Oberflächenveredelungen sind wesentliche Schritte in der Konstruktion und Fertigung von Maschinenteilen. Sie bieten eine kostengünstige Möglichkeit, die Korrosionsbeständigkeit, das Aussehen und die Lebensdauer von Metallteilen zu verbessern. Zu den gängigen galvanischen Verfahren zählen die Verzinkung und die Vernickelung.
Überblick über die Verzinkung
Die Verzinkung findet aufgrund ihrer geringen Kosten, hervorragenden Korrosionsbeständigkeit, ansprechenden Optik und langen Haltbarkeit breite Anwendung in der Leichtindustrie, der Instrumententechnik, der Elektromechanik, der Landwirtschaft und im Verteidigungsbereich. Sie dient primär als Schutzbeschichtung für Stahlbauteile und macht ein Drittel bis die Hälfte aller galvanisierten Teile aus, was sie gemessen am Produktionsvolumen zur gängigsten Beschichtungsart macht.
Zinkbeschichtungen weisen jedoch eine geringe Härte auf und sind gesundheitsschädlich für den Menschen, weshalb sie für den Einsatz in der Lebensmittelindustrie ungeeignet sind.
Die Dicke einer Zinkbeschichtung variiert je nach Bauteilanforderungen. Eine dickere, porenfreie Beschichtung bietet einen besseren Korrosionsschutz. Im Allgemeinen sollte die Beschichtungsdicke mindestens 5 µm betragen, üblicherweise liegt sie zwischen 6 und 12 µm. Für Anwendungen unter rauen Umgebungsbedingungen kann die Dicke 20 µm überschreiten.
Nach der Verzinkung werden Zinkbeschichtungen passiviert, wodurch sich ein Passivierungsfilm bildet. Die Farbe dieses Films kann je nach verwendeter Passivierungslösung von irisierend bis klar (weiß) variieren.
Irisierende (Regenbogen-)Passivierung : Die Korrosionsbeständigkeit eines irisierenden Passivierungsfilms ist aufgrund seiner größeren Dicke mehr als fünfmal höher als die eines klaren Films. Daher ist die irisierende Passivierung die gängigste Wahl für die Verzinkung.
Klare (weiße) Passivierung: Diese Folie sorgt für ein sauberes, weißes Erscheinungsbild und wird häufig für Konsumbeschläge, Architekturbeschläge und andere Produkte verwendet, die eine einheitlich weiße Oberfläche erfordern.
Weitere Oberflächen: Schwarze und olivgrüne Passivierungsoberflächen werden auch in verschiedenen industriellen Anwendungen eingesetzt.
Überblick über die Nickelplattierung
Nickel ist silberweiß mit einem leichten Gelbstich und ein ferromagnetisches Material. Es neigt stark zur Passivierung und bildet an der Luft einen extrem dünnen Passivierungsfilm, der für hohe chemische Stabilität sorgt und der Oberfläche ihren Glanz über lange Zeit bewahrt.
Nickel weist bei Raumtemperatur eine gute Korrosionsbeständigkeit gegenüber Atmosphäre, Wasser, Laugen, Salzen und organischen Säuren auf. Es löst sich leicht in verdünnten Säuren, langsam in verdünnter Salzsäure und Schwefelsäure, aber deutlich schneller in verdünnter Salpetersäure. In rauchender Salpetersäure wird Nickel passiviert. Es reagiert nicht mit starken Laugen.
Nickel ist eine kathodische Beschichtung, d. h., sie bietet nur dann wirksamen Schutz für ein Eisensubstrat, wenn die Beschichtung vollständig intakt und porenfrei ist. Nickelbeschichtungen weisen jedoch häufig eine hohe Porosität auf. Daher wird Nickel oft in Mehrschichtsystemen mit anderen Metallen eingesetzt, um die Korrosionsbeständigkeit zu verbessern. Es dient dabei als Unter- oder Zwischenschicht zur Reduzierung der Porosität. Gängige Kombinationen sind Ni/Cu/Ni/Cr und Cu/Ni/Cr. Nickelbeschichtungen werden mitunter auch als Schutzschicht in alkalischen Umgebungen verwendet.
Die Vernickelung lässt sich in zwei Hauptkategorien unterteilen:
Dekorative und schützende Beschichtungen: Diese werden hauptsächlich zum Korrosionsschutz von Untergründen wie niedriggekohltem Stahl, Zinkdruckguss und einigen Aluminium- und Kupferlegierungen eingesetzt. Eine glänzende, dekorative Oberfläche wird durch Polieren einer seidenmatten Nickelschicht oder durch direktes Aufbringen einer glänzenden Nickelbeschichtung erzielt. Da Nickel jedoch an der Luft anlaufen kann, wird häufig eine dünne Chromschicht über das glänzende Nickel plattiert, um dessen Korrosionsbeständigkeit und Aussehen zu verbessern. Eine goldfarbene Oberfläche lässt sich durch Plattieren einer Gold- oder Goldimitatschicht über das glänzende Nickel und anschließendes Auftragen einer organischen Deckschicht erzielen.
Funktionale Beschichtungen: Funktionelle Nickelplattierung wird hauptsächlich zur Instandsetzung von verschlissenen, korrodierten oder überbearbeiteten Teilen eingesetzt. Diese Beschichtung wird dicker als erforderlich aufgetragen und anschließend auf die vorgegebenen Maße abgedreht.
Mechanismusvergleich zwischen Zink- und Nickelplattierung
Verzinkung
Dieses Verfahren nutzt die Tatsache, dass Zink chemisch aktiver ist (ein negativeres Elektrodenpotenzial aufweist) als Eisen. Wird ein verzinktes Stahlteil einer korrosiven Umgebung ausgesetzt, bildet sich eine elektrochemische Zelle. Zink fungiert dabei als „Anode“ und korrodiert bevorzugt, wodurch das Stahlsubstrat, das als „Kathode“ wirkt, geschützt wird.
- Vorteil: Selbst wenn die Beschichtung zerkratzt oder beschädigt ist, bleibt der freiliegende Stahl durch das umgebende Zink geschützt. Dies ist als „Opferanoden-“ oder „kathodischer Korrosionsschutz“ bekannt.
- Nachteil: Die Zinkschicht wird mit der Zeit verbraucht. Ihre Lebensdauer hängt von der Dicke der Beschichtung und der Korrosivität der Umgebung ab.
Vernickelung
Nickel ist chemisch stabiler (hat ein positiveres Elektrodenpotenzial) als Eisen. Eine Nickelbeschichtung wirkt als physikalische Barriere und isoliert das Grundmetall durch ihre dichte Struktur vor korrosiven Elementen wie Feuchtigkeit und Sauerstoff.
- Vorteil: Die Beschichtung selbst ist sehr stabil, verschleißfest und bietet ein hochwertiges Erscheinungsbild.
- Nachteil: Ist die Beschichtung durch Poren, Risse oder Beschädigungen beeinträchtigt, können korrosive Medien das Substrat erreichen. Dadurch entsteht eine elektrochemische Zelle, in der das Stahlsubstrat zur Anode wird und beschleunigt korrodiert, wodurch sich Rost vom Schadenspunkt aus rasch ausbreitet. Daher sind die Integrität und die geringe Porosität einer Nickelbeschichtung von entscheidender Bedeutung.
Leistungsvergleich zwischen Zink- und Nickelplattierung
| Attribut/Dimension | Verzinkung | Vernickelung | Notizen |
| Mechanismus | Kathodischer Schutz mittels Opferanode | Physische Isolation durch eine dichte Barriere | Dieser grundlegende Unterschied bestimmt ihre primären Anwendungsgebiete. |
| Korrosionsbeständigkeit | Hervorragend unter atmosphärischen Bedingungen; schlecht in sauren, alkalischen oder salzhaltigen Umgebungen. | Stabil an der Luft, beständig gegen Laugen und Salze; mäßige Säurebeständigkeit. | Zink eignet sich ideal für allgemeine atmosphärische Belastungen. Nickel ist besser geeignet für komplexere chemische Umgebungen. |
| Verschleißschutz | Niedrig (geringere Härte, weichere Beschichtung). | Sehr hoch (insbesondere bei stromlos abgeschiedenem Nickel). | Nickel eignet sich besser für Teile, die häufiger Reibung ausgesetzt sind, wie zum Beispiel Hydraulikkolben und -wellen. |
| Dekoratives Aussehen | Bläulich-weiß; kann passiviert werden zu irisierendem, schwarzem usw. Glanz. | Silberweiß mit einem leichten Gelbstich; kann auf Hochglanz poliert werden. | Nickel bietet ein hochwertigeres Erscheinungsbild und wird häufig für hochwertige Konsumgüter verwendet. |
| Kosten | Niedrig (einfacherer Prozess, preiswertes Material). | Hoch (komplexerer Prozess, insbesondere stromlose Vernickelung). | Die Kosten spielen eine wichtige Rolle; Zink bietet ein hervorragendes Preis-Leistungs-Verhältnis für den allgemeinen Schutz. |
| Primäre Anwendungen | Strukturbauteile, Befestigungselemente, Halterungen, Fahrgestell. | Die Beschichtung kann in tiefen Löchern oder Vertiefungen komplexer Bauteile ungleichmäßig sein. | Die Wahl hängt von den funktionalen Anforderungen des Bauteils ab. |
| Umgebungstemperaturbereich | Empfohlen für den Langzeiteinsatz unter 200 °C (392 °F). | Hält höheren Temperaturen stand. | Zink sollte in Umgebungen mit hohen Temperaturen mit Vorsicht verwendet werden. |
| Lebensmittelsicherheit | Jeglicher Kontakt mit Lebensmitteln und Trinkwasser ist strengstens untersagt. | Kann für Lebensmittelverarbeitungsanlagen verwendet werden (muss spezifische Vorschriften einhalten). | Die Materialauswahl für die Lebensmittelindustrie erfordert besondere Aufmerksamkeit. |
| max. Dämfpungsabweichungen der Ausgänge | Es hält höheren Temperaturen stand. | Chemisch abgeschiedenes Nickel sorgt für eine extrem gleichmäßige Schichtdicke ohne tote Stellen. | Chemisch abgeschiedenes Nickel ist für komplexe Geometrien, die einen gleichmäßigen Schutz erfordern, unerlässlich. |
Wie wählt man das Richtige aus?
Das folgende Flussdiagramm zeigt Ihnen Schritt für Schritt, wie Sie zwischen den beiden Beschichtungsmethoden wählen.
Zusammenfassung
Die Verzinkung kann man sich wie einen „Regenmantel“ für Metallprodukte vorstellen. Sie schützt durch ihre eigene Abtragung und ist die kostengünstige Wahl für Strukturbauteile, Befestigungselemente und den allgemeinen Rostschutz unter atmosphärischen Bedingungen. Im Gegensatz dazu ist die Vernickelung vergleichbar mit einer Art „Legierungspanzerung“. Sie ist von Natur aus hart, verschleißfest und optisch ansprechend und bietet einen hochleistungsfähigen Schutz für Präzisionsbauteile, hochwertige Dekorationselemente und Teile, die eine besonders lange Lebensdauer erfordern.
