Gegenstand dieser Facharbeit ist das Verfahren der galvanischen Hartverchromung, bei dem Maschinenteile elektrolytisch mit Chrom beschichtet werden. Besonders betrachtet wird der Einfluss der Chromsäurekonzentration im Elektrolyten auf Eigenschaften wie Schichtdeckung und Glanz der Chromschicht zum einen und die Stromausbeute zum anderen. Grundlage der Arbeit ist eine Versuchsreihe, die am 12. und 13.12.2007 bei der Firma Federal Mogul in Burscheid durchgeführt wurde.
Zunächst wird die allgemeine Theorie der elektrolytischen Oberflächenbeschichtung erläutert, danach die Aufbauten und Durchführungen der Versuche für die galvanische
Hartverchromung vorgestellt. Anschließend werden die Versuchsergebnisse beschrieben und mit Angaben aus der Literatur verglichen. Die Arbeit soll zu einem besseren Verständnis der Zusammenhänge zwischen Elektrolytparametern und Versuchsergebnissen
bei der galvanischen Hartverchromung beitragen.
Inhaltsverzeichnis
I. Einleitung
II. Theorie der elektrolytischen Abscheidung
III. Aufbau und Durchführung der galvanischen Hartverchromung
III.1 Aufbau des Hullzellen-Versuchs
III.2 Durchführung des Hullzellen-Versuchs
III.3 Aufbau des Versuchs zur Stromausbeute
III.4 Durchführung des Stromausbeute-Versuchs
IV. Beobachtung und Auswertung der Versuche
IV.1 Beobachtungen und Auswertung der Hullzellen-Versuche
IV.2 Beobachtungen und Auswertung der Versuche zur Stromausbeute
V. Herstellen einer Relation zwischen den Versuchsergebnissen und Vergleich mit Literaturangaben
V.1 Breite der glänzenden Chromschicht
V.2 Kritische Stromdichte
V.3 Stromausbeute
V.4 Exkurse zu Versuchen mit abweichender Elektrolyttemperatur
VI. Zusammenfassung
Zielsetzung und thematische Schwerpunkte
Die Facharbeit untersucht das Verfahren der galvanischen Hartverchromung mit einem Fokus auf den Einfluss der Chromsäurekonzentration im Elektrolyten auf die Schichtqualität (insbesondere Glanz und Deckung) sowie die Stromausbeute, basierend auf einer Versuchsreihe bei der Firma Federal Mogul.
- Einfluss der Chromsäurekonzentration auf Schichtaussehen und Glanz.
- Experimentelle Bestimmung der Stromausbeute mittels Stahlstangen.
- Untersuchung von Stromdichtebereichen unter Verwendung einer modifizierten Hull-Zelle.
- Vergleich der experimentellen Ergebnisse mit theoretischen Literaturangaben.
- Analyse des Einflusses der Elektrolyttemperatur als ergänzender Exkurs.
Auszug aus dem Buch
III.1 Aufbau des Hullzellen-Versuchs
Für die Untersuchung der Chromschicht wird eine modifizierte Hull-Zelle verwendet (s. Abb. 2 auf S.5). Im satz zur abgebildeten ist die tatsächlich verwendete Zelle spiegelverkehrt, was sich aber nicht auf die generellen Eigenschaften auswirkt. Die Hull-Zelle hat den Vorteil, dass man, bedingt durch den variablen Abstand der beiden Elektroden voneinander, mehrere verschiedene Stromdichtebereiche in einem Versuchsdurchgang untersuchen kann. Die beiden Enden der Schräge heißen dabei hcd (high current density)-Kante und lcd (low current density)-Kante, wobei die Elektroden an der hcd-Kante am nächsten und an der lcd-Kante am weitesten voneinander entfernt sind. Diese Bezeichnungen wurden auch in diese Arbeit übernommen.
Die Hull-Zelle wird von oben über eine Halterung so in das Becken eingehängt, dass der Elektrolytspiegel mit der Füllstandsmarkierung an ihrer Innenseite zusammenfällt. Die Titananode wird elektrisch mit dem Pluspol des Gleichrichters verbunden, das zu beschichtende Objekt - in diesem Fall ein 100 mm × 75 mm großes Stahlblech - kathodisch geschaltet und in die Schräge der Hull-Zelle eingehängt. Beim beschriebenen Aufbau taucht dann das Blech auf der gesamten Breite und 47 mm Höhe in den Elektrolyten ein.
Zusammenfassung der Kapitel
I. Einleitung: Einführung in das Thema der galvanischen Hartverchromung, Definition der Zielsetzung und Beschreibung der praktischen Versuchsreihe.
II. Theorie der elektrolytischen Abscheidung: Erläuterung der elektrochemischen Grundlagen der Elektrolyse sowie der Faradayschen Gesetze.
III. Aufbau und Durchführung der galvanischen Hartverchromung: Detaillierte Beschreibung der experimentellen Anordnungen für Hull-Zellen-Versuche und Stromausbeutemessungen inklusive Vorbehandlung.
IV. Beobachtung und Auswertung der Versuche: Präsentation der empirischen Ergebnisse bei verschiedenen Konzentrationen und Temperaturen sowie deren direkte Beobachtung.
V. Herstellen einer Relation zwischen den Versuchsergebnissen und Vergleich mit Literaturangaben: Wissenschaftliche Diskussion der gewonnenen Daten und Abgleich mit etablierten theoretischen Modellen.
VI. Zusammenfassung: Resümee der Arbeit und Fazit hinsichtlich des optimalen Verhältnisses der Elektrolytparameter.
Schlüsselwörter
Galvanische Hartverchromung, Chromsäure, Elektrolyt, Hull-Zelle, Stromausbeute, Stromdichte, Kathode, Anode, Oberflächenbeschichtung, Korrosionsschutz, Faradaysches Gesetz, Elektrolyttemperatur, Schichtglanz, Metallabscheidung, Galvanotechnik.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Facharbeit grundsätzlich?
Die Arbeit befasst sich mit der Untersuchung des Verfahrens der galvanischen Hartverchromung von Maschinenteilen.
Was sind die zentralen Themenfelder der Untersuchung?
Im Zentrum steht der Einfluss der Chromsäurekonzentration im Elektrolyten auf Eigenschaften wie Schichtglanz und Stromausbeute.
Was ist das primäre Ziel der Arbeit?
Ziel ist es, die Zusammenhänge zwischen Elektrolytparametern und den resultierenden Versuchsergebnissen bei der Hartverchromung besser zu verstehen.
Welche wissenschaftliche Methode wird primär verwendet?
Es wird eine Versuchsreihe mit 14 Durchgängen durchgeführt, wobei insbesondere die Hull-Zelle zur Analyse und Stahlstangen zur Stromausbeutemessung genutzt werden.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in den Versuchsaufbau, die Durchführung der Messungen unter variierenden Parametern und die anschließende Auswertung und Relation zu Literaturangaben.
Welche Schlüsselbegriffe charakterisieren die Arbeit?
Die Arbeit ist durch Begriffe wie Hartverchromung, Stromdichte, Stromausbeute, Elektrolytkonzentration und Galvanotechnik definiert.
Welchen Effekt hat die Veränderung der Elektrolyttemperatur?
Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Temperatur einen wesentlich stärkeren Einfluss auf die Stromausbeute hat als die reine Chromsäurekonzentration.
Was ist das Fazit bezüglich der Chromsäurekonzentration?
Die Versuche zeigen, dass bei einer Konzentration von ca. 300 g/l ein optimaler Kompromiss zwischen Schichtqualität und Energieaufwand erzielt wird.
- Quote paper
- Dmitrij Ziles (Author), 2008, Die Galvanische Hartverchromung - Untersuchungen an schwefelsäurekatalysierten Chrom(VI)‐Elektrolyten in einer modifizierten Hull‐Zelle, Munich, GRIN Verlag, https://www.hausarbeiten.de/document/173105
