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Gold

2018-07-26T22:34:34

Die galvanische und chemische Abscheidung von Gold und Goldlegierungen zählt zu den besonders wirtschaftlich interessanten Verfahren der Galvanotechnik, da der Charakter des Edelmetalls bereits mit wenigen Mikrometern Schichtdicke erreicht wird. Die ersten kommerziellen Verfahren wurden um 1840 patentiert. Die Abscheidung selbst erfolgt nach wie vor überwiegend aus cyanidischen Verbindungen, da Goldcyanid mit zu den stabilsten wasserlöslichen Goldsalzen zählt. Alternativ kommen heute sulfitische Goldverbindungen zum Einsatz, die aber in Kontakt mit Luft zur Reduktion des Goldes führen und damit mehr oder weniger starke unerwünschte Goldabscheidungen auf der Innenseite von Beschichtungs- oder Lagerbehältern erzeugen. Da reines Gold sehr weich ist, werden überwiegend Goldlegierungen mit deutlich höheren Härten abgeschieden. Mit den sogenannten Hartgoldschichten lassen sich bereits durch geringste Mengen (0,1 % bis 0,5 %) beispielsweise an Nickel, Indium oder Kobalt die Schichthärten von etwa 70 HV bis 90 HV für unlegiertes Gold auf etwa 150 HV bis 220 HV für Goldlegierungen steigern. Ein weiterer Grund für die verstärkte Verwendung von Goldlegierungen liegt in der möglichen Einsparung an Gold. Bis zu einem Goldanteil von etwa 85 % weisen die Schichten die typische Goldfarbe auf. Bei geringeren Goldanteilen ergibt sich je nach Legierungsbestandteil ein rötlicher (kupferfarbener) oder weißer Farbton. Wie metallurgische Legierungen können auch galvanische Legierungen mit vielen Legierungsmetallen in nahezu beliebiger Konzentration gemischt werden. Dabei bleibt die gute Korrosions- und Oxidationsbeständigkeit bei nahezu allen Goldlegierungen erhalten. Als Legierungspartner finden bei der galvanischen Abscheidung vor allem Nickel, Kobalt, Indium, Palladium, Silber, Kupfer oder Eisen Einsatz. Auf die Verwendung von Kadmium, Arsen oder Thallium wird soweit als möglich verzichtet, obwohl keine gesundheitsbedenklichen Auswirkungen dieser Legierungen bekannt sind. Die angewandten Dicken der Goldschichten reichen von 50 nm für die Elektrotechnik/Elektronik bis zu wenigen Millimetern für die Galvanoformung. Vor allem für den Einsatz in der Elektronik und Elektrotechnik wird Gold nicht nur unter Einsatz von Strom, sondern mit außenstromlos und reduktiv arbeitenden Elektrolyten abgeschieden. Bei den reduktiv abscheidenden Elektrolyten wird das Grundmaterial (z.B. eine galvanisch abgeschiedene Nickelschicht) beim Eintauchen in den Elektrolyten aufgelöst. Die dabei frei werdenden elektrischen Ladungen reduzieren das im Elektrolyten gelöste Gold und bedecken die Nickeloberfläche. Sobald die gesamte Oberfläche mit Gold abgedeckt ist, endet die Abscheidung, wobei dann Goldschichtdicken von wenigen 10 Nanometern vorliegen. Hierbei wird die Eigenschaft des Goldes, eine gute Benetzung durch Lot- oder Schweißmaterialien (Bonden in der Elektronik) zu garantieren, genutzt. Bei der außenstromlosen Goldabscheidung befindet sich ein Reduktionsmittel im Elektrolyten, das die Reduktion des gelösten Goldes bewirkt. Hierbei werden Goldschichtdicken bis etwa 1 µm erreicht. Beide Prozesse sind relativ langsam, wodurch sich die Goldschichtdicke gut steuern lässt, allerdings nur bei guter Prozessführung beziehungsweise einer exakter Einhaltung der Arbeitsparameter (Konzentration an Gold und Reduktionsmittel, Temperatur, Elektrolytbewegung).

Tab.: Eigenschaften von Goldschichten

Legierungsmetalle Goldanteil Härte Farbe
- 99,9-99,99 % 70-90 HV Gelb
Arsen 99,9 % 250 HV Gelb
Kobalt oder Nickel 99,5-99,9 % 140-220 HV Gelb
Kobalt oder Nickel 99,7-99,8 % 150-180 HV Gelb
Nickel oder Indium 95,5-98,5 % 200-270 HV Blassgelb
Kobalt 93-99 % 220 HV Braungelb
Silber 75-95 % 115-140 HV Grüngelb bis Gelb
Silber, Kupfer 70 % 370 HV Blassrötlich
Kupfer, Kadmium 66-75 % 260-300 HV Rötlich
Silber 58 % 220 HV Hellgelb

Mit Gold beschichtete Teile für die Elektrotechnik (Quelle: IMO)