Diese Frage erschien erstmals am 1. Dezember 2016 auf ProductsFinishing.com in der Plating Clinic. Von Derek Vanek.

Der Schlüssel zu einer gleichmäßigen Dickenverteilung ist eine gleichmäßige Stromverteilung. Geht man von einem Wirkungsgrad von 100 % aus, lassen grundlegende Gesetze der Elektrochemie (z. B. Stromverteilung) nicht immer eine gleichmäßige Abscheidung zu. Gleichstrom sucht sich immer den Weg des geringsten Widerstandes von der Anode zur Kathode (Substrat/Werkstück). Infolgedessen erhalten Pfade mit dem geringsten Widerstand wie scharfe Kanten oder Vorsprünge eine stärkere Abscheidungen, während Bereiche wie Innenecken/Radien eine deutlich geringere Menge an Abscheidungen erhalten. Das Ziel des Beschichters und Konstrukteurs ist es, die geringste Dickenvariation über ein Werkstück hinweg bereitzustellen. Designüberlegungen berücksichtigen mehrere Variablen: Anodendesign (Geometrie, Maskierung und Werkzeugbewegung), Werkstück (Maskierung und Diebstahl), Badvariablen (Stromdichte, Temperatur, Additive und Strömungsverteilung), um nur einige zu nennen. Hier wird sich hauptsächlich auf das Anodendesign konzentriert.

Selektive (Bürsten-)Plattierung ist eine ausgereifte Methode zum Galvanisieren kontrollierter Dicken von Abscheidungenen wie Kupfer, Cadmium, Kobalt, Gold, Nickel, Silber, Zinn sowie Legierungen wie Babbitt, Kobalt-Wolfram, Nickel-Wolfram und Zink -Nickel auf alle gängigen Grundwerkstoffe für Industriebauteile.

Wie der Name schon sagt, konzentriert sich der Prozess auf einen bestimmten „ausgewählten“ Bereich einer Komponente. Der zu plattierende Bereich sowie angrenzende zu maskierende Bereiche werden zunächst mit einem geeigneten Lösungsmittel gereinigt. Das Teil wird dann maskiert, um den zu plattierenden Bereich zu isolieren und die angrenzenden Bereiche vor den Auswirkungen der chemischen Prozesse zu schützen. Zu den typischen Abdeckmaterialien gehören Aluminium- und Vinylbänder, Abdeckfarben und spezielle Vorrichtungen.

Das eigentliche selektive (Bürsten-)Plattierungsverfahren besteht aus mehreren vorbereitenden Schritten, in denen der Arbeitsbereich elektrochemisch vorbereitet wird, um eine haftfeste Endbeschichtung zu erhalten, deren Dicke durch Amperestunden gesteuert wird (Faktor x Fläche x Dicke = Amperestunden).

  • Der Faktor ist eine gut etablierte Beschichtungsrate, die für eine Beschichtungslösung spezifisch ist. Es sind die Amperestunden, die erforderlich sind, um das Metallvolumen, das einer Dicke von einem Zoll entspricht, auf einer Fläche von einem Quadratzoll abzuscheiden.
  • Die Fläche ist die gesamte zu plattierende Oberfläche.
  • Die Dicke ist die gewünschte Auftragsdicke nach dem Plattieren

Eine gleichmäßige Verteilung der Abscheidung wird in erster Linie durch Auswahl, richtiges Design und Verwendung des Plattierungswerkzeugs sowie durch richtiges Abdecken für die Anwendung erreicht.

Das Abdecken der gesamten Länge eines AD, ID oder einer flachen Oberfläche mit einem Werkzeug macht es relativ einfach, eine gleichmäßige Dicke zu erhalten. Wenn das Werkzeug nicht die volle Länge abdeckt, treten Probleme auf. Nehmen wir zum Beispiel den Fall, dass versucht wird, einen 3 Zoll langen Außendurchmesser mit einem Werkzeug zu plattieren, das 2 Zoll der Länge abdeckt. Wenn das Werkzeug wie in Skizze Nr. 1 oben in der Mitte von Abbildung 1 gezeigt bewegt wird, wird die Mitte von 1 Zoll immer abgedeckt. An den Enden gibt es weniger Abdeckungszeit. Es ergibt sich eine Depotverteilung wie unten dargestellt. Die Alternative dazu besteht darin, das Werkzeug wie in Skizze Nr. 2 links in Abbildung 1 gezeigt zu bewegen. Es wird eine gleichmäßige Abscheidungensverteilung erzielt, aber jetzt wird einige Zeit verschwendet, wenn das Werkzeug vom Teil entfernt ist. Diese Bewegung ist möglicherweise auch nicht praktikabel, wenn auf einer Seite eine Schulter vorhanden ist. Die gleiche Situation gilt für ID- und flache Oberflächen. Zusammenfassend versuchen Sie immer, dass das Werkzeug die gesamte Länge des Außen- oder Innendurchmessers oder die gesamte Länge oder Breite einer flachen Oberfläche abdeckt. Skizze Nr. 3. Die Anode kann ferner entlang des Außenumfangs mit leichter Überlappung auf der Arbeitsfläche maskiert werden, um die Ansammlung von Abscheidungenen entlang der Kanten des Werkstücks zu minimieren.

Wenn das Werkzeug wie oben in der Mitte gezeigt bewegt wird, wird mehr Plattierung in der Mitte und weniger an den Enden erhalten. Wenn das Werkzeug wie unten links gezeigt bewegt wird, wird eine gleichmäßige Abscheidung erzielt, aber es wird viel Zeit verschwendet, wenn das Werkzeug vom Teil entfernt ist.

Abbildung 1: Schwierigkeiten, die auftreten, wenn ein Beschichtungswerkzeug nicht die volle Länge eines Außendurchmessers abdeckt.

Eine weitere Überlegung für die Gleichmäßigkeit der Abscheidung ist die Sicherstellung einer gleichmäßigen Verteilung der Plattierungslösung über den zu plattierenden Bereich. Für beste Ergebnisse sollte die Beschichtungslösung durch das Beschichtungswerkzeug in den Arbeitsbereich gepumpt und gleichmäßig über den Arbeitsbereich verteilt werden. Eine ungleichmäßige Verteilung frischer Lösung über den Arbeitsbereich führt zu einer ungleichmäßigen Auftragsdicke.

Hier sind einige Verallgemeinerungen:

  • Je dicker die Abscheidung, desto schwieriger ist es, eine enge Toleranz zu beschichten
  • Es ist einfacher, eine kleine Fläche genau zu plattieren als eine große Fläche
  • Es ist einfacher, enge Toleranzen bei einfachen Formen ohne Unterbrechungen einzuhalten als bei komplexen Formen oder Formen mit Unterbrechungen oder einem großen Volumen
    Prozent des Randbereichs mit hoher Stromdichte
  • Die mechanische Bewegung des Teils oder der Anode führt zu konsistenteren Ergebnissen als die Bewegung von Hand
  • Es ist einfacher, eine geringe Dicke auf einer kleinen Fläche genau zu plattieren, als eine große Dicke auf einer großen Fläche zu plattieren