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Martin Leimbach – Elektrochemische Charakterisierung der Schichtabscheidung aus Chrom(III)-Elektrolyten für dekorative Anwendungen

Die Umsetzung der REACH-Verordnung schränkt die Verwendung von chrom(VI)-haltigen Verbindungen in galvanischen Bädern stark ein. Insbesondere im Bereich der dekorativen Verchromung besteht ein dringender Bedarf an alternativen Elektrolytsystemen zur Abscheidung von metallischem Chrom, da das „Sunset Date“ für Chromtrioxid bereits der 21. September 2017 ist [1]. Daher wurden in den letzten Jahren von den Fachfirmen verschiedene Elektrolyte auf Basis von Chrom(III)-Salzen entwickelt, von denen einige schon jetzt im industriellen Maßstab eingesetzt werden können. Als besonders vorteilhaft hinsichtlich Prozessführung und Schichtqualität haben sich dabei chromsulfathaltige Bäder erwiesen [2, 3].

Dennoch können Schichten, die aus kommerziell verfügbaren Chrom(III)-Elektrolyten abgeschieden wurden, bisher nicht die Anforderungen im dekorativ-funktionellen Anwendungsbereich vollständig erfüllen. Besonders bei den Kriterien Abscheiderate, Korrosions-beständigkeit und Farbe bestehen Defizite gegenüber Schichten aus chrom(VI)-haltigen Bädern. Um diese Parameter steuern zu können, sind neben der Schichtzusammensetzung vor allem Kenntnisse über den Abscheidemechanismus notwendig.

In dieser Arbeit wurden ein sulfatisches Chrom(III)-Elektrolyt mit Reinsubstanzen angesetzt. Die Charakterisierung des Kathodenprozesses erfolgte mit einer elektrochemischen Quarz-Mikrowaage (engl. electrochemical quartz crystal microbalance, EQCM). Mit diesem Verfahren konnte die Abscheidung von Metall in-situ, also während der elektrochemischen Reaktion, beobachtet werden. Folglich ließen sich Abscheiderate und Stromausbeute nicht nur exakter bestimmen als bei der Gravimetrie mit Metallblechen, sondern auch in Abhängigkeit von Abscheidezeit und Stromdichte darstellen.

Weiterhin wurde die zeitliche Änderung des pH-Wertes unmittelbar vor der Kathodenoberfläche untersucht. Dazu wurde ein feinmaschiges Metallnetz auf einer pH-Elektrode mit flachem Sensorkopf befestigt und als Arbeitselektrode verwendet. Die gemessenen Werte ermöglichten Rückschlüsse auf die Pufferwirkung und eventuelle Hydroxidbildung.

[1] ECHA: Verzeichnis der zulassungspflichtigen Stoffe. (Zugriff am 19.01.2017).

[2] Jordan, M.: "Chromabscheidung aus Chrom(III)elektrolyten." WOMag 2 (2013) 12, S. 18ff.

[3] "Chrom(III) – Eine echte Alternative zu Chrom(VI)?" Journal für Oberflächentechnik 15 (2014) 11, S. 64ff.