Umrüstung auf Hochleistungsvernickelung an der Gestellanlage

Nickel-Bad mit Bewegung Aufgrund dessen würden wir gerne den Vernickelungsprozess beschleunigen. Derzeit haben wir einen Wattsschen Elektrolyten im Einsatz. Betrieben wird er bei 60 °C, einem pH-Wert von 4,2 und einem Nickelgehalt von 65 g/L. Aufgrund der Teilegeometrie fahren wir den Elektrolyt mit 1 bis 1,5 A/dm². Ein Warenträger bleibt, je nach geforderter Schichtdicke, 40 bis 100 Minuten in der Station. Unser Ziel besteht darin, diese Zeit zu halbieren. Wir sind uns nur nicht sicher, ob es besser ist, den aktuellen Elektrolyt zu optimieren oder doch einen anderen Typ zu verwenden.

Antwort: Wir gehen davon aus, dass Sie bereits die Änderungen an der Peripherie berücksichtigt haben. Dies betrifft Gleichrichter, Stromzufuhr, Anoden- und Kathodenstangen ebenso wie der Umstand, dass bei doppelter Abscheidegeschwindigkeit auch die Anoden doppelt so oft aufgefüllt werden müssen.

Was die Anoden betrifft, so macht der Sprung von 1,5 auf 3,0 A/dm² für die Löslichkeit bzw. Passivität keinen nennenswerten Unterschied. Wichtig ist nur, dass die Anodenstangen und Körbe generell dafür ausgelegt sind. Sollten Sie mit höheren Strömen arbeiten wollen, muss ggf. der Chloridgehalt höher eingestellt werden, was wiederum zu Lasten der Duktilität der Schicht geht. Ein gerne unterschätzter Aspekt bei einer 100 % Auslastung ist das Fehlen von Wartungsarbeiten. Selbst wenn Sie Zeiten dafür einplanen, besteht auf Dauer die Gefahr, dass aufgrund von Überlastung der Mitarbeiter bei den Wartungsarbeiten geschlampt wird. Dies kann sich auf die Zugabe von Chemikalien, Wartung der Anoden, Kontakte, Gestelle und andere Bereiche auswirken. Dadurch entstandene Nacharbeiten verschärfen Ihre Situation zusätzlich.

Wie Sie bereits erwähnen, gibt es hier zwei Möglichkeiten. Einen angepassten Wattsschen Elektrolyten oder einen Hochleistungselektrolyten, wobei wir hier zu einem Nickelsulfamat-Elektrolyten raten. Nachfolgend sollen beide Aspekte beleichtet werden.

Modifizierter Wattsscher Elektrolyt

Hull-ZelleDie Vorteile, den Elektrolyt zu modifizieren, liegen auf der Hand. Sie können weiterhin dieselbe Chemie verwenden, betreiben die gleichen Analysen und die entstehenden Chemiekosten halten sich in Grenzen.

Prinzipiell gilt es zwei Probleme zu lösen:

1. Anbrennungen an Spitzen und Kanten vermeiden.
2. Gleichmäßigen Schichtaufbau gewährleisten (Hundeknocheneffekt).

Klassische Nickelelektrolyte sind bereits für 3 A/dm² geeignet. Modifizierte Nickelsulfat-Elektrolyte können sogar mit 5–7 A/dm² betrieben werden. Hierbei spielt der Ionentransport eine wichtige Rolle.

Um das Problem des Ionentransports in den Griff zu bekommen, gibt es in der konventionellen Galvanotechnik folgende Methoden:

Elektrolyttemperatur erhöhen:

Moderne Badzusätze halten dauerhafte Temperaturen von 70 °C aus. Durch die Temperaturerhöhung verbessern sich Ionenbeweglichkeit, Leitfähigkeit und Löslichkeit gleichermaßen, wobei die Ionenbeweglichkeit durch höhere Zugaben geschwächt wird.

Nickelkonzentration erhöhen:

HundeknocheneffektDer Metallgehalt kann auf 75 g/L erhöht werden. Bei Bedarf können Sie auch 80 g/L einstellen. Hier möchten wir aber darauf hinweisen, dass sich damit natürlich auch die Verschleppung erhöht und ggf. das Spülkriterium nicht mehr erreicht wird. Teilweise kann dies kompensiert werden, indem aufgrund der höheren Elektrolyttemperatur aus der ersten Spüle mehr zurückgeführt wird.

Konvektion:

Neben den Optimierungen an Temperatur und Chemie lässt sich in vielen Fällen an der Konvektion viel optimieren. Dabei kann sogar der Aspekt des gleichmäßigen Schichtaufbaus berücksichtigt werden. Das bedeutet, dass die Stellen stärker angeströmt werden, an denen die Schichtdicke geringer ist. Dies lässt sich allerdings nicht immer perfekt realisieren. Mit entsprechenden Zusätzen sollte sich sogar eine Luftbewegung realisieren lassen. Dies sollten Sie vorher auf jeden Fall mit dem Chemielieferant abklären. Zwar lässt sich manchmal auch an der Warenbewegung etwas verbessern, wir gehen aber davon aus, dass dies bereits in der Vergangenheit ausgeschöpft wurde.

Um die Schichtdickenverteilung zu verbessern, können möglicherweise Badzusätze helfen. Ist dies bereits ausgeschöpft, raten wir zu Abblendungen hochstromiger Bereiche.

Zusammensetzungen

Nickel: 75 g/L
Chlorid: 20 g/L
Borsäure: 50 g/L
pH-Wert: 4,2
Temperatur: 70 °C

Kathodische Stromdichte: 3 A/dm²
Wirkungsgrad: ca. 98 %

Um die Zusätze optimal einzustellen, sollten Sie mit der aktuellen Einstellung Hull-Zellenbleche fahren und sie mit den modifizierten Parametern vergleichen und ggf. nachbessern.

Nickelsulfamat-Elektrolyt

Nickel-Bad SekektivreinigungNickelsulfamatelektrolyte werden hauptsächlich in der Galvanoplastik, Galvanoformung, Bandvernickelung und der Starkvernickelung eingesetzt. Anwendungen sind zum Beispiel die Herstellung von Nickelfolien, Gieß- und Pressformen (z. B. für CD-ROMs) sowie Druckplatten.

Nickelschichten aus Nickelsulfamatelektrolyten weisen im allgemeinen geringere innere Spannungen als die Überzüge aus einem zusatzfreien Sulfatelektrolyten auf. Die Art und Höhe der Eigenspannungen können durch Elektrolytzusätze und durch die Arbeitsbedingungen beeinflusst werden. Als Elektrolytzusätze kommen Härtebildner, Spannungsminderer und Netzmittel in Betracht. Es sind weitestgehend die gleichen organischen Stoffe, die auch im Nickelsulfatelektrolyten eingesetzt werden. Nickelsulfamatelektrolyte erlauben die Abscheidung von dicken, spannungsarmen Nickelschichten mit hohen Abscheidungsgeschwindigkeiten. Ein Nachteil ist neben den hohen Ansatzkosten und der Alterung durch Zersetzung von Sulfamat zu Ammoniumsulfat, die hohe Empfindlichkeit gegenüber Verunreinigungen. Sie benötigen daher besonders reine Chemikalien und eine im Bypass laufende Selektivreinigung.

Nickelsulfamat (Ni(SO₃NH₂)₂ • 4H₂O) wird in der Regel als flüssiges Konzentrat geliefert. Der Vorteil dieses Metallsalzes ist die sehr hohe Löslichkeit. Hierdurch lässt sich einen Nickelgehalt von bis zu 165 g/L erreichen. Somit sind sehr hohe Stromdichten möglich.

Zusammensetzungen

350 g/L Nickelsulfamat (Ni(SO₃NH₂)₂ • 4H₂O)
10 g/L Nickelchlorid (NiCl₂ • 6H₂O)
35 g/L Borsäure (H₃BO₃)

Zusätze

a) 35 mg/L Saccharin (C₇H₅NO₃S)
b) 5 g/L Naphthalin-Tri-Sulfonsäure

Arbeitsbedingungen

Temperatur: 40–60 °C
Stromdichte: 5–20 A/dm²
pH-Wert: 3,5–4,5

Anoden: rein Nickel / Elektrolyt-Nickel

Analysensollwerte

Nickel: 60–75 g/L (65)
Chlorid: 3–5 g/L (3)
Borsäure: 30–45 g/L (35)

Bei Highspeed-Elektrolyten kann der Borsäuregehalt auf bis zu 50 g/L erhöht werden und der Gehalt an Nickelsulfamat bis zu 600 g/L betragen. Diese Hochleistungsbäder werden mit bis zu 70 °C betrieben und der Elektrolyt sehr stark umgewälzt. Für Ihren Anwendungsfall sollte dies nicht nötig sein. Eine Elektrolyttemperatur von 60 °C wird allgemein als optimal angesehen, um spannungsarme Schichten zu erhalten. Temperaturen über 70 °C sind zu vermeiden, da bei diesen Temperaturen bereits die Zersetzung des Sulfamats beginnt, wobei Ammoniumchlorid und Ammoniumsulfat entsteht.

Die Kosten des Sulfamatelektrolyten sind wesentlich höher als die eines Sulfatelektrolyten. Auch gemischte Sulfamat-Sulfat-Elektrolyte sind im Einsatz, und zwar für die Elektroformung und das Vernickeln technischer Artikel.

Eine besondere Herausforderung wird darin bestehen, mit dem Sulfamatelektrolyt dieselbe Optik zu erreichen die Sie momentan Ihren Kunden gewährleisten. Hier raten wir zu umfangreichen Versuchsreihen sowie Absprachen mit den Kunden. Dies betrifft nicht nur die Optik, sondern auch andere Schichteigenschaften wie Härte, Duktilität, Rauheit, Korrosionsbeständigkeit etc.