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Chromelektrolyte
Aus Kefk.
Als Chromelektrolyte bezeichnet man wässrige Lösungen auf Chromsäurebasis (H2CrO4). Sie dienen in der Galvanotechnik zum Verchromem von Metalloberflächen. Sie sind stark ätzend und haben einen schlechten Wirkungsgrad von meist etwa 10 bis 25 Prozent, da mit dem größten Teil des zugeführten Stroms Wasserstoff entwickelt wird.
Bisherige Versuche, den Wirkungsgrad zu erhöhen, waren nur mäßig erfolgreich. Für die Abscheidung von metallischem Chrom werden Fremdsäuren als Katalysatoren zugesetzt, etwa Schwefelsäure „klassisch“ oder Sulfonsäuren bei aktuellen Elektrolyten.
Als Anoden dienen unlösliche Bleilegierungen. Um giftigen Bleischlamm zu vermeiden, wird bei modernen Anlagen Blei durch platiniertes Titan ersetzt. Das Anodenmaterial ist hier wichtig, da das dreiwertige Chrom, das an der Kathode erzeugt wird, wieder zur sechswertigem Chrom oxidiert werden muss. Dies geschieht besonders gut an den Bleianoden, die sich mit einer Bleidioxidschicht überziehen. Das abgeschiedene Chrom wird dem Elektrolyten als Chromsäureanhydrid (CrO3) wieder zugegeben.
Ein „klassisches“ Chrombad besteht aus etwa 250 g CrO3 mit einem Zusatz von 1 % = 2,5 g Schwefelsäure (H2SO4) als Katalysator in einem Liter Bad.
Hierbei werden bei 50 A/dm² etwa 18 % Stromausbeute (= Wirkungsgrad, d. h. 82 % des Stromes erzeugt Wasserstoff) erreicht.
Mit dem gleichen Elektrolyten werden bei Hochgeschwindigkeitsverfahren über 50 % Stromausbeute erreicht, jedoch muss der Elektrolyt sehr schnell bewegt werden. Kolbenstangen für Stoßdämpfer der Automobilindustrie werden in Platinrohren bei über 1000 A/dm² so in wenigen Sekunden beschichtet.
Am gebräuchlichsten sind Bäder mit Methylsufonsäure als Katalysator, diese erreichen im Einsatz eine Stromausbeute von 25 %. Aus diesen Bädern kann sowohl Hart- als auch Glanzchrom abgeschieden werden.
Beim Glanzchrom wird eine sehr dünne Chromschicht meist auf eine Vernickelung aufgebracht. Der Glanz wird von der Vorbeschichtung bzw. vom Zustand der Werkstückoberfläche vor der Verchromung bestimmt, die Chromschicht ist nur im Bereich von ab einem Mikrometer dick.
Eine optimale Beschichtung auf Stahl ist z. B. cyanidisches Kupfer, saures Kupfer, mattes Nickel, Glanznickel, Chrom; z. T. wurden diese Teile zwischen den Arbeitsgängen und vor allem am Ende poliert. Heute würde mit elektropoliertem Edelstahl mit sehr geringem Aufwand ein vergleichbares Ergebnis erzielt werden.
Bei einer Hartverchromung werden dickere Schichten aufgebracht (10 bis über 300 µm). Durch den ausgasenden Wasserstoff bei der Abscheidung schrumpft das Chrom und bildet, abhängig von den Abscheidebedingungen, Mikrorisse. Diese Rissstruktur ist für einige Verschleißschichten vorteilhaft, da der Ölfilm besser haften kann.
Bei Korrosionbeanspruchung muss das Werkstück (z. B. Hydraulikstempel) vorher beschichtet werden (z. B. mit einer chem. Vernicklung). Eine Alternative hierzu ist eine mechanische Nachbehandlung durch Honen oder Polieren, hierbei wird die Fläche geglättet und die Risse werden zugeschmiert (z. B. bei Kolbenstangen für KfZ-Stoßdämpfer)
Durch den schlechten Wirkungsgrad und die hohen Ströme entsteht beim Verchromen viel Knallgas also Wasserstoff und Sauerstoff. Das Bad schäumt. Beim Zerplatzen der Gasblasen an der Badoberfläche wird das Chrombad fein zerstäubt. Wegen der hohen Krebsgefahr, die von Chrom-(VI) ausgeht, müssen die Chrombäder deshalb abgesaugt und das Entstehen der Chromaerosole unterdrückt werden, was mit einen durch Tenside gebildeten Schaumteppich möglich ist.
Chromelektrolyte auf Basis des ungiftigen Chrom-(III) werden derzeit erforscht, sie sind für die Produktion derzeit jedoch kaum geeignet oder auf Spezialfälle beschränkt. Sie bestehen meist aus Lösungen von Ammoniumsalzen und beinhalten starke Komplexbildner. Auch hier wird mit unlöslichen Anoden (meist Graphit) gearbeitet.
Neuerdings gibt es vor allem in England Lohngalvaniken, die Chrom-(III)-Elektrolyte verwenden. Das Einsatzgebiet bildet dabei vorwiegend die Armaturenindustrie, da Chrom-(III)-Elektrolyte das Grundmaterial weniger angreifen und besser Streuen. Eine gute Streuung bedeutet, dass auch an strombenachteiligten Stellen Metall abgeschieden wird. Der Farbton einer aus einem Chrom-(III)-Elektrolyten abgeschiedenen Schicht unterscheidet sich von der aus einem Chrom-(VI)-Elektrolyten abgeschiedenen Schicht und wird stark durch eingeschleppte Fremdmetalle beeinflusst.
