DE1013938B

DE1013938B - Verfahren und Vorrichtung zum galvanischen Abscheiden von Metallueberzuegen, insbesondere zum Hartverchromen

Info

Publication number: DE1013938B
Application number: DESCH15391A
Authority: DE
Inventors: Rudolf Schaak
Original assignee: Schoch Hartchrom Geb GmbH
Current assignee: Schoch Hartchrom Geb GmbH
Priority date: 1954-05-22
Filing date: 1954-05-22
Publication date: 1957-08-14
Also published as: FR1149893A

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur oberflächigen Metallisierung, insbesondere Hartverchromung von Werkstücken, auf elektrolytischem Wege.

Bisher ist die Abscheidung von Metallüberzügen, z. B. Chrom, nicht befriedigend, und zwar sowohl was die Schichtdicke und -härte anlangt als auch was die Zeitdauer, den Stromaufwand und die Badausbeute angeht. Es liegt deshalb der Erfindung die Aufgabe zugrunde, in kürzerer Zeit und mit geringerem Strombedarf eine bessere Badausbeute, insbesondere eine qualitativ bessere Metallschicht, zu erzielen.

Bei elektrolytisch erzeugten Metallschichten ist deren Dicke durch den in der Zeiteinheit erfolgenden Metalltransport zur Kathode bestimmt. Diesen Metalltransport übernehmen dabei die zur Kathode wandernden Kationen, deren Geschwindigkeit geringer ist als diejenige der zur Anode wandernden Ionen.

Von dieser Erkenntnis macht die Erfindung Gebrauch, die bei einem Verfahren zum galvanischen Abscheiden von Metallüberzügen, insbesondere zum Hartverchromen, darin besteht, daß die Kationenwanderung im Elektrolyt mittels einer zwischen Anode und Kathode eingebrachten, an änderbare Spannung legbaren Steuerelektrode beeinflußt wird.

Durch dieses Vorgehen läßt sich die Wanderung der Kationen im Bad zur Kathode in erheblicher Weise verbessern, insbesondere intensivieren. Es empfiehlt sich, die Steuerelektrode an Wechselspannung zu legen, deren Größe ungefähr der zwischen Anode und Kathode herrschenden Spannung entspricht und deren Stromstärke klein, z. B. 1 Ampere ist.

Die Verwendung von Wechselstrom bringt die Möglichkeit, daß ein Wechselstromtransformator mit Mittelanzapfung benutzt werden kann und dabei die Mittelanzapfung an die Steuerelektrode und die beiden verbleibenden Anschlüsse an die Anode und die Kathode gelegt werden können.

Günstig ist es, der Anode in an sich bekannter Weise eine Selenzelle vorzuschalten, um hierdurch eine Einweg-Gleichrichtung zur Richtungsbestimmung zu ermöglichen.

Durch die Verwendung einer Selenzelle in der letztgenannten Form innerhalb des Stromkreises zwischen Elektrode und Anode wird erreicht, daß wahlweise die obere und untere Welle des Wechselstroms verwendet werden kann und somit die Bewegung der Kationen bereits auf dem Wege von der Anode zur Kathode beschleunigt wird, was sich in dem Raum zwischen der Elektrode und der Kathode wiederholt.

Vorteilhafterweise verwendet man eine Spannung in der Größenordnung der zwischen Anode und Kathode herrschenden Spannung. Es kommt also, wenn zwischen Kathode und Anode eine Spannung von 5 Volt Verfahren und Vorrichtung

zum galvanischen Abscheiden

von Metallüberzügen, insbesondere

zum Hartverchromen

Anmelder:

Gebr. Schoch Hartchrom G. m. b. H.,
Stuttgart-Feuerbach

Rudolf Schaak, Stuttgart-Feuerbach,
ist als Erfinder genannt worden

Gleichstrom liegt, ein Wechselstromkreis von 9 bis 10 Volt Spannung in Frage, in welchem Falle sich gegenüber der Kathode eine Potentialdifferenz von 4,5 bis 5 Volt ergibt.

Dabei empfiehlt es sich, die Stromstärke auf einen niedrigen Wert, z. B. 1 Ampere, zu begrenzen.

Die erfindungsgemäß vorgesehene Steuerelektrode kann auf besondere, einfache Weise dadurch gebildet werden, daß blanker Metalldraht zur Wendel geformt, diese zwischen Kathode und Anode eingelegt und jedes ihrer beiden Enden mit der zugehörigen Stromquelle verbunden wird.

Es hat sich überraschenderweise gezeigt, daß beim Verchromen nach der Erfindung in der Zeiteinheit eine größere Schichtdicke des niedergeschlagenen Chroms erreichbar ist. Gleichzeitig ergibt sich eine erhöhte Härte der Metallschicht. Dies mag auf die beschleunigte Bewegung der Kationen zurückzuführen sein. Darüber hinaus bringt die Erfindung aber auch den Vorteil, daß, weil in der Zeiteinheit mehr Niederschlag erzielbar ist, eine größere Verchromungskapazität je Bad sich ergibt, ebenso eine beträchtliche Stromersparnis.

Erfindungsgemäß wird, wie oben erläutert, durch die beschleunigte Kationenwanderung eine raschere Metallabscheidung in der Zeiteinheit bei beachtlicher Stromersparnis erzielt. Erfolgt die Steuerung dabei

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derart, daß sich eine gleichmäßige KLationenwanderung vollzieht, so ergibt sich eine Niederschlagsschicht mit gleichmäßiger Struktur und großer Glätte. Es hat sich nun gezeigt, daß eine Weiterentwicklung der Erfindung dahin möglich ist, eine Niederschlagsschicht zu schaffen, die bei sonst gleichbleibender Beschaffenheit (Härte, Dichte usw.) eine ungleichmäßige, gewissermaßen poröse Oberfläche aufweist. Um dies zu erreichen, wird erfindungsgemäß derart vorgegangen, daß der Niederschlag der Kationen ungleichmäßig erfolgt, was durch rhythmische Änderung der Bewegungsgeschwindigkeit der Kationen erreicht werden kann. Bei Anwendung von Wechselstrom ist, um ein Beispiel zu nennen, dieses Ziel durch an sich bekannte Periodenänderung erreichbar.

Es ist also durch die Erfindung der zusätzliche Vorteil gegeben, daß eine Metall-, insbesondere Hartchromschicht erreichbar ist, welche infolge ihrer Porosität eine erhöhte Schmiermittelbenetzbarkeit besitzt. Dieser Vorteil ist namentlich bei Gegenständen, ao die gleitender bzw. reibender Beanspruchung unterliegen, wichtig, und zwar nicht nur wegen der erhöhten Schmiermittelhaftung, sondern auch wegen ihrer größeren Verschleißhärte. Hinzu kommt, daß solche Gegenstände wegen der Oberflächenporosität und der dadurch gegebenen Oberflächenvergrößerung eine bessere Wärmeableitung gewährleisten.

Die Zeichnung veranschaulicht beispielsweise in Fig. 1 eine Vorrichtung zur Ausübung des erfmdungsgemäßen Verfahrens. Die Wanne ο enthält die Badflüssigkeit b, in welche die Anode c und die Kathode d tauchen. Letztere wird von den mit Metall zu überziehenden Werkstücken gebildet. Die Kathode d ist über die Leitung e unter Zwischenschaltung des Regelwiderstandes / mit der negativen Klemme des Generators g verbunden. Dessen positive Klemme ist über die Leitung h an die Anode c gelegt. Zur Regelung der an die Anode c und die Kathode d gelegten Gleichspannung dient der Regler i. In geringem Abstand von der Kathode d ist die Steuerelektrode k innerhalb der Badflüssigkeit angebracht. Sie besteht aus blankem Draht, der in Form einer Wendel ausgebildet ist. Das eine Ende der Steuerelektrode k ist über die Leitung / und das andere Ende über die Leitung m an die Niederspannungwicklung des Transformators η angeschlossen. Dessen obere Spannungsseite liegt an üblicher Lichtspannung, beispielsweise 220 Volt.

Günstige Verhältnisse ergeben sich beim Verchromen beispielsweise dann, wenn die an die Anode und Kathode gelegte Gleichspannung 5 Volt und die an die Steuerelektrode gelegte Wechselspannung etwa die gleiche Spannung hat, jedoch unter Berücksichtigung der Größe und der geometrischen Form der Kathode z. B. ein Strom von etwa 1 Ampere fließt.

In Fig. 2 ist, ebenfalls schematisch, ein anderes Ausführungsbeispiel einer zur Ausübung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeigneten Vorrichtung gezeigt. Es handelt sich dabei um die Verwendung eines Transformators mit Mittelanzapfung der Sekundären. An die Sekundärwicklung 0 des Transformators η ist mittels der Mittelanzapfung p die Steuerelektrode k und mittels der Endanschlüsse q und r die Kathode d und die Anode c angeschlossen. Im übrigen liegen Kathode und Anode in der bekannten und auch beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 vorgesehenen Weise im gleichen Stromkreis des Bades.

Der Anode c kann, wie schon obenerwähnt, ein Widerstand oder eine Selenzelle vorgeschaltet werden. Beim gezeichneten Ausführungsbeispiel ist ein Gleichrichter s vorgesehen.

Versuche haben ergeben, daß bei Anwendung einer solchen Steuerelektrode eine Stromausbeute von 85 % erreichbar ist. Unter sonst gleichen Verhältnissen läßt sich dagegen bei Wegfall der Steuerelektrode nur eine Stromausbeute von etwa 18% erreichen. Der in Frage stehende Versuch wurde unter folgenden Voraussetzungen durchgeführt:

Die Stromdichte betrug etwa 50 A/dm², die Badtemperatur betrug 52° C; der Elektrolyt enthielt etwa g CrO₃ und 1,2% H₂SO₄, die Frequenz an der Steuerelektrode betrug 50 Hz. Unter solchen Versuchsbedingungen ergab sich an der Kathode ein dichter, riß- und porenfreier Niederschlag, dessen Dicke 0,2 mm pro Stunde betrug. Unter sonst gleichen Bedingungen, jedoch ohne Steuerelektrode läßt sich dagegen nur eine Schichtdicke erzielen, die etwa dem vierten Teil derjenigen entspricht, die mit Steuerelektrode erreicht wird. Die Stromausbeute beträgt dabei 85%, wenn eine Steuerelektrode verwendet wird, aber nur 17,9%, wenn eine Steuerelektrode nicht benutzt wird.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum galvanischen Abscheiden von Metallüberzügen, insbesondere zum Hartverchromen, dadurch gekennzeichnet, daß die Kationenwanderung im Elektrolyt mittels einer zwischen Anode und Kathode eingebrachten, an änderbare Spannung legbaren Steuerelektrode beeinflußt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektrode an Wechselspannung gelegt wird, deren Größe ungefähr der zwischen Anode und Kathode herrschenden Spannung entspricht und deren Stromstärke klein, z. B. 1 Ampere ist.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektrode an einen Wechselstrom angeschlossen und dabei der eine Anschluß an die Steuerelektrode und der zweite Anschluß an die Kathode gelegt wird,

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wechselstromtransformator mit Mittelanzapfung benutzt wird und dabei die Mittelanzapfung an die Steuerelektrode und die beiden verbleibenden Anschlüsse an die Anode und die Kathode gelegt werden.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Wechselstromkreis vom Transformator zur Anode zwecks Einweg-Gleichrichtung in bekannter Weise über eine Selenzelle geführt wird.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wechselstromtransformator mit Mittelanzapfung benutzt wird und die Mittelanzapfung der Sekundären über eine Selenzelle an die Anode angeschlossen, die beiden anderen Anschlüsse des Transformators mit der Kathode und der Steuerelektrode unter Berücksichtigung der geometrischen Form der Kathode verbunden werden.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kationenwanderung im Elektrolyt derart gesteuert wird, daß der Niederschlag der Kationen ungleichmäßig erfolgt, z. B. bei Wechselstromanwendung in bekannter Weise durchPeriodenänderung.

8. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektrode als Drahtwendel ausgebildet ist, deren freie Enden zum Anschließen der Stromquelle dienen.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektrode in geringerem Abstand von der Kathode als von der Anode, vorzugsweise
geordnet ist.

sehr

nahe

an der Kathode, an-

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 456 840, 916 484; Machu: »Moderne Galvanotechnik«, 1954, S. 293; »Galvanotechnik«, 1949, S. 89, Abb. 43, und S. 90.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen