Das Verchromen

VS0171 / DAS VERCHROMEN

PRINZIP 

Dieses elektrolytische Beschichtungsverfahren ist eines der bekanntesten, obwohl diese Bezeichnung fälschlicherweise auch für mehrschichtige Schutzschichten wie Nickel + Chrom verwendet wird. 

Seine industrielle Bedeutung ist sowohl durch seine dekorative Funktion (Nichtanlaufen) bei Dicken von bis zu einem Mikrometer als auch durch seine schützende und mechanische Funktion (Hartverchromung) gerechtfertigt, bei der die gleiche Chromschicht auf dem Grundmetall mit Dicken von etwa zehn bis einigen hundert Mikrometern abgeschieden wird. 

Die Leistungsfähigkeit von Elektrolytchrom für solche Anwendungen liegt in seiner Härte, seiner Abriebfestigkeit, der Passivität der Oberfläche und den Reibungseigenschaften von gleitenden oder rotierenden Gegenstücken begründet. 

REAKTIONSMECHANISMEN BEIM VERCHROMEN 

Damit bei der Elektrolyse eine Chromabscheidung entsteht, ist ein bestimmter Anteil eines Katalysatoranions (SO4--) erforderlich (≈ 1/100 Masseanteil des Chromsäureanhydrids). 

Die Phänomene werden in der folgenden Abbildung schematisch dargestellt und entsprechen den elektrochemischen Reaktionen an der Kathode und der Anode.

DEKORATIVES VERCHROMEN 

Diese Bezeichnung umfasst eigentlich ein mehrschichtiges Korrosionsschutzsystem: Ni + Cr oder sogar Cu + Ni + Cr, wobei Chrom Passivität, Oberflächenhärte und Anlaufbeständigkeit, aber eine meist zerklüftete Struktur mit sich bringt. Nickel, das dicker, verformbar und nicht porös ist, isoliert das Grundmetall von der Umgebung. Anodisch zu Chrom wird Nickel an den Rissen oder Poren der Chromablagerung korrodieren. 

Es gibt eine große Vielfalt an Nickel+Chrom-Systemen: Die wichtigsten sind in aufsteigender Reihenfolge des Schutzes:  

• Glanzvernickelung + Standardchrom (z. B. Einrichtungsgegenstände)

• Glanzvernickelung + mikrogerissenes Chrom,

• Glanzvernickelung + Duplex-Chrom (nicht gerissen + mikrogerissen),

• Duplexvernickelung + ungerissenes Chrom

• Duplexvernickelung + mikrogerissenes Chrom. 

Diese Beschichtungssysteme wurden weitgehend in der Automobilindustrie eingesetzt, wo die erforderlichen Schichtdicken von 10 bis 50 µm Nickel und 0,1 bis 1 µm Chrom reichen. 

Die Anwendung von dekorativem Chrom findet sich in vielen Industrien, besonders:  

• Automobilindustrie und Ausrüstung,

• optische, Präzisions- und medizinische Instrumente,

• Telefon- und Elektromaterial,

• Metallmöbel,

• Sportartikel und Haushaltsgeräte,

• usw... 

Die Qualitätskontrollen beziehen sich auf Haftung, Porosität, Dicke und Korrosionsbeständigkeit. Die Norm NF A 91-119, kann hilfreich konsultiert werden. 

HART UND DICK VERCHROMT

Diese Verchromungstechnik für industrielle Zwecke bezieht sich auf dickere Abscheidungen als bei dekorativen Zwecken, wobei eine oder mehrere der folgenden Eigenschaften ausgenutzt werden: 

• geringe Reibungskohärenz, 

• Antihafteigenschaften,  

• Verschleißfestigkeit und hohe Härte,  

• Korrosionsbeständigkeit,  

• Qualitäten in Bezug auf die Belastbarkeit.  .  

EIGENSCHAFTEN 

Hartchrombeschichtungen haben normalerweise eine Dicke von 8 bis 250 µm. Die verwendeten Bäder sind ganz ähnlich wie die beim dekorativen Verchromen verwendeten, abgesehen von der niedrigeren Cr3-Konzentration (150 bis 300 g/L) und der Temperatur von 50°C, was Stromdichten von bis zu 80 A/dm2 ermöglicht.

Um die höchsten Härten (≈ 1000HV) zu erreichen, müssen Temperatur und kathodische Stromdichte zusammen betrachtet werden (Abbildung oben). 

Da bei der Dickverchromung hohe kathodische Stromdichten und damit eine hohe Stromstärke pro Volumeneinheit im Spiel sind, ist es oft sinnvoll, ein Kühlsystem für das Bad vorzusehen, das an die durch den Joule-Effekt abgeführte Leistung angepasst ist. 

ANWENDUNGSTECHNIKEN 

Form und Oberflächenbeschaffenheit 

Die endgültige Qualität der dicken Chromschicht hängt von der Oberflächenbeschaffenheit und der Form des zu beschichtenden Teils ab. 

Dickes Chrom verstärkt die Fehler des Grundmetalls, und zwar umso mehr, je dicker es ist. Die Oberfläche sollte daher frei von Stichen, Verdunkelungen, kaltverfestigten Stellen, Metallabrissen, Ziehriefen, Härtungsspuren, Blasenbildung usw. sein 

Die Verstärkung der Oberflächenrauheit muss auch berücksichtigt werden, wenn man die vorherigen Arbeitsgänge Läppen, Polieren oder Schleifen vorsieht (Gesamtrauheit R t ≤ 1 µm und R a ≤ 0.5 µm). 

Elektrolytisches Chrom kann durch Schleifen oder Honen bearbeitet werden und ermöglicht durch Superfinishing eine sehr geringe Rauheit: R a von 0.1 bis 0.02 µm. 

Wahl der Einlage 

Bei einem tolerierten zylindrischen Werkstück kann durch Verchromen eine ohne Nacharbeit nutzbare Oberfläche erzielt werden, wobei jedoch zu berücksichtigen ist, dass die Toleranz für den verchromten Durchmesser die algebraische Summe der Bearbeitungstoleranzen des Trägers und der Dickentoleranz der Verchromung.

Verchromung zum Maßstab 

• Chromdicke ≤ 12μm: Trockenreibung, z.B. Schneidwerkzeuge; 

• Chromdicke 10 bis 25 μ: Formen,  

• Chromdicke 20 bis 60 μm: Gleitreibung, leichte Verhinderung von Verschleiß oder Korrosion. 

Dickes Verchromen 

• Dicke > 50μm, manchmal bis zu 500μm, um eine genaue Bemaßung nach dem Schleifen auf: 

• Neu: Schutz, wichtig gegen Abnutzung (Abrieb und Korrosion); 

• Bei der Bearbeitung defekt oder verschlissen: Einbringung > 50μm und diametrale Toleranz ≤ 40μm nach dem Schleifen 

Vor- und Nachbehandlungen 

Durch Behandlungen vor dem Verchromen werden Verschmutzungen, Oxide, aber auch die kaltverfestigte Oberflächenschicht entfernt und eventuell die Rauheit verringert. Um die Ermüdungsfestigkeit zu verbessern, kann ein Verfestigungsstrahlen spezifiziert werden: 

• Strahlintensität 0,3 mm Bogen, Stahl R m < 1.100 MPa, 

• Strahlintensität 0,4 mm Bogen, Stahl R m ≥ 1.100 MPa, 

Nach der elektrolytischen Verchromung werden hochfeste Stähle aufgrund der intensiven Wasserstoffentwicklung spröde. 

Man stellt die Eigenschaften solcher Teile durch eine sogenannte Entgasungswärmebehandlung wieder her, die die Diffusion von Wasserstoff nach außen fördert, und zwar sofort nach dem Verchromen (weniger als 4 Stunden) und vor jeder mechanischen Nachbearbeitung. 

Teile, die ermüdungsbeständig sein müssen und nicht vorgespannt sind, werden folgender Wärmebehandlung unterzogen: 400 bis 480°C für mindestens 1 Stunde; dies kann jedoch zu einer Verringerung der Härte von Chrom und Stahl führen. 

Es kann eine Entspannung bei einer Temperatur von 135 bis 150°C für 2 bis 5 Stunden vorgeschrieben werden, nachdem die Chromschicht geschliffen wurde. 

In jedem Fall sind vor und nach dem Schleifen von Chrom magnetoskopische oder Farbeindringkontrollen zu empfehlen, da ein schlecht durchgeführtes Schleifen zu einer verstärkten Rissbildung in der Ablagerung führt. 

STRUKTUR UND EIGENSCHAFTEN VON HARTCHROM

Selbst bei geringer Dicke 0.5 bis 1μm reißt die elektrolytische Chromabscheidung, da die inneren Spannungen der Abscheidung (≈ 100 MPa) größer sind als die Zähigkeit des Chroms (≈ 15 MPa).

Die mikroskopische Untersuchung zeigt somit charakteristische Rissnetzwerke, Netzwerke, die sich mit zunehmender Ablagerung ohne Kontinuität überlagern Eine relative Dichtigkeit der Ablagerung wird erst ab einer Dicke von 30 bis 50 μm erreicht. 

Im Gegensatz zu anderen elektrolytischen Ablagerungen ist die Korngröße mit 0,008 bis 0,12μm übermäßig fein. Sie wird nur durch Röntgenstrahlen sichtbar und ändert sich erst bei Wärmebehandlungen, die 400°C übersteigen und länger als eine Stunde dauern, wobei die Änderung dann mit einer Abnahme der Härte zusammenfällt. 

Härte und Verschleißfestigkeit sind zwei wesentliche Eigenschaften von Elektrolytchrom. Die im Abschnitt „Eigenschaften der Hartverchromung“ besprochenen Parameter erlauben es, diesen Wert meist festzulegen, bestenfalls zwischen 800 und 1.000 HV.