Galvanisieren

Verschiedene unedle Metalle wie Aluminium, Chrom oder Zink bilden an der Oberfläche eine fest haftende undurchlässige Oxidschicht. Diese schützt dann oft das Metall vor einem weiteren Angriff durch Sauerstoff, Wasser oder andere korrosive Stoffe. Bei Eisen bildet der Rost keine solche fest haftende Schicht, sodass die Korrosion fortschreitet. Wenn man auf das Eisen eine geeignete Schutzschicht aufbringt (z. B. durch Galvanisieren), wird eine weitere Korrosion des Metalls vermieden.

Galvanisieren ist die elektrolytische Herstellung metallischer Oberflächenschichten auf anderen Werkstoffen, die in der Regel ebenfalls metallischer Natur sind. Das Galvanisieren ist trotz seines Namens ein elektrolytischer Prozess und kann sowohl mit edleren als auch mit unedleren Metallen erfolgen. Die Oberflächenbeschichtung dient hauptsächlich dem Korrosionschutz des Werkstoffs, verbessert aber oftmals auch das Design z. B. durch Verchromen oder Verkupfern von Metallteilen.

Verchromen
Zur elektrochemischen Erzeugung von Chrom-Überzügen, Verchromung , wird das meist vorher elektrochemisch vernickelte Werkstück (Eisen, Kupfer, Messing) in ein Bad mit schwefelsaurer Chrom(VI)-Säure getaucht und als Katode geschaltet. Die Chromschicht haftet auf einer dünnen Nickelschicht wesentlich besser als direkt auf Eisen.
Der Prozess kann mit folgender Gleichung beschrieben werden:

${\text{Cr}}_{\text{2}}{\text{O}}_{\text{7}}{}^{\text{2-}}{\text{+ 14 H}}^{\text{+}}{\text{+ 12 e}}^{\text{-}}\stackrel{}{\to }{\text{2 Cr + 7 H}}_{\text{2}}\text{O}$

Aufgrund seiner guten Luft- und Feuchtigkeitsbeständigkeit und de dekorativen Aussehens wird Chrom für rostschützende Überzüge von Eisenteilen von Kraftfahrzeugen und Fahrrädern, aber auch für Wasserhähne und Armaturen im Sanitärbereich verwendet.

Verzinken
Auf ähnliche Weise können Eisenteile elektrolytisch verzinkt werden. Nach gründlicher Reinigung werden die Werkstücke in eine saure ${\text{ZnCl}}_{\text{2}}\text{–}\text{Lösung}$ getaucht und katodisch Zink auf der Oberfläche abgeschieden. Verzinken kann man Metall- und Kunststoffteile aber auch auf nichtelektrolytischem Wege, z. B. durch Tauchen von größeren Metallteilen in geschmolzenes Zink. Dieses Verfahren, bei dem ebenfalls sehr korrosionsbeständige bis zu 300 µm dicke Oberflächenschichten erzielt werden, ist kein galvanisches Verfahren. Es wird Feuerverzinken oder Heißverzinken genannt.

Verkupfern
Als Elektrolyt dient hier eine Kupfer(II)-sulfat-Lösung. Die in der Lösung vorhandenen Kupfer(II)-Ionen wandern zur Katode und scheiden sich darauf als dünne Kupferschicht ab.
Das als Katode geschaltete, vorher gereinigte und polierte Werkstück wird in einem trogförmigen Behälter mit einer dünnen Kupferschicht überzogen.
Bei Kleinteilen (Schrauben) werden rotierende Tröge, bei Blechen oder Drähten Durchlaufbäder benutzt.

Versilbern
Das Versilbern ist ebenfalls ein Galvanisierungsprozess, bei dem ein edles, korrosionsbeständiges Metalle elektrolytisch auf der Oberfläche unedlerer Metalle abgeschieden werden. Auch die Beschichtung mit edleren Metallen muss elektrolytisch erfolgen, da beim freiwilligen galvanischen Prozess das Edelmetall schwammig und porös auf dem Werkstück abgeschieden wird. Die Beschichtung wäre nicht nur optisch unattraktiv, sondern würde auch nur schlecht haften und nicht den gewünschten korrosionshemmenden Effekt erzielen.

Zur Verbesserung der Haltbarkeit und des optischen Aussehens der aufgebrachten Schichten werden den Galvanikbädern oft Komplexbildner und andere Hilfsstoffe (Netzmittel, Glanzmittel) zugesetzt.

Galvanoplastik
Bei der Vervielfältigung von Plastiken oder Münzen oder zur Erhöhung der dekorativen Wirkung z. B. von Gips- oder Plastteilen wird die Galvanoplastik genutzt.
Die Werkstücke (Abguß oder Abform eines zu vervielfältigenden Gegenstands) werden mit einer dünnen Grafitschicht leitend gemacht. Es ist auch möglich, durch Reduktion mit chemischen Reduktionsmitteln aus Lösungen eines Nickel-Salzes eine dünne Nickelschicht auf der Oberfläche von Plastikteilen abzuscheiden. In einer Kupfersalz-Lösung wird darauf auf elektrochemischem Weg Kupfer abgeschieden.
Die abgeschiedene Kupferschicht lässt sich nach dem Vorgang leicht als dünne Schicht ablösen und auf ein weiteres Formstück übertragen. Da die Kupferschicht auch feinste Oberflächenstrukturen enthält, entstehen hochwertige Duplikate.

Zink oder Zinn als Korrosionsschutz?
Die Metalle schützen Eisen auf unterschiedliche Weise.
Zink, obwohl ein unedles Metall im Vergleich zum Eisen, überzieht sich mit einer festhaftenden, vor weiterem Angriff schützenden Oxidschicht.
Zinn ist edler als Eisen und wird von Feuchtigkeit und Sauerstoff nicht angegriffen.
Wird aber die Oberflächenschicht verletzt so beginnt ein unterschiedlich verlaufender Prozess.
Das Zink geht langsam in Lösung, während das darunter liegende Eisen, z. B. bei verzinkten Dachrinnen, weitgehend beständig bleibt und erst dann angegriffen wird, wenn es zu großflächigen Zerstörungen der Zink-schicht kommt.
Wird die Zinnschutzschicht verletzt, so setzt ein Unterrosten ein. Das edlere Zinn bleibt erhalten, aber das darunter liegende Eisen geht nach und nach in Lösung.

Nichtmetallische Überzüge
Auch nichtmetallische Überzüge werden mit galvanischen Verfahren hergestellt. Bei der elektrolytischen Oxidation von Aluminium (Eloxal-Verfahren) werden Aluminiumwerkstücke in einem schwefelsaurem Bad anodisch oxidiert. Dabei wird das Werkstück mit einer Aluminiumoxid-Schicht überzogen. Damit wird das unedle Aluminium wirksam vor Korrosion geschützt.

Weitere Korrosionsschutzverfahren
Um die Korrosion bei sehr großen Bauteilen (Schiffe, Brücken) die sich nicht im Ganzen galvanisieren lassen trotzdem in Grenzen zu halten, wird eine Opferanode in Form eines unedleren Metalls (Magnesium, Zink) angebracht.
Das Opfermetall liefert die Elektronen und wird, wenn erforderlich durch neues Opfermetall ersetzt.