte van de anode even groot moet zijn als de oppervlakte van het te galvaniseren werkstuk. Als het oppervlak van de anode daarentegen te klein is, is het mogelijk dat de lagen ongelijkmatig worden afgezet.

Dit effect ontstaat doordat de stroom niet gelijkmatig in de elektrolyt wordt verdeeld (verstrooiing) en deze de kortste weg neemt. De stroom is dus hoger in het gebied van de kortste weg en de laag wordt hier dikker afgezet. De vorm en opstelling van de anode moet ook geschikt zijn om de stroom gelijkmatig te verdelen.

Een grotere anode heeft geen negatief effect op het resultaat. Door een ongunstige anodische stroomdichtheid (anodisch rendement) kan echter een sterkere passivering (afhankelijk van de elektrolyt) plaatsvinden, waardoor de stroom afneemt. In dat geval moet de anode worden gereinigd.

Het pin- of tamponelectrolyseproces

Als permanent gemonteerde of grote werkstukken moeten worden gegalvaniseerd, is pennengieting het meest geschikt. Hiervoor wordt een metalen staaf als anode (+) gebruikt, aan het uiteinde waarvan zich ofwel een stoffen tampon ofwel een spons bevindt (omwille van de eenvoud gebruiken wij alleen het woord tampon). De tampon dient om het elektrolyt te absorberen en is volledig doordrenkt met het gewenste elektrolyt. Terwijl het te galvaniseren voorwerp verbonden is met de kathode (-), wordt het werkstuk nu in een cirkelvormige beweging met de tampon in contact gebracht. Op deze manier wordt een stroom mogelijk gemaakt en na enkele seconden wordt een metaallaag afgezet op de overeenkomstige contactpunten.

De cirkelvormige beweging is zeer belangrijk omdat er een grote stroom vloeit op een klein contactoppervlak. Zodra je met de tampon op een plek stopt, kan de plek dof worden en donker worden (branden), dit effect verloopt sneller naarmate de stroomsterkte hoger is. Een beetje ervaring is hier nodig, maar je hebt het vrij snel door. Het heen en weer bewegen van de tampon is tamelijk ongeschikt, omdat de beweging tussendoor kort wordt onderbroken en bij een hoge stroomdichtheid al verbranding kan optreden.

De anode moet bij voorkeur gemaakt zijn van inerte materialen zoals platina of grafiet (en soms ook roestvrij staal) of het materiaal van de gebruikte elektrolyt.

Vereiste basisuitrusting

Voor de uitvoering van het galvaniseerproces met pennen of tampons zijn een regelbare gelijkstroombron, d.w.z. een regelbare voedingseenheid met digitale weergave van spanning en stroom, een penanode met anodehouder (galvaniseerpen), een set kabels en een tampon of spons nodig. De penanode (of de anodehouder) moet met een kabel op de (+) pool van de voedingseenheid worden aangesloten. Bovendien moet de anode worden voorzien van een tampon of spons, zodat de complete galvaniseerpen klaar is voor gebruik. Het werkstuk zelf wordt aangesloten op de (-) pool zoals in de hierboven beschreven procedures.

Spons & Tampon

Als sponzen of tampons worden gebruikt, zijn dat hulpstukken die het elektrolyt absorberen. Deze eigenschap is onontbeerlijk omdat het de elektrolyt tussen de anode en het werkstuk tijdens het galvaniseren moet vasthouden en de metaalionen moet afgeven. Idealiter hebben elektrolytische pads een zeer hoog absorptievermogen en zijn zij robuust. De elektrolytische pads mogen ook niet te dun zijn, omdat er anders door de hoge druk op bepaalde punten isolatie-effecten kunnen optreden en de elektrische stroom niet kan worden doorgegeven. Een galvaniseermat mag ook geen uitwendige naden hebben, omdat dit krassen op het metaal kan veroorzaken.

Verdikkingsmiddel of gelvormer

Een verdikkingsmiddel, ook wel gelvormer genoemd, is een specifiek verdikkingsmiddel. Verdikkingsmiddelen worden aan de elektrolytoplossing toegevoegd zodat deze viskeuzer wordt. Er bestaan speciale verdikkingsmiddelen voor de verschillende galvanische elektrolyten. Als er conventionele middelen worden gebruikt of bijgemengd, wordt de elektrolyt meestal onbruikbaar. In principe kunnen alle soorten elektrolyten worden ingedikt met behulp van galvanische gelvormers. Door de elektrolyt in te dikken wordt ervoor gezorgd dat de vloeistof niet druppelt, kan er zuiverder gewerkt worden en kan er zuinig met elektrolyt worden omgesprongen. De elektrolyt mag echter niet te dik zijn.

Om een elektrolyt in te dikken moet u zoveel elektrolyt als u denkt nodig te hebben in een vat gieten en al roerend evenveel geleermiddel toevoegen totdat de individueel gewenste consistentie of stevigheid is bereikt. Ga voorzichtig en langzaam te werk. Let er bij het gebruik van poeder absoluut op dat er geen overmatige stofvorming optreedt. Als u de elektrolyt te veel hebt ingedikt, kunt u deze weer vloeibaarder maken door onverdikte elektrolyt toe te voegen.

Het vatplateerproces

Het vatplateerproces is ideaal voor het galvaniseren van grote hoeveelheden kleine onderdelen, vooral voor onderdelen die niet of slechts met grote inspanning op rekken kunnen worden bevestigd. In principe komt het galvaniseerproces overeen met dat van de badgalvanisatie, waarbij de te galvaniseren werkstukken los in een langzaam roterende trommel liggen. De werkstukken worden benaderd met behulp van een centraal gemonteerde contactstaaf, vrij beweegbare klepels (kabels met geleidende kappen) of via geschikte contactpunten in de trommelwand; de trommel wordt met behulp van een motor in beweging gebracht. De resulterende gelijkmatige beweging zorgt voor een betrekkelijk gelijkmatige coating van de kleine onderdelen, maar er zijn subtiele verschillen, aangezien de ongecontroleerde menging betekent dat afzonderlijke onderdelen langer worden gecontacteerd en dus een hogere coatingdikte krijgen, of dit effect wordt ook omgekeerd (d.w.z. kortere contacttijd en lagere coatingdikte).

Het voordeel hiervan is dat er snel kan worden geladen, omdat de werkstukken gewoon los worden ingevoerd. Het nadeel is dat de werkstukken altijd kleine inslagsporen krijgen omdat ze door elkaar worden gehaald, zodat dit proces minder geschikt is voor spiegelafwerking, maar dit maakt niet uit voor schroeven enz. Ook is een minimumaantal werkstukken nodig om ervoor te zorgen dat de onderdelen voortdurend met elkaar in contact komen.

Vereiste basisuitrusting

Om het vatplateerproces uit te voeren is een vat nodig. Naast een vat zijn een tandwielmotor en het mechaniek de basiscomponenten, samen is dit een vatplateerlijn. Net als voor het badplatingproces zijn een voldoende sterke regelbare voedingseenheid en een set kabels nodig.

Vullen van het vat voor elektrovorming

Als algemene regel geldt dat het vat voor elektrovormen tot maximaal 40 à 50 % met werkstukken moet worden gevuld. Dit zorgt ervoor dat de werkstukken vrij kunnen bewegen; tegelijkertijd wordt vastlopen, vastklemmen of zelfs blokkeren voorkomen. Als dit zou gebeuren, zou er door de contactpunten geen ideale coating en dus geen uniforme galvanisatie kunnen plaatsvinden. Het is essentieel dat deze ook contact hebben met de contactpen.

Noot: Kogels zijn het optimale vulmateriaal omdat ze niet kunnen kantelen, vrije beweging is verzekerd evenals een ideaal galvanisch resultaat.