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Elektrochemische Spannungsreihe

Elektrochemische Vorgänge

Um die wesentlichen Vorgänge der Elektrolyse besser verstehen zu können ist es sinnvoll, sich mit einigen chemischen und metallurgischen Basiskenntnissen zu beschäftigen. Begriffe wie Osmotischer Druck, Lösungsdruck oder die Elektrochemische Spannungsreihe tauchen in diesem Zusammenhang auf.

Lösungsdruck, Osmotischer Druck und Elektrochemische Spannungsreihe

Metalle sind die chemischen Elemente, die bei elektrochemischen Vorgängen oder chemischen Reaktionen, im Normalfall Elektronen abgeben. Sie werden dadurch zu Kationen, also positiv geladene Ionen. Die Nichtmetalle hingegen nehmen vorzugsweise Elektronen auf, wodurch sich Anionen (negativ geladene Ionen) bilden.

elektrochemische Spannungsreihe
elektrochemische Spannungsreihe

Zudem hat jedes Metall eine Neigung in strom- leitenden Flüssigkeiten, wie beispielsweise Salzlösungen oder Säuren, Kationen an die Flüssigkeit (Elektrolyt) abzugeben. Diese Eigenschafte nennt man den Lösungsdruck. Die Neigung Ionen aus einer Lösung aufzunehmen wird hingegen als osmotischer Druck bezeichnet. Je unedler ein Metall ist, umso größer ist der Lösungsdruck und entsprechend geringer ist der osmotische Druck. Bei Edelmetallen hat der Lösungsdruck hingegen nur einen minimalen Wert.

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In der elektrochemischen Spannungsreihe werden die Metalle nach ihrer „Edelheit“ aufgelistet, das heißt nach der Spannung, die sich aufgrund der Ladungsverschiebung ergibt (Normalpotential). Durch die abgegebenen Ionen lädt sich das Elektrolyt positiv, was zur Folge hat, dass sich das Metall durch zurückbleibenden freien Elektronen negativ lädt. Dadurch kommt die Abgabe von Metallionen an die Lösung auch nach kurzer Zeit zum Stillstand. Daher stellt die elektrochemische Spannungsreihe ein wichtiges Hilfsmittel im Umgang mit elektrochemischen Prozessen dar.

Elektrochemische Korrosion

Ein weiteres Metall kann diesen beschriebenen Vorgang verhindern. Daher wird bei der sogenannten elektrochemischen Korrosion das unedlere von zwei Metallen, die gemeinsam in ein Elektrolyt getaucht sind, nach und nach vollkommen aufgelöst, sofern sich durch einen direkten metallischen Kontakt außerhalb des Elektrolyten ein geschlossener Stromkreis ausbilden kann. Je weiter die beiden Metalle in der elektrochemischen Spannungsreihe auseinander stehen, umso schneller vollzieht sich dieser Prozess. Das edlere Metall bleibt dabei völlig unangetastet. Außerdem wird bei diesem Vorgang eine elektrische Spannung und dadurch ein Stromfluss erzeugt. In Batterien und Akkumulatoren nutzt man dies technisch, bei metallischen Werkstücken dagegen wirkt sich die elektrochemische Korrosion störend auf die Beständigkeit der Waren aus.

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Lötnähte laufen beispielsweise durch die Einwirkung von Luftfeuchtigkeit, Schweiß, Cremes usw. (Elektrolyt) schnell an, weil sie unedler sind als das Grundmetall. Das Gleiche gilt auch, wenn man einen goldenen Ohrstecker mit einer silbernen Ohrmutter (oder umgekehrt) sichert. Das Silberelement läuft schnell an.

Galvanisieren

Galvanisieren

Unter Galvanisieren versteht man im Edelmetall-Gewerbe Vorgänge, bei denen ein Objekt (nicht nur Schmuck) durch Elektrolyse einen Metall-Überzug erhält.

Warum galvanisieren?

Es gibt mehrere Gründen, bei denen man galvanisieren kann.

  • Herstellung eines Goldüberzuges zur Herstellung von Double, aber auch oft bei 333/000 Gold
  • Veränderung der Farbe
  • Erzeugung einer härteren Oberfläche (beispielsweise durch das Rhodinieren)
  • zum Erhalt eines höheren Glanzes
  • Erzielung einer unempfindlicheren Oberfläche gegen chemische Einflüsse (leider wird Silber aus diesem Grund oft mit Rhodium überzogen, was ich persönlich nicht mag, weil jede Lötung an einem derartigen Schmuckstück sehr fleckig wird)
  • außerdem auch als gestalterisches Element
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Grundsätzlich kann man fast alles mit einem galvanischen Überzug versehen.

Die Möglichkeit zu galvanisieren beschränkt sich nicht nur auf Schmuckstücke. Viele kenne eventuell versilberte Babyschuhe. Auch echte Blätter eines Baumes lassen sich mit einem Metall-Überzug versehen. Hierzu wird der zu galvanisierende Gegenstand zunächst mit sogenanntem Silberleitlack überzogen, der mit einem Pinsel aufgetragen wird. Somit ist der notwendige Stromfluss gewährleistet und das Objekt kann versilbert oder vergolden werden.

Zu galvanisierender Schmuck muss fertig geschliffen und poliert sein. Jeder Gegenstand (auch der mit Leitlack überzogene) muss vorm Galvanisieren gereinigt, entfettet und mit klarem Wasser abgespült sein. An Stellen, wo Fett haftet scheidet sich kein Metall ab und der Gegenstand wird fleckig.

Metallische Gegenstände aus Eisen, Nickel oder Stahl zunächst verkupfert damit sich ein Edelmetall aus dem Elektrolyt abscheiden kann. Dies hängt mit der elektrochemischen Spannungsreihe zusammen, was ich hier aber nicht weiter ausführen möchte.

Sind all diese Vorarbeiten getätigt, kann das Veredeln durch Vergolden, Versilbern oder Rhodinieren beginnen. Diese Prozesse unterscheiden sich allerdings bezüglich der notwendigen elektrischen Spannung, der Dauer beim Galvanisieren und der notwendigen Temperatur der elektrolytischen Lösung.

Beispielhaft gehe ich auf das Rhodinieren ein.

Rhodium ist ein Nebenmetall aus der sogenannten Platin-Gruppe, zu der neben Platin und Rhodium auch Palladium, Ruthenium, Iridium und Osmium gehören.

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Weißgold kann beim Bearbeiten fleckig und grau werden. Dies gilt für Nickel-Weißgold ebenso wie für Palladium-Weißgold. Damit das Weißgold ein strahlendes Weiß erhält, rhodiniert man es. Ähnliches gilt für rhodiniertes Silber. Hier wird aber oft der Überzug aus Rhodium verwendet, um das Silber vorm Anlaufen zu schützen. Zusätzlich ist Rhodium hart und hat eine gute Reflexion.

Galvanisieren - Grafik
Galvanisieren – Grafik

Der Arbeitsgang ist im wesentlichen der gleiche wie beim Vergolden oder Versilbern. Wichtig ist immer, dass die Schmuckstücke, die man galvanisieren möchte nach dem Polieren sauber ausgewaschen und elektrolytisch entfettet sind (es gibt dafür giftfreie Entfettungs-Bäder). Danach mit destilliertem Wasser spülen und schließlich im Anschluss rhodinieren. Die im Handel befindlichen Bäder geben die Temperatur für die elektrolytische Lösung und die notwendige Spannung in der Regel vor. Auch sollte man die zeitlichen Vorgaben beim Galvanisieren einhalten, die der jeweilige Hersteller macht.

Die Ware wird an einem Kupferdraht oder einem speziellen Warenträger an der Kathode angeschlossen und in das Bad gehängt. Als Anode dient beim Rhodinieren in der Regel ein mit Platin überzogenes Titanblech. Wichtig ist, dass im Bad Bewegung ist, beispielsweise durch an tippen der Kathode. Es muss gewährleistet sein, dass sich an der Ware keine Gasblasen festsetzen. Diese würden sonst Flecken bilden.

Sollte an einem Schmuckstück nur ein Teilbereich rhodiniert werden, so müssen alle Stellen, an denen sich kein Rhodium ablagern soll, vor dem Galvanisieren mit Abdecklack bedeckt sein. Der Stromfluss ist an diesen Stellen unterbunden. Dies gilt verständlicher weise auch, wenn nur Teilbereiche vergoldet oder versilbert sein sollen.

WICHTIG:

Galvanischen Bäder sind sehr giftig; sie enthalten Cyanide!!! Daher darf man verbrauchte Bäder auch niemals in den Abfluss schütten. Anderenfalls wäre der Tatbestand der Umweltvergiftung erfüllt.

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