Elektrolytisches Vernickeln ist ein Verfahren zur Bildung einer Nickelschicht auf der Oberfläche eines Substrats durch elektrochemische Abscheidung. Dabei wird ein externer elektrischer Strom verwendet, um Nickelionen aus einem Elektrolyten zu reduzieren und sie auf der Oberfläche des als Kathode fungierenden Werkstücks abzuscheiden . Die durch dieses Verfahren erzeugte Nickelschicht ist von hoher Reinheit (typischerweise über 99,96 %) und weist hervorragende mechanische Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit und magnetische Eigenschaften auf. Beim industriellen elektrolytischen Vernickeln wird ein Elektrolytsystem verwendet, bei dem Nickelsulfat oder Nickelsulfamat das Hauptsalz ist. Stromdichte, Temperatur und pH-Wert werden präzise gesteuert, um sicherzustellen, dass die Schicht fein und gleichmäßig kristallisiert. Anders als beim chemischen Vernickeln (bei dem kein Strom im Spiel ist) ergibt das elektrolytische Vernickeln eine dichtere Beschichtung und eignet sich für Szenarien mit hoher Abriebfestigkeit und hoher Leitfähigkeit. Bei der weltweiten Produktion von hochreinem Elektrolytnickel werden zur Gewährleistung einer gleichbleibenden Zusammensetzung strikt Standards wie ASTM B39-79 eingehalten. Beispielsweise erfordert die Güteklasse Ni9996 einen Gesamtnickel- und Kobaltgehalt von ≥ 99,96 %, Kobalt ≤ 0,02 %.
Die Kernanwendungen der elektrolytischen Vernickelung decken wichtige Industriebereiche ab:
Luft- und Raumfahrt & Automobilindustrie: Vernickeln wird bei Triebwerkskomponenten, Turbinenschaufeln und anderen Teilen in Hochtemperatur- und Hochdruckumgebungen zum Schutz vor Oxidation und Kriechen eingesetzt. Zulieferer von Boeing und Airbus verlangen aus Gründen der Flugsicherheit eine chemische Vernickelung nach AMS 2423.
Elektronikindustrie: In Halbleiter-Anschlussrahmen und -Steckverbindern dient die elektrolytische Nickelbeschichtung als Basis- oder Oberflächenschicht, um die elektrische Leitfähigkeit zu verbessern und die Kupferdiffusion zu verhindern. Es wird erwartet, dass der globale Markt für Halbleiterbeschichtungschemikalien im Jahr 2025 ein Volumen von 691 Millionen US-Dollar erreicht. Davon entfallen 47 % des Anteils auf Beschichtungslösungen und Zusatzstoffe, die hauptsächlich von MacDermid, Atotech und anderen Unternehmen dominiert werden.
Neue Energiebatterie: Das südkoreanische Unternehmen Lotte Energy Materials hat eine doppelseitig vernickelte Kupferfolie für den Kollektor von Festkörperbatterien entwickelt. Durch die elektrolytische Vernickelungstechnologie wird die Grenzflächenleitfähigkeit verbessert und gleichzeitig die Korrosion des Sulfidelektrolyten verhindert, sodass die Batterielebensdauer um 20 % erhöht wird.
Elektrolytische Vernickelung ist prozessangepasst, kann auf Oberflächen mit komplexen Geometrien aufgebracht werden und ermöglicht die Anpassung von Härte und Glanz der Beschichtung durch Additive (z. B. Glanzmittel, Verlaufsmittel). Beispielsweise wird elektrolytische Vernickelung mit hohem Phosphorgehalt in Erdölventilen eingesetzt, da sie der Korrosion durch H₂S-Säure standhält.
Elektrolytisches Vernickeln ist ein allgemeiner Begriff für die galvanische Nickelabscheidungstechnologie, die eine große Bandbreite an Galvanisierungsflüssigkeitssystemen abdeckt. Das galvanische Nickelwattbad (Watts-Bad) ist die klassischste und spezifischste Formulierung. Das 1916 von OP Watts entwickelte System besteht aus Nickelsulfat (250 – 300 g/l), Nickelchlorid (60 g/l) und Borsäure (40 g/l) bei einer Betriebstemperatur von 50 – 60 °C und einem pH-Wert von 3 – 4. Das Nickelchlorid sorgt für die anodische Aktivierung von Chloridionen, um eine Passivierung zu verhindern, die Borsäure puffert die Passivierung, und Borsäure puffert pH-Schwankungen, um geringe Spannungen und eine hohe Duktilität der plattierten Schicht sicherzustellen.
Galvanische Nickel-Watt-Bäder machen mehr als 70 % der industriellen Anwendungen aus, sind kostengünstig und prozessstabil und eignen sich für dekorative Beschichtungen und allgemeine Schutzanwendungen. Funktionale Anforderungen erfordern jedoch Alternativen:
Chemische Vernickelung mit Aminosulfonaten: wird für die Galvanoformung und Leiterplatten verwendet , mit geringen inneren Spannungen von 10 MPa und geringerer Rissbildung der Schicht;
Chemische Vernickelung mit Perchloriden: ermöglicht höhere Stromdichten (>8 A/dm²) und eignet sich zur schnellen Abscheidung dicker Schichten.
Trotz der Vielseitigkeit galvanischer Nickelbadbäder ist die chemische Vernickelung mit hohem Phosphorgehalt auf nichtleitenden Substraten (z. B. Kunststoffen) noch immer unersetzlich, und im Jahr 2024 werden 62 % des 4,8 Milliarden US-Dollar schweren globalen Galvanikmarktes auf die chemische Vernickelung mit niedrigem Phosphorgehalt entfallen.
Die hohe Reinheit der chemischen Vernickelung macht sie besonders wirtschaftlich beim Recycling. Nickel selbst ist ein strategisches Metall mit hoher Preisvolatilität (Elektrolytnickel wird 2025 etwa 18.000 US-Dollar pro Tonne kosten), und Beschichtungsrückstände, abgetragene Beschichtungen und ausrangierte Teile können recycelt werden. Modernes Recycling nutzt elektrolytische Raffination oder Hydrometallurgie: Nickelhaltiger Schrott wird durch Extraktion gelöst und gereinigt und anschließend elektrolysiert, um reine Nickelplatten mit einer Reinheit von 99,9 % herzustellen, die direkt in Galvaniktanks oder beim Legierungsschmelzen verwendet werden können .
Recyceltes Nickel ist 60–80 % energieeffizienter als die Raffination von Roherz. Beispielsweise kann das Recycling von Nickelresten in Edelstahlwerken die Kosten um 30 % senken. Europäische Automobilhersteller wie BMW haben ein geschlossenes Kreislaufsystem etabliert, um die Nickelbeschichtung alter Teile für die Produktion neuer Teile zu recyceln. MacDermid (USA) bietet Dienstleistungen zur Regeneration von Beschichtungslösungen an. Dabei werden Verunreinigungsionen durch Ionenaustauscherharze entfernt, die Badlebensdauer verlängert und die Nickelemissionen reduziert. Dieses Recyclingmodell steht im Einklang mit der neuen EU-Batterieverordnung (95 % Nickel-Recyclingquote für Batterien ab 2027), die die elektrolytische Vernickelung als Schlüsselelement nachhaltiger Produktion fördert.
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