Aluminiumelektrolyte

Aluminiumelektrolyte ist ein Elektrolyttyp der Galvanotechnik.

Abscheidemöglichkeiten

Wegen des Normalpotentials des Aluminiums (−1,64 V gegen Normalwasserstoffelektrode) ist eine galvanische Abscheidung aus wässrigen Medien nicht möglich. Es gibt aber folgende Abscheidemöglichkeiten:

• Alumiumsalze in organischen Lösungsmitteln
• Schmelzflusselektrolyse von Aluminiumkomplexen (hier kann auch die Abscheidung aus ionischen Flüssigkeiten dazu zählen)
• Aluminiumorganische Komplexelektrolyte in organischen Lösungsmitteln

Abscheidung aus aluminiumorganischen Verbindungen

Aluminiumelektrolyte sind bis heute die einzig kommerziell genutzten Elektrolyte, die in aprotischen Medien auf der Basis von metallorganischer Verbindungen funktionieren. Versuche andere unedle Metalle aus Metallorganoverbindungen galvanisch abzuscheiden sind nur teilweise erfolgreich^[1].

Maßgeblich für die galvanische Aluminiumabscheidung auf Basis von aluminiumorganischen Verbindungen waren die Arbeiten von Prof. Karl Ziegler und H. Lehmkuhl 1954 in Mülheim an der Ruhr. Durch dieses Verfahren werden Überhitzungen kaltverfestigter Bereiche, wie sie bei PVD-Verfahren oder Beschichtungen mit Keramik-Aluminium-Einbrennlacken vorkommen können, vermieden. Da in nichtwässrigen Medien gearbeitet wird, wurde keine Wasserstoffversprödung beobachtet. Nachteilig ist jedoch die geringe Streufähigkeit dieser Aluminiumelektrolyten, die bei komplex geformten Werkstücken zu ungenügenden Beschichtungen führen kann.

Die aus dem Elektrolyt abgeschiedenen Schichten sind vergleichbar mit galvanischen Cadmiumschichten. Die Grundmaterialien werden durch Abbau der Aluminiumschicht geschützt (Chlorid-Ionen sind aber offenbar zum Aufheben der Passivierung des Aluminiums notwendig. Die Korrosionsbeständigkeit wird aber auch durch den Grundwerkstoff bestimmt. Eine Eloxierung genügend dicker Aluminiumschichten ist möglich.

Dieses Verfahren wurde von der Firma Siemens AG 1973 patentrechtlich als Sigal®-Verfahren gesichert. Aktiv auf dem Gebiet galvanischen Aluminiumabscheidung auf Basis von aluminiumorganischen Verbindungen sind z. B. die Firmen Messerschmidt Bölkow Blom GmbH MBB, Rasant Alcotec und Aluminal Oberflächentechnik GmbH.

Um den katodischen Schutz zu verbessern, wird ein Elektrolyt auf Basis Diethylzink/Triethylaluminium/Natriumfluorid in Toluol vorgeschlagen (Patentanmeldung). Nachteilig ist die bisher geringe Lebensdauer des Elektrolyten.

Zusammensetzung von Aluminiumelektrolyten

Wegen der Hydrolyse- und Oxidationsempfindlichkeit ist das Arbeiten unter Schutzgas erforderlich.

Variante 1

• 267 g wasserfreies Aluminiumchlorid wird in 188 g Ethylpyridiniumchlorid gelöst
• mit Toluol das Gemisch auf 1 l auffüllen
• T = 20–30 °C
• Wirkungsgrad: 85 %
• I/A = 1 A/dm²

Variante 2

• in 1 l Diethylether werden zuerst 300 g wasserfreies Aluminiumchlorid und dann 6 g Lithiumhydrid gelöst
• der Anodenraum wird durch ein Diaphragma abgetrennt
• I/A = 1 A/dm² (im Extremfall bis 10 A/dm²)
• durch Verwendung von Magnesiumbromid an Stelle von Aluminiumchlorid können die entsprechenden Magnesiumschichten erzeugt werden

Variante 3

• 30 g Aluminium wird in einen Gemisch aus 1 ml Brom, 450 ml Ethylbromid und 250 ml Benzol aufgelöst
• Wirkungsgrad: 70 %
• I/A = 0,9 A/dm²

Quellen

• Gerd-Bodo Dick, R. Suchentrunk: Zukunftstechnologie aprotische Aluminiumabscheidung: Rückblick und Perspektiven. In: Galvanotechnik. 95, Leuze, Bad Saulgau 2004, ISSN 0016-4232, S. 1362–1368 (PDF). 
• Heinz Wilhelm Dettner, Johannes Elze: Handbuch der Galvanotechnik. Bd. 2. – Verfahren für die galvanische und stromlose Metallabscheidung. Hanser, München 1966. 
• Thomas W. Jelinek: Praktische Galvanotechnik: Ein Lehr- und Handbuch. Leuze, Bad Saulgau 2005, ISBN 3874802078. 

Fußnoten und Einzelnachweise

1. ↑ Jürgen Karthaus: Galvanische Abscheidung von Metallen aus nichtwässrigen Elektrolyten für die Mikrosystemtechnik. Universität Karlsruhe, Karlsruhe 2000 (URL: PDF, 2,3 MB ; Dissertation).