Anodiseren versus galvaniseren: een uitgebreide technische vergelijking

Een geanodiseerd en een gegalvaniseerd onderdeel zien er vergelijkbaar uit. Er is veel expertise voor nodig om de twee van elkaar te onderscheiden, vooral op het oog. Het belangrijkste verschil tussen anodiseren en galvaniseren is dat bij anodiseren een beschermlaag aan een onderdeel wordt toegevoegd om de sterkte, corrosiebestendigheid en wrijvingsweerstand te verbeteren. Beide technieken kunnen ook worden toegepast als decoratieve verfraaiing in de schoonheids- en cosmetica-industrie. In deze gids worden de technische verschillen tussen anodiseren en galvaniseren onder de loep genomen, zodat lezers een duidelijk beeld krijgen van beide methoden.

Hoe werkt anodiseren?

Anodiseren is een elektrochemisch oxidatieproces dat doorgaans wordt toegepast op aluminium onderdelen. Het wordt gebruikt om deze onderdelen zo te bewerken dat ze voldoen aan de specifieke eisen van de gebruiker.

Tijdens het anodiseren worden twee metalen ondergedompeld in een chemische oplossing die een elektrolyt wordt genoemd. De meest gebruikte elektrolyten bij het anodiseren zijn oplossingen van zwavelzuur en chroomzuur. Het ene metaal wordt aangesloten op de positieve pool van de stroombron, waardoor het een anode wordt. Het tweede metaal wordt aangesloten op de negatieve pool, waardoor het de kathode wordt.

De stroomtoevoer wordt ingeschakeld om elektrische stroom te leveren. Terwijl de elektrische stroom door het bad loopt, worden watermoleculen gesplitst, waarbij zuurstofionen vrijkomen. De zuurstofionen hechten zich vervolgens aan het oppervlak van het anodische metaal, waardoor een chemische reactie met het metaal op gang komt. De reactie leidt tot de vorming van een metaaloxide. In tegenstelling tot lakken of galvaniseren versmelt de metaaloxidelaag met het onderliggende substraat, waardoor deze nooit afbladdert of afbrokkelt. In het geval van aluminium zorgt het aluminiumoxide voor structurele sterkte, waardoor het geschikt is voor gebruik in omgevingen met hoge belasting.

Er zijn drie soorten anodiseren, afhankelijk van de vereiste slijtvastheid, corrosiebestendigheid en het uiterlijk. Deze soorten worden in de onderstaande tabel samengevat;

Hoe werkt galvaniseren?

Bij galvaniseren lost een elektrische stroom metaalionen uit een van de metalen staven op en zet deze af op het doelmetaal. Het toegevoegde metaal wordt het afzettingsmetaal genoemd, en het onderliggende materiaal of werkstuk wordt het substraatmateriaal genoemd.

De belangrijkste onderdelen van een galvaniseerinrichting zijn de kathode (het te galvaniseren voorwerp), de anode (een metaal dat ionen levert voor het galvaniseren) en de elektrolytoplossing waarin de ionen zijn opgelost. Een gelijkstroomvoeding levert de elektrische energie die nodig is voor de afzetting. Bij het galvaniseren hoort ook een procesbesturingssysteem voor het regelen van de procesparameters.

Het metaal dat bij het galvaniseren het meest wordt gebruikt, is nikkel. Stel dat staal met nikkel moet worden gegalvaniseerd; dan fungeert het nikkel als anode en het staal als kathode. Aan de anode verliest nikkelmetalen elektronen, waardoor het een ion wordt.

Ni → Ni²⁺ + 2e⁻

Bij de kathode nemen nikkelionen rondom het staal elektronen op, waardoor nikkelmetaal ontstaat.

Ni²⁺ + 2e⁻ → Ni

Als vuistregel geldt dat het werkstuk meestal als kathode wordt beschouwd. De soort van het afgezette metaal bepaalt de categorie van het galvaniseren. Bij het vernikkelen wordt bijvoorbeeld nikkel op het werkstuk afgezet, terwijl bij het verzinken zink op het werkstuk wordt afgezet.

Welke materialen kunnen worden geanodiseerd of gegalvaniseerd?

De materiaalkeuze is een van de duidelijkste verschillen tussen anodiseren en galvaniseren. Anodiseren wordt sterk geassocieerd met aluminium en zijn legeringen, magnesium en titanium. Voor conventionele anodisatie kiezen ingenieurs doorgaans voor aluminium. Verschillende aluminiumlegeringen reageren echter verschillend bij het anodiseren, wat van invloed is op de vorming, het uiterlijk en de uniformiteit van de coating. Zo vertonen koper en zink bijvoorbeeld een ander gedrag wanneer ze worden gecombineerd met andere legeringsbestanddelen zoals silicium en magnesium.

De keuze aan materialen voor galvaniseren is daarentegen breder. Enkele veelgebruikte substraten zijn koolstofstaal, koper, roestvrij staal, aluminium, messing, zinklegeringen en nikkellegeringen. De meest voorkomende afgezette metalen zijn nikkel, zink, koper, chroom, zilver en goud.

Hoe verhouden anodiseren en galvaniseren zich tot elkaar wat betreft de laagdikte?

Er is geen algemeen geldende dikte voor de coating bij anodisatie- of galvanisatieprocessen. De juiste dikte hangt af van verschillende factoren, zoals het substraat, de maattolerantie, de toepassing van het onderdeel en de corrosieomgeving.

Dikte van de anodisatielaag

Bij dunne decoratieve afwerkingen bedraagt de dikte van de anodiseerlaag slechts enkele micrometer. Bij harde anodisatie kan deze dikte oplopen tot 100 µm. De Aluminum Anodizers Council deelt architecturaal aluminium in twee klassen in. Klasse I heeft een minimale dikte van ongeveer 18 µm, terwijl Klasse II een minimale dikte van ongeveer 10 µm heeft.

Dikte van de galvanische laag

De coatings bij galvaniseren variëren naargelang de toepassing, van dunne decoratieve lagen tot dikkere technische coatings die worden gebruikt om de constructieve sterkte te vergroten. Decoratief chroom is bijvoorbeeld enkele micrometers dik. Nikkel is daarentegen enkele tot tientallen micrometers dik. Hardchroom kan, afhankelijk van de specifieke toepassing, tientallen of honderden micrometers dik zijn.

Welk proces zorgt voor een harder oppervlak?

De hardheid die wordt bereikt door anodiseren en galvaniseren hangt af van de gebruikte methoden en materialen. Bij gebruik van aluminium worden bijvoorbeeld microhardheidswaarden tot 400 HV bereikt, afhankelijk van de gebruikte legering. Bij het hardanodiseren ontstaat een keramiekachtige laag van aluminiumoxide, waardoor aluminium in corrosieve omgevingen kan worden gebruikt.

Bij het galvaniseren van technisch hardchroom is de oppervlaktehardheid nog hoger. De hardheid kan variëren van 750 HV tot 1050 HV.

Aan de hand van de oppervlaktehardheid kan niet worden vastgesteld welk proces beter is dan het andere. Er zijn nog andere factoren waarmee rekening moet worden gehouden, zoals het corrosiemechanisme, de hechting van de coating en de hardheid van het substraat.

Welke biedt een betere corrosiebestendigheid?

Er is geen methode die beter is dan de andere om corrosiebestendigheid te bereiken. De aluminiumoxidelaag die bij het anodiseren ontstaat, zorgt ervoor dat aluminium bestand is tegen aantasting door omgevingsfactoren. Na het anodiseren wordt de laag echter afgedicht om de doorlaatbaarheid te verminderen, vanwege de poreuze anodische structuur ervan. Met de juiste harde anodisatie en afdichting vindt aluminium zelfs in zeer corrosieve omgevingen brede toepassing.

De doeltreffendheid van galvaniseren bij het verkrijgen van corrosiebestendigheid hangt af van de structuur van de coating en de aard van het afgezette metaal. Ingenieurs maken bij het galvaniseren veelvuldig gebruik van zink vanwege de opofferende corrosiebescherming die het biedt. ASTM B633 bevat richtlijnen voor het elektrolytisch afzetten van zink op staal en ijzer. Daarin wordt bepaald dat het onderdeel, voor een effectieve corrosiebescherming, aanvullende behandelingen moet ondergaan, zoals passivering.

Zonder een betere behandeling biedt noch anodiseren, noch galvaniseren een betere corrosiebestendigheid dan de andere methode. Het is belangrijk om het oppervlak af te dichten of een nabehandeling uit te voeren om scheurtjes, poriën en onregelmatigheden te voorkomen en de corrosiebestendigheid te verbeteren.

Wanneer moeten ingenieurs kiezen voor anodiseren in plaats van galvaniseren?

Er zijn enkele toepassingen waarbij anodiseren beter geschikt is dan galvaniseren. Ten eerste heeft anodiseren sterk de voorkeur bij toepassingen waarbij aluminium als constructie-onderdeel wordt gebruikt. In dergelijke gevallen geven ingenieurs er doorgaans de voorkeur aan om het uiterlijk van het aluminium te behouden. De methode is zelfs geschikt wanneer ingenieurs een zwarte, transparante of andere kleur willen behouden. Om de zwarte kleur te behouden, wordt een gespecialiseerd, op verven gebaseerd zwart anodisatieproces gebruikt. Ten tweede wordt anodiseren toegepast wanneer de coating permanent of sterk met het substraat moet worden geïntegreerd. Dit helpt afbladderen van de coating te voorkomen, waardoor de corrosiebestendigheid behouden blijft. Ten derde geven ingenieurs de voorkeur aan anodiseren wanneer zij geen dikke metalen reparatiecoating nodig hebben.

Voorbeelden van toepassingsgebieden zijn onder meer behuizingen voor elektronische apparaten, interieurdelen voor auto’s, camerabehuizingen, optische apparatuur en koellichamen. Anodiseren wordt onderverdeeld in decoratieve en technische toepassingen. De richtlijnen voor decoratief en beschermend anodiseren van aluminium zijn vastgelegd in ISO 7599. ISO 10074 bevat daarentegen richtlijnen voor hard anodiseren in technische toepassingen.

Wanneer zouden ingenieurs in plaats daarvan voor galvaniseren moeten kiezen?

Soms ontwerpen ingenieurs een systeem of onderdeel met een oppervlak dat een specifieke metaaleigenschap vertoont. Dit kan effectief worden bereikt door het substraat met het gewenste metaal te galvaniseren. Enkele van de eigenschappen die ingenieurs in verschillende coatingmetalen zoeken, zijn onder meer elektrische geleidbaarheid, lage contactweerstand, hoge oppervlaktehardheid en slijtvastheid. Soms willen fabrikanten soldeerbaarheid, lage wrijving, een metaalachtig uiterlijk en chemische bestendigheid bereiken.

Typische toepassingen zijn onder meer verzinkte stalen bevestigingsmiddelen voor corrosiebestendigheid, verkoperde onderdelen voor elektrische contacten en vergulde metalen kettingen voor sierdoeleinden.

Conclusie

Anodiseren en galvaniseren verschillen op verschillende punten van elkaar. Het belangrijkste verschil is dat bij anodiseren het natuurlijk plaatsvindende oxidatieproces wordt versterkt, terwijl bij galvaniseren het ene metaal op het oppervlak van een ander metaal wordt aangebracht. Hoewel anodiseren een verbeterde corrosiebestendigheid en decoratieve mogelijkheden biedt, kan het doorgaans niet dezelfde slijtvastheid bereiken als bepaalde oppervlaktebehandelingen, zoals hardverchromen of PVD-coatings (Physical Vapor Deposition). Bovendien is anodiseren niet op alle metalen toepasbaar. De uiteindelijke beslissing moet worden genomen op basis van alle productmaterialen, toepassingsomstandigheden, prestatie-eisen en het budget, waarbij rekening moet worden gehouden met de algehele context.