Grondbeginselen van galvaniseren

Dit overzicht bevat de belangrijkste termen en processen die worden gebruikt bij galvaniseren.

Basisprincipes van galvaniseren

Galvaniseren:

Een elektrochemisch proces voor de afzetting van metaallagen op een elektrisch geleidend substraat.
Er wordt gebruik gemaakt van een elektrolytische cel om metaalionen van een oplossing over te brengen naar een substraat.

Elektrolyt:

Een geleidende vloeistof die metaalionen bevat die moeten worden afgezet.
Voorbeelden: Kopersulfaatoplossing voor koperafzetting, nikkelsulfaatoplossing voor nikkelafzetting.

Anode:

De elektrode waar oxidatie plaatsvindt.
Bij galvaniseren is dit vaak het metaal dat moet worden afgezet (bijvoorbeeld een koperanode voor koperafzetting). Chroom is een uitzondering. Chroomanoden mogen niet worden gebruikt met chroomelektrolyt (op basis van driewaardig chroom), omdat dit zeer giftig zeswaardig chroom (chroom VI) kan produceren!
Als er geen anoden van het elektrolytmateriaal beschikbaar zijn, is het gebruik van inerte anoden zoals platina (geplatiniseerde titaniumanode) of grafiet een optie.
Grafietanoden hebben het nadeel dat de weerstand in de anode aanzienlijk kan toenemen, waardoor deze onbruikbaar wordt. Hoewel grafietanoden zeer universeel gebruikt kunnen worden, raden we ze niet aan omdat ze niet chemisch oplossen, maar omdat er deeltjes in het bad terechtkomen die het bad vertroebelen door de ontwikkeling van zuurstof bij de anode. Naarmate het proces vordert, worden deze deeltjes ook afgezet en wordt het geproduceerde oppervlak donkerder. Metalen anoden verdienen daarom de voorkeur.

Kathode:

De elektrode waar de reductie plaatsvindt.
Het substraat waarop het metaal wordt afgezet.

Stroombron:

Een gelijkstroombron die de nodige energie levert om de elektrochemische reactie aan te drijven.

Belangrijke termen en processen

Elektrolyse:

Het proces waarbij chemische reacties worden geïnitieerd in de elektrolytoplossing door het toepassen van een elektrische stroom.

Reductie:

Een chemisch proces waarbij een atoom of ion elektronen wint.
Bij metaalafzetting wordt een metaalion (bijvoorbeeld Cu²⁺) gereduceerd tot een metaalatoom (Cu).

Oxidatie:

Een chemisch proces waarbij een atoom of ion elektronen verliest.
Bij metaaldepositie wordt de anode vaak geoxideerd om metaalionen vrij te laten in de oplossing.

Stroomdichtheid:

De stroom per oppervlakte-eenheid van de elektrode.
Een belangrijke parameter die de kwaliteit en snelheid van metaaldepositie beïnvloedt.
De kathodische stroomdichtheid is belangrijk voor de kwaliteit van de coating op het werkstuk (kathode). Elke elektrolyt heeft een optimale stroomdichtheid waarbinnen afzetting met goede resultaten wordt bereikt. Als de stroomdichtheid buiten de parameters valt, kan de coating mat worden.
Aan de anodezijde is er de anodische stroomdichtheid. Dit is vooral belangrijk voor de stabiliteit van de elektrolyt. Er moet evenveel metaal oplossen als er op de kathode (het werkstuk) wordt afgezet.
In het ideale geval lost de anode net zo snel op als het metaal dat aan de kathode wordt afgezet, zodat de elektrolyt bijzonder lang meegaat. In de praktijk is er echter een afwijking.
Zo worden zure zinkelektrolyten sneller verrijkt dan het metaal wordt afgezet, wat leidt tot vertroebeling van de elektrolyten na langere tijd.
In het geval van nikkel lost de anode langzamer op en wordt de elektrolyt langzaam armer en armer aan nikkelionen. In dit geval kunnen geschikte nikkelzouten worden toegevoegd om het gehalte weer te verhogen. Nikkelzouten mogen echter niet vrij worden verkocht vanwege hun gevarenclassificatie. Om de oplosbaarheid van de anode te verbeteren en passivering te verminderen, voegt de fabrikant ook chloride-ionen toe aan de elektrolyt.

Overpotentiaal:

De extra spanning die nodig is boven het theoretische evenwichtspotentiaal om de elektrochemische reactie aan te sturen.
Dit beïnvloedt de efficiëntie en de eigenschappen van de afgezette metaallaag.

Samenstelling bad:

De chemische samenstelling van de elektrolyt die de eigenschappen van de gedeponeerde metaallaag beïnvloedt.
Additieven zoals glansmiddelen, bevochtigingsmiddelen en bufferoplossingen worden vaak gebruikt om de coatingeigenschappen te verbeteren.

Soorten galvanische coatings

Galvaniseren:

Depositie van zink op staal of ijzer voor corrosiebestendigheid.

Vernikkelen:

Depositie van nikkel voor decoratieve doeleinden of als basis voor verdere plating.

Vergulden:

Depositie van goud voor decoratieve doeleinden of voor elektrische contacten vanwege de uitstekende geleidbaarheid en corrosiebestendigheid.

Verzilveren:

Depositie van zilver, vaak voor elektrische contacten of om de geleidbaarheid te verbeteren.

Verkoperen:

Depositie van koper, vaak als tussenlaag of voor geleiderbanen in elektronica.

Belangrijke parameters en controle

pH-waarde:

De zuurgraad van de elektrolytoplossing, die de efficiëntie en kwaliteit van de afzetting beïnvloedt.

Temperatuur:

De bedrijfstemperatuur van het elektrolytbad, die van invloed is op de reactiesnelheid en de laageigenschappen.

Om de best mogelijke resultaten te bereiken, moet er rekening worden gehouden met de werktemperatuur van de desbetreffende elektrolyt. Veel elektrolyten werken al optimaal bij kamertemperatuur. Dit betekent dat er geen extern verwarmingsmiddel nodig is.

Over het algemeen kan gezegd worden dat bijna geen enkel elektrolyt goed werkt onder 15°C, dus het is belangrijk om op de temperatuur te letten als je problemen met het elektrolyt opmerkt. Er moet ook rekening worden gehouden met de temperatuur van het werkstuk - vooral in het geval van pin-plating.