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Bei der Metallabscheidung auf Drähten in Durchzugsanlagen tritt ein Problem auf, das bei der üb- lichen Gestellteilgalvanisierung kaum eine Rolle spielt. Es handelt sich hier um den elektrischen Spannungsabfall im Werkstück, in diesem Fall ist es der zu beschichtende Draht. Dieser Spannungsabfall tritt entlang des Drahts auf und führt zu einer inhomogenen kathodischen Stromdichteverteilung auf der Drahtoberfläche und damit zu Abweichungen von der optimalen Arbeitsstromdichte. Außerdem begrenzt dieser Spannungsabfall die nutzbare Länge der Galvanisierzelle und damit die Kapazität der Anlage. Welche Größenordnung dieser Spannungsabfall erreicht und in welchem Maß er sich auf die Stromdichteverteilung auswirkt, wird im nachfolgenden Beispiel gezeigt, dessen Berechnung mit dem Mathematikprogramm MathCAD 11 [1] erfolgt. Abschließend werden einige Möglichkeiten diskutiert, den nachteiligen Einfluss des Spannungsabfalls auf die Stromdichteverteilung zu kompensieren.

Einleitung: Schutz der Umwelt vor gefährlichen Stoffen

Stoffe, Stoffgruppen und Zubereitungen (Chemikalien), die bei ihrer Herstellung, während oder nach ihrer Anwendung in die Umwelt gelangen, können die Umwelt und Lebewesen, insbesondere den Menschen, gefährden oder schädigen. Diese Schädigung kann unmittelbar eintreten oder aber mittelbar durch Kontamination der Umwelt und der Bedarfsgegenstände. Eine Vielzahl von Produkten, Rohstoffen und Zwischenerzeugnissen enthält ein diesbezügliches Gefährdungspotential; dieses potenziert sich durch die zur Verwendung gelangenden Mengen. So wurden zum Beispiel im Jahr 1996 in Deutschland ca. 130?Millionen Tonnen Mineralölprodukte verbraucht, pro Kopf der Bevölkerung also weit über eine Tonne. Im gleichen Zeitraum wurden dort ca. 1,8?Millionen?Tonnen Lacke und Farben produziert. Man geht davon aus, dass allein in Deutschland über 5000 Stoffe in einer Größenordnung von jährlich über 10?Tonnen produziert werden. Das Chemikaliengesetz umfasst ca. 100 000 Stoffe, weltweit ist von ca. sechs Millionen bekannten Stoffen die Rede

Elektrolyte in der Praxis

Wie bei den anderen Metallen auch ist die Elektrolytzusammensetzung bei der Chromabscheidung ein wesentlicher Einflussfaktor für die Schichtqualität. Chrom besitzt nur insofern einen Vorteil gegenüber den meisten anderen Metallen, als der spezielle Abscheidungsmechanismus mit dem Kathodenfilm Fremdstoffe von der Oberfläche abhält. Damit wird das System etwas unempfindlicher gegenüber Verunreinigungen. Bei den Chromsäureelektrolyten gibt es verschiedene Gruppen von Zusammensetzungen. Diese Gruppen sind:

– Elektrolyte, die im Wesentlichen aus Chrom- und einer Katalysatorsäure bestehen; sie unterscheiden sich durch den Katalysator, bei dem es sich in der Regel um Schwefelsäure, Flusssäure oder Hexafluorokieselsäure handelt;

– Elektrolyte, die im Wesentlichen aus Chrom- und zwei Katalysatorsäuren bestehen (mischsaure Elektrolyte); auch sie unterscheiden sich durch den Katalysator, wobei die Mischungen überlicherweise Schwefelsäure + Hexafluorokieselsäure oder aliphatische Sulfonsäure + Schwefelsäure sind;

– Selbstregulierende Elektrolyte (SRHS – self regulating high speed); auch sie unterscheiden sich durch den Katalysator, bei dem es sich um Strontiumsulfat oder Strontiumsulfat + Kaliumhexafluorosilikat handelt;

– Teilneutralisierte Elektrolyte (Tetrachromatelektrolyte).

Die Wissenschaft kennt das Element Wasserstoff seit seiner Entdeckung durch den englischen Forscher Cavendish im Jahre 1776. Für die Galvanotechnik ist bekann­terweise die Beobachtung von Volta 1782 und die Entwicklung seiner berühmten Zelle ein Schlüsseljahr. Die Metallabscheidung und die Galvanoformung sind dann 1872 durch den deutsch-russischen Forscher Jacobi in Petersburg wesentlich voran­gebracht worden. Er und sein Kollege Lenz stellten damals schon fest, dass elektro­lytisch abgeschiedenes Eisen erhebliche Mengen an Gasen wie etwa Stickstoff, Kohlendioxid und auch Wasserstoff enthielt. Diese führten zu harten und spröden Schichten. Eine Wärmebehandlung führte zu einem Entgasen und gleichzeitig zur Bildung von weichen Schichten.

With the relatively recent discovery that the ratio of grain boundaries to grains in nano-crystalline materials, especially metals and their alloys, plays an important role in determining mechanical pro- perties, and that additions of nano-sized particles to macro-crystalline, nano-sized and amorphous matrices also can impart unusual and useful properties, material scientists and others have been exploring how nano-structured and nano-composite materials can provide coatings with the desired engineering properties. At the same time, material scientists and others have recognized the need to address current and important issues, such as compliance with environ-mental regulations and directives, conservation of resources, and sustainability. In some industries – in particular automotive and aerospace – the opportunity has arisen to combine both developments to provide new and novel materials and coatings to meet specified requirements in an environmentally responsible way.