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Verfahren zum Metallisieren von Gegenständen aus Eisen und Eisenlegierungen durch Metallverdampfen im Vakuum
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Metallisieren von Gegenständen aus Eisen und Eisenlegierungen durch Metallverdampfen im Vakuum unter Verwendung einer oxydischen Zwischenschicht.
Ein solches Verfahren ist bereits bekannt. Auf der Unterlage, die mit einem metallischen Überzug versehen werden soll, wird nach diesem bekannten Verfahren zuerst eine Schicht aufgedampft, welche Silicium und Sauerstoff in annähernd stöchiometrischem Verhältnis enthält, worauf auf diese Zwischenschicht der metallische Überzug aufgebracht wird.
Ein Nachteil dieses bekannten Verfahrens besteht darin, dass zum Erreichen einer guten Haftfestigkeit der Siliciumoxydschicht die Unterlage vor dem Aufbringen dieser Schicht sorgfältig gereinigt werden
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gebracht werden, wodurch das ganze Verfahren verteuert wird. Schliesslich ist auch bei Einhaltung aller dieser Massnahmen die Haftfestigkeit der aufgebrachten Oxydschicht in einigen Fällen immer noch unbefriedigend.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu beseitigen und ein Verfahren zum Metallisieren zu schaffen, bei dem durch einfache und wohlfeile Mittel eine gute Haftfestigkeit des Metallüberzugs auf Eisen und Eisenlegierungen gewährleistet ist.
Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass vor dem Metallisieren die mit Metall zu überziehende Unterlage der Einwirkung einer oxydierenden Atmosphäre bei erhöhter Temperatur so lange ausgesetzt wird, bis in der Unterlage die Temperatur von 250 bis 3000 C erreicht ist, und auf der Unterlage ein gelblichbrauner oder blauer Farbton der auf diese Weise erhaltenen Oxydschicht sichtbar wird, worauf auf die erhaltene Oxydschicht das Überzugsmetall durch Verdampfen im Vakuum aufgetragen wird, und hierauf die auf diese Weise erhaltene Schicht des Überzugsmetalls auf jene Temperatur erhitzt wird, bei welcher das Überzugsmetall in die Oxydschicht diffundiert.
Das erfindungsgemässe Verfahren bringt vor allem den Vorteil, dass es nicht nötig ist, eine Zwischenschicht im Vakuum aufzudampfen, sondern dass die Oxydschicht einfach durch Erwärmung der Unterlage in einer oxydierenden Atmosphäre erhalten wird, z. B. durch Erwärmung in der Luft. Die erforderliche Erwärmungstemperatur ist nur 250-3000 C, d. h. viel niedriger als beim bisher bekannten Verfahren. Die Oxydschicht entsteht erfindungsgemäss unmittelbar durch Oxydation der Unterlage, ohne Aufbringung irgendwelcher Zusatzstoffe. Ferner ist beim erfindungsgemässen Verfahren keine vorhergehende Reinigung der zu behandelnden Metalloberfläche erforderlich, wodurch weitere Kosten gespart werden.
Die erfindungsgemäss aufgebrachten Metallüberzüge haben eine bessere Haftfestigkeit als Überzüge, die nach dem bisher bekannten Verfahren hergestellt wurden. Sie sind auch biegsam und leicht verformbar, ohne sich von der Unterlage zu lösen. Um durch die erfindungsgemässe Vorbehandlung, d. h. durch Oxydation der Oberfläche gute Haftfestigkeit der Oxydschicht auf der Unterlage zu erreichen, ist es erforderlich, das Oxyd nur in einer dünnen Schicht entstehen zu lassen. Bei einer Oxydierungstemperatur von etwa 3000 C entsteht eine kornblumenblaue Anlassfarbe, wobei die Dicke der Oxydschicht etwa 0, 8 u betragt. Bei einer gelblichbraunen Anlassfarbe, die einer Oxydierungstemperatur von etwa 2500 C entspricht, beträgt die Dicke der Oxydschicht etwa 0, 02 p.
Diese Dicken der Oxydschichten, d. h. 0, 02 bis etwa 0, 08 I. sind für das erfindungsgemässe Verfahren am besten geeignet. Sie entstehen bei einer Temperatur von nur
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250 bis 3000 C, so dass es zu keiner schädlichen Strukturänderung des Unterlagenmaterialskommt Bei die- sen Temperaturen bildet sich vorwiegend das Fest", dessen kristallisches Gefüge mit unbesetzten Gitterstellen die Diffusion des Überzugsmetalles in die Oxydschicht bei darauffolgender Wärmebearbeitung ermöglicht.
Das Aufdampfen des Überzugsmetalles auf die so gebildete Oxydschicht soll unverzüglich nach der Oberflächenoxydation der Unterlage erfolgen. Dadurch wird in der Oxydschicht die Bildung des die Haftfestigkeit des Metallüberzugs nachteilig beeinflussenden a-FeOg-Oxyds verhindert.
Die Haftfestigkeit des Metallüberzugs ist durch seine mechanische Verankerung in der porösen Oxydschicht gewährleistet und kann durch chemische Bindung des Überzugsmetalles mit der Oxydschicht weiter erhöht werden. Die erforderlichen chemischen Reaktionen entstehen bei einer Erwärmung auf eine geeignete, den Eigenschaften des Überzugsmetalles entsprechende Temperatur. Dieses Verfahren ist besonders bei Metallen mit grosser Affinität zu Sauerstoff geeignet, wie z. B. beim Aluminium.
Beim Aluminium kommt es zur chemischen Reaktion mit Sauerstoff bei etwa 4000 C, wobei diese Reaktion gegebenenfalls auch mit atmosphärischem, molekularem 02 verläuft. Das entstehende Aluminiumoxyd füllt die Poren der Oxydschicht aus und entzieht den Sauerstoff dem vorhandenen FeOg, wodurch die Bildung von Fep.. gesichert wird.
Die Haftfestigkeit wird ausserdem durch Erwärmung des Überzugsmetalles auf eine solche Temperatur erhöht, dass das Überzugsmetall in die Unterlagenschicht zu diffundieren beginnt, wobei feste Lösungen von Spinelstruktur entstehen. Die Diffusion verläuft mit verschiedenen Geschwindigkeiten, die von der Temperatur, der Dauer der Erwärmung und der Diffusionsgeschwindigkeit des betreffenden Überzugsmetalles in die Oxydschicht abhängen. Dieses Verfahren ist vorwiegend für Metalle mit höheren Diffusionsgeschwindigkeiten geeignet, besonders für Aluminium, Chrom u. dgl.
Bei niedrigschme1zenden Metallen ist es vorteilhaft, den Überzug durch Erwärmung auf seine Schmelztemperatur mit der Oxydschicht zu verschmelzen, wodurch die Haftfestigkeit und Homogenität des Überzuges noch verbessert werden. Dieses Anschmelzen ist besonders für Zinn, Kadmium und Blei geeignet.
Die Oxydation der Unterlage kann auf verschiedene Weise erfolgen. Es kann dazu beispielsweise Strahlungswärme, elektrische Widerstandsheizung, Induktionserwärmung oder eine Gasflamme benutzt werden. Da mit längerer Erwärmungszeit die Bildung des unerwünschten (X-Fe-Oxyds zunimmt, ist es zweckmässig, die Bildung der Oxydschicht in erwünschter Dicke möglichst zu beschleunigen und den Metallüberzug unverzüglich nach der Bildung der Oxydschicht aufzutragen.
Das erfindungsgemässe Verfahren ermöglicht die Bildung von Haftfestigen Metallüberzügen, die für verschiedenste Zwecke geeignet sind, vor allem für Korrosionsschutzvergütung von Stahl- und Eisengegenständen.