Eisenelektrolyt

Eisenelektrolyte werden in der Galvanotechnik zur Beschichtung von Metalloberflächen mit Eisen eingesetzt, umgangssprachlich „Verstahlen“ oder Verstählung genannt.^[1]

Der Elektrolyt besteht aus einer wässrigen Lösung gut wasserlöslicher Eisen(II)-Salze.^[2] Die zu beschichtende Metalloberfläche wird als Kathode geschaltet. Die Anoden bestehen aus Reinst-Eisen (99,99 %), so genannten Armcoeisen-Anoden. Die gelösten Fe²⁺-Ionen wandern zur Kathode, werden dort zu elementarem Eisen reduziert und bilden eine dünne Eisenschicht auf der Metalloberfläche.

Im Gegensatz zu anderen galvanischen Elektrolyten werden Eisenelektrolyte nur in wenigen Spezialgebieten eingesetzt, beispielsweise

• zur Verstärkung von Druckplatten,^[1]
• zur Aufarbeitung abgenutzter oder untermaßiger Maschinenteile,^[1]
• in der Galvanoformung aufgrund der guten Ablösbarkeit durch Salz- oder Schwefelsäure
• bei der Reinsteisenherstellung für Magnetkerne,^[2]
• als Haftgrund für weniger gebräuchliche Grundmetalle wie Niob oder Molybdän und
• in Spezialfällen aufgrund der guten Notlaufeigenschaften.
• Beschichtung von Lötspitzen, um das Einlegieren von Zinn in den Kupferkörper zu verhindern

Wirkungsweise der Bestandteile

Eisenelektrolyte haben einen relativ einfachen Aufbau. Bereits im Jahre 1887 untersuchte A. Watt die Abscheidung von Eisen aus Lösungen einer großen Anzahl von Eisensalzen und schloss fälschlicherweise, dass nur Sulfatbäder praktisch einsetzbar waren.^[3] Als Eisenquelle verwendet man heute zum Beispiel Eisen(II)-sulfat, Eisen(II)-chlorid oder Eisen(II)-tetrafluoroborat.^[2] Durch organische Zusätze, wie Glycerin, Dextrin und Zucker lassen sich poröse Schichten herstellen, die wegen ihrer guten Notlaufeigenschaften zur Aufbereitung von Maschinenteilen geeignet sind (Poren als Schmiermittelhalt). Hohe Konzentrationen von Halogenen im Elektrolyten erhöhen die Anodenlöslichkeit. Zusätze von Aluminiumsulfat erhöhen die Härte der Niederschläge. Ammonium- und Manganionen^[2] verursachen eine Kornverfeinerung der Schicht. Der Zusatz von AlCl₃, BeCl₂ oder CrCl₂ in niedriger Konzentration soll die Schicht weicher und dehnbarer machen. Die Anwesenheit von AlCl₃ soll auch die Stabilität der Schicht erhöhen.^[2] Leitsalze wie Kalium- oder Natriumchlorid können die Leitfähigkeit weiter erhöhen. Hydrazin dient als anodischer Depolarisator und verhindert die Bildung von Sauerstoff an der Anode.

Grundbestandteile		Badparameter
Eisenquelle	Leitsalz	pH-Wert	Temperatur	Stromdichte
Eisen(II)-chlorid (200…600 g/l)	Mangan(II)-chlorid (4…60 g/l)	1,5…2	65…95 °C	3…20 A/dm²
Eisen(II)-sulfat (250…400 g/l) Eisen(II)-fluoroborat (40…80 g/l)	Ammoniumchlorid (20…60 g/l)	3…4	40…70 °C	3…6 A/dm²
Eisen(II)-fluoroborat (200…300 g/l)[2]	Natriumchlorid (8…20 g/l)	2…4	40…70 °C	3…6 A/dm²

Fehlertabelle für Eisen-Elektrolyte

Sichtbare Fehler	Mögliche Ursache	Abhilfe
Niederschläge blättern ab	mangelnde Entfettung; hohe Eigenspannung	sorgfältig Entfetten und Dekapieren
brüchige Niederschläge	pH-Wert zu niedrig; Temperatur zu niedrig	auf pH 3 erhöhen; Temperatur erhöhen
spröde Niederschläge	Eisen(III)-Ionen im Elektrolyten; organische Verunreinigung; Fremdmetalle	ansäuern und chemisch reine Eisenplatte zur Reduktion einhängen Aktiv-Kohlebehandlung; Selektivreinigung
warzige Niederschläge; Elektrolyt wird trübe	Eisen(III)-Ionen im Elektrolyten	ansäuern und chemisch reine Eisenplatte zur Reduktion einhängen
raue Niederschläge	Schlamm auf den Anoden	filtrieren; Anodensäcke verwenden
wasserstoffhaltige Niederschläge	pH-Wert zu niedrig	auf pH 2,9…3,2 abstumpfen
Stromausbeute zu niedrig	pH-Wert zu niedrig	auf pH 2,9…3,2 abstumpfen
knospige Niederschläge	Stromdichte zu hoch	Stromdichte senken, Stromblenden verwenden; Warenbewegung

Einzelnachweise

1. Wilhelm Pfanhauser: Die elektrolytischen Metallniederschläge Lehrbuch der Galvanotechnik mit Berücksichtigung der Behandlung der Metalle vor und nach dem Elektroplattieren. Springer-Verlag, 2013, ISBN 978-3-662-29050-7, S. 536 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
2. Mordechay Schlesinger, Milan Paunovic: Modern Electroplating. John Wiley & Sons, 2011, ISBN 1-118-06314-7, S. 310 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
3. A. Watt, Electrician, 20, 6 (1887–1888).