CH687529A5 - Bad zur Vorbehandlung von Leichtmetallen. - Google Patents

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CH687529A5
CH687529A5 CH01029/93A CH102993A CH687529A5 CH 687529 A5 CH687529 A5 CH 687529A5 CH 01029/93 A CH01029/93 A CH 01029/93A CH 102993 A CH102993 A CH 102993A CH 687529 A5 CH687529 A5 CH 687529A5
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Franz Jun Rieger
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Rieger Franz Metallveredelung
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    • C23C18/18—Pretreatment of the material to be coated
    • C23C18/1803—Pretreatment of the material to be coated of metallic material surfaces or of a non-specific material surfaces
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    • C23C22/00—Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C22/05—Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using aqueous solutions
    • C23C22/06—Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using aqueous solutions using aqueous acidic solutions with pH less than 6
    • C23C22/07—Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using aqueous solutions using aqueous acidic solutions with pH less than 6 containing phosphates
    • C23C22/08—Orthophosphates

Description

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CH 687 529 A5
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Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Bad gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1, ein Verfahren gemäss den Ansprüchen 10 bis 51 und einen Gegenstand gemäss den Ansprüchen 52 bis 57.
Ein Bad zur Vorbehandlung vor einer einstufigen galvanischen Direktvernicklung ist aus der DE-PS 3 246 323, Spalte 2, Zeile 43-45, bekannt. Dort wird das Bad zur Vorbehandlung von Werkstücken aus Aluminium und Aluminiumlegierungen verwendet, ehe diese auf galvanischem Wege direkt vernickelt werden. Es werden also mit den dort angegebenen Werten (siehe Spalte 3, Absatz 1) Nickelschichten niedergeschlagen wobei man Nickelanoden verwendet.
Abgesehen von der galvanischen, mit Aus-senstrom arbeitenden Metallabscheidung, gibt es die aussenstromlose Metallabscheidung. Obwohl das angestrebte Ziel bei beiden Technologien das gleiche ist, nämlich Metalle abzuscheiden, sind jedoch die Technologien an sich sehr unterschiedlich. Bäder zum Abscheiden von Nickel, Kupfer, Gold oder dergleichen stellen die Firmen Schlötter, Blasberg, M+ T usw. her.
Hat man bisher chemisch vernickelt, dann waren folgende Schritte notwendig: 1 ) Abkochentfettung 2) Spülen. 3) Dekapieren. 4) Spülen. 5) Zinkatbeiz-verfahren. 6) Spülen. 7) Schritt 3-6 wiederholen. 8) Vorvernickeln. 9) Chemisch vernickeln. 10) Spülen. Statt Zinkatbeizen hat man auch Stannatbeizen oder Mischmetallbeizen verwendet.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Bad anzugeben, ein Verfahren aufzuzeigen und Gegenstände anzugeben, bei dem die Schritte wesentlich kürzer sind als beim Stand der Technik, das weniger Austrag hat, das eine geringere Umweltbelastung hat, wobei die Standzeit des Bads hoch ist, das eine hohe Reproduzierbarkeit hat, das eine hohe Streufähigkeit hat, das billig ist und einfach in der Anwendung ist.
Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe hinsichtlich des Bads durch die aus dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 ersichtlichen Merkmale gelöst, hinsichtlich des Betriebsverfahrens durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils eines der Ansprüche 14 bis 16 und hinsichtlich der Gegenstände durch den kennzeichnenden Teil eines der Ansprüche 52 bis 57.
Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Ablauf des Betriebsverfahrens wie folgt: 1) Abkochentfettung. 2) Spülen. 3) Dekapieren. 4) Spülen. 5) Behandeln in einem Bad gemäss einem oder mehreren der Ansprüche 1-14 durch ein Verfahren gemäss einem der Ansprüche 14-51. 6) Spülen mit Wasser. 7) Chemisch vernickeln. 8) Spülen.
Es ist also nicht notwendig, die Schritte 3-6 aus dem Stand der Technik zu wiederholen. Selbst wenn man diese Wiederholung nicht mitzählt, hat man erfindungsgemäss nur acht Schritte. Die zya-nidischen Bäder gemäss dem Stand der Technik sind sehr viskos. Die Badflüssigkeit bleibt als Tränen an den Gegenständen haften, und man hat deshalb im Stand der Technik eine hohe Ausschlepprate. Erfindungsgemäss kann man mit Wasser spülen und ggf. dem Wasser ein Detergent beigeben, so dass die Ausschlepprate praktisch Null ist. Es wird auch verhindert, dass das von den zy-anidischen Bädern herrührende Gelee noch an den Gegenständen haften bleibt und solange noch reagiert, wie der Gegenstand über das Bad hochgehoben wird. Bei der Erfindung wird der Gegenstand aus dem Bad abgehoben, und damit ist die Reaktion beendet.
Es ist erstaunlich, dass ein Vorbehandlungsbad vom gleichen Typ wie bei der anodischen Vernick-lung auch bei der aussenstromlosen (chemischen) Metallabscheidung ausgezeichnet arbeitet und darüber hinaus auch noch den Niederschlag nicht nur von Nickel, sondern auch von Kupfer und zumindest auch Gold ermöglicht. Dabei ist der Gold- und Kupferniederschlag rein. Der Nickelniederschlag kann rein sein - je nach Nickelbad - wird jedoch meist eine Legierung von Nickel und Phosphor (bis zu 15%) sein. Hinzu kommt manchmal zu Nickel und Phosphor auch Bor. Durch die Erfindung können auch Dispersionsschichten abgeschieden werden.
Hinsichtlich der Wannen, in denen vorbehandelt wird, hat das Bad praktisch keine besonderen Ansprüche. Es kann sich um gummierte Stahlwannen handeln, um Kunststoffwannen und um Edelstahlwannen.
Das Verfahren passt nicht zu jedem auf dem Markt befindlichen chemischen Bad. Wie in der Technologie solcher Metallabscheidungen seither notwendig, muss man auch hier die verwendbaren Bäder heraussuchen, da diese unterschiedliche Stabilisatoren haben. Die Erfindung arbeitet jedoch zumindest mit dem SLOTORIC-Bad der Firma Schlötter zusammen.
Es ist nicht notwendig, den zu behandlenden Gegenstand nach dem Schritt 6) «Spülen» in das chemische Vernicklungsbad zu bringen. Vielmehr ist es möglich, den Gegenstand monatelang zu lagern, dann wieder zu spülen und dann in das chemische Vernicklungsbad zu bringen. Dabei ist es nicht notwendig, den Gegenstand im Schutzgas oder dergleichen aufzubewahren. Natürlich darf der chemisch zu vernickelnde Bereich zwischenzeitlich nicht mit Hautfett oder dergleichen in Verbindung gebracht werden.
Die durch das Vorbehandlungsbad entstehende Schicht ist dünner als 1 Mikrometer. Sie ist porös und in ihrer einen Ausführungsform hat sie säulenartige Kanäle, die sich von der Aussenseite zum Grundwerkstoff hin erstrecken und diesen auch vielfach erreichen. In ihrer anderen Ausführungsform ist die Schicht kavernös. Es gibt aber auch Mischformen beider.
Bei der Durchführung des Verfahrens mit Massengut packt man das Massengut in den Massengutbehälter, senkt ihn in das Vorbehandlungsbad ab, lässt ihn das Massengut durchmischen und führt den Strom und die Spannung zu, zum Beispiel beim Trommeln über einen Leichtmetallstab. Dieser kann aus Aluminium oder Titan sein. Sobald er zu stark mit dem Material der Gegenelektrode überzogen ist (meistens Nickel), wird er wie5
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der abgezogen, das heisst oberflächenmässig gereinigt.
Man erhält ausgezeichnete Endbearbeitungsergebnisse, selbst wenn man sowohl im Vorbehandlungsbad als auch im Vernicklungsbad den Massengutbehälter verwendet. Es ist also nicht so, dass man sich das Trommeln nur in einem einzigen Bad leisten könnte. Vielmehr ist das Verfahren so leistungsfähig, dass es auch trotz Behandlung in Massengutbehältern in beiden Bädern zu ausgezeichneten Metallabscheidungen kommt, sowohl deren Dichte nach als auch deren Dicke nach als auch deren Gleichmässigkeit nach als auch deren Haftfestigkeit nach.

Claims (57)

Patentansprüche
1. Bad zur Vorbehandlung von Oxidschicht-bil-denden Leichtmetallen vor einer nachfolgenden aussenstromlosen Metallabscheidung auf dem Leichtmetall, dadurch gekennzeichnet, dass das Bad ein wässriges, phosphorsäurehaltiges Bad ist.
2. Bad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es ausschliesslich Phosphorsäure und Wasser enthält.
3. Bad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es 100 bis 550 g/l Phosphorsäure enthält.
4. Bad nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass es 150 bis 500 g/l Phosphorsäure enthält.
5. Bad nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass es 200 bis 450 g/l Phosphorsäure enthält.
6. Bad nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass es 300 g/l ± 30% Phoshorsäure enthält.
7. Bad nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass es 300 g/l ± 20% Phosphorsäure enthält.
8. Bad nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass es 300 g/l ± 10% Phosphorsäure enthält.
9. Bad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Phosphorsäure halogenfrei ist.
10. Verfahren zur Herstellung des Bades nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Wasser Leitungswasser verwendet wird.
11. Verfahren zur Herstellung des Bades nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Wasser destilliertes Wasser verwendet wird.
12. Verfahren zur Herstellung des Bades nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Wasser entionisiertes Wasser verwendet wird.
13. Verfahren zur Herstellung des Bades nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Wasser voll entsalztes Wasser verwendet wird.
14. Verfahren zur Vorbehandlung von Oxidschicht-bildenden Leichtmetallen unter Verwendung eines Bades nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Leichtmetall Aluminium und/oder seine Legierung ist.
15. Verfahren zur Vorbehandlung von Oxidschicht-bildenden Leichtmetallen unter Venwendung eines Bades nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, dass das Leichtmetall Magnesium und/oder seine Legierung ist.
16. Verfahren zur Vorbehandlung von Oxidschicht-bildenden Leichtmetallen unter Venwendung eines Bades nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, dass das Leichtmetall Titan und/oder seine Legierung ist.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Bad agitiert wird.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass mit Pumpen agitiert wird.
19. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass mit eingeblasener Luft agitiert wird.
20. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperaturbereich des Bades zwischen 10 und 45°C liegt.
21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperaturbereich zwischen 15 und 35°C liegt.
22. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperaturbereich zwischen 17 und 30°C liegt.
23. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperaturbereich zwischen 20 und 25°C liegt.
24. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 14-23, dadurch gekennzeichnet, dass die Expositionszeit 3 bis 20 min. beträgt.
25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Expositionszeit 4 bis 15 min. beträgt.
26. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Expositionszeit 5 bis 10 min. beträgt.
27. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Expositionszeit 6 bis 7 min. beträgt.
28. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 14 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass die angelegte Spannung langsam ansteigt.
29. Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannung mit 1 Volt ± 40% pro 10 sec ± 40% ansteigt.
30. Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannung mit 1 Volt ± 20% pro 10 sec ± 20% ansteigt.
31. Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Endspannung im Bereich bis ca. 90 Volt liegt.
32. Verfahren nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass die Endspannung bei 5 bis 25 Volt liegt.
33. Verfahren nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass die Endspannung bei 10 bis 20 Volt liegt.
34. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 31 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass die Endspannung bei reineren Leichtmetall-Le-gierungen niedriger liegt als bei höher legierten Leichtmetall-Legierungen.
35. Verfahren nach einem dervorhergehenden Ansprüche 14 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass zu beschichtende Gegenstände nach einem Dekapierbad und ggf. einem Spülbad direkt in das erfindungsgemässe Bad transportiert werden.
36. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 14 bis 35, dadurch gekennzeichnet,
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dass eine Oxidschicht mit einer Dicke im unteren Mikrometerbereich gebildet wird.
37. Verfahren nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht dünner als ein Mikrometer ist.
38. Verfahren nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht dünner als 0,5 Mikrometer ist.
39. Verfahren nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht einige Atomlagen dick ist.
40. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 36 bis 39, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht durchgehend ist.
41. Verfahren nach einem dervorhergehenden Ansprüche 36 bis 39, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht Inseln bildet.
42. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 14 bis 41, dadurch gekennzeichnet, dass nach zeitlich längerer Zwischenlagerung eines so behandelten Gegenstandes dieser anschliessend, ggf. lediglich mit Wasser gespült, in ein aus-senstromloses Bad gebracht wird.
43. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 14 bis 41, dadurch gekennzeichnet, dass sich im Bad zur Vorbehandlung ein Massengutbehälter befindet.
44. Verfahren nach Anspruch 43, dadurch gekennzeichnet, dass der Massengutbehälter eine rotierbare Trommel ist.
45. Verfahren nach Anspruch 43, dadurch gekennzeichnet, dass der Massengutbehälter ganz in die Badflüssigkeit eingetaucht ist.
46. Verfahren nach Anspruch 43, dadurch gekennzeichnet, dass der Massengutbehälter zu mehr als der Hälfte in die Badflüssigkeit eingetaucht ist.
47. Verfahren nach Anspruch 43, dadurch gekennzeichnet, dass der Massengutbehälter zumindest im wesentlichen, insbesondere ganz aus Kunststoff ist.
48. Verfahren nach Anspruch 43, dadurch gekennzeichnet, dass der Massengutbehälter eine Vi-bratorvorrichtung ist.
49. Verfahren nach Anspruch 44, dadurch gekennzeichnet, dass im unteren Bereich der Trommel ein Leichtmetallstab vorgesehen ist, der an einer elektrischen Spannung liegt und nicht rotiert.
50. Verfahren nach Anspruch 48, dadurch gekennzeichnet, dass der Leichtmetallstab an einer nicht rotierenden Stelle der Trommel befestigt ist.
51. Verfahren nach Anspruch 44, dadurch gekennzeichnet, dass die Trommel zu einer Umdrehung zwischen 2 und 15 Sekunden benötigt.
52. Gegenstand aus Leichtmetall, dadurch gekennzeichnet, dass er eine Oxidschicht umfasst, die nach einem der vorstehenden Ansprüche 14 bis 51 erzeugt ist.
53. Gegenstand nach Anspruch 52, dadurch gekennzeichnet, dass er eine aussenstromlos abgeschiedene Metallschicht umfasst.
54. Gegenstand nach Anspruch 53, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallschicht Nickel ist oder eine Nickellegierung wie NiP oder NiB ist.
55. Gegenstand nach Anspruch 53, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallschicht Kupfer ist.
56. Gegenstand nach Anspruch 53, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallschicht ein Edelmetall, insbesondere Gold, ist.
57. Gegenstand nach Anspruch 53, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht eine Dispersionsschicht ist, wie NiP mit SiC-Einlagerungen und/oder Polytetrafluoräthylen-Einlagerungen und/oder BC-Einlagerungen und/oder Al203-Einlagerungen.
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