Grunderna inom galvanisering

Denna översikt omfattar väsentliga begrepp och processer som används inom galvanisering.

Grunderna i galvanisering

Galvanik:

En elektrochemisk process för avsättning av metallskikt på ett elektriskt ledande substrat.
Använder en elektrolytcell för att överföra metalljoner från en lösning till ett substrat.

Elektrolyt:

En ledande vätska som innehåller metalljoner som ska avsättas.
Exempel: Kopparsulfatlösning för kopparavsättning, nickelsulfatlösning för nickelavsättning.

Anod:

Den elektrod där oxidation sker.
Inom galvanisering är det ofta metallen som ska avsättas (t.ex. en kopparanod för kopparavsättning). Ett undantag utgör krom. Vid användning av kromelektrolyt (baserad på trevärdigt krom) får inga kromanoder användas, eftersom detta kan leda till bildning av mycket giftigt sexvärdigt krom (Krom VI)!
Om anoder inte finns tillgängliga i elektrolytmaterialet, är användning av inerta anoder, såsom platina (pläterad titan-anod) eller grafit, ett alternativ.
Grafitanoder har nackdelen att motståndet i anoden kan öka kraftigt, vilket gör den oanvändbar. Grafitanoder är mycket universellt användbara, men vi avråder från att använda dem eftersom de inte löses upp kemiskt, utan genom syreutvecklingen vid anoden kan partiklar komma in i badet och göra det grumligt. I den fortgående processen avsätts dessa partiklar tillsammans med beläggningen och den skapade ytan blir mörkare. Därför föredras metallanoder.

Kathod:

Den elektrod där reduktion sker.
Substratet där metallen avsätts.

Strömkälla:

En likströmskälla som tillför den nödvändiga energin för att driva den elektrochemiska reaktionen.

Viktiga begrepp och processer

Elektrolys:

Processen där kemiska reaktioner i elektrolytlösningen utlöses genom att en elektrisk ström appliceras.

Reduktion:

En kemisk process där en atom eller jon tar upp elektroner.
Vid metallavsättning reduceras en metalljon (t.ex. Cu²⁺) till ett metallatom (Cu).

Oxidation:

En kemisk process där en atom eller jon förlorar elektroner.
Vid metallavsättning oxideras ofta anoden för att frigöra metalljoner i lösningen.

Strömtäthet:

Strömmen per ytenhet på elektroden.
En viktig parameter som påverkar kvaliteten och hastigheten för metallavsättningen.
Den katodiska strömtätheten är avgörande för kvaliteten på beläggningen på arbetsstycket (katoden). För varje elektrolyt finns ett optimalt strömtäthetsområde, inom vilket avsättningen sker med goda resultat. Om strömtätheten ligger utanför dessa parametrar kan skiktet bli matt.
På anodens sida finns den anodiska strömtätheten. Denna är särskilt viktig för elektrolytens stabilitet. Det bör lösas upp lika mycket metall som avsätts vid katoden (arbetsstycket).
I idealfallet löses anoden upp lika snabbt som metallen avsätts vid katoden, vilket skulle ge en mycket lång livslängd för elektrolyten. I praktiken finns det dock ofta avvikelser.
Till exempel ackumuleras sura zinkelektrolyter snabbare än att metallen avsätts, vilket med tiden leder till att elektrolyten grumlas.
Vid nickel löses anoden upp långsammare, vilket gör att elektrolyten successivt fattas på nickeljoner. I detta fall kan man tillsätta lämpliga nickelsalter för att öka innehållet igen. Emellertid får nickelsalter, på grund av deras faroklassificering, inte säljas fritt. För att förbättra anodens löslighet och minska passivering tillsätter tillverkaren dessutom kloridjoner i elektrolyten.

Överpotential:

Den extra spänning som krävs utöver det teoretiska jämvikts potentialet för att driva den elektrochemiska reaktionen.
Påverkar effektiviteten och egenskaperna hos det avsatta metallskiktet.

Badsammanställning:

Den kemiska sammansättningen av elektrolyten, som påverkar egenskaperna hos det avsatta metallskiktet.
Tillsatser som glansbildare, ytaktivatorer och buffertlösningar används ofta för att förbättra skiktens egenskaper.

Typer av galvaniska beläggningar

Galvanisering med zink:

Avsättning av zink på stål eller järn för att uppnå korrosionsbeständighet.

Vernickelung:

Avsättning av nickel för dekorativa ändamål eller som underlag för ytterligare beläggningar.

Vergoldung:

Avsättning av guld för dekorativa ändamål eller för elektriska kontakter på grund av dess utmärkta ledningsförmåga och korrosionsbeständighet.

Versilbern:

Avsättning av silver, ofta för elektriska kontakter eller för att förbättra ledningsförmågan.

Kupparbeläggning:

Avsättning av koppar, ofta som ett mellanlager eller för ledningsbanor inom elektronik.

Viktiga parametrar och kontroll

pH-värde:

Elektrolytlösningens surhetsgrad, som påverkar avsättningens effektivitet och kvalitet.

Temperatur:

Driftstemperaturen i elektrolytbadet, som påverkar reaktionshastigheten och skiktens egenskaper.

För att uppnå optimala resultat bör arbetstemperaturen för respektive elektrolyt beaktas. Många elektrolyter fungerar redan optimalt vid rumstemperatur, vilket innebär att ingen extern värmekälla behövs.

Generellt kan man säga att nästan ingen elektrolyt fungerar bra under 15°C, därför är det viktigt att hålla koll på temperaturen om man märker problem med elektrolyten. Även arbetsstyckets temperatur bör beaktas – särskilt vid stiftgalvanisering.

Rörsystem:

System för att röra elektrolytlösningen, för att säkerställa en jämn avsättning och undvika koncentrationsgradienter.

Säkerhetsaspekter

Skyddskläder:

Användning av handskar, skyddsglasögon och rock för att undvika kontakt med kemikalier.

Ventilation:

Säkerställ en god ventilation för att undvika ansamling av ångor och gaser.

Hantering av kemikalier:

Säkert hantering och avfallshantering av kemikalier enligt lokala föreskrifter.