Beschichten Das Potenzial der Galvanotechnik für neue Konstruktionen (Teil 1)

Die Oberflächentechnik, insbesondere die Galvanotechnik, bietet eine Vielzahl von Möglichkeiten zur Realisierung neuer Ideen. Der erste Teil des Beitrages schildert die Grundlagen der Galvanotechnik und zeigt die konstruktiven Voraussetzungen auf. Der zweite Teil, der im Mai folgt, erläutert die galvanischen Standardverfahren und deren Einsatzgebiete.

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Mit galvanischen Verfahren lassen sich Schichten auf Werkstücken erzeugen, die optimal auf die spätere Funktion zugeschnitten sind. So entstehen Oberflächen mit völlig neuen Eigenschaften, während der mechanisch tragende Teil in trivialeren Materialien wie beispielsweise Eisen, Stahl oder auch Aluminium ausgeführt wird.

Galvanische Prozesse verlaufen im elektrischen Feld zwischen Anode und Kathode. Das abzuscheidende Metall wird in wässerig-gelöster Form als Ion zur Kathode transportiert und dort durch Entladung in metallischer Form schichtbildend abgeschieden. Da sich auf Grund physikalischer Gesetzmäßigkeiten das elektrische Feld an Spitzen und Kanten verdichtet, kommt es dort zu verstärkter Metallabscheidung. Um gleichmäßige Schichten zu erreichen, wirkt man dem durch entsprechende Anordnung der zu beschichtenden Teile im galvanischen Bad entgegen oder auch durch zusätzliche Abschirmungen und Blenden, die das elektrische Feld entsprechend beeinflussen. Andererseits lassen sich auf Grund derselben Gesetzmäßigkeiten gezielt unterschiedlich dicke Schichten bis hin zu unbeschichteten Partien am gleichen Teil erzielen. Die aus dem galvanischen Bad abgeschiedene Metallmenge wird durch elektrolytische Lösung von Anoden aus dem gleichen Material oder durch Zugabe entsprechender Metallsalze ergänzt, so dass konstante Galvanisierbedingungen und damit gleiche Qualitätsvoraussetzungen gegeben sind.

Da der galvanische Prozess auf der möglichst gleichmäßigen elektrischen Leitfähigkeit der zu beschichtenden Oberflächen basiert, muss die Teileoberfläche frei von isolierenden Verunreinigungen und Korrosionsprodukten sein. Deshalb sind vorhergehende gründliche Reinigungsprozesse erforderlich. Die dabei verwendeten sauren oder alkalischen Medien dürfen jedoch nicht miteinander oder mit dem eigentlichen galvanischen Bad vermischt werden. Mehrstufige Spülprozesse sind zwischen den einzelnen Reinigungsbädern notwendig.

Konstruktive Voraussetzungen für die galvanische Beschichtung

Fast alle Werkstückformen lassen sich galvanisch behandeln. Damit aber Aufwand und Nutzen in einem sinnvollen Verhältnis stehen, müssen bestimmte Kriterien bei der Konstruktion berücksichtigt werden. Da die galvanische Behandlung aus einer Folge von Tauchvorgängen besteht, muss die Werkstückgestaltung Schöpf- und Dombildung vermeiden, um den Austrag von Flüssigkeit und damit Verunreinigung nachfolgender Behandlungsmedien sowie die Bildung unbeschichteter Partien durch Luftblasen zu verhindern. Ablauf- oder Entlüftungsbohrungen führen dabei zum Ziel. Gegebenenfalls muss bei der Behandlung eine Drehbewegung eingeplant werden. Sacklöcher sind zu vermeiden und gleichfalls enge Spalten und Kapillare; in ihnen einmal eingedrungener Elektrolyt ist nur schwer wieder zu entfernen.

Die Ausbildung scharfer Kanten und Grate für die spätere Teilefunktion sollte so weit wie möglich vermieden werden. Sie kann zwar durch Abschirmungen und Hilfselektroden kompensiert werden, doch erfordert das höheren Aufwand. Die Teile sollten auch Bohrungen zur Aufhängung an den Galvanisiergestellen aufweisen. Die Möglichkeit, die Teile durch Klemmen zu fixieren, birgt immer die Gefahr von Fehlstellen in der Beschichtung.

Kleinteile können als Schüttgut in rotierenden Galvanisiertrommeln behandelt werden. Sie sollten dafür konstruktiv so gestaltet sein, dass sie sich nicht gegenseitig verhaken und sich während der Trommelrotation verbiegen. Eine weitere Möglichkeit besteht in der Beschichtung im Coil als durchlaufendes flaches Teile-Band, bei dem die Bauteile erst nach dem Galvanisieren vereinzelt werden. Hierbei ist konstruktiv zu beachten, dass die Oberfläche an der späteren Trennstelle unbeschichtet bleibt.

Die Position der Oberflächenbeschichtung im Fertigungsprozess

Eine immer noch vorherrschende Meinung rückt die Oberflächenbehandlung meist an das Ende des Produktionsganges, und man meint, dass man mit der Beschichtung sämtliche anderen Fertigungsfehler zudecken kann. Es besteht jedoch ein erhebliches Rationalisierungspotential darin, dass man den Galvanisierprozess an eine für die Oberflächenbehandlung möglichst kostengünstige Position rückt. Beispielsweise lassen sich die abgeschiedenen Oberflächenschichten in nahezu allen Fällen gemeinsam mit dem Grundwerkstoff verformen. Wenn bestimmte Kriterien bei der Werkzeugwahl und bei der Konstruktion berücksichtigt werden, besteht keine Gefahr durch Oberflächenbeschädigungen. Konstruktiv bedeutet das für zu verformende Blechteile, dass keine zu engen Biegeradien (>0,5 mm) auftreten dürfen. Selbst Chromschichten zeigten in entsprechenden Versuchen Tiefziehfähigkeit! Ein als flaches gestanztes Blech beschichtetes Teil kann ohne Hilfsmittel weit gleichmäßiger beschichtet werden als nach seiner späteren Verformung. Auch Prägungen werden von den meisten Oberflächen ohne Beschädigung der Schicht überstanden, wenn geeignete Werkzeuge zum Einsatz kommen.

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Dipl.-Ing. Peter Winkel ist Fachjournalist für Oberflächentechnik

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