Der Ersatz von hexavalenten Chromverbindungen in der galvanischen Industrie ist seit der Registrierung, Bewertung, Zulassung und Beschränkung chemischer Stoffe (REACH-Verordnung) der Europäischen Union ein zentrales Thema. In der dekorativen Verchromung ist die Substitution durch adäquate Alternativen sehr vielversprechend. Allerdings ist der Ersatz von CrVI-Verbindungen in der funktionellen Verchromung herausfordernd, denn Chromschichten aus trivalenten und hexavalenten Elektrolyten unterscheiden sich bspw. in der Farbe und Korrosionsbeständigkeit. In dieser Arbeit wird die Wirkungsweise verschiedener organischer Säuren auf die Abscheidung von dickeren Chromschichtdicken (> 1 µm) untersucht. Wichtige Instrumente, um die Reaktion und die Chromabscheidung zu untersuchen, sind zum einen die Hochleistungsflüssigkeits-Chromatographie (HPLC, engl. High performance liquid chromatography), elektrochemische Quarzmikrowaage (EQCM), Polarographie (DPP, engl. differential pulse polarography), die Zyklovoltammetrie (CV, engl. Cyclic voltammetry) und zum anderen Querschliffanalysen. Die Schichtcharakterisierung erfolgte über die Rasterelektronenmikroskopie (REM). Die Ergebnisse der Untersuchungen zeigten, dass Reaktionsgeschwindigkeit, Abscheideraten und der daraus resultierende Schichtaufbau, von der Art und Konzentration der Carbonsäuren abhängen. Es konnten Aussagen über die Wirkung der Carbonsäuren als Komplexbildner getroffen und mit dem Chelat-Effekt erklärt werden. Mit einer optimalen Elektrolytzusammensetzung konnten Schichtdicken von 25 bis zu 85 µm abgeschieden werden. Möglichkeiten, die eine gleichmäßige, rissarme Abscheidung unterstützen, wurden untersucht. Ein abschließender Vergleich der Chromschichten aus einem industriell genutzten sechswertigen Hartchromverfahren und dem hier beschriebenen dreiwertigen Elektrolyten zeigt gute Übereinstimmungen. Lediglich der Korrosionsschutz der Chromschicht aus dem trivalenten Elektrolyten ist nur mit Hilfe einer zusätzlichen Nickelschicht zu gewährleisten.
The substitution of hexavalent chromium compounds in the electroplating industry has been a key issue since the European Union's Registration, Evaluation, Authorization and Restriction of Chemicals (REACH) regulation. In decorative chromium plating, substitution with adequate alternatives is very promising. However, the substitution of CrVI compounds in functional chromium plating is challenging, because chromium layers from trivalent and hexavalent electrolytes differ, e.g. in color and corrosion resistance. In this work, the effect of different organic acids on the deposition of thick chromium layers (> 1 µm) is investigated. Important tools to study the reaction and chromium deposition are high performance liquid chromatography (HPLC), electrochemical quartz microbalance (EQCM), differential pulse polarography (DPP), cyclic voltammetry (CV) and cross-section analysis. Layer characterization was performed by scanning electron microscopy (SEM). The results of the investigations showed that the reaction rate of the complex formation, deposition rates and the resulting layer structure depend on the type and concentration of the carboxylic acids. Statements could be made about the effect of the carboxylic acids as complexing agents and could be explained with the chelate effect. With an optimized electrolyte composition, layer thicknesses of 25 to 85 µm could be achieved. Possibilities to deposit uniform layers with a low number of cracks were investigated. A final comparison of the chromium layers from an industrially used hexavalent hard chromium process and the trivalent electrolyte described in this work shows good agreement. However, high corrosion protection of the chromium layer from the trivalent electrolyte can only be guaranteed with the aid of an additional nickel layer.
Nutzung und Vervielfältigung:
Alle Rechte vorbehalten