DE19834353C2 - Alkalisches Zink-Nickelbad - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Galvanikbad zum Aufbringen von Zink-Nickel-Überzügen mit einer Anode, einer Kathode und einem alkalischen Elektrolyten.

Es ist bekannt, elektrisch leitende Werkstoffe zur Ver­ besserung deren Korrosionsbeständigkeit mit Zink-Nickel- Legierungen zu überziehen. Dazu wird in herkömmlicher Weise ein saures Elekrolytbad, beispielsweise mit Sul­ fat-, Chlorid-, Fluorochromat- oder Sulfamat-Elektrolyten eingesetzt. Bei diesen Verfahren ist die Erzielung einer gleichmäßigen Dicke des Zink-Nickel-Überzuges auf dem zu beschichtenden Werkstoff regelungstechnisch sehr aufwen­ dig und in der Praxis meistens unmöglich.

Aus diesem Grund werden in jüngster Zeit die in der deutschen Patentschrift 37 12 511 offenbarten alkali­ schen Zink-Nickel-Galvanikbäder eingesetzt, die bei­ spielsweise folgende Zusammensetzung aufweisen:
11,3 g/l ZnO
4,1 g/l NiSO₄ . 6H₂O
120 g/l NaOH
5,1 g/l Polyethylenimin.

Die in dem Galvanikbad enthaltenen Amine dienen als Kom­ plexbildner für die Nickelionen, welche im alkalischen Medium ansonsten unlöslich sind. Die Zusammensetzung der Bäder variiert je nach Hersteller.

Betrieben werden die Galvanikbäder gewöhnlich mit unlös­ lichen Nickelanoden. Die Zinkkonzentration wird durch Zugabe von Zink und die Nickelkonzentration durch Addi­ tion einer Nickellösung, zum Beispiel einer Nickelsulfat-Lösung, konstant gehalten.

Diese Bäder zeigen jedoch nach einigen Stunden Betrieb eine Farbänderung von ursprünglich blau-violett nach braun. Nach mehreren Tagen bzw. Wochen verstärkt sich diese Färbung und es ist eine Trennung des Bades in zwei Phasen feststellbar, wobei die obere Phase dunkelbraun ist. Diese Phase bewirkt erhebliche Störungen der Be­ schichtung der Werkstücke, wie beispielsweise ungleich­ mäßige Schichtdicken oder Bläschenbildung. Eine kontinu­ ierliche Reinigung des Bades, d. h. ein kontinuierliches Abschöpfen dieser Schicht, ist somit unumgänglich. Diese ist aber Zeit- und kostenaufwendig.

Des weiteren kann nach einigen Wochen des Betriebs Cya­ nid in den Bädern nachgewiesen werden. Die Cyanidbela­ stung erfordert ein regelmäßiges Erneuern des Bades und eine spezielle Abwasserbehandlung, die sich erheblich auf die Betriebskosten des Bades auswirkt. Dies gilt um so mehr, als die Abwässer eine sehr hohe Organikkonzen­ tration aufweisen und mit einem CSB-Wert von ca. 15.000 bis 20.000 mg/l die Cyanidentgiftung erschweren. Das Einhalten der vom Gesetzgeber vorgegebenen Abwasserwerte (Nickel 0,5 ppm und Zink 2 ppm) ist dann nur noch durch umfangreichen Zusatz von Chemikalien möglich.

Die Ausbildung der zweiten Phase ist auf eine Reaktion der Amine zurückzuführen, die in alkalischer Lösung an Nickelanoden zu Nitrilen (unter anderen auch zu Cyanid) umgesetzt werden. Aufgrund der Zersetzung der Amine muß dem Bad zudem kontinuierlich neuer Komplexbildner zuge­ geben werden, was die Kosten des Prozesses in die Höhe treibt.

Andere Anoden als Nickel-Anoden können nicht eingesetzt werden, weil diese sich in dem alkalischen Elektrolyten auflösen, was ebenfalls nachteilige Auswirkungen auf die Qualität der Beschichtung mit sich bringt.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung das Problem zugrunde, ein alkalisches Zink-Nickel-Galvanikbad zu schaffen, welches kostengünstig Zink-Nickel-Beschichtun­ gen von hoher Qualität liefert.

Zur Lösung dieses Problems schlägt die Erfindung vor, die Anode von dem alkalischen Elektrolyt durch eine Ionenaustauschermembran zu trennen.

Durch diese Trennung wird die Reaktion der Amine an der Nickelanode vermieden, was zur Folge hat, daß keine un­ erwünschten Nebenreaktionen ablaufen, die Entsorgungs­ probleme bereiten oder zu einer zweiten Phase auf dem Bad absetzenden Reaktionsprodukten führen und die Quali­ tät des Zink-Nickel-Überzuges nachteilig beeinflussen. Das aufwendige Abschöpfen dieser Schicht sowie das Er­ neuern des Bades wird durch die Erfindung überflüssig. Ferner ist eine erhebliche Qualitätsverbesserung der Be­ schichtung zu verzeichnen.

Als besonders vorteilhaft hat sich der Einsatz einer Ka­ tionenaustauschermembran aus einem perfluorierten Poly­ mer herausgestellt, da diese einen vernachlässigbaren elektrischen Widerstand, jedoch eine hohe chemische und mechanische Widerstandsfähigkeit besitzt.

Des weiteren entfällt die Cyanidvergiftung des Abwas­ sers, wodurch die gesamte Abwasserreinigung erheblich vereinfacht wird. Darüber hinaus wird das Auffüllen des Elektrolyten mit Komplexbildner überflüssig, da dieser sich nicht mehr zersetzt und seine Konzentration im Bad annähernd konstant bleibt. Das Verfahren wird dadurch er­ heblich kostengünstiger.

Das Zink-Nickelbad fungiert bei der erfindungsgemäßen Lösung als Katholyt. Als Anolyt können beispielsweise Schwefel- oder Phosphorsäure eingesetzt werden. Als Anodenmaterial kommen in der erfindungsgemäßen Galva­ nikzelle übliche Anoden, wie z. B. platinierte Titan­ anoden infrage, da diese nicht mehr dem basischen Zink- Nickelbad ausgesetzt sind.

Die vorliegende Erfindung wird anhand des in der Zeich­ nung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 den schematischen Aufbau eines erfindungsgemä­ ßen Galvanikbades.

In Fig. 1 ist eine Galvanikzelle 1 dargestellt, die eine Anode 2 und eine Kathode 3, bei der es sich um das zu beschichtende Werkstück handelt, aufweist. Der die Anode umgebende Katholyt 4 ist alkalisch und besteht aus einem Zink-Nickel-Galvanikbad bekannter Zusammensetzung, bei dem als Komplexbildner für die Nickelionen Amine einge­ setzt werden. Der die Anode 2 umgebende Anolyt 5 kann beispielsweise aus Schwefel- oder Phosphorsäure beste­ hen. Anolyt 5 und Katholyt 4 sind durch eine perfluorierte Kationenaustauschermembran 6 voneinander getrennt. Diese Membran 6 ermöglicht einen ungehinderten Stromfluß durch das Bad, verhindert jedoch, daß der Katholyt 4, insbesondere die darin enthaltenen Amine, mit der Anode 2 in Kontakt kommt, wodurch die in der Be­ schreibungseinleitung ausführlich dargelegten Reaktionen einschließlich deren nachteilige Auswirkungen vermieden werden.

Claims (4)

1. Alkalisches Galvanikbad (1) zum Aufbringen von Zink- Nickel-Überzügen mit einer Anode (2) und einer Kathode (3), dadurch gekennzeichnet, daß die Anode von dem alkalischen Elektrolyten durch eine Ionen­ austauschermembran (6) getrennt ist.

2. Galvanikbad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode (3) durch eine perfluorierte Katio­ nenaustauschermembran (6) von dem alkalischen Elek­ trolyten (4) getrennt ist.

3. Galvanikbad nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch Schwefelsäure, Phosphorsäure, Methansulfon­ säure, Amidosulfonsäure und/oder Phosphonsäure als Anolyt (5).

4. Galvanikbad nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ge­ kennzeichnet durch eine platinierte Titananode.