Selbst Galvanisieren - ganz einfach

Vor einigen Jahren habe ich mich in einer Artikelserie mit dem Galvanisieren beschäftigt. Wie es scheint, ist das Thema immer noch für viele Besucher interessant. Sei es für den Modellbau, die Schmuckherstellung oder für Elektronik-Projekte. Grund genug für mich, die alten Artikel etwas abzustauben, zu polieren und die Serie in zwei Artikeln neu zusammenzufassen. Bevor ich die erforderlichen Arbeitsschritte erkläre, erfahren Sie, worum es eigentlich beim Galvanisieren geht und welche Materialien bzw. Geräte benötigt werden.

Was ist Galvanisieren?

Beim Galvanisieren wird ein fester Gegenstand mit einer Metallschicht überzogen. Fließt ein elektrischer Strom zwischen zwei in eine spezielle Flüssigkeit (Elektrolyt) getauchte Elektroden, werden von der einen Elektrode Metallionen in die Flüssigkeit abgegeben und an der anderen Elektrode als Metall wieder abgeschieden.

Der Kupfer-Elektrolyt besteht aus einer wäßrigen Lösung aus Kupfersulfat und verdünnter Schwefelsäure. Das Kupfersulfat oder auch Kupfervitriol verliert in Lösung seine kristalline Struktur. Die in dem Salz enthaltenen Kupferatome werden in dieser Lösung zu frei beweglichen, positiv geladenen Kupfer-Ionen. Da ungleichnamige elektrische Ladungen sich gegenseitig anziehen, wandern die positiven Kupfer-Ionen bei Anlegen einer Spannung zum negativen Pol (Kathode=Werkstück) und lagern sich dort an.

Die bei der Ablagerung auf dem Werkstück der Lösung entzogenen Metall-Ionen werden aus dem Anoden-Blech herausgelöst, weshalb die Metall-Ionen-Konzentration im Elektrolyt gleich bleibt; der Elektrolyt verbraucht sich nicht. Dafür muss das Anodenblech irgenwann ausgewechselt werden.

Im Hobbybereich kann man so mit vergleichsweise geringem Aufwand sehr gute Ergebnisse erzielen. Erst wenn besondere Qualitätsansprüche ins Spiel kommen, wie etwa eine vorgegebene Schichtdicke mit geringer Toleranz, wirds professionell. Das erfordert dann meist entsprechende Geräte und besondere Vorbehandlungsschritte.

Benötigten Materialien und Geräte

Anode, Kathode, Kupfersulfat … Schwefelsäure? Sie ahnen es: Für das Galvanisieren benötigt man einige Materialien, damit die Sache auf Anhieb klappt. Woher Sie den passenden Elektrolyten beziehen, und was Sie dann damit anstellen können, erfahren Sie im Folgenden.

Für das Galvanisieren brauchen Sie:

Der Elektrolyt

Den Elektrolyten gibt es auch fertig angesetzt. Sollten Sie vorhaben, die Lösung selbst herzustellen beachten Sie bitte die Sicherheitshinweise.

Ausnahme: Gold- und Silber-Elektrolyte

Beim Vergolden und Versilbern funktioniert das etwas anders, weshalb hier spezielle Elektrolyte erforderlich wären, die bereits gelöste Metall-Ionen enthalten. Diese Elektrolyte werden beim Galvanisierungsvorgang verbraucht.

Galvanisiergefäß

Ein längliches Gefäß aus einem säurefesten Material wie Glas oder Plastik ist gut geeignet. Die längliche Form ist wichtig, weil eine möglichst gleichmässige Beschichtung erreicht werden soll. Dafür ist es wichtig, dass alle Punkte auf der Oberfläche des Werkstücks möglichst die gleiche Entfernung vom Anodenblech haben.

Ist das Werkstück klein gegenüber dem Galvanisiergefäß und dem Abstand von der Anode, ist diese Bedingung erfüllt. Anderenfalls sollte man zwei parallelgeschaltete Elektroden verwenden. Einen gleichmässigen Abstand erreicht man auch, wenn man das Anodenblech ringförmig gebogen um das Werkstück anordnet.

Selbst galvanisieren ist wirklich einfach.

Am Beispiel des Verkupferns möchte ich Ihnen hier den Vorgang des Galvanisierens erklären. Das Verkupfern ist oft (z. B. beim Vergolden) ein vorgelagerter Arbeitsschritt, der den Gegenstand mit einer gleichmäßigen, leitfähigen Oberfläche überziehen soll.

Das Galvanisieren kann in zwei Arbeitsschritte unterteilt werden:

Die Vorbehandlung des Werkstücks

Für die Reinigung des Werkstücks benötigen Sie folgendes Material:

Das Werkstück muss sehr gründlich gereinigt und entfettet werden. Das ist für einen einwandfreien Metallüberzug wichtig. Deshalb sollten Sie das Werkstück, wenn möglich, mit viel Wasser und Scheuermittel zunächst sehr sorgfältig von grobem Schmutz reinigen.

Danach lassen sich mit einer alten Zahnbürste aus den Vertiefungen Verunreinigungen herausschrubben. Anschließend mit einem fettfreien Lappen trockenreiben. Erst wenn das Werkstück völlig gesäubert ist, sollten Sie mit weiteren Arbeitsschritten beginnen.

Metallgegenstände müssen entfettet werden. Dies macht man mit Aceton, Spiritus oder ölfreiem Nagellackentferner. Auch hier sollten Sie sehr sorgfältig arbeiten. Wenn Sie das Werkstück danach unter fließendem Wasser abspülen, sollte das Wasser die gesamte Oberfläche benetzen – dann haben Sie beim Reinigen und Entfetten gründlich gearbeitet. Berühren Sie aber das Werkstück nicht mehr mit den Fingern, sondern verwenden Sie eine Pinzette.

Das Verkupfern

Befüllen Sie das Galvanisiergefäß mit dem Elektrolyten. Nehmen Sie nun die mit Anschlussklemmen versehenen Kabel und verbinden Sie ein Ende des errechneten Vorwiderstandes mit dem Pluspol der Batterie und das andere Ende mit dem Blech (Anode). Legen Sie nun das gesäuberte und leitend gemachte Werkstück in den Elektrolyten. Befestigen Sie nun bitte ein Stückchen stabilen Draht so, dass er dauerhaft das Werkstück im Elektrolyten berührt und verbinden Sie den Draht mit dem Minuspol der Batterie. Der Stromkreis ist nun geschlossen und der Galvanisierungsvorgang setzt ein.

Die erforderliche Dauer für das Verkupfern ist unterschiedlich und hängt von der Stromstärke und von der benötigten Dicke des Überzugs ab. Ein hauchdünner Kupferüberzug braucht etwa eine halbe Stunde. Wenn eine gewisse mechanische Stabilität gewünscht ist, benötigt man einige Stunden bis Tage. Exakte Werte lassen sich hier schwer angeben, hier ist etwas experimentieren angesagt. Im nächsten Abschnitt gehe ich darauf etwas genauer ein.

Nach dem Verkupfern entnehmen Sie das Werkstück dem Elektrolyten und spülen ihn unter fließendem Wasser sehr gründlich ab. Anschließend läßt sich das Werkstück mit einer dünnen Lackschicht überziehen. Das verhindert ein Anlaufen der frischen Metallschicht.

Verbrauchte Elektrolyten müssen als Sondermüll entsorgt werden und gehören auf keinen Fall in das Abwasser.

Galvanisieren die Spannungsquelle

Das Galvanisieren erfordert eine Gleichspannung. Es muss wirklich Gleichspannung sein – sonst funktioniert’s nicht. Für das Verkupfern reicht eine Spannung um die 1,0 Volt. Theoretisch genügte also eine Taschenlampenbatterie. Da aber die benötigte Stromstärke von der Größe des Werkstücks abhängt, sind Batterien bei größeren Objekten schnell erschöpft.

Daher ist ein Netzteil mit 1000mA Ausgangsleistung eine gute Wahl, denn so hat man eine gewisse Leistungsreserve auch für etwas größere Werkstücke. ( Sie können auch ein Ladegerät für Autobatterien benutzen. Den Innenwiderstand eines solchen Ladegerätes können Sie bei Ihren weiteren Berechnungen dann vernachlässigen.) Um die passende Spannung zu erhalten, schaltet man einen Vorwiderstand in den Stromkreis. Die Berechnung der richtigen Stromstärke

Wieviel Strom wird nun zum Galvanisieren benötigt? Zum Verkupfern benötig man etwa 10-20 mA/cm² (Milliampere pro Quadratzentimeter). Mit Hilfe von Millimeterpapier oder einem anderen Rasterpapier schätzen wir so genau es geht die Größe des Gegenstandes ab. Denken Sie dabei auch an die Rückseite des Gegenstandes. Bei Objekten mit räumlicher Ausdehnung müssen Sie natürlich auch die Seitenflächen hinzurechnen.

An einem Beispiel möchte ich Ihnen die Berechnung des Vorwiderstandes demonstrieren:

Nehmen wir an, der Gegenstand habe eine Gesamtoberfläche von 10cm². Damit ergibt sich die Stromstärke zu:

10cm² x 15mA/cm² = 150mA (15mA ist der mittlere Wert von 10-20 mA; s.o)

Steht uns eine Spannungsquelle von 6 Volt zur Verfügung, errechnet sich der Widerstand zu:

(R=U/I) = 6V / 150mA = 40 Ohm Dies ist der Gesamtwiderstand im Stromkreis, der sich aus dem Vorwiderstand, dem Innenwiderstand der Stromquelle und dem Widerstand des Elektrolyten errechnet. Letzteren können wir vernachlässigen, da er sehr gering ist. Der Innenwiderstand der Stromquelle ist da schon wichtiger. Der beträgt bei einem Kleinnetzteil bei 6 Volt geschätzte 20 Ohm. Diesen Wert ziehen Sie vom soeben ermittelten Gesamtwiderstand ab und erhalten so den Wert für den Vorwiderstand. Rg – Ri = Rv –> 40 Ohm – 20 Ohm = 20 Ohm.

Wählen Sie einen 5 Watt Leistungswiderstand. Dieser Widerstand kann sich beim Galvanisieren erwärmen, weshalb Sie ihn am besten auf eine Hitzebeständigen Unterlage legen. Wenn Sie ein Netzteil verwenden, dessen Innenwiderstand Sie nicht kennen, kontrollieren Sie Ihr Rechenergebnis, indem Sie mit einem Multimeter (Amperemeter) den im Stromkreis fließenden Strom nachmessen. Ist der Strom zu hoch, wählen Sie einen höheren Widerstand.

Wenn es darum geht, größere Gegenstände zu galvanisieren oder Galvanoplastiken zu erstellen, kommt schnell die Frage nach einer leistungsfähigen Spannungsquelle auf. Ein einfaches, preisgünstiges und regelbares Labornetzgerät erfüllt sehr wahrscheinlich alle Ihre Wünsche hinsichtlich einer stabilen und leistungsfähigen Spannungsversorgung. Diese als sogenannte Schaltnetzteile aufgebauten Geräte sind sehr komfortabel in der Bedienung und liefern enorme Leistungen die zum Galvanisieren allemal ausreichen. Die über Regler eingestellten Werte für Spannung und Strom werden unmittelbar angezeigt. Heute meist in einem auf der Frontseite angebrachten Display. Ein zusätzliches Multimeter zur Kontrolle der eingestellten Stromstärke wird also überflüssig. Labornetzgeräte kosten heute nicht mehr die Welt und sind gerade für diesen Zweck wirklich eine gute Investition. Im nächsten Artikel greife ich diesen Punkt noch einmal auf und gebe noch ein paar wichtige Tipps zum Galvanisieren.

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