DE102005022692A1

DE102005022692A1 - Verfahren zur Herstellung beschichteter Oberflächen und Verwendung derselben

Info

Publication number: DE102005022692A1
Application number: DE102005022692A
Authority: DE
Inventors: Manfred Roessler; Rolf Keller; Michael Lingner
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2005-05-18
Filing date: 2005-05-18
Publication date: 2006-11-23
Also published as: WO2006122895A1

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung von beschichteten Oberflächen vorgeschlagen, bei dem eine metallische Schicht galvanisch auf einem Substrat abgeschieden wird. Dabei wird im Bad eine Stromdichte von 30 bis 1100 A/dm·2· eingestellt, deren Höhe während des Beschichtungsvorganges im wesentlichen variiert wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung beschichteter Oberflächen und dessen Verwendung nach dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche.

Hartchromschichten sind als Beschichtungen von technischen Bauteilen weit verbreitet. Diese Schichten können bei hoher mechanischer Belastung und entsprechendem tribologischem Umfeld Verschleiß zeigen. Weiterhin kann es beispielsweise bei der Innenbeschichtung von Ventilkörpern mit Hartchrom bei längerer Nutzungsdauer zu dem Effekt des sogenannten hydraulischen Klebens kommen, wodurch die Durchflusswerte des Ventils über die Lebensdauer nicht konstant sind. Daher werden bevorzugt Chromschichten eingesetzt, die eine strukturierte Oberfläche zeigen.

So ist aus der DE 44 32 512 C2 ein Verfahren zur elektrolytischen Abscheidung von Chrom bekannt, bei dem dem galvanischen Bad u.a. Verbindungen der Elemente Selen und Tellur zugesetzt werden. Die Abscheidung wird unter einer konstanten Stromdichte von 40 bis 80 A/dm² durchgeführt.

Weiterhin ist aus der DE 195 29 843 A1 ein Verfahren zur Erzeugung von Chromschichten auf metallischen Grundmaterialien bekannt, bei dem zunächst die zu beschichtende Oberfläche gereinigt wird, dann mit einer strukturierten Chrombeschichtung versehen wird und abschließend die Chrombeschichtung durch Auftragen einer Schwarzchromschicht geglättet wird.

Aus der DE 43 34 122 C2 ist ein weiteres Verfahren zur Herstellung von Chrombeschichtungen bekannt, bei dem die Stromdichte innerhalb des galvanischen Bades während des Beschichtungsvorganges stufenweise erhöht wird.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung beschichteter Oberflächen vorzuschlagen, das kostengünstig die Bereitstellung von hoch verschleißfesten Beschichtungen gestattet.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe mittels einer galvanischen Beschichtungsanlage herkömmlicher Art in einfacher und kostengünstiger Weise gelöst werden kann. Die mittels diesem Verfahren erzeugten Schichten weisen eine ausreichend verschleißfeste und reproduzierbar strukturierte Oberfläche auf, die bei der Beschichtung von Ventilkörpern einem hydraulischen Kleben wirksam vorbeugt. Dies wird insbesondere erreicht, indem die Abscheidung der Schicht elektrolytisch bei verhältnismäßig hohen Stromdichten durchgeführt wird, wobei die Stromdichte im wesentlichen permanent variiert wird.

Mit den in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen des im Hauptanspruch angegebenen Verfahrens möglich.

So ist es von Vorteil, wenn die Stromdichte während des Beschichtungsvorganges linear erhöht wird, da auf diese Weise besonders gut strukturierte beschichtete Oberflächen erhalten werden. Dabei ist insbesondere eine Steigerung der Stromdichte von 2 bis 3 A/(dm²·s) vorgesehen.

Weiterhin ist von Vorteil, wenn im galvanischen Bad eine Temperatur von 40 bis 70 °C eingestellt wird, da bei erhöhter Temperatur eine höhere Abscheidungsgeschwindigkeit erreicht werden kann.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das zu beschichtende Substrat vor der Beschichtung einer reinigenden Vorbehandlung unterworfen. Dabei ist insbesondere eine anodische Vorbehandlung von Vorteil, da auf diese Weise organische wie auch anorganische Verunreinigungen von der Substratoberfläche entfernt werden können. Die anodische Vorbehandlung wird vorzugsweise bei einer Stromdichte von 100 bis 200 A/dm² durchgeführt, da dabei rasche Reinigungsergebnisse erzielt werden können

Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. 1a zeigt eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme einer Hartchromoberfläche, die durch Anwendung eines Verfahrens gemäß Stand der Technik aufgebracht wurde und 1b eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme einer Hartchromoberfläche, die durch Anwendung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens aufgebracht wurde.
Das der Erfindung zugrunde liegende Verfahren beruht im wesentlichen auf der elektrolytischen Abscheidung einer Beschichtung auf einem zu beschichtenden Substrat. Dabei können elektrisch leitfähige, insbesondere metallische Substrate beschichtet werden. Die Beschichtung von elektrisch nicht leitenden Substraten kann dadurch ermöglicht werden, dass das zu beschichtende Substrat zunächst mit einem elektrisch leitfähigen Überzug versehen wird. Dies kann beispielsweise durch eine chemische Abscheidung, durch CVD-Prozesse oder Sputter-Verfahren geschehen. Als Beschichtung sind elektrolytisch abscheidbare Materialien geeignet, wie insbesondere Chrom, ggf. auch als Legierung oder unter Zumischung weiterer auch nicht metallischer Substanzen.
Die mittels dem Verfahren erzeugten Schichten weisen eine reproduzierbare Oberflächenstrukturierung auf. Zur Durchführung des Verfahrens wird das zu beschichtende Substrat als Kathode kontaktiert und in ein entsprechendes galvanisches Bad, das einen Chromelektrolyten, enthält, zumindest im Bereich der zu beschichtenden Oberfläche eingetaucht. Als galvanisches Bad ist dabei beispielsweise ein Bad folgender Zusammensetzung geeignet:

Chromsäure, 300 g/l

Schwefelsäure, 3.6 g/l

Katalysatorlösung, 50 g/l
Während der Abscheidung der Schicht wir im galvanischen Bad vorzugsweise eine Stromdichte von 30 bis 1100 A/dm², insbesondere von 50 bis 500 A/dm² eingestellt. Während des Beschichtungsvorganges wird die Stromdichte dabei im wesentlichen permanent verändert. Insbesondere wird die Stromdichte permanent erhöht, vorzugsweise linear. Dabei wird beispielsweise eine Steigerungsrate der Stromdichte von 2 bis 3 A/(dm²·s) vorgesehen, wobei die Behandlungsdauer ca. 180 s beträgt. Weiterhin ist von Vorteil, wenn die Abscheidung der Schicht bei einer erhöhten Temperatur von beispielsweise 40 bis 70 °C, insbesondere bei 60°C erfolgt.
Der elektrolytischen Abscheidung ist vorzugsweise eine entsprechende, insbesondere anodische Vorbehandlung vorgeschaltet. Dabei wird das zu beschichtende Substrat als Anode kontaktiert und zumindest mit seiner zu beschichtenden Oberfläche in ein entsprechendes Reinigungsbad eingetaucht. Dieses weist vorzugsweise eine ähnliche oder dieselbe Zusammensetzung wie das galvanische Bad auf. Die anodische Vorbehandlung wird beispielsweise bei einer Stromdichte von 100 bis 200 A/dm², insbesondere 150 A/dm² durchgeführt. Eine Beschleunigung des Reinigungsvorganges lässt sich über eine erhöhte Badtemperatur des Reinigungsbades von 40 bis 70 °C, insbesondere bei 60°C erreichen, wobei eine Behandlungsdauer von 80 bis 240 s, insbesondere von 100 bis 140 s gewählt wird.
Auf diese Weise abgeschiedene Chromschichten zeigen in der Vergrößerung eine kalottenförmige Oberflächenstrukturierung und sind somit gut für verschleißbehaftete Anwendungen geeignet.
So ist in 1a eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme einer Hartchromschicht in 1000facher Vergrößerung abgebildet, die gemäß einem Verfahren des Standes der Technik erzeugt worden ist. Dabei ist nur eine schwache Oberflächenstrukturierung erkennbar.
In 1b ist die rasterelektronenmikroskopische Aufnahme einer Hartchromschicht abgebildet, die gemäß dem vorliegenden Verfahren erzeugt worden ist, und eine deutliche kalottenförmige Oberflächenstrukturierung zeigt.
Derartige Schichten eignen sich für alle Anwendungen, bei denen eine Oberflächenbeschichtung starken mechanischen Einflüssen ausgesetzt ist, insbesondere zur Herstellung von Ventilkörpern für Einspritzventile, um ein sogenanntes hydraulisches Kleben zu verhindern.

Claims

Verfahren zur Herstellung von beschichteten Oberflächen, bei dem eine metallische Schicht galvanisch auf einem Substrat abgeschieden wird, dadurch gekennzeichnet, dass im Bad eine Stromdichte zwischen 30 und 1100 A/dm² eingestellt wird, deren Höhe während des Beschichtungsvorganges im wesentlichen permanent variiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromdichte während des Beschichtungsvorganges linear erhöht wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steigerung der Stromdichte einen Wert von 2 bis 3 A/(dm²·s) annimmt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass im galvanischen Bad eine Temperatur von 40 bis 70 °C eingestellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als metallische Schicht eine Chromschicht aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat vor dem Aufbringen der metallischen Schicht einer anodischen Vorbehandlung unterzogen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die anodische Vorbehandlung bei einer Stromdichte von 100 bis 200 A/dm² durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die anodische Vorbehandlung für einen Zeitraum von 80 bis 240 s durchgeführt wird.
Verwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 zur Herstellung von feinstrukturierten Hartchromoberflächen.
Verwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 zur Herstellung von Ventilkörpern für Einspritzventile.