Chemisch Nickel

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Chemisch Nickel wird als Verschleiß- oder Korrosionsschutz in der Regel auf metallische Werkstoffe abgeschieden. Der Unterschied zum galvanisch Nickel liegt unter anderem darin, dass zur Abscheidung kein äußerer elektrischer Strom, etwa aus einem Gleichrichter, verwendet wird, sondern die zur Abscheidung (Reduktion) der Nickelionen notwendigen Elektronen mittels chemischer Oxydationsreaktion im Bad selbst erzeugt werden. Dadurch erhält man beim chemischen Vernickeln konturentreue Beschichtungen, deren Maße bei einer Toleranz von ± 2 µm bis ± 3 µm im Bereich von 8 µm bis 80 µm liegen können. Jedoch muss ab 50 µm mit Spannungen in der Schicht gerechnet werden. Aufgrund der außenstromlosen Abscheidung ist es möglich, auch elektrisch nicht leitfähige Körper, z. B. aus Kunststoffen wie Polyamid, zu beschichten. Am leichtesten lässt sich ABS (Acrylnitril-Butadien-Styrol) gut haftend beschichten: Nach Ätzen des ABS mit einer Chromsäurelösung scheidet sich das Nickel nach einer Bekeimung mit einem Edelmetall (Palladium) auch in den feinen Löchern ab, die die Chromsäure durch Herauslösen von Butadien bildet. Die Beschichtung verzahnt sich im Kunststoff.

Eine Bekeimung ist bei nichtleitendem Untergrund notwendig, da der Elektrolyt eine Abscheidung (fast) nur an blanken Metalloberflächen beginnt. Sonst würde sich der Elektrolyt selbst zersetzen. Um eine Mitbeschichtung der Anlagenteile wie Behälter, Pumpen usw. sicher zu verhindern, werden diese Anlagenteile häufig aus Edelstahl hergestellt und künstlich passiviert sowie mit einer geringen positiven Spannung beaufschlagt (Wannenschutz), so dass sich eventuell abgeschiedenes Nickel sofort wieder löst. Als Gegenelektrode dient meist eine passivierte Edelstahlkathode, auf der sich dann wie in einem rein galvanischen Verfahren Nickel abscheidet. Bei falschem Ansatz bzw. eingeschleppten Fremdstoffen oder einer Zerstörung der Passivierungsschicht der Anlage etwa durch mechanische Beschädigung kann eine spontane Zersetzung des Elektrolyten unter starker Metallabscheidung jedoch trotzdem geschehen.

Schichteigenschaften

Es handelt sich bei dieser Beschichtung um eine Nickel-Phosphor-Legierung, die vor allem in funktionellen Bereichen verwendet wird. Über den in der Schicht abgeschiedenen Phosphor kann man die Schichteigenschaften steuern. Hierbei unterscheidet man zwischen einem hohen (10-14%), mittleren (9-12%) und niedrigen (3-7%) Phosphorgehalt.

Der Korrosionsschutz der Schicht gründet vor allem auf einem hohen Phosphorgehalt und dem Abscheiden einer porenfreien Schicht, die auch immer vom Grundwerkstoff und dessen Bearbeitung abhängig ist z. B.: Polieren, Schleifen, Drehen, Fräsen. Die Vorbearbeitung des Werkstoffes beeinflusst wiederum die Haftfestigkeit der Beschichtung. Die Schichtdicken liegen je nach Grundwerkstoff und dessen Bearbeitung in der Regel bei mindestens 30 µm – 50 µm.

Die Abscheidungshärte steigt mit abnehmendem Phosphorgehalt und kann durch eine Wärmebehandlung der Schicht bei maximal 400 °C und einer Stunde Haltezeit auf Werte von 800 bis 1100 HV 0,1 angehoben werden. Die Schichtdicken liegen hier je nach Anwendung zwischen 10 µm und 50 µm.

Die Haftfestigkeit der Schicht hängt im Wesentlichen von dem Grundwerkstoff und der Vorbehandlung des Werkstoffes ab. Auch die Haftfestigkeit kann durch eine Wärmebehandlung verbessert werden, hierzu verwendet man geringere Temperaturen mit etwas höheren Haltezeiten.

Das Aussehen der Schicht ist von der Vorbearbeitung des Grundmaterials, auf dem die Schicht abgeschieden wird, abhängig: gestrahlte Oberflächen bleiben matt, polierte Oberflächen bleiben glänzend. Das Aussehen der Schicht lässt sich nicht, wie bei galvanischen Überzügen, über Zusätze im Elektrolyt (z. B.: Glanzbildner) optisch einstellen. Ergänzend: In der Sache wurden hierzu Möglichkeiten entwickelt, um mit ausgewählten Komponenten gezielte Schichteigenschaften zu erreichen, so z.B. können Optik und Korngrenzendichte beeinflusst werden.

Aufgrund der hohen Kosten dieser Beschichtung werden selten höhere Schichten als 50 µm abgeschieden. Die Abscheidung von 10 µm chemisch Nickel dauert ca. 1 h.

Anlagentechnik

Die Anlagen und Bäder, in denen Chemisch Nickel beschichtet wird, sind aufwendiger als bei galvanischen Verfahren. Der Elektrolyt „blutet aus“, die Nickelionen sind im Badansatz enthalten. Die Stabilisatoren, die Temperatur und der pH-Wert im Bad, muss innerhalb gewisser Toleranzen konstant gehalten werden; dies realisiert man über Nachdosierpumpen und eine regelmäßige Kontrolle der Werte. Nach ca. 1-2 Wochen ist der Nickel im Bad verbraucht und es muss ein neues Bad angesetzt werden. Das Badalter wird über sogenannte MTOs (Metall Turn Over) gemessen. Die kostenaufwendige Badführung und die Abscheidegeschwindigkeit ist ein wesentlicher Grund für den sehr viel höheren Preis, als es bei galvanischen Schichten der Fall ist.

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