CH690273A5 - Verfahren zum galvanischen Aufbringen einer Oberflächenbeschichtung. - Google Patents

Description

  
 



  Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum elektrochemischen (galvanischen) Aufbringen einer Oberflächenbeschichtung, gemäss der deutschen Anmeldung mit dem Aktenzeichen DE 4 211 881.6-24. 



  Solche Oberflächenstrukturen werden durch chemische Ätzprozesse im Anschluss an die Beschichtung oder durch mechanische Bearbeitungsverfahren wie etwa Schleifen oder Sandstrahlen mehr oder weniger gut erreicht. Auf die so geschaffene Oberflächenstruktur wird dann eine Hartchromschicht aufgebracht. Diese verschiedenen, zur Erstellung notwendigen Arbeitsschritte sind aufwendig und erfordern eine komplizierte Verfahrenstechnik. Die Kosten werden im Wesentlichen durch die mechanischen oder chemischen Bearbeitungsschritte zur Strukturerzeugung bestimmt. 



  Im Bereich der Strukturierung von Metallschichten werden auch aufwendige und nur sehr schwer beherrschbare Dispersionsabscheideverfahren eingesetzt, bei denen eine spezifische Oberflächenstruktur durch organische oder anorganische Fremdsubstanzen erzielt wird, die zum Beispiel in einer Chromschicht eingebaut werden und/oder das Wachstum der Chromschicht während des Abscheidevorganges blockieren, sodass raue Oberflächen entstehen. Die Fremdsubstanzen liegen als Dispergat im Elektrolyt vor. 



  Die DE 3 307 748 betrifft ein Verfahren zur elektrochemischen Beschichtung, bei dem zur Keimbildung ein pulsförmiger Strom verwendet wird. Wenn eine geeignete Stromdichte verwendet wird, bilden die entstehenden Keime eine dendritische Struktur. Damit lassen sich in einem Arbeitsgang raue, dendritisch strukturierte Oberflächen erzeugen. Unter der Stromdichte wird die mittlere Stromdichte an der Kathodenoberfläche verstanden. 



  Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zum elektrochemischen Aufbringen von Strukturmetallschichten, das auf mechanische oder chemische Nachbehandlungen verzichtet und mit dem vielfältige Strukturmetallschichten erzeugbar sind, sowie eine Vorrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens zu schaffen. 



  Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe gemäss den Merkmalen der Kennzeichen der Patentansprüche gelöst. 



  Die Strukturschicht wird direkt galvanisch auf das zu beschichtende Objekt aufgetragen. Dieses muss dazu eine elektrisch leitfähige Oberfläche aufweisen, die in der Regel geschliffen ist, um eine glatte Basis für die Strukturschicht zu bieten. Vor dem Beschichtungsprozess wird das Objekt nach üblichen galvanotechnischen Regeln gereinigt und entfettet. Es ist als Kathode in ein galvanisches Bad eingetaucht, in dem sich auch eine Anode befindet. Der Abstand zwischen Anode und Kathode wird meist im Bereich zwischen 1 und 40 cm gewählt. Als Elektrolyt werden bevorzugt Chromelektrolyte, insbesondere schwefelsaure Chromelektrolyte, mischsaure Chromelektrolyte oder Legierungselektrolyte verwendet. 



  Zwischen Anode und Kathode kann eine Prozessspannung angelegt werden, und der fliessende Strom bewirkt einen Materialauftrag, an dem als Kathode benutzten, zu beschichtenden Objekt. Die Erfindung schlägt vor, zur Bildung von Keimen positive Stromsprünge anzulegen. Der Prozess der Strukturerzeugung besteht aus einer Keimbildungsphase und einer Keimwachstumsphase. Zunächst werden in der Keimbildungsphase Prozessspannung und Prozessstrom in mehreren Stufen mit jeweils einer vorbestimmbaren Änderung der Stromdichte von 1 bis 6 mA/cm<2> pro Stufe von einem Anfangswert auf eine Strukturstromdichte erhöht. Der Anfangswert beträgt 0 mA/cm<2>, der kann jedoch auch höher sein, wenn die Keimbildungsphase  direkt auf eine vorhergehende galvanische Prozessphase folgt und der Strom dazwischen nicht auf Null abgesenkt wird.

   Die Zeit zwischen zwei Stromdichte-Erhöhungen beträgt etwa 0,1 bis 30 Sekunden. Am häufigsten werden Stufenabstände von etwa 7 Sekunden verwendet. Mit jedem Stromsprung werden neue Keime gebildet. Im Gegensatz zum Pulsstrom-Beschichten geht hier der Prozessstrom nicht nach jedem positiven Sprung wieder auf Null zurück, sondern er wird mit jedem Stromsprung weiter erhöht. Damit können insbesondere runder und gleichmässiger geformte Keime bzw. Körper auf dem Objekt abgeschieden werden, als dies mit den bekannten Pulsstrom-Verfahren möglich ist. Die Stromstufen werden in einer solchen Anzahl an das Bad gelegt, bis eine Strukturschicht, bestehend aus einem Niederschlag aus einzelnen oder aneinander gelagerten, etwa kugelförmigen oder dendritischen Körpern, auf der Oberfläche des Objekts erreicht ist. 



  Vorzugsweise wird mit der Keimbildungsphase eine Strukturschichtdicke von 4  mu m bis 10  mu m angestrebt. Dazu sind in der Regel zwischen 10 und 240 Stromstufen notwendig, besonders gute Ergebnisse werden mit 50 bis 60 Stufen erreicht. 



  Die nach Abschluss der letzten Stromstufe erreichte Stromdichte ist die Strukturstromdichte. Mit dem Erreichen dieser Strukturstromdichte ist die Keimbildungsphase, die eigentliche Bildung der Struktur, weitgehend abgeschlossen. Der Aufbau der entstehenden Struktur ist von vielen Parametern, vor allem von der gewählten Strukturstromdichte, von der Anzahl, der Höhe und dem zeitlichen Abstand der Stromstufen, von der Badtemperatur und von dem verwendeten Elektrolyten abhängig. Die Änderung der Stromdichte pro Stufe wie auch die Zeit zwischen zwei Stromdichte-Erhöhungen kann während der Keimbildungsphase verändert werden. Je nach Charakter der Stromdunktion können unterschiedliche Oberflächenstrukturen erzeugt werden, die in der Hauptsache  durch unterschiedliche Rautiefen gekennzeichnet sind. Die idealen Verfahrensparameter können einfach empirisch festgestellt werden.

   In der Regel lässt sich sagen, dass bei höherer Badtemperatur und höherem Säuregehalt des Elektrolyten auch eine grössere Strukturstromdichte verwendet wird. 



  Diese Strukturstromdichte beträgt in der Regel das Zwei- bis Dreifache der bei normalem Gleichstrombeschichten verwendeten Stromdichte. Beim Gleichstrombeschichten wird mit Stromdichten im Bereich von 15 bis 60 mA/cm<2> gearbeitet. Der Wert der Stromdichte ist dabei vom Elektrolyt und der Badtemperatur abhängig. Beim Strukturbeschichten sind Stromdichten im Bereich von 30 bis          180 mA/cm<2> möglich. 



  Danach folgt die Keimwachstumsphase. Dabei wird während einer vorbestimmbaren Rampenarbeitszeit ein Prozessstrom mit einer Stromdichte im Bereich von 80% bis 120% der Strukturstromdichte angelegt. Während der Rampenarbeitszeit fliesst ein etwa gleichmässiger Strom, dies führt zum Wachstum der auf dem Objekt erzeugten Struktur. Je nach Dauer der Rampenarbeitszeit kann diese Strukturschicht mehr oder weniger stark ausgeprägt werden. Das Wachstum vollzieht sich dabei an den höchsten Punkten der Strukturschicht schneller als an den Tiefpunkten zwischen den in der Keimbildungsphase auftragenden Körpern. Dadurch ergibt sich zunächst eine weitere Zunahme der Rauheit während der Keimwachstumsphase. Die Rampenarbeitszeit liegt meist in einem Bereich von 1 bis 600 Sekunden, vorzugsweise bei etwa 30 Sekunden. 



  Nach Abtauf der Rampenarbeitszeit wird der Prozessstrom auf einen Endwert, häufig auf Null, abgesenkt. Dieses Absenken des Prozessstroms auf den Endwert kann sprungartig geschehen, es ist jedoch auch ein rampenförmiges Absenken möglich. Auch hier wurden mit stufenweiser Änderung des Prozessstroms gute Resultate erzielt. Die Stromstufen liegen dabei vorzugsweise  in einem Bereich von -1 bis -8 mA/cm<2> pro Stufe, und die Zeit zwischen zwei Stromstufen wird vorzugsweise im Bereich von 0,1 bis 1 Sekunde gewählt. 



  Vorstehend wurden drei Verfahrensschritte beschrieben: Das stufenweise Erhöhen des Prozessstroms während der Keimbildungsphase bis zum Erreichen der Strukturstromdichte, das Halten des Prozessstroms im Bereich der Strukturstromdichte während der Rampenarbeitszeit (Keimwachstumsphase) und das anschliessende Absenken des Prozessstroms auf einen Endwert. Diese Verfahrensschritte stellen einen Strukturerzeugungs-Zyklus dar. Sie können zyklisch wiederholt werden. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn eine stärkere Strukturierung der Oberfläche gewünscht ist. Dabei entspricht jeweils der Endwert des vorhergehenden Zyklus dem Anfangswert des folgenden Zyklus. Die Anzahl der Wiederholungen ist von der gewünschten Oberflächenstruktur und Schichtdicke abhängig. Gute Resultate wurden mit Wiederholungen zwischen zweimal und zwanzigmal erreicht.

   Die Endwerte der einzelnen Zyklen können unterschiedlich hoch sein. 



  Mit Vorteil wird das zu beschichtende Objekt bereits einige Zeit, vorzugsweise eine Minute vor Prozessbeginn, in das Bad eingetaucht. Diese Wartezeit dient vor allem der Temperaturangleichung, das heisst, der Grundwerkstoff nimmt etwa die Temperatur des Elektrolyten an. 



  Gute Resultate werden erreicht, wenn vor dem Auftragen der Strukturschicht unter beim Normalverchromen üblichen Bedingungen eine Gleichstrom-Grundschicht aufgetragen wird. Dies wird dadurch erreicht, dass zu Beginn der Beschichtung ein Grundimpuls (Spannungs- bzw. Stromimpuls) angelegt wird. Dabei wird eine Stromdichte von 15 bis 60 mA/cm<2> verwendet, was den beim Normalverchromen üblichen Stromwerten entspricht. Dieser Grundimpuls hat eine Dauer von etwa  600 Sekunden. Um Konzentrationsänderungen durch die vorgeschaltete Gleichstrombehandlung in der Phasengrenzschicht vor der Strukturerzeugung zu eliminieren ist es vorteilhaft, wenn nach dem Grundimpuls und vor Beginn der Strukturerzeugung eine stromfreie Zwischenzeit von etwa 60 Sekunden eingefügt wird. 



  Dieses Verfahren wird in vielen Bereichen der Technik für Bauteile mit speziellen Oberflächeneigenschaften benötigt. Es ist bekannt, Oberflächenbeschichtungen auf Bauteilen mittels galvanischer Prozesse aufzubringen. Häufig werden bestimmte Anforderungen an die Oberflächenstruktur des beschichteten Werkstücks gestellt. Zum Beispiel sollen Zylinderlaufflächen definierte Schmierstoffdepots zur Aufnahme von Schmiermitteln aufweisen, und medizinische oder optische Geräte sollen Oberflächen mit niedrigem Reflexionsgrad aufweisen. Definierte Reflexionsgrade sind auch für funktionelle und dekorative Anwendungen in der Möbel- und Sanitär-Armaturen-Industrie gefordert. In der graphischen Industrie werden für Druckmaschinen Feuchtreibzylinder mit einer speziellen, "rauen" Oberfläche benötigt.

   In der Umformtechnik können strukturverchromte Werkzeuge verwendet werden, um dem Werkstück eine strukturierte Oberfläche zu geben. Zum Beispiel kann die Oberfläche von Blech durch Walzen mit strukturverchromten Rollen strukturiert werden. 



  Die Vorrichtung zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens besteht aus einem galvanischen Bad, das eine eine Metallkonzentration enthaltende elektrolytische Badlösung enthält. Als Elektrolyt  werden Chromelektrolyte bevorzugt, insbesondere schwefelsaure Chromelektrolyte, mischsaure Chromelektrolyte oder Legierungselektrolyte. Ein bevorzugter Elektrolyt weist eine Konzentration von 180 bis 300 Gramm Chromsäure CrO3 pro Liter auf. Dazu können Fremdzusätze wie z.B. Schwefelsäure H2SO4, Fluorwasserstoffsäure H2F2, Kieselfluorwasserstoffsäure H2SiF6 und deren Mischungen  zugefügt werden. Ein bevorzugter Elektrolyt enthält 1 bis 3.5 Gramm Schwefelsäure H2SO4 pro Liter. Das galvanische Bad wird in der Regel beheizt, die Temperatur des Elektrolyts beträgt vorzugsweise 30 bis 55 Grad Celsius. 



  In die elektrolytische Badlösung sind eine Anode und eine Kathode eingetaucht, wobei das zu beschichtende Objekt die Kathode bildet oder zumindest Teil der Kathode ist. Bei Verwendung eines Chromelektrolyten werden bevorzugt platiniertes Platin oder PbSn7 als Anodenmaterial verwendet. Anode und Kathode sind mit einer Einrichtung zum Einspeisen eines Prozessstroms verbunden. Der Prozessstrom ist in mehreren Stufen mit jeweils einer vorbestimmbaren Änderung der Stromdichte von 1 bis 6 mA/cm<2> pro Stufe von dem Anfangswert auf die Strukturstromdichte erhöhbar. Die zeitlichen Abstände zwischen zwei Stromerhöhungen sind zwischen 0,1 und 30 Sekunden einstellbar. Nach Erreichen der Strukturstromdichte ist für eine vorbestimmbare Rampen-Arbeitszeit ein Prozessstrom mit einer Stromdichte im Bereich von 80% bis 120% der Strukturstromdichte anlegbar.

   Um eine gleichmässige Beschichtung zu erreichen, kann die Vorrichtung mit einem Rotationsantrieb zum kontinuierlichen Drehen des Objekts ausgestattet sein. Der Abstand zwischen der Anode und dem zu beschichtenden Objekt wird im Bereich von 1 bis 40 cm, vorzugsweise bei 25 cm gewählt. 



  Die Erfindung ist In den folgenden Ausführungsbeispielen anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: 
 
   Fig. 1 Schematische Darstellung einer Vorrichtung zum galvanischen Aufbringen von Strukturschichten, 
   Fig. 2 Grafische Darstellung eines zeitlichen Stromdichteverlaufs beim Erzeugen einer Strukturschicht, 
   Fig. 3 Fotografische Abbildung im Massstab 200:1 der Oberflächenstruktur eines Objekts, beschichtet nach dem zu Fig. 2 beschriebenen Verfahrensverlauf, 
   Fig. 4 Fotografische Abbildung im Massstab 500:

  1 der in Fig. 3 gezeigten Oberflächenstruktur und 
   Fig. 5 Grafische Darstellung eines zeitlichen Stromdichteverlaufs beim Erzeugen einer Strukturschicht, 
   Fig. 6 Grafische Darstellung eines zeitlichen Stromdichteverlaufs beim Erzeugen einer Strukturschicht und 
   Fig. 7 Grafische Darstellung eines zeitlichen Stromdichteverlaufs beim Erzeugen einer Strukturschicht. 
 



  Fig. 1 zeigt die schematische Darstellung einer Vorrichtung zum galvanischen Aufbringen von Strukturschichten. Ein mit elektrolytischer Flüssigkeit 1 gefüllter Behälter bildet das galvanische Bad. In das galvanische Bad ist ein zu beschichtendes Objekt 2 und eine Anode 3 eingetaucht. Das zu beschichtende Objekt bildet die Kathode 2. Anode und Kathode sind mit einer gesteuerten elektrischen  Energiequelle 4 verbunden. Bei der Energiequelle kann es sich um eine Strom- oder um eine Spannungsquelle handeln. Da, was die elektrischen   Einflüsse betrifft, der Strom bzw. die Stromdichte an der Kathode für die Beschichtung massgebend ist, lässt sich der Prozess mit einer Stromquelle genauer kontrollieren. Der Einsatz einer Spannungsquelle hat demgegenüber den Vorteil eines geringeren elektrischen Schaltungsaufwands.

   Solange sich andere Parameter, wie z.B. die Badtemperatur und die Konzentration des Elektrolyts nicht  massgeblich ändern, lässt sich der Prozess auch mit einer Spannungsquelle gut kontrollieren. 



  Die elektrische Energiequelle 4 wird von einer programmierbaren Steuereinheit 5 angesteuert. Mit der Steuereinheit lassen sich beliebige zeitliche Spannungs- bzw. Stromverläufe vorgeben, die dann automatisch über Energiequelle 4 an die Elektroden gelegt werden. 



  Fig. 2 zeigt die grafische Darstellung des zeitlichen Verlaufs der Prozessstromdichte beim Erzeugen einer Strukturschicht. Die horizontale Achse von Fig. 2 ist die Zeitachse, auf der vertikalen Achse y ist die Stromdichte dargestellt. Dabei handelt es sich um ein Ausführungsbeispiel für einen möglichen Verfahrensablauf, das im Folgenden genauer beschrieben ist. Die Fig. 3 und 4 zeigen fotografische Darstellungen der mit diesem Verfahren erzeugten Strukturschicht. 



  Als galvanisches Bad wird ein schwefelsaurer Chromelektrolyt mit 200 g/l Chromsäure CrO3 und  2 g/l Schwefelsäure H2SO4 verwendet. Bei dem zu beschichtenden Werkstück handelt es sich um ein rotationssymmetrisches Bauteil, einen Feuchtreibzylinder für die Druckindustrie. Um eine für die Strukturverchromung geeignete Ausgangsfläche zu schaffen, wird der aus St52 bestehende Zylinder zunächst fein geschliffen, mit einer Rautiefe von   Rz < 3  mu m. Anschliessend wird nach in der Galvanotechnik üblichen Bedingungen eine 30  mu m dicke Nickelschicht und darauf eine 10  mu m dicke, rissarme Chromschicht aufgetragen. Das so vorbereitete Werkstück wird zur Strukturverchromung im galvanischen Bad rotiert, um eine möglichst gleichmässige Beschichtung zu erreichen. Das Werkstück bildet die Kathode, als Anode wird platiniertes Titan oder PbSn7 verwendet.

   Der Elektrodenabstand Anode/Kathode wird auf 25 cm eingestellt. 



  Während einer ersten Prozessphase 7 bleibt der Prozessstrom abgeschaltet. Diese Phase dient dem Akklimatisieren des Werkstücks an das galvanische Bad. Dabei nimmt das Werkstück die Temperatur des Elektrolyten an. Nach etwa einer Minute wird ein Gleichstrom zwischen Anode und Kathode eingeschaltet. Dieser bleibt während der Phase 8, die etwa 600 Sekunden lang dauert, eingeschaltet. Dabei wird eine Chrom-Gleichstromgrundschicht auf das Werkstück aufgetragen. Die verwendete Stromdichte ist auch beim Normalverchromen üblich, hier 20 mA/cm<2>. Nach dem Auftrag der Gleichstrom-Grundschicht folgt eine zweite Phase 9 ohne Strom. 



  Danach beginnt das eigentliche Erzeugen der Struktur. Während der Phasen 10 und 11 wird die Stromdichte in Stufen auf die Strukturstromdichte 14 erhöht. Die Kenndaten der Stufen (Höhe der Stromstufen und Zeitabstand zwischen zwei Stromschritten) werden dabei während dem Anstieg variiert. In der ersten Phase 10 wird der Strom in 16 Stufen auf 40 mA/cm<2> erhöht. Das entspricht einer Änderung der Stromdichte von 2,5 mA/cm<2> pro Stufe. Die Zeit 28 zwischen zwei Stromstufen beträgt 5 Sekunden. Danach wird die Stromdichte während der Phase 11 in 62 weiteren Schritten auf die Strukturstromdichte von 100 mA/cm<2> erhöht, die Zeit zwischen zwei Stromstufen beträgt 6 Sekunden (der im Graph von Fig. 2 dargestellte Stromdichteverlauf ist nicht massstabgetreu, dasselbe gilt für die in den Fig. 5 und 6 gezeigten Graphen). 



  Nachdem die Strukturstromdichte erreicht ist, wird diese Stromdichte während der Rampenarbeitszeit 12 gehalten. Der dabei fliessende Gleichstrom führt zum Wachstum der in den Phasen 10 und 11 erzeugten Strukturschicht. Die Dauer der Rampenarbeitszeit beträgt 60 Sekunden. Danach wird die Stromdichte wiederum stufenweise, in 22 Schritten, auf den Endwert von 0 mA/cm<2> abgesenkt. Die Zeit zwischen zwei Stromschritten beträgt dabei 4 Sekunden. 



  Aus anwendungstechnischen Gründen wird im Falle des Feuchtreibzylinders anschliessend auf die nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellte Chrom-Strukturschicht noch eine 4 bis 8  mu m dicke mikrorissige Chromschicht aufgetragen. Dies geschieht unter den in der Galvanotechnik üblichen Gleichstrombedingungen und wird hier nicht näher erläutert. 



  Die Fig. 3 und 4 zeigen mikroskopische Aufnahmen der Chrom-Strukturschicht, die nach dem zu Fig. 2 beschriebenen Verfahren erzeugt wurde. Die Strukturschicht besteht vorwiegend aus etwa kugelförmigen, einzelnen und teilweise auch aneinander liegenden Körpern. Die gezeigte Strukturschicht weist eine Oberflächenrauheit von Rz=8  mu m bei einem Traganteil von 25% auf. Der "Traganteil" ist auch als "Materialanteil" gemäss DIN 4762 definiert. 



  Fig. 5 zeigt den zeitlichen Stromdichteverlauf eines weiteren Verfahrensablaufs zur Strukturbeschichtung. Die Prozessphasen 7, 8 und 9 wurden bereits in den Ausführungen zu Fig. 2 erörtert. In der darauf folgenden Phase 15 wird die Stromdichte in 110 gleichen Schritten auf die Strukturstromdichte von 100 mA/cm<2> erhöht. Die Zeit zwischen zwei Stromschritten beträgt 10 Sekunden. Nach der Rampenarbeitszeit 16 von 60 Sekunden wird die Stromdichte, diesmal in 22 gleichen Schritten, bis auf den Endwert von 0 mA/cm<2> abgesenkt. Die Zeit zwischen zwei Stromschritten beträgt 4 Sekunden. Im Anschluss daran wird nach einem kurzen stromfreien Moment der Prozesszyklus, bestehend aus den Phasen 15, 16 und 17, wiederholt. 



  Fig. 6 zeigt den zeitlichen Stromdichteverlauf eines weiteren Verfahrensverlaufs. Nach der Wartephase 7 zum Akklimatisieren des Werkstücks an das galvanische Bad folgt ein Gleichstromimpuls 18, der in seiner Art dem Gleichstromimpuls  8 in Fig. 2 entspricht. Im Anschluss daran folgt direkt eine Keimbildungsphase 19, in der die Stromdichte stufenweise auf die Strukturstromdichte 24 erhöht wird. Die Stromdichte wird dann während der Rampenarbeitszeit 20 auf der Strukturstromdichte gehalten und anschliessend, während der Phase 21 rampenförmig auf einen Endwert 26 abgesenkt. Nach einer kurzen Wartezeit 22 folgt erneut eine Keimbildungsphase 23 mit stufenweiser Erhöhung der Stromdichte bis auf die neue Strukturstromdichte 25.

   Dabei ist die Anfangsstromdichte der Keimbildungsphase 23 gleich dem Endwert 26, auf den die Stromdichte am Ende des vorhergehenden Strukturerzeugungszyklus abgesenkt wurde. Die Stromdichte wird dann während der Rampenarbeitszeit 27 auf der Strukturstromdichte 25 gehalten und im Anschluss daran sprungartig auf den neuen Endwert von 0 mA/cm<2> abgesenkt. 



  Fig. 7 zeigt den zeitlichen Stromdichteverlauf einer weiteren Variante des Verfahrensablaufs. Die Verfahrensabschnitte 7 bis 9 wurden bereits zu  Fig. 2 besprochen. Der Prozessstrom wird dann während Phase 29 stufenweise auf die Strukturstromdichte 30 erhöht. Danach wird während der Rampenarbeitszeit 32 ein Prozessstrom mit einem Stromdichtewert von 80% der Strukturstromdichte 30 angelegt. Dazwischen liegt eine stromfreie Ruhezeit 31. Nach Ablauf der Rampenarbeitszeit 32 wird der Prozessstrom während Phase 33 auf einen Endwert abgesenkt. Dieser Endwert dient als Anfangswert für einen zweiten Strukturerzeugungszyklus, beginnend mit dem stufenweisen Stromanstieg in Phase 35. Nach Erreichen der neuen Strukturstromdichte 36 wird während der Rampenarbeitszeit 38 ein Prozessstrom mit einem Stromdichtewert von 120% der Strukturstromdichte 36 angelegt.

   Dazwischen liegt wiederum eine stromfreie Ruhezeit 37. 

Claims (12)

1. Verfahren zum elektrochemischen Aufbringen einer Oberflächenbeschichtung auf Bauteile mit speziellen Oberflächeneigenschaften, mittels eines Gleichstrom-Auftragsverfahren, wobei mindestens während eines Anfangsimpulses der elektrischen Spannung und/oder des elektrischen Stromes auf der zu beschichtenden Fläche Keimbildungen des Abscheidematerials erreicht werden und wobei anschliessend mittels mindestens eines Folgeimpulses ein Wachstum der Abscheidematerialkeime durch Anlagerung von weiterem Abscheidematerial herbeigeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass während der Keimbildungsphase eine Erhöhung der elektrischen Spannung und/oder des elektrischen Stromes in mehreren Stufen erfolgt, die Zeit zwischen den Erhöhungen zwischen 0,1 und 30 Sekunden liegt, wobei Stromdichteänderungen in Stufen von 1 bis 6 mA/cm<2> erfolgen.

2.

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stufen mit jeweils einer vorbestimmbaren Änderung der Stromdichte von 1 bis 6 mA/cm<2> pro Stufe von einem Anfangswert auf eine Strukturstromdichte (14, 24, 25) erhöht werden, wobei die Zeit (28) zwischen zwei Stromdichte-Erhöhungen 0,1 bis 30 Sek. beträgt und die Stufen in einer solchen Anzahl an das Bad gelegt werden, bis eine Strukturschicht, bestehend aus einem Niederschlag aus einzelnen oder aneinander gelagerten, etwa kugelförmigen oder dendritischen Körpern auf der Oberfläche des Objekts erreicht ist und danach in einer Keimwachstums-Phase während einer vorbestimmbaren Rampenarbeitszeit (12, 16) ein Prozess-Strom mit einer Stromdichte im Bereich von 80% bis 120% der Strukturstromdichte angelegt wird.

3.

Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dauer der einzelnen Stufen etwa 7 Sek. beträgt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromdichte in 10 bis 240 Stufen erhöht wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturstromdichte (14, 24, 25) im Bereich von 30 mA/cm<2> bis 180 mA/cm<2> liegt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Rampenarbeitszeit (12, 16) 1 bis 600 Sek., vorzugsweise etwa 30 Sek. beträgt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Prozessstrom nach Ablauf der Rampenarbeitszeit auf einen Endwert (26) abgesenkt wird.

8.

Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Prozessstrom nach Ablauf der Rampenarbeitszeit stufenweise mit jeweils einer vorbestimmten Änderung von -1 bis -8 mA/cm<2> pro Stufe auf den Endwert abgesenkt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Abfolge der Verfahrensschritte zyklisch zwei- bis zwanzigmal wiederholt wird, wobei jeweils der Endwert des vorhergehenden Zyklus dem Anfangswert des folgenden Zyklus entspricht.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Endwerte (26) unterschiedlich hoch sind.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Strukturerzeugung ein Gleichstrom-Impuls (8, 18) mit einer Stromdichte von 15 bis 60 mA/cm<2> zum Aufbau einer Gleichstrom-Grundschicht angelegt wird.

12.

Anwendung des Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, - zur Strukturerzeugung von Zylinderoberflächen für Schmierstoffdepots zur Aufnahme von Schmiermitteln, - zur Einstellung von definierten Reflexionsgraden von Oberflächen in optischen, medizinischen Geräten und für funktionale und dekorative Anwendungen in der Möbel- und Sanitärindustrie, - zur Erzeugung von Oberflächen mit definierter Rauigkeit in Produkten der grafischen Industrie, - zur Erzeugung von strukturierten Oberflächen bei Werkzeugen.