Was ist Metallbeschichtung? - Definition, Arten und Vorteile

Was ist Metallbeschichtung?

Metal Plating ist eine dünne Metallschicht, die auf die Außenseite eines Materials aufgetragen wird. Es ist ein Oberflächenbeschichtungsverfahren, bei dem ein Metall auf einer leitfähigen Oberfläche abgeschieden wird. Plattieren wird seit Hunderten von Jahren durchgeführt; es ist auch entscheidend für moderne Technologie.

Das Plattieren wird zum Dekorieren von Gegenständen, zum Korrosionsschutz, zum Verbessern der Lötbarkeit, zum Härten, zum Verbessern der Verschleißfestigkeit, zum Verringern der Reibung, zum Verbessern der Lackhaftung, zum Verändern der Leitfähigkeit, zum Verbessern des IR-Reflexionsvermögens, zum Abschirmen von Strahlung und für andere Zwecke verwendet. Schmuck wird normalerweise plattiert, um ihm ein Silber- oder Goldfinish zu verleihen.

Die Dünnschichtabscheidung hat Objekte so klein wie ein Atom plattiert, daher findet die Plattierung Anwendung in der Nanotechnologie.

Es gibt mehrere Plattierungsmethoden und viele Variationen. Bei einem Verfahren wird eine feste Oberfläche mit einem Metallblech bedeckt und dann werden Wärme und Druck angewendet, um sie zu verschmelzen. Andere Plattierungstechniken umfassen Elektroplattieren, Dampfabscheidung unter Vakuum und Sputterabscheidung. In letzter Zeit bezieht sich Plattieren oft auf die Verwendung von Flüssigkeiten. Metallisieren bezieht sich auf das Beschichten von Metall auf nichtmetallischen Gegenständen.

Vorteile der Metallbeschichtung

Die Metallbeschichtung bietet viele Vorteile für Produkte aus Metall und anderen Materialien. Dies wird meist durch Galvanisieren erreicht, das einen elektrischen Strom benötigt, oder durch stromloses Plattieren, das sich in einem autokatalytischen chemischen Prozess befindet. Diese Techniken sowie einige andere führen zu einem oder mehreren der folgenden Vorteile:

• Verbesserte Korrosionsbeständigkeit
• Dekorativer Reiz
• Erhöhte Lötbarkeit
• Verbesserte Härte
• Reduzierte Reibung
• Veränderte Leitfähigkeit
• Verbesserte Lackhaftung
• Materialablagerung
• Erhöhter Magnetismus

Arten der Metallbeschichtung

Es gibt viele verschiedene Arten von Metallbeschichtungen, wie unten beschrieben:

• Galvanik
• Stromlose Beschichtung
• Tauchbeschichtung
• Aufkohlen
• Physische Dampfabscheidung
• Plasmasprühbeschichtung

1. Galvanik

Galvanisieren ist das am weitesten verbreitete Verfahren zum Plattieren. Beim Galvanisieren werden positiv geladene Metallpartikel (Ionen) mit elektrischem Strom in einer chemischen Lösung aufgelöst. Die positiv geladenen Metallionen werden von dem zu plattierenden Material angezogen, das die negativ geladene Seite der Schaltung ist.

Das zu beschichtende Teil oder Produkt wird dann in diese Lösung eingelegt und die gelösten Metallpartikel werden an die Oberfläche des Materials gezogen. Die Galvanisierung führt zu einer glatten, gleichmäßigen und schnellen Beschichtung des zu beschichtenden Materials, wodurch die Oberfläche des Materials effektiv verändert wird.

Es gibt eine Reihe verschiedener Schritte und Prozesse, die beim Galvanisieren beteiligt sein können, einschließlich Reinigen, Prägen, elektrochemische Abscheidung, Impulsgalvanisieren und Bürstengalvanisieren.

Effekte :

Galvanisieren wird verwendet, um eine Schutzbeschichtung, ein dekoratives Erscheinungsbild bereitzustellen oder die Eigenschaften eines Materials für die Technik zu ändern. Die Galvanisierung verbessert die chemischen, physikalischen und mechanischen Eigenschaften des Werkstücks, was sich auf die Art und Weise auswirkt, wie es bei der Bearbeitung funktioniert.

Das Plattieren des Werkstücks kann verwendet werden, um es von einer kleineren Größe aus aufzubauen, es einfacher zu bearbeiten und die Lötbarkeit, Leitfähigkeit oder Reflektivität zu erhöhen.

2. Stromloses Beschichten

Stromloses Plattieren wird so genannt, weil es ein Plattierungsverfahren ist, das keine externe elektrische Energie verwendet. Das stromlose Plattieren beinhaltet eine chemische Reaktion, die eine Metallatomreduktion induziert.

Mit anderen Worten, die Lösung von Metallionen (Partikeln), wenn sie mit einem Reduktionsmittel gemischt wird, wird in einen Metallfeststoff umgewandelt, wenn sie mit dem katalysierenden Metall (das die Reaktion auslöst) in Kontakt kommt. Dies führt dazu, dass das Metall mit einer festen Schicht des Plattierungsmetalls plattiert wird.

Effekte

Die stromlose oder autokatalytische Beschichtung eignet sich für verschiedene Größen und Formen von Materialien und erfordert keine externe Elektrizität oder Beschichtungsbäder, was die Kosten senkt. Das stromlose Plattieren ist jedoch langsamer, kann keine dicken Platten erzeugen und ist schwieriger zu kontrollieren als das Galvanisieren.

Das gebräuchlichste Verfahren zum autokatalytischen Plattieren ist das stromlose Vernickeln. Mit dieser Technik können jedoch auch Plattierungen in Silber, Gold und Kupfer aufgebracht werden.

Zu den Auswirkungen des stromlosen Plattierens auf das Endprodukt gehören der Schutz des Grundmetalls vor Korrosion, die Vergrößerung des Werkstücks und die Veränderung der Lötbarkeit, des Reflexionsvermögens und der Leitfähigkeit.

3. Immersionsplattierung

Beim Tauchplattieren wird ein Metall in eine Lösung von Metallionen eines edleren Metalls getaucht. Die Ionen des edleren Metalls sind stabiler, und daher gibt es einen natürlichen „Zug“, um die Oberflächenmetallionen des weniger edlen Metalls durch eine dünne Schicht der edleren Metallionen zu verdrängen.

Das Tauchplattieren ist ein langsameres Verfahren und kann nur zum Plattieren weniger Edelmetalle mit edleren Metallen verwendet werden. Edelmetalle sind Metalle, die chemisch inert sind. Zum Beispiel Gold, Platin oder Silber.

Effekte

Die Tauchplattierung führt nur zu einer dünnen Plattierungsabdeckung, wonach der Plattierungsprozess stoppt. Die Tauchplattierung scheint auch eine schlechtere Haftungsqualität zu haben, wenn die Plattierung nicht so fest am Grundmetall „klebt“.

Die Auswirkungen der Tauchplattierung auf das Endprodukt umfassen verbesserte Korrosionsbeständigkeit, veränderte elektrische Leitfähigkeit, verändertes Aussehen, größere Härte, Drehmomenttoleranz und veränderte Bindungsfähigkeiten.

4. Aufkohlen

Auch als Einsatzhärten bekannt, ist das Aufkohlen ein Wärmebehandlungsprozess, der eine verschleißfeste Oberfläche erzeugt, während die Festigkeit des Kerns erhalten bleibt. Wird normalerweise nach der Bearbeitung auf kohlenstoffarmen Stahl sowie auf hohe, zulassende Zahnräder, Lager usw. angewendet.

Das Aufkohlen eignet sich für komplexe Formen aus kostengünstigeren Materialien, die leicht bearbeitet werden können, um eine sehr harte Oberfläche zu ergeben. Der Prozess umfasst das Erhitzen des Teils entweder in einem Schachtofen oder einem Ofen mit geschlossener Atmosphäre.

Dann werden aufkohlende Gase (normalerweise Kohlenmonoxid, aber auch Natriumcyanid und Bariumcarbonat) mit Temperatur eingeführt, wobei die Hitze und Temperatur die Tiefe der Kohlenstoffdiffusion beeinflussen. Das Teil wird dann entweder zum späteren Abschrecken langsam abgekühlt oder direkt in Öl abgeschreckt.

5. Physikalische Dampfabscheidung (PVD)

PVD ist eine Familie von Beschichtungsverfahren, bei denen dünne Schichten auf dem Substrat abgeschieden werden. Bei der physikalischen Gasphasenabscheidung wird festes Beschichtungsmaterial wie Titan, Chrom oder Aluminium durch Hitze oder durch Beschuss mit Ionen verdampft.

Während des Prozesses wird ein reaktives Gas wie Stickstoff eingeleitet, das mit dem Metalldampf eine Verbindung eingeht und sich als hauchdünne Schicht auf der Metalloberfläche ablagert. Dadurch entsteht eine extrem starke Verbindung zwischen der Beschichtung und dem Metallteil.

Einige der Vorteile von PVD sind:sehr harte und korrosionsbeständige Oberfläche, hochtemperaturbeständig und gute Schlagzähigkeit.

Ideal für eine Vielzahl von Anwendungen:

• Luft- und Raumfahrt
• Automobil
• Schneidwerkzeuge
• Medizinisch
• Schusswaffen
• Optik
• Dünne Folien wie Fenstertönung, Lebensmittelverpackungen

6. Plasmasprühbeschichtung

Die Plasmaspritzbeschichtung ist eine der weniger bekannten Arten der Metallbeschichtung. Bei diesem Beschichtungsverfahren, das auch als thermisches Spritzen bekannt ist, wird geschmolzenes oder durch Wärme erweichtes Material auf eine Oberfläche gesprüht, um die Beschichtung bereitzustellen.

Das Beschichtungsmaterial wird in eine Plasmaflamme mit sehr hoher Temperatur (bis zu 10.000 K Hitze) eingespritzt, schnell erhitzt und dann mit hoher Geschwindigkeit auf die Oberfläche des Teils beschleunigt und kühlt schnell ab, um eine Beschichtung auf der Oberfläche des Teils zu bilden .

Das Verfahren erzeugt eine Beschichtung, normalerweise auf Strukturmaterialien, um Schutz vor sehr hohen Temperaturen zu bieten, beispielsweise beim Abgaswärmemanagement. Es bietet auch Beständigkeit gegen Korrosion und Verschleiß. Die Beschichtung kann auch das Aussehen und die elektrischen Eigenschaften des Teils verändern.

Beim Galvanisieren verwendete Metalle

Verzinkung

Zink ist ein kostengünstiges Material, das verwendet wird, um eine galvanische Beschichtung auf vielen Metallsubstraten bereitzustellen. Zusätzlich zur Galvanisierung wird das Element durch das Sherardisierungsverfahren, durch Eintauchen in ein Schmelzbad und durch Sprühen aufgebracht.

Beim elektrolytischen oder kalten Verfahren wird der zu plattierende Gegenstand als Kathode in einem elektrolytischen Bad aus löslichen Zinksalzen zusammen mit einer Anode aus metallischem Zink aufgestellt. Das Verfahren erzeugt eine hochduktile Beschichtung aus reinem Zink, deren Dicke und Gleichmäßigkeit genau kontrolliert werden kann.

Das Sherardisieren wird zur Beschichtung von Kleinteilen wie Schrauben und Nägeln eingesetzt. Die Gegenstände werden zusammen mit Zinkstaub in ein Fass geladen und auf etwa 500F erhitzt. Die Teile werden im Fass getrommelt, wodurch eine Beschichtung entsteht, die zu etwa 90 % aus Zink und zu 10 % aus Eisen besteht.

Geschmolzenes Zink kann auch durch Eintauchen oder manuelles Beschichten größerer Gegenstände aufgebracht werden. Manchmal wird dem Bad eine kleine Menge Aluminium zugesetzt, um die Fließfähigkeit zu verbessern und die Beschichtung ungewöhnlicher Formen zu verbessern.

Ebenso trägt ein kleiner Zinnanteil im Bad dazu bei, eine gleichmäßige Beschichtung des Substrats und ein verbessertes Finish zu erzielen. Beim Schmelztauchverfahren entsteht eine Schicht aus einer Zink-Eisen-Legierung neben dem Grundmetall, die etwas spröde sein und die Haftung der äußeren Schichten beeinträchtigen kann.

Beim Metallspritzen oder Metallisieren wird eine Flamme verwendet, um Metallpulver oder -draht zu schmelzen und sie auf eine Substratoberfläche auftreffen zu lassen, wodurch eine mechanische Verbindung zwischen der Beschichtung und dem Grundmetall hergestellt wird. Die Oberfläche des Grundmetalls muss etwas rauh sein, damit die mechanische Verbindung stattfinden kann, aber auf diese Weise können ziemlich dicke Beschichtungen aufgetragen werden.

Die Beschichtungen können auch porös sein, aber da Zink gegenüber Eisen und Stahl anodisch ist, beeinträchtigt dies nicht die Fähigkeit der Beschichtung, Korrosion abzuwehren. Die poröse Natur des gespritzten Metalls sorgt auch dafür, dass es Farbe gut hält.

Kadmiumbeschichtung

Die Kadmiumbeschichtung wurde einst als Ersatz für Zink verwendet und häufig auf verschiedene Automobilartikel aufgebracht. Flugzeughersteller spezifizierten es wegen seiner Opferschutzeigenschaften und seiner natürlichen Schmierfähigkeit für Komponenten, die häufig entfernt und wieder installiert werden.

Es war besonders für Meeresumgebungen geeignet, wo es Süß- und Salzwasser gut standhält. Aufgrund von Sicherheitsbedenken hat seine Verwendung als Beschichtungsmaterial im Laufe der Jahre abgenommen, obwohl es immer noch verfügbar ist. Viele Luft- und Raumfahrthersteller haben sich der Beschichtung mit Zink-Nickel-Legierungen zugewandt.

Verchromung

Die Verchromung dient oft nur einem dekorativen Zweck, fördert aber auch eine erhöhte Korrosionsbeständigkeit und Härte, was sie für industrielle Anwendungen nützlich macht, bei denen Verschleiß ein Problem darstellt. Hier wird es als Hartverchromung bezeichnet und wird manchmal verwendet, um Toleranzen an verschlissenen Teilen wiederherzustellen.

Chrom wird am häufigsten bei der Herstellung von Stahlmöbeln, Autoverkleidungen usw. auf Nickel plattiert. Nickel selbst wird normalerweise auf Kupfer plattiert, und die Kombination dieser drei Elementschichten schützt nur das darunter liegende Metall vor Korrosion, indem Luft und Feuchtigkeit ausgeschlossen werden. das heißt, es gibt keine anodische Wirkung. Daher muss die Beschichtung ordnungsgemäß aufgebracht werden, um einen geeigneten Korrosionsschutz zu erreichen.

Die Verchromung ist ein Galvanisierungsprozess, der meistens die Verwendung einer Chromsäure beinhaltet, die als sechswertiges Chrom bekannt ist. Eine weitere Option für industrielle Zwecke sind dreiwertige Chrombäder, die zum größten Teil aus Chromsulfat oder Chromchlorid bestehen.

Chromat wird manchmal auf eine Zinkbeschichtung aufgetragen, um das Zink zu schützen und in einigen Fällen die Farbe des Metalls zu verändern, wie zum Beispiel eine grüne oder schwarze Zinkbeschichtung.

Vernickelung

Nickel ist ein beliebtes Plattierungsmetall, insbesondere weil es beim stromlosen Plattieren nützlich ist. Vernickelt werden häufig Haushaltsprodukte wie Türklinken, Besteck und Duscharmaturen für eine verbesserte Dekoration und Verschleißfestigkeit beschichtet.

Nickelplatten verbinden sich üblicherweise mit Kupfer und Aluminium, funktionieren aber auch auf einer Vielzahl von Metallen und dienen als Unterlage für Chrom.

Beim stromlosen Plattieren wird eine Nickel-Phosphor-Legierung verwendet. Der Phosphoranteil in der Lösung kann zwischen 2 und 14 % variieren. Höhere Phosphorgehalte verbessern Härte und Korrosionsbeständigkeit. Niedrigere Phosphorgehalte ermöglichen eine höhere Lötbarkeit und Magnetismus.

Kupferbeschichtung

Kupfer ist ein weiteres beliebtes Beschichtungsmetall für Anwendungen, die eine hohe Leitfähigkeit und Kosteneffizienz erfordern. Die Kupferplattierung dient oft als Grundbeschichtungsvorbehandlung für nachfolgende Metallplattierungen, wie oben diskutiert.

Es ist auch ein beliebtes Beschichtungsmetall für elektronische Komponenten wie Leiterplatten. Hohe Beschichtungseffizienz und niedrige Materialkosten machen Kupfer zu einem der kostengünstigeren Metalle zum Beschichten.

Es gibt drei Arten von Verkupferungsverfahren:alkalisch, schwach alkalisch und sauer. Höhere Alkalikonzentrationen liefern eine überlegene Tiefenstreuung, erfordern jedoch niedrigere Stromdichten und erhöhte Sicherheitsvorkehrungen. Gesundheitsinspektoren haben Cyanid in alkalischen Kupferbädern mit bestimmten Gesundheitsgefahren in Verbindung gebracht, daher ist es wichtig, diese Werte zu überwachen.

Vergoldung

Gold wird für seine hohe Oxidationsbeständigkeit und elektrische Leitfähigkeit geschätzt. Die Vergoldung, die sich von der Vergoldung dadurch unterscheidet, dass das Gold keine Folie ist, ist eine der einfachsten Möglichkeiten, Metallen wie Kupfer und Silber diese Eigenschaften zu verleihen. Das Verfahren wird häufig zur Schmuckdekoration und zur Verbesserung der Leitfähigkeit von Elektronikteilen wie elektrischen Steckverbindern eingesetzt.

Beim Vergolden von Kupfer ist das Anlaufen ein Problem und kann am einfachsten durch vorheriges Auftragen mit Nickel behoben werden. Berücksichtigen Sie auch die Härte und Reinheit des Goldes, wenn Sie Faktoren wie die optimale Badmischung und die Eintauchdauer bestimmen.

Versilberung

Wie Gold wird Silber in Plattierungsanwendungen verwendet, die dekoratives Aussehen und verbesserte elektrische Leitfähigkeit erfordern. Im Allgemeinen dient Silber als kostengünstigere Beschichtungslösung, da es billiger als Gold ist und Kupfer gut beschichtet.

Zu den Problemen, die die Versilberung als praktikable Beschichtungslösung einschränken können, gehören Feuchtigkeit und galvanische Korrosion. Insbesondere eignet sich die Versilberung nicht gut für Anwendungen, die hoher Feuchtigkeit ausgesetzt sind, da Silber anfällig für Risse und Abplatzungen ist, wodurch schließlich das Basissubstrat freigelegt werden kann.

Verzinnung

Verzinnter Stahl wird seit langem für die Verpackung von Lebensmitteln und Getränken verwendet. Zinn ist nicht nur korrosionsbeständig, sondern auch ungiftig und bietet eine Beschichtung, die dem Stahl hilft, sich leicht zu formen (aufgrund der Schmierfähigkeit, die das Zinn bietet) und leicht zu schweißen und zu löten.

Durch einen Passivierungsprozess wird das Weißblech mit lebensmittelechtem Öl überzogen, wodurch auch die Haftung von Lacken verbessert wird. Weißblechbleche können mit unterschiedlichen Zinndicken auf jeder Seite spezifiziert werden, um die Anforderungen der Innen- und Außenflächen von Behältern besser an ihre Umgebung anzupassen.

Weißblech wird auch in anderen Verpackungsanwendungen verwendet, von Farbdosen bis hin zu Fettdosen. Weißblech wird fast ausschließlich im Schmelztauchverfahren hergestellt. Verzinnung wird auch bei der Herstellung elektronischer Komponenten verwendet.

Eine andere Beschichtung auf Zinnbasis, bekannt als Terneplate, verwendete traditionell eine Zinn-Blei-Legierung als Korrosionsinhibitor gegenüber Stahl. Lackiert könnte das Metall bei regelmäßiger Wartung 90 Jahre halten, was es ideal für Blechdächer macht.

Heute wurde das Blei eliminiert und das Zinn wird auf Edelstahl aufgetragen, um eine korrosionsbeständige Bedachung zu schaffen, die eine weiche Patina entwickelt. Das Material kann doppelt so lange halten wie Kupferdächer.

Rhodinierung

Rhodium ist eine Art von Platin, das Anlaufschutz, Kratzfestigkeit und ein glänzendes, weiß glänzendes Aussehen bietet. Die Rhodinierung ist auch in der Schmuckherstellung üblich, insbesondere in Situationen, in denen Weißgold plattiert werden muss. Silber, Platin und Kupfer sind ebenfalls beliebte Basismetalle für die Rhodinierung.

Ein Nachteil der Rhodinierung besteht darin, dass sich die Schutzbarriere des Rhodiums bei stark beanspruchten Anwendungen mit der Zeit abnutzt. Dies kann schließlich zu Verfärbungen führen und erfordert wahrscheinlich nach einigen Jahren eine zweite Beschichtungsrunde.