DGUV Information 213-716 - Galvanotechnik und Eloxieren Empfehlungen Gefährdungs...

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Abschnitt 3.2, 3.2 Beschichtungsverfahren
Abschnitt 3.2
Galvanotechnik und Eloxieren Empfehlungen Gefährdungsermittlung der Unfallversicherungsträger (EGU) nach der Gefahrstoffverordnung (DGUV Information 213-716)
Titel: Galvanotechnik und Eloxieren Empfehlungen Gefährdungsermittlung der Unfallversicherungsträger (EGU) nach der Gefahrstoffverordnung (DGUV Information 213-716)
Normgeber: Bund
Amtliche Abkürzung: DGUV Information 213-716
Gliederungs-Nr.: [keine Angabe]
Normtyp: Satzung

Abschnitt 3.2 – 3.2 Beschichtungsverfahren

Bei den Beschichtungsverfahren kommen galvanische (Galvanisieren) und chemische Verfahren (außenstromlose Metallabscheidung) zur Anwendung.

Das Galvanisieren ist die elektrochemische Metallabscheidung auf Metallen und leitend gemachten Nichtleitern, z. B. Kunststoffen, durch Anlegen einer Fremdspannung. Hierbei erfolgt die Abscheidung mit niedergespanntem Gleichstrom, wobei das zu beschichtende Werkstück als Kathode geschaltet ist. An der Kathode wird das Metall abgeschieden. Das abzuscheidende Metall wird entweder durch Lösen einer Anode oder durch Einbringen von gelösten Metallsalzen in den Elektrolyten ergänzt.

Bei den chemischen Verfahren werden die Überzüge aus einer Metallsalzlösung ohne Anlegen einer Fremdspannung abgeschieden. Die Abscheidung beginnt durch Ladungsaustausch und kann in einigen Fällen autokatalytisch weitergeführt werden. Das unedlere Metall geht in Lösung bzw. ein Reduktionsmittel wird verbraucht, während sich das edlere Metall aus der Salzlösung auf dem Werkstück abscheidet. Im Folgenden werden die einzelnen Verfahren näher beschrieben.

3.2.1 Hartverchromen

Dies ist die direkte Abscheidung von dickeren Chromschichten ohne Zwischenschicht. Die Werkstücke müssen sorgfältig vorbehandelt werden. Gegenüber dem Glanzverchromen benötigt man einen höheren Fremdsäuregehalt (um 1 %), einen niedrigeren Chromsäuregehalt (240 bis 280 g/L Chromtrioxid) und höhere Stromdichten (40 bis 50 A/dm2). Die Elektrolyttemperatur liegt zwischen 55 und 80 C. Der Wirkungsgrad beträgt maximal 30 %. Hiermit verbunden ist eine starke Wasserstoffentwicklung, folglich ein größerer Austrag von Chromsäureaerosolen in die Luft am Arbeitsplatz.

Aufgrund der Wasserstoffentwicklung ist die Entstehung einer gefährlichen explosionsfähigen Atmosphäre möglich.

3.2.2 Glanzverchromen/Schwarzverchromen

Hierbei werden überwiegend dünne Schichten < 1 μm abgeschieden. In der Regel werden vorher Zwischenschichten aus Kupfer und Nickel aufgebracht.

Für die Glanzverchromung werden vorzugsweise Elektrolyte mit einer Konzentration von 320 bis 380 g/L Chromtrioxid verwendet. Die Stromdichten liegen zwischen 10 und 15 A/dm2. Der Wirkungsgrad beträgt 20 bis 30 %, die Elektrolyttemperatur ca. 40 C. Die Wasserstoffentwicklung und damit der Austrag von Chromsäureaerosolen in die Luft am Arbeitsplatz sind verfahrensbedingt nicht so ausgeprägt wie beim Hartverchromen.

Aufgrund der Wasserstoffentwicklung ist die Entstehung einer gefährlichen explosionsfähigen Atmosphäre möglich.

3.2.3 Vernickeln, Glanznickel/Halbglanznickel

Diese Beschichtung erfolgt galvanisch, ausschließlich aus sauren, meist schwefelsauren Elektrolyten. Die Elektrolyttemperatur beträgt in der Regel 55 bis 65 C, der Wirkungsgrad ca. 95 bis 98 %. Damit bleiben die Wasserstoffentwicklung und Aerosolbildung rein verfahrensbedingt gering. Elektrolytbewegungen bzw. Lufteinblasung können allerdings Auswirkungen auf den Nickelaerosolgehalt in der Luft am Arbeitsplatz haben.

3.2.4 Vernickeln - chemisch

Das chemische Vernickeln erfolgt ohne Anlegen einer Fremdspannung, in der Regel mit Natriumhypophosphit als Reduktionsmittel. Die Elektrolyttemperatur beträgt ca. 85 bis 95 C. Im Gegensatz zum galvanischen Vernickeln kommt es durch die chemische Reduktion zu verstärkter Wasserstoffentwicklung und Aerosolbildung. Aufgrund der Wasserstoffentwicklung ist die Entstehung einer gefährlichen explosionsfähigen Atmosphäre möglich.

3.2.5 Verkupfern - cyanidisch

Das cyanidische Verkupfern erfolgt aus alkalischen kupfercyanidhaltigen Elektrolyten (bis 40 g/L freie Cyanide). Als Alkalien werden Kaliumhydroxid oder Natriumhydroxid eingesetzt (bis 20 g/L). Die Elektrolyttemperatur beträgt 35 bis 65 C. Die Aerosolbildung ist verfahrensbedingt gering. Unter bestimmten Bedingungen, wie abgeschalteter Absaugung, Kohlendioxideintrag aus der Luft, bei längeren Stillstandszeiten oder Einschleppen von Säuren, muss mit der Bildung von kritischen Cyanwasserstoffkonzentrationen in der Luft am Arbeitsplatz gerechnet werden.

3.2.6 Verkupfern - sauer

Saure Kupferelektrolyte enthalten zumeist Salze der Schwefelsäure als Leitsalz. Einige saure Elektrolyte enthalten Fluoroborat oder Methansulfonat. Die Kupferkonzentration liegt zwischen 40 und 65 g/L, die Schwefelsäurekonzentration zwischen 55 und 65 g/L. Die Elektrolyttemperatur liegt bei ca. 20 bis 35 C. Eine Aerosolbildung findet nicht statt, außer beim Betrieb von luftbewegten Elektrolyten. Erfahrungsgemäß ist dabei eine Kupferexposition vernachlässigbar gering.

3.2.7 Verzinken - cyanidisch

Beim cyanidischen Verzinken wird Zink galvanisch aus einem Elektrolyt, hergestellt aus Zinkoxid (8 bis 13 g/L), Kaliumcyanid (65 g/L) und Natriumhydroxid (70 bis 75 g/L), abgeschieden. Die Elektrolyttemperatur beträgt ca. 20 C. Die Aerosolbildung ist verfahrensbedingt gering. Die Stromausbeute ist aber anders als beim sauer Verzinken < als 100 %. Sie variiert mit der Temperatur, dem Cyanidgehalt und der Stromdichte. Mit steigender Stromdichte verringert sich die Stromausbeute. Diese beträgt z. B. bei einer Stromdichte von 6 A/dm2 nur noch 50 %. Die Abnahme ist durch eine erhöhte Wasserstoffabscheidung bedingt, die eine gesteigerte Aerosolbildung bewirkt.

3.2.8 Verzinken - sauer

Klassische saure Zinkelektrolyte beruhen auf Sulfat- oder Chloridbasis. Stark saure Elektrolyte (pH < 3) werden vor allem für einfache Geometrien (Draht, Rohr, Band) eingesetzt. Schwach saure Elektrolyte (pH > 3) enthalten zur Verbesserung von Streuung und Leitfähigkeit häufig Ammoniumsalze. Die Stromausbeute liegt bei 98 bis 100 %; eine Gasentwicklung ist nicht zu erkennen. Die Zinkkonzentrationen liegen in stark sauren Elektrolyten bei 140 bis 190 g/L, in schwach sauren dagegen bei 15 bis 45 g/L. Die Elektrolyttemperatur beträgt ca. 30 bis 35 C. Eine Aerosolbildung findet nicht statt, außer beim Betrieb von luftbewegten Elektrolyten.

3.2.9 Verzinken - alkalisch

Die alkalischen cyanidfreien Verfahren gewinnen immer mehr an Bedeutung. Diese basieren auf der Bildung des Zinkhydroxokomplexes und können praktisch ohne weitere Zugabe von Komplexbildnern bei Raumtemperatur betrieben werden. Der Wirkungsgrad dieser Verfahren liegt deutlich unter 100 % (teilweise < 60 %) und es muss mit der Bildung von Aerosolen gerechnet werden.

In größerem Umfang werden auch sogenannte Legierungsverfahren eingesetzt. In den Elektrolytlösungen liegt das Zink ebenfalls als Hydroxokomplex vor. Für die mit abzuscheidenden Metalle werden spezielle organische Komplexbildner den Elektrolyten zugegeben.

Aufgrund der Wasserstoffentwicklung ist die Entstehung einer gefährlichen explosionsfähigen Atmosphäre möglich.

3.2.10 Veredeln mit Gold und Silber

Die elektrolytische Abscheidung von Goldüberzügen kann aus cyanidischen und seltener sulfitischen Systemen erfolgen. Bei der cyanidischen Abscheidung wird als Goldelektrolyt ein Gold-Cyanid-Komplex eingesetzt, bei der sulfitischen ein Gold-Sulfit-Komplex. Die Elektrolyte können sauer und alkalisch sein. Bei der Abscheidung aus alkalischen Lösungen liegen die Temperaturen zwischen 45 und 70 C, bei den schwach sauren bis stark sauren Elektrolyten um 35 bis 40 C. Die Abscheidung von Silberüberzügen erfolgt in der Hauptsache aus cyanidhaltigen alkalischen Elektrolyten und bei Raumtemperatur.

Beim elektrolytischen Vergolden und Versilbern ist mit dem Entweichen cyanidhaltiger bzw. cyanwasserstoffhaltiger Emissionen zu rechnen.

3.2.11 Verzinnen - sauer und alkalisch

Für das elektrolytische Verzinnen werden generell zwei Arten von Elektrolyten eingesetzt. Schwefelsaure Elektrolyte mit zweiwertigen Zinnverbindungen (Sulfate oder Fluoroborate) und alkalische Elektrolyte mit vierwertigen Zinnverbindungen (Natrium- und Kaliumstannate). Die sauren Elektrolyte werden bei 20 bis 40 C mit Stromausbeuten um 100 % betrieben, alkalische Elektrolyte bei 75 bis 85 C mit Stromausbeuten von 75 bis 95 %.

Auf chemischem Wege (ohne Strom) lassen sich nur sehr dünne Zinnüberzüge herstellen, die auch wenig beständig gegen aggressive Medien sind. Hierzu wird Zinnchlorid in Weinstein (Kaliumhydrogentartrat) bei Siedetemperatur eingesetzt (Sudverzinnen).

3.2.12 Phosphatieren

Das Phosphatieren ist eine chemische Oberflächenbehandlung ohne Strom, bei der unlösliche oder schwerlösliche Metallphosphatschichten gebildet werden. Sie dienen als Korrosionsschutz, Haftgrund für Lacküberzüge und Kunststofffilme, zum Erleichtern einer nachträglichen spanlosen Verformung, zur Verbesserung der Gleiteigenschaften und als elektrische Isolierung.

Phosphatierlösungen enthalten Zinkphosphate, freie Phosphorsäure und Beschleuniger (Nitrite, Nitrate, Chlorate oder Borate).

Die Arbeitstemperaturen liegen um 20 bis 50 C.

3.2.13 Eloxieren

Als Eloxieren wird die anodische Oxidation von Aluminium bezeichnet. Je nach Verfahren werden mehr oder weniger dicke, verschleißfeste Oxidschichten erzielt. Beim Eloxieren wird unterschieden zwischen dem Schwefelsäure- und dem Oxalsäureverfahren, die in der Regel mit Gleichstrom, seltener mit Wechselstrom betrieben werden.

Aufgrund des geringen Wirkungsgrades (teilweise < 20 %) der elektrochemischen Verfahren ist eine gewisse Aerosolbildung nicht zu vermeiden.

3.2.14 Schwefelsäureverfahren (Gleichstrom)

Die Elektrolyte enthalten 170 bis 230 g/L Schwefelsäure. Die Elektrolyttemperatur beträgt 4 bis 22 C. Es kommen Stromdichten von 0,5 bis 2,5 A/dm2 zur Anwendung.

3.2.15 Oxalsäureverfahren (Gleichstrom)

Die Elektrolyte enthalten bis 80 g/L Oxalsäure. Die Elektrolyttemperatur beträgt 20 bis 60 C. Es kommen Stromdichten von 1 bis 2 A/dm2 zur Anwendung.