Galvanoplastik

Galvanoplastik, die Kunst, Metalle aus den wässerigen Lösungen ihrer Salze durch den galvanischen Strom in gleichförmigem, dichtem, zähem und gut gefärbtem Zustand auszuscheiden, um Gegenstände der Ornamentik, Plastik etc. zu vervielfältigen (G. im engern Sinn), oder um Metallwaren mit einem dünnen Überzug eines andern, edlern Metalls zu versehen (Galvanostegie). Die G. ist eine praktische Anwendung der elektrochemischen Zersetzung (Elektrolyse): man bewirkt eine Ausscheidung des Metalls am elektronegativen Pol und verwertet die Eigentümlichkeit des sich ausscheidenden Metalls, die Oberfläche des Poles oder eines mit ihm leitend verbundenen Körpers, wie diese auch gestaltet sein mag, ganz gleichmäßig und unter Wiedergabe der feinsten Einzelheiten zu bedecken. Es entsteht zuerst ein sehr zarter Überzug, der bei zweckmäßiger Einrichtung des Apparats während der ganzen Dauer des Stromes gleichmäßig anwächst. Besitzt der negative Pol eine ganz reine metallische Oberfläche, so haftet das galvanisch ausgeschiedene Metall auf dieser vollkommen fest. Ist dagegen der negative Pol mit einer sehr zarten Fett- oder Oxydschicht überzogen, oder besteht er aus einer Masse, wie sie zur Darstellung von Formen gewöhnlich verwendet wird, die man durch Überpinseln mit Graphitstaub leitend gemacht hat, so läßt sich der galvanisch erzeugte Metallüberzug, nachdem er einige Dicke erlangt hat, mit Leichtigkeit von der Form ablösen und stellt nun einen vollkommen getreuen Abdruck derselben dar. Die Beschaffenheit des ausgeschiedenen Metalls oder des galvanischen Niederschlags hängt wesentlich von der Stromstärke in ihrer Beziehung zur Größe der Poloberfläche und der Konzentration der Lösung ab. Seiner Natur nach ist der Niederschlag immer kristallinisch, d. h. es scheiden sich unausgesetzt äußerst kleine Metallteilchen von kristallinischer Struktur aus; dieselben legen sich aber dicht aneinander und bilden eine zusammenhängende Masse von großer Festigkeit und Widerstandsfähigkeit. Der galvanische Niederschlag stellt also eigentlich nicht eine ganz homogene, dichte Masse dar, wie das geschmolzene Metall; kann man ihn aber ausglühen und hämmern oder pressen und polieren, so erlangt er vollständig die Dichte und Festigkeit des geschmolzenen (und gewalzten) Metalls und steht demselben überhaupt in allen Beziehungen gleich. Für die Herstellung selbständiger, von der Form abgelöster Gegenstände ist die G. überall von hohem Wert, wo jene Gegenstände nicht durch Prägen, Stanzen etc. hergestellt werden können. Mit jenen mechanischen Operationen vermag die G. zwar nicht zu konkurrieren, sie gewährt aber vor andern Metallarbeiten wesentliche Vorteile. Die G. hat daher eine Reihe früherer Methoden vereinfacht oder verdrängt, es sind aber auch mehrere neue technische Operationen durch sie erst ermöglicht worden. Folgende Übersicht gewährt eine Vorstellung von der Mannigfaltigkeit der galvanoplastischen Arbeiten.

A. Starke Niederschläge in Kupfer.

1) Herstellung monumentaler Figuren. 2) Kopieren von Münzen u. dgl. 3) Anfertigung von Figuren, Lampenträgern und andern Gegenständen der Kunstindustrie, die sonst in Bronze gegossen werden. 4) Massenfabrikation von Uhrenschildern, Knöpfen, Messergriffen, Stockknöpfen, Decken für Portefeuillewaren und Kästchen in getriebener Arbeit, Ornamenten für Möbel, Schmucksachen etc. Diese Gegenstände find in der Regel ganz dünn in Kupfer und zur Verstärkung mit Zink ausgegossen. 5) Erzeugung von Relieflandschaften. 6) Herstellung von Kupferplatten für den Kupferstecher. Diese Platten zeichnen sich durch große Gleichartigkeit in der Masse aus, und der Grabstichel erfährt bei der Arbeit nach allen Richtungen den gleichen Widerstand. 7) Kopieren gestochener Kupferplatten und Holzschnitte, um die Originale schonen zu können. Die Titelvignetten illustrierter Zeitungen und von Journalen, auch die Abbildungen in Büchern, die in großen Auflagen erscheinen, werden von galvanischen Kupferklischees gedruckt. Hierher gehört auch die Herstellung von Stereotypplatten für den Druck. 8) Anfertigung von Druckplatten (Galvanographie [s.d.], Glyphographie [s.d.] etc.), zum Teil unter Zuhilfenahme der Photographie, Herstellung von Platten für Naturselbstdruck, von Platten, um die Oberfläche des Leders etc. auf Papier zu imitieren, etc. 9) Formen für Schriftgießerei. 10) Kupferne Röhren ohne Naht, namentlich Bogen- und Eckstücke, die auf andre Weise schwer herzustellen sind (Elmoreverfahren). 11) Überziehen von kleinen Tieren und Pflanzen, um sie in ihren Formen zu erhalten, wie auch von Glas- und Porzellangefäßen, um sie im Gebrauch dauerhafter zu machen.

B. Dünne Niederschläge als Überzüge auf andern Metallen (Galvanostegie.)

1) Versilberung und Vergoldung von Tafelgeräten, Schmucksachen, Lampengefäßen und Kunstindustriegegenständen überhaupt (auf Kupfer, Tombak, Messing, Neusilber, Britanniametall). 2) Verstählen von Stereotypschriftplatten und gravierten Kupferplatten, um sie gegen Abnutzung beim Drucken zu schützen, wodurch die Zahl gleich guter Abdrücke faft ins Unbegrenzte vermehrt werden kann. 3) Verkupfern und Vermessingen von Eisen und Zink behufs Herstellung einer künstlichen Bronze und zum Schutz gegen atmosphärische Einflüsse; desgleichen Versilbern und Vergolden dieser Metalle nach vorhergegangenem Verkupfern. 4) Vernickeln von Werkzeugen und Gerätschaften aus Eisen oder Messing, um die wertvollen Eigenschaften des Nickels zu benutzen. 5) Verkupfern von Aluminium, um ihm ein lebhafteres, feurigeres Aussehen zu verleihen.

Die G. im engern Sinne benutzt als niederzuschlagendes Metall fast ausschließlich Kupfer, weil es sich am leichtesten und schönsten ausscheidet und wegen seiner physikalischen und chemischen Eigenschaften, die es zu den oben genannten Verwendungen allein geeignet machen, auch wegen seines Preises, der den Aufschlag der galvanoplastischen Manipulation noch verträgt, ohne darin ein Hindernis für seine mannigfachste industrielle Anwendung zu finden. Reproduktionen aus Gold, Silber, Nickel, Eisen herzustellen, bietet mancherlei Schwierigkeiten.

Braucht das Original, nach dem die Form hergestellt wird, nicht erhalten zu werden, wie bei der G. nach Gipsabgüssen, so wird die Form gewöhnlich elektrolytisch aus Kupfer in solcher Stärke gebildet, daß es alle spätern Manipulationen ohne Gestaltveränderung erträgt. In allen andern Fällen bildet man die Form aus Guttapercha, Wachs, Stearin, Gips, Leim oder leicht schmelzbarem Metall. Formen aus Metall bieten ohne weiteres eine leitende Oberfläche dar, alle andern müssen einen leitenden Überzug erhalten, der aus Graphit, Schwefelsilber etc. besteht. Graphitpulver wird mechanisch aufgetragen, das Schwefelsilber wird durch Überziehen der Form mit Silbernitratlösung und Einwirkung von Schwefelwasserstoff erzeugt. Zur Erregung des elektrischen Stromes benutzte man anfangs galvanische Elemente, jetzt fast nur Akkumulatoren oder Dynamomaschinen mit Amperemeter und Voltmeter. Die Bildung eines guten Kupferniederschlags ist abhängig von der Stromdichte, d. h. dem Quotienten aus Stromintensität und Elektrodenoberfläche, auch muß die Stromspannung beobachtet werden. Das Bad (in Gefäßen aus Steingut, emailliertem Gußeisen oder mit Bleiblech ausgelegtem Holz) besteht aus einer mit Schwefelsäure angesäuerten Lösung von Kupfervitriol. Man erhält sehr zähes Kupfer von geringer Härte und Festigkeit aus einem 18proz. Bad bei einer Stromdichte von 0,6–1 Ampere, sehr hartes, festes Kupfer von geringer Zähigkeit aus 20proz. Lösung bei einer Stromdichte von 2–3 Ampere. Die Form wird an Kupferdrähten als Kathode in das Bad gehängt und ihre Kontur, um das gleichmäßige Niederschlagen des Kupfers zu erleichtern, mit seinen Drähten (Fühlern) belegt. Die Form wird auf allen Seiten von Anoden aus reinstem Elektrolytkupfer, die an Kupferhaken hängen und deren Oberfläche wenigstens die Größe der Form haben muß, umgeben. Da während der Elektrolyse in der Flüssigkeit Schichten entstehen, so ist, um eine gleichförmige Zusammensetzung des Bades zu erhalten, eine Mischung durch Einblasen von Luft, durch Rührwerke etc. erforderlich. Hat die Metallschicht die erforderliche Stärke erreicht, so wird sie aus dem Bade gehoben, abgespült und getrocknet. War das Modell zerlegt worden, so werden die einzelnen Teile nach Entfernung der Form zusammengelötet und im sauren Kupferbad mit gleichmäßiger Kupferoberfläche versehen (Hohlgalvanos). Im andern Fall bleibt die Form als Kern unter dem Kupfer (Kerngalvanos).

Galvanostegie. Die Metalle, auf die ein anderes Metall galvanoplastisch niedergeschlagen werden soll, müssen zunächst sehr sorgfältig gereinigt werden, weil nur auf ganz reiner Metallfläche das niedergeschlagene Metall fest haftet. Die Reinigung erfolgt je nach der Beschaffenheit des Gegenstandes durch Säuren, Kratzen mit Bürsten aus Stahl- oder Messingdraht, Sandstrahlgebläse, Schleifen mit Schmirgel, Entfetten mit Benzin oder Laugen etc. Zuletzt muß eine dünne Oxydhaut durch Eintauchen in angesäuertes Wasser, in Cyankaliumlösung etc. beseitigt (Dekapieren) werden. Gegenstände, die sehr stark versilbert oder vergoldet werden sollen (Gewichtversilberung von Eßbestecken etc.), taucht man in eine Lösung von Cyanquecksilberkalium und Cyankalium oder in eine Lösung von salpetersaurem Quecksilber, um sie mit einer dünnen Quecksilberschicht zu überziehen, auf der die andern Metalle fester haften. Die gereinigten, bez. amalgamierten Gegenstände werden am besten sofort in das galvanoplastische Bad gebracht, dürfen jedenfalls nicht mit den Fingern berührt werden und nicht an der Luft trocknen. Man hängt sie in das Bad an Drähten, deren obere Enden fest um die den Strom empfangende Laufstange geschlungen werden. Als Anoden, welche die Kathoden gleichmäßig umgeben müssen, dienen Platten aus dem niederzuschlagenden Metall. Um dies in glänzender, zusammenhängender Schicht zu erhalten, ist sorgfältige Beobachtung der Stromdichte erforderlich. Für billige Massenartikel werden oft maschinelle Einrichtungen (Siebe, rotierende Trommeln etc.) angewendet, die den Prozeß beschleunigen und verbilligen. Über Verkupfern, Vergolden, Versilbern etc. s. die betreffenden Artikel. Galvanische Überzüge von Blei, Wismut, Antimon, Arsen sowie von Metallen der Platingruppe werden meist wegen der Unsicherheit der Resultate nur wenig angewendet.

Der galvanoplastische Niederschlag wird häufig noch poliert. Hierzu dient der Polierstahl mit Seifenwasser und schließliches Putzen mit feinstem Rot und Spiritus. Dies Verfahren ist nur auf weichere Metalle anwendbar. Billigere Massenartikel werden vor dem Galvanoplanieren durch Glanzschleifen poliert, der galvanische Niederschlag (Glanzvergoldung, Glanzvernickelung etc.) kommt dann mit Hochglanz aus dem Bade.

Für die Kunstindustrie ist ein Verfahren wichtig geworden, durch das man Ornamente auf Metall nach Art der tauschierten Arbeiten galvanoplastisch herstellen kann. Man ätzt die Zeichnung durch starke Einwirkung einer Säure tief in das Metall ein und lasst dann diese Vertiefungen sich galvanoplastisch mit Silber, Gold, Nickel etc. füllen. Nach Entfernung des Schutzfirnisses wird die Oberfläche glatt geschliffen, teilweise bronziert etc. Die Zeichnungen erscheinen in scharfen Konturen und liegen in gleicher Ebene mit dem übrigen Körper (galvanoplastisches Niello, Bronzes incrustés). In der Gold- und Silberindustrie finden auch massive galvanische Niederschläge in Silber Anwendung, und man erhält z. B. ziselierte Stücke sofort ohne weitere Nacharbeit fertig massiv in Silber durch Niederschlag. Eine billige Imitation des Niello erzeugt man auf Messing, indem man dasselbe versilbert, dann ein Muster eingraviert oder das erhaben geprägte Muster durch Abschleifen von Silber befreit, mit Weinsteinwasser, dann mit reinem Wasser bürstet und in die Schwarzoxydbeize (eine Lösung von kohlensaurem Kupfer in Ammoniak) bringt. Hier färbt sich das Messing tief schwarz, so daß das Muster schwarz in Silber steht. Zur Konservierung ist Überziehen mit farblosem Metallack empfehlenswert.

Nach einem von Reimerdes erfundenen und von Eppler in Berlin ausgebildeten Verfahren werden in Gesteinen oder sonstigen Materialien mit Hilfe geeigneter Säuren oder eines Sandstrahlgebläses Vertiefungen hergestellt und in diese, nachdem der Grund galvanisch leitend gemacht worden, in einem galvanoplastischen Bade so lange Metalle niedergeschlagen, bis die Vertiefungen ausgefüllt sind. Zum Schluß wird die ganze Oberfläche poliert und die Einlage event. mit Gravierung oder Ziselierung versehen. Man stellt auf diese Weise Einlagen von Kupfer, Bronze, Gold, Silber in Achat, Marmor, Granit, Syenit, Glas und Perlmutter her. Die Metalle haften in dem Grundmaterial sehr fest, so daß bei gewaltsamer Herauslösung letzteres oft teilweise zerstört wird. Vgl. auch Corviniello.

Den besprochenen Verfahren, bei denen dem Bade von außen Strom zugeführt wird, schließen sich andre an, bei denen die Ablagerung eines dünnen Metallhäutchens schon durch einfaches Eintauchen in eine Lösung des betreffenden Metalls erreicht wird. Hierbei löst sich ein Teil des eingetauchten Metalls, während eine äquivalente Menge des im Bade gelösten Metalls auf das eingetauchte als fest haftende Schicht niedergeschlagen wird. Bei diesen Verfahren (Anreiben, Ansieden) erhält man stets nur hauchdünne Metallniederschläge, weil die Wirkung des eingetauchten Metalls auf die Lösung aufhört, sobald es mit einer noch so dünnen Schicht des gelösten Metalls bedeckt ist. Bringt man aber das eingetauchte Metall mit einem stark elektropositiven Metall in der Lösung in metallische Berührung (Kontaktverfahren), so wird so lange von dem gelösten Metall auf das eingetauchte Metall niedergeschlagen, wie das Kontaktmetall in Lösung geht. Man kann also nach diesem Verfahren Niederschläge von beliebiger Stärke erhalten, die auch sehr fest an dem Metalle haften. Als Kontaktmetall wurde bisher hauptsächlich Zink benutzt, indessen werden Nickel-, Zinn-, Silberbäder schon durch Spuren von Zink unbrauchbar, und das Verfahren konnte daher nur beschränkte Anwendung finden. Sehr vorteilhaft ist dagegen die Anwendung von Aluminium in den alkalischen Autovoltbädern der Gesellschaft »Elektrometallurgie« in Berlin, die sehr gute Niederschläge geben, durch das in ihnen sich ansammelnde Aluminiumsalz nicht an Wert verlieren und durch Zusatz des ihnen entzogenen Metalls in geeigneter Form immer wieder regeneriert werden können. Die Autovoltbäder eignen sich bis jetzt nicht für Vergoldung, Verzinkung und Verbleiung, man benutzt aber ein Vorbereitungsbad für Verzinkung, das diesen Prozeß im Strombad ungemein erleichtert. Die besten Dienste leisten die Autovoltbäder bei Silber, Nickel, Kupfer, Messing, Bronze und besonders bei Zinn, und zwar vorzüglich bei kleinern Massenartikeln.

Geschichtliches. De la Rive beobachtete 1836, daß das auf der Kupferplatte eines galvanischen Elements niedergeschlagene Kupfer ablösbar ist und einen mikroskopisch genauen Abdruck der Oberfläche der Platte darstellt. Dieselbe Beobachtung machte 1837 Jacobi in Dorpat, und er gründete darauf ein Verfahren zur Abformung der verschiedensten Gegenstände mittels des galvanischen Stromes. Auch Spencer in Liverpool stellte zu jener Zeit ähnliche Beobachtungen an. Bald lernte man auch Metallgegenstände mit einem fest haftenden Überzug von anderm Metall zu versehen, und 1840 errichtete Elkington in Birmingham eine Fabrik zur galvanischen Versilberung. 1840 entdeckte Murray, daß nicht leitende Flächen durch Einpinseln mit Graphit für galvanoplastische Reproduktion geeignet werden, Wright erfand 1840 die Abscheidung von Gold und Silber aus Lösungen ihrer Doppelcyanide, Smee erhielt Niederschläge von Antimon, Platin, Eisen, Blei und Zink, und Böttger erfand 1842 das Vernickelungsbad. 1843 erzeugte de Ruolz Niederschläge von Metallegierungen. Klein in Petersburg vervollkommte die Eisengalvanoplastik, während Christofle in Paris brillante Resultate in der Vergoldung, Versilberung und anderweitigen Schmückung der Metallarbeiten erreichte. v. Kreß in Frankfurt a. M. stellte die 3,8 m hohe Figur des Gutenberg-Denkmals in Frankfurt galvanoplastisch her. Einen neuen Aufschwung gewann die G. durch die Einführung der Dynamomaschinen und durch die Entwickelung der Elektrochemie, die es ermöglichte, an Stelle der Empirie mehr und mehr das Arbeiten nach wissenschaftlichen Prinzipien zu setzen. Vgl. Jacobi, Die G. (Petersb. 1840); Weiß, Die G. (4. Aufl., Wien 1896); v. Kreß, Die G. für industrielle und künstlerische Zwecke (Frankf. 1867); Langbein, Handbuch der galvanischen Metallniederschläge (5. Aufl., Leipz. 1903); Schaschl, Die Galvanostegie (Wien 1886); Stein ach und Buchner, Die galvanischen Metallniederschläge (2. Aufl., Berl. 1896); Pfanhauser sen. und jun., Elektroplattierung, G. etc. (4. Aufl., Wien 1900); W. Pfanhauser, Die G. (Halle 1904); Kempe, Die G. (6. Aufl., Nürnb. 1897); Stockmeier, Handbuch der Galvanostegie und G. (Halle 1899); Taucher, Handbuch der G. (6. Aufl., Frankf. a. M. 1900); Peters, Elektrometallurgie und Galvanotechnik (Wien 1900, 4 Bde.).