Eugen G. Leuze Verlag KG
×
 x 

Warenkorb leer.
Warenkorb - Warenkorb leer.

Onlineartikel Suche

Artikel Text

Autoren

Ausgabe

Jahr

Kategorie

Dienstag, 26 Januar 2021 08:00

Umrüstung auf Hochleistungsvernickelung an der Gestellanlage

von B. C.
Geschätzte Lesezeit: 3 - 6 Minuten
Vernickelte Gestellteile Vernickelte Gestellteile

Frage: Wir verfügen über eine Gestellanlage, in der ausschließlich Stahlteile galvanisch hochglänzend vernickelt werden. Der Nickelelektrolyt besteht aus zwei Wannen mit je drei Stationen. Das Volumen pro Wanne beträgt 6000 Liter. Unser Problem ist, dass die Anlage zu 100 % ausgelastet ist und wir zeitweise Probleme haben, die Kundenaufträge termingerecht zu beschichten. Das Nadelöhr ist die Vernickelung. Die Vorbehandlung würde die doppelte Kapazität bewältigen, die Vernickelung (im Durchschnitt circa 12–20 µm) benötigt aber Zeit. Ein Anbau oder gar Neubau der Anlage ist leider nicht möglich.

Nickel-Bad mit Bewegung 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-ZelleHull-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:

HundeknocheneffektHundeknocheneffektDer 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 SekektivreinigungNickel-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.

Weitere Informationen

  • Ausgabe: 1
  • Jahr: 2021
  • Autoren: B. C.

Der Leuze Verlag ist die Quelle für fundierte Fachinformationen.
Geschrieben von Fachleuten für Fachleute. Fachzeitschriften und Fachbücher
rund um Galvano- und Oberflächentechnik sowie Aufbau- und Verbindungstechnik in der Elektronik –
seit 118 Jahren professionelle Informationen und Fachwissen aus erster Hand.

UNTERNEHMEN

ZAHLARTEN

Paypal Alternative2Invoice
MaestroMastercard Alternate
American ExpressVisa

Zahlarten z.T. in Vorbereitung.

KONTAKT

Eugen G. Leuze Verlag KG
Karlstraße 4
88348 Bad Saulgau

Tel.: 07581 4801-0
Fax: 07581 4801-10

E-Mail: info@leuze-verlag.de oder
E-Mail: mail@leuze-verlag.de