DD262452A1 - Galvanisches bad und verfahren zum abscheiden von aluminiumbronzen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein galvanisches Bad und Verfahren zum Abscheiden von Aluminiumbronzen konstanter Zusammensetzung fuer Zwecke der funktionellen und dekorativen Oberflaechenveredlung von Bauteilen und Werkstuecken. Ziel und Aufgabe der Erfindung ist es, Aluminiumbronzen kontinuierlich mit konstanter Zusammensetzung galvanisch abzuscheiden. Erfindungsgemaess besteht das galvanische Bad aus einer wasser- und sauerstofffreien Loesung von AlBr3, Alkalibromid, vorzugsweise KBr, und CuBr in einem Gemisch aus Toluen und Ethylbenzen im Volumenverhaeltnis von 2:1. Abscheidbar sind bei normaler Temperatur und mit Stromdichten von 0,05 bis 1 Adm 2 duktile, feinkristalline, matt bis leicht glaenzende Aluminiumbronzen bei Stromausbeuten von 100%. Der Kupfergehalt der Aluminiumbronzen ist ueber den Kupfergehalt in der Badloesung vorgebbar und einstellbar. Die Regelung und Konstanthaltung des Kupfergehaltes der Badloesung erfolgt durch anodische Kupferaufloesung in Verbindung mit einer anodischen Aluminiumaufloesung mittels einer getrennten Anodenschaltung. Beschichtbar sind alle Metalle, metallischen Werkstoffe und elektrisch leitenden Materialien.

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet

Die Erfindung betrifft ein galvanisches Bad und ein Verfahren zum Abscheiden von Aluminiumbronzen konstanter Zusammensetzung zum Zwecke der funktioneilen oder dekorativen Oberflächenveredlung von Bauteilen und Werkstücken. Aluminiumbronzen sind Legierungen des Kupfers mit etwa 5 bis 12% Aluminium. Der Aluminiumzusatz bewirkt eine Verschiebung der Farbe des Kupfers von rot über gold zu gelb. Im Vergleich zum Kupfer sind Aluminiumbronzen zäher, härter, abriebfester und korrosionsbeständiger insbesondere in schwach sauren und schwach alkalischen Lösungen und in SO₂-haltiger Atmosphäre.

Aluminiumbronzen werden gegenwärtig nur metallurgisch hergestellt und in massiver Form z. B. in der Elektrotechnik, im Armaturen- und Motorenbau verwendet. Bauteile aus Aluminiumbronze sind aber relativ teuer. Die Erfindung bietet die Möglichkeit, solche Bau- und Fertigteile billiger zu machen, indem diese aus einem billigeren Grundwerkstoff, z. B. aus un- und niedriglegiertem Stahl gefertigt und galvanisch mit einer haftfesten und hinreichend dicken Schicht aus Aluminiumbronze beschichtet werden. Mit einem solchen Verbundwerkstoff kann in der Elektrotechnik, im Armaturen-und Motorenbau sehr wesentlich zur Einsparung von Aluminiumbronzen und damit auch zur Materialökonomie beigetragen werden. Weitere Anwendungsmöglichkeiten sind dekorative Oberflächengestaltungen.

Charakteristik der bekannten Lösungen

Es ist bekannt, daß zur galvanischen Abscheidung von Aluminium Bäder verwendet werden können, welche Aluminiumbromid (AIBr₃) als gelöstes Salz und Alkylbenzene als Lösungsmittel enthalten. Des weiteren ist bekannt, daß aus solchen Bädern auch Aluminium-Kupfer- und Kupfer-Aluminiumlegierungen abscheidbar sind, wenn in diese Bäder eine geringe Kupfermenge eingebracht wird. Nach R. Ducasse und G. A. Capuano, Journal of applied Electrochemistry 9,78 (1981) und J. Gala, E. Lagiewka und J. Baranska, ebenda 11,735 (1981), geschieht dies durch anodisches Auflösen von Kupferanoden vor Beginn der Legierungsabscheidungen. Die Abscheidungen selbst werden nur mit Aluminiumanoden durchgeführt. Bei einer solchen Verfahrensweise bleibt aber der Kupfergehalt in der ßadlösung nicht konstant, und es lassen sich weder Aluminiumbronzen mit konstantem Kupfergehalt noch kontinuierliche Legierungsabscheidungen durchführen. Ein weiterer Nachteil ist, daß mit der Legierungsabscheidung erst dann begonnen werden kann, wenn die erforderliche Kupfermenge durch anodisches Auflösen von Kupfer in die Badlösung eingebracht und ermittelt worden ist. Eine technische Lösung zur galvanischen Abscheidung von Aluminiumbronzen konstanter und konstantbleibender Zusammensetzung ist noch nicht bekannt.

Ziel der Erfindung

Der Erfindung liegt das Ziel zugrunde, Aluminiumbronzen kontinuierlich mit konstanter Zusammensetzung galvanisch abzuscheiden für Zwecke der funktionellen oder dekorativen Oberflächenveredlung von Bauteilen und Werkstücken.

Wesen der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, auf der Basis der zur galvanischen Abscheidung von Aluminium geeigneten AIBr₃-Alkylbenzenelektrolyte ein galvanisches Bad und ein Verfahren zu entwickeln, mit dem Aluminiumbronzen von stets derselben Zusammensetzung kontinuierlich abgeschieden werden können.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß eine wasser- und sauerstofffreie Lösung von AIBr₃ und einem Alkalioder quarternären Ammoniumbromid, vorzugsweise Kaliumbromid (KBr), in einem Gemisch aus Toluen und Ethylbenzen vom Volumenverhältnis 2:1 hergestellt wird, anschließend dieser Badlösung wasserfreies Kupferd )-bromid (CuBr) zugesetzt und die Kupferkonzentration in der Lösung während der kathodischen Legierungsabscheidungen mittels einer getrennten Anodenschaltung, bestehend aus mindestens einer Kupfer- und einer Aluminiumanode, konstant gehalten wird. Bei einer Konzentration an AIBr₃ von 2-3mol · dm~³ wird soviel Alkalibromid gelöst, daß das Molverhältnis Alkalibromid zu AIBr₃ kleiner oder gleich 0,5 bleibt. Bei Verwendung von KBr beträgt die optimale Konzentration 0,2-0,3 mol dm"³. Die erforderliche CuBr-Menge richtet sich nach dem gewünschten Kupfergehalt der Aluminiumbronze. Umgekehrt kann der gewünschte Kupfergehalt der Aluminiumbronze über die CuBr-Konzentration in der Badlösung festgelegt werden. Die spezifische Leitfähigkeit dieser Badlösung liegt in der Größenordnung von 10~³Scm~¹. Für jede Zellkonstruktion sollte in Form einer Art Eichkurve gemäß Fig. 1 die Abhängigkeit des Kupfergehaltes der Aluminiumbronze vom CuBr-Gehaltin der Badlösung bei konstanter Abscheidungsstromdichte ermittelt werden.

Aus so beschaffenen Badlösungen lassen sich bei normaler Temperatur duktile, feinkristalline, matt bis leichtglänzende und dendritenfreie Aluminiumbronzen von gleichbleibender Zusammensetzung abscheiden, wenn mit einer Stromdichte von 0,05-1 A · dm"² abgeschieden wird, wobei die Stromdichte der anodischen Kupferlösung 0,1-0,3 A · dm"² und die der anodischen Aluminiumauflösung 0,01-0,05A dm"² beträgt. Die Regelung und Konstanthaltung des Kupfergehaltes erfolgt mit einer getrennten Anodenschaltung. Die Stromausbeute der Aluminiumbronzeabscheidungen beträgt rund 100%. Beschichtbar sind nach entsprechender Vorbehandlung alle Metalle, metallischen Werkstoffe und elektrisch leitende Materialien.

Ausführungsbeispiele

Die Erfindung wird nachstehend an zwei Ausführungsbeispielen näher beschrieben:

1. Unter Argon als Schutzgas hergestellt und in einer luftdicht verschließbaren und mit Argon beaufschlagten Zelle elektrolysiert wurde eine wasser- und sauerstofffreie Lösung von AIBr₃, KBr und CuBr in einem Gemisch aus Toluen und Ethylbenzen der folgenden Zusammensetzung: *

VolumenverhältnisToluen:Ethylbenzen =2:1

AIBr₃-Konzentration =2,5 mol-dm"³

KBr-Konzentration =0,21 mol· dm~³

CuBr-Konzentration =0,019mol-dm"³

Als Anoden wurden zwei Aluminiumbleche von der Reinheit 99,99% und zwei Kupferbleche von der Reinheit 99,98% in einer getrennten Anodenschaltung verwendet. Als Kathode dienten vorher entfettete, blankgebeizte und getrocknete Stahlbleche von der Größe 50 χ 25 mm. Die Elektrolysen erfolgten mit einer kathodischen Stromdichte von 0,15 A dm"², einer anodischen Stromdichte am Aluminium von 0,037 A · dm"² und einer anodischen Stromdichte am Kupfer von 0,2OA · dm"² bei 298 K unter Rühren.

Erhalten wurden goldfarbene, duktile, feinkristalline, mattglänzende und haftfeste Aluminiumbronzen (Aluminiumbronzen) mit folgendem Kupfergehalt bei drei hintereinander durchgeführten Abscheidungen und Schichtdicken von etwa 10μηι : 95,1,94,9,

Die Stromausbeuten betrugen 100%. Eine photometrisch durchgeführte Kontrolle des Kupfergehaltes der Badlösung ergab, daß sich dieser während der Elektrolyse innerhalb der Fehlergrenze nicht verändert hatte.

2. Wie bei Beispiel 1 wurden Lösungen mit2,5mol · dm"³ AIBr₃,0,23mol · dm"³ KBr in Toluen-Ethylbenzengemischen vom Volumenverhältnis 2:1 mit den CuBr-Konzentrationen 0,05,0,01,0,019 und 0,024mol · dm"² hergestellt. Die Abscheidungen erfolgten mit einer Stromdichte von 0,05 A · dm"² bei 298 K unter Rühren und Argonatmosphäre. Erhalten wurden duktile, gelbe bis goldfarbene Aluminiumbronzen mit folgenden Kupfergehalten: 88,6,91,4,95,4 und 97,1 %.

Die Stromausbeuten betrugen 100%.

Das Beispiel zeigt, daß bei konstanter Stromdichte der Kupfergehalt der Aluminiumbronzen über die CuBr-Konzentration in der Badlösung verändert werden kann. Fig. 1 zeigt die Abhängigkeit der Legierungszusammensetzung einer elektrolytisch abgeschiedenen Aluminiumbronze vom Kupfergehalt (Cu⁺) im Elektrolyten. Die Ermittlung des Kupfergehaltes in den abgeschiedenen Aluminiumbronzen erfolgte wie bei Beispiel 1 elektrogravimetrisch, die Bestimmung des Kupfergehaltes in den Badlösungen photometrisch.

Claims (6)

1. Galvanisches Bad zur Abscheidung von Aluminiumbronzen konstanter Zusammensetzung, gekennzeichnet dadurch, daß das Bad Alkylbenzene und AIBr₃, ein Alkali- oder quarternäres Ammoniumbromid, vorzugsweise KBr, und CuBr enthält, wobei das Molverhältnis Alkali- oder quarternäres Ammoniumbromid zu AIBr₃ kleiner oder gleich 0,5 ist.

2. Galvanisches Bad nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Bad die Alkylbenzene Toluen und Ethylbenzen vom Volumenverhältnis 2:1, AIBr₃ von der Konzentration 2,0-3,0 rnoldm"³, Alkalibromid mindestens 0,2-0,3 moldm'³ und CuBr von 0,005-0,05 moldm"³ enthält.

3. Galvanisches Bad nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Kupferkonzentration in der Badlösung durch anodische Kupfer- und Aluminiumauflösung konstant gehalten wird.

4. Verfahren zur galvanischen Abscheidung von Aluminiumbronzen konstanter Zusammensetzung unter Verwendung eines galvanischen Bades nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Abscheidung bei einer kathodischen Stromdichte von 0,05-1 ,OAdrrT² bei Temperaturen von 293 bis 300K und gleichmäßiger Badbewegung erfolgt.

5. Verfahren nach Punkt 4, gekennzeichnet dadurch, daß die anodische Auflösung der Kupfer- und Aluminiumanoden mittels einer getrennten Anodenschaltung erfolgt.

6. Verfahren nach Punkt 5, gekennzeichnet dadurch, daß die Kupferauflösung bei einer Stromdichte von 0,1-0,3 Adm"² und die Aluminiumauflösung bei 0,01-0,05 Adm"² erfolgt.