Fachwörter-Lexikon

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Aluminiumabscheidung

Aluminium ist eines der unbeständigsten Metalle, verhält sich im Gebrauch aber wie ein relativ beständiges Metall. Dies liegt daran, dass sich Aluminium in Kontakt mit Luftsauerstoff augenblicklich mit einer dichten und sehr beständigen Oxidschicht überzieht. Die Reaktionsfähigkeit von metallischem Aluminium ist sogar so hoch, dass die Aluminiumoxidation zum Beispiel auch in Wasser oder einer wässrigen Lösung abläuft, in dem das Metall mit dem gelösten Sauerstoff beziehungsweise auch mit dem Sauerstoff des Wassermoleküls reagieren kann. Allerdings hängt diese Reaktion vom Säuregrad (pH-Wert) einer wässrigen Lösung ab. Aluminiumsalze (z.B. Aluminiumchlorid) kann zwar in Wasser gelöst werden, allerdings erfolgt beim erzeugen einer Stromflusses zwischen einer Anode und einem zu beschichtenden Metall als Kathode keine Aluminiumabscheidung, da die in der wässrigen Lösung vorhanden Wasserstoffionen (H⁺ bzw. korrekt H₃O⁺) wesentlich leichter reduziert werden, als die vorhanden Aluminiumionen (Al³⁺). Aus wässrigen Lösungen mit Aluminiumionen wird ausschließlich Wasserstoff abgeschieden. Die Aluminiumabscheidung gelingt nur dann, wenn Aluminiumsalze in einer nichtwässrigen Lösung, also beispielsweise einem wasserfreien organischem Lösemittel oder den seit einiger Zeit verfügbaren ionischen Flüssigkeiten vorliegen. Die Abscheidung von Aluminium ist seit 60 Jahren bekannt und wurde als Sigal-Verfahren 1973 von der Siemens AG patentiert. Die hierfür eingesetzten organischen Lösemittel sind allerdings leicht entflammbar und reagieren nachteilig in Kontakt mit Wasser. Die Abscheidung muss deshalb unter Ausschluss von Luft und Wasser in vollständig abgeschlossenen Autoklaven erfolgen. Hinzu kommt, dass die Aluminiumschichten nur dann optimal auf einem Grundwerkstoff haften, wenn dieser gründlich entfettet und gebeizt ist; beides Vorgänge, die in der Regel in wässrigen Medien durchgeführt werden und dem notwendigen wasserfreien Prozess entgegen wirken. Der hohe Aufwand für einen sicheren Betrieb des Prozesses haben bisher verhindert, dass sich die Aluminiumabscheidung aus organischen Lösemittel (aprotischen Lösemitteln) rentabel anbieten lassen. Derzeit wird die Aluminiumabscheidung für spezielle Anforderungen auf kleinen Teilen im Labormaßstab durchgeführt. Die in der Regel matten, hochreinen Aluminiumschichten zeigen ein sehr gutes Korrosionsverhalten und lassen sich mit den klassischen Verfahren anodisieren und beispielsweise einfärben. Da die Schichten zudem sehr duktil sind, können auch dickere Schichten im Bereich von 50 Mikrometer und mehr hergestellt werden, die mechanisch verformbar sind. Neben Aluminium wurden auch Aluminium-Magnesium-Schichten aus aprotischen Lösemitteln hergestellt. Die Abscheidung von Aluminium aus ionischen Flüssigkeiten befindet sich derzeit noch in der Entwicklung. Da die bisher verfügbaren ionischen Flüssigkeiten nur eine geringe Konzentration an Aluminiumsalzen lösen, ist die Abscheidegeschwindigkeit gering. Der große Vorteil der ionischen Flüssigkeiten wird darin gesehen, dass sie unter normaler Atmosphäre eingesetzt werden können. Auch hiermit sollten neben Reinaluminium Legierungen abgeschieden werden können.

Chromschichten – dekorativ

Dekorative Chromschichten werden in der Regel auf Nickelschichten in Dicken zwischen 0,2 µm und 1 µm abgeschieden. Vor allem in der Sanitärindustrie, der Möbelindustrie oder auf Teilen im Fahrzeuginnenraum werden sie ohne weitere Beschichtungen verwendet und zeichnen sich durch gutes Reflexionsvermögen, ihre helle metallische Oberfläche und ihre gute Kratz- und Abriebbeständigkeit aus. Chromoberflächen sind des Weiteren schlecht benetzbar, wodurch sie gut zu reinigen sind. Zum Teil erhalten dekorative Chromoberflächen auch eine zusätzliche Lackierung, zum Beispiel auf Brillengestellen, wodurch eine erweiterte partielle Farbgebung und partielle Bedruckung möglich wird. Insbesondere auf Teile im Fahrzeuginnenbereich kommen Chromoberflächen unter anderem deshalb zum Einsatz, weil die Oberflächen Licht außerordentlich gut reflektieren und die Teile auch bei sehr schlechten Lichtverhältnissen (Dunkelheit) gut erkennbar sind. Für dekorative Schichten können auch Elektrolyte auf Basis von gesundheitlich unbedenklichen Chrom(III)elektrolyten verwendet werden. Allerdings besitzen diese Chromschichten einen leicht graueren Farbton und eine deutlich geringere Härte und Verschleißbeständigkeit. 

Nickelschichten – dekorativ glänzend

Glänzende Schichten sind die am häufigsten eingesetzt galvanischen Beschichtungen mit Nickel. Aufgrund von Zusätzen zu den verschiedenen Elektrolyten, in der Regel auf Basis von Nickelsulfat und Nickelchlorid, lassen sich Mikrorauheiten der Oberfläche im Bereich von einigen Mikrometern Tiefe und Breite geometrisch einebnen. Dies bedeutet, dass in den Vertiefungen der Oberfläche mehr Nickel abgeschieden wird als an den Spitzen. Dadurch wird die Oberfläche im Laufe der Abscheidung zunehmend glatter und damit auch glänzender. Allerdings ist der Glanz nicht ausschließlich auf die Abnahme der Mikrorauheit zurückzuführen. Dies zeigt sich unter anderem auch daran, dass sogenannte Halbglanznickelschichten ebenfalls zu einer Einebnung der Oberfläche führen, allerdings ein seidig mattes Aussehen haben. Über den Einsatz von Halbglanznickel muss insbesondere dann nachgedacht werden, wenn eine Oberfläche beispielsweise durch Strahlen (meist mit Glasperlen) oder mechanisches Mattieren eine Struktur verliehen wird, die optische oder haptische Eigenschaften erzeugen sollen. Hier wird der reine Einsatz von Glanznickel die Mattierung zerstören oder zumindest beeinträchtigen.

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