DE1147101B - Verfahren und Vorrichtung zum Plattieren und Impraegnieren von Grundmetallen mit elementaren Metallen durch Behandlung mit in der Waerme zersetzlichen Metall-verbindungen - Google Patents

Description

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BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UNDAUSGABE DER
AUSLEGESCHRIFT: 11. A P R I L 1963

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Plattieren oder Imprägnieren von Grundmetallen mit elementaren Metallen mit in der Wärme zersetzlichen Metallverbindungen, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Es ist bereits bekannt, Grundmetalle mit anderen elementaren Metallen durch Abscheidung solcher elementarer Metallschichten aus in der Wärme zersetzlichen Metallverbindungen, insbesondere Metallcarbonylen, in einer geschlossenen Kammer unter Vakuum in der Weise durchzuführen, daß die in der Wärme zersetzlichen Metallverbindungen in Dampfoder Gasform in die Kammer eingeleitet und auf die auf die Zersetzungstemperatur der betreffenden Metallverbindungen, ζ. B. der Metallcarbonyle, erhitzte Oberfläche des zu behandelnden Metallkörpers zur Einwirkung gebracht werden.

Das Arbeiten im Vakuum hat dabei unter anderem den Zweck, Luft von der Oberfläche und aus den Poren der Oberfläche des Grundmetalls zu entfernen, so daß das aus einer zur Behandlung dienenden gas- oder dampfförmigen Metallverbindung abgeschiedene Metall gut an der Oberfläche des zu plattierenden Metallkörpers haftet und gegebenenfalls auch in den Poren desselben sich ablagert.

Es wurde bereits ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Plattieren von Metallkörpern mittels Wolfram, Chrom, Molybdän od. dgl. unter Verwendung von Metallcarbonylen vorgeschlagen. Die Carbonyldämpfe werden bei diesem Verfahren in einem unter Vakuum erhitzten Plattierungsgefäß in Berührung mit der erhitzten Hache des zu plattierenden Metallgegenstandes gebracht. Dabei wurde bisher ein im wesentlichen konstant gehaltener, außerordentlich niedriger Gasdruck, der nicht höher lag als 3 mm Quecksilber, angewandt, so daß also unter sehr hohem Vakuum gearbeitet wurde. Bei diesem Verfahren wurde unter kontinuierlichem Zufluß des Plartierungsgases oder -dampfes und kontinuierlicher Einwirkung desselben auf die erhitzte Metallfläche im Plattierungsgefäß gearbeitet. Ferner wurde darauf Bedacht genommen, daß die Zersetzungsprodukte sowie ein etwaiger verbleibender Überschuß an Carbonyldampf kontinuierlich während des Plattierungsvorgangs aus dem Behandlungsgefäß abgepumpt wurden. Die Aufrechterhaltung des außerordentlich niedrigen, etwa 3 mm Quecksilbersäule nicht übersteigenden Gasdrucks sollte dazu dienen, einen besonders kompakten Metallfilm auf der zu plattierenden Metallfläche zu erzeugen. so

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, den Plattierungsvorgang diskontinuierlich unter abwechselnder Verfahren und Vorrichtung zum Plattieren

und Imprägnieren von Grundmetallen
mit elementaren Metallen durch Behandlung mit in der Wärme zersetzlichen Metallverbindungen

Anmelder:

Union Carbide Corporation,
New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. Dr. M. Herzfeld, Patentanwalt, Düsseldorf, Kreuzstr. 32

Harry Aubrey Toulmin jun., Dayton, Ohio

(V. St. A.),
ist als Erfinder genannt worden

Evakuierung der Kammer und Einführung der zur Plattierung dienenden Metallverbindung in der Weise durchzuführen, daß zunächst unter Erhitzung des zu behandelnden Metallgegenstandes ein zur Erzeugung des Metallniederschlags genügendes Vakuum in der Kammer erzeugt, alsdann unter Abstellung der Evakuierung die zur Behandlung dienende Metallverbindung unter Druck in die Kammer auf den auf Zersetzungstemperatur gebrachten Gegenstand geführt und zur Einwirkung gebracht wird, worauf nach der bei diesem Vorgang eintretenden Verringerung des Vakuums, sobald der Druck in der Kammer unvorteilhaft ansteigt, die Kammer unter Abstellung der Zuführung des Plattierungsmittels erneut auf einen dem Plattierungsvorgang entsprechenden Grad des Vakuums evakuiert und hierauf wiederum unter Abstellung der Evakuierung erneut das unter Druck stehende Plattierungsmittel in die Kammer eingeführt und in dieser Weise weitergearbeitet wird, bis eine genügend starke Plattierungsschicht auf dem behandelten Metallgegenstand erzielt ist.

Es wird z. B. in der Behandlungskammer ein Vakuum entsprechend etwa 200 bis 400 mm Quecksilbersäule erzeugt und gleichzeitig der zu plattierende Gegenstand auf eine Temperatur von etwa 100 bis 175° C gebracht, worauf ein Metallcarbonyl in dampf-

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förmigem Zustand auf die Oberfläche des zu behandelnden Gegenstandes gleichmäßig und in feiner Verteilung geleitet wird. Während der Einleitung des dampfförmigen Metallcarbonyle wird die Vakkuumpumpe abgestellt. Steigt der Druck in der Kammer auf eine für die Plattierung ungünstige Höhe, z. B. auf etwa 500 mm Quecksilbersäule, an, so wird die Zuführung von Metallcarbonyl vorübergehend eingestellt und das Vakuum in der Kammer erneut auf die vorstehend erwähnte Höhe gebracht. Alsdann folgt wiederum eine Periode der Einbringung von Metallcarbonyl unter Abstellung der Vakuumpumpe. Dieses »Schubverfahren« wird so lange fortgesetzt, bis sich eine Metallschicht von gewünschter Dicke auf der Oberfläche des Gegenstandes abgeschieden hat.

Das Arbeiten gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren bietet den Vorteil, daß das infolge der Zersetzung des Metallcarbonyle frei werdende Kohlenmonoxyd, das einer festen Haftung des abgeschiedenen Metalls entgegenwirkt und eine Carbidbildung begünstigt, aus den Poren des Grundmetalls sowie nach jeder Teilbehandlung von der Oberfläche des abgelagerten Metalls unter der Wirkung des erneut gesteigerten Vakuums entfernt wird. Dadurch wird auch jede etwa monomolekulare Gasschicht von der Oberfläche des Grundmetalls wie von der Oberfläche der aufeinanderfolgend aufgetragenen Metallschichten entfernt, so daß die aufeinanderfolgenden Behandlungen mit dampfförmigem Metallcarbonyl jeweils einen fest auf der vorhergehend abgelagerten Schicht haftenden Metallbelag ergeben. Man erzielt infolgedessen eine vorzügliche Haftung der aufplattierten Schichten am Grundmetall sowie eine Füllung der Poren des Grundmetalls auch bei Metallgegenständen, deren Oberfläche eine gewisse Porosität aufweist. Auch sind die aufgetragenen Metallschichten infolge ihrer Dichte und ihrer guten Haftung mechanisch unempfindlich und zeigen keine Abschuppung.

Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, das gasförmige Carbonyl mit einem Atmosphärendruck übersteigenden Druck von etwa 0,7 bis 1,1 kg/cm² in die Kammer einzuführen, wobei der Druck mittels einer Pumpe oder auch mittels eines auf etwa 50° C erwärmten Gasakkumulators erzeugt werden kann. In diesem Druckzustand wird das Gascarbonyl vorteilhaft in gleichmäßiger Verteilung aus feinen Düsen ausströmend auf den Behandlungsgegenstand zur Einwirkung gebracht.

Anstatt die zersetzliche Metallverbindung in Gasform oder Dampfform zuzuführen, kann man z. B. auch ein flüssiges Metallcarbonyl, z. B. Nickelcarbonyl, einem mit Düsen versehenen Verteiler zuführen, durch welchen dasselbe unter einem Überdruck von 0,7 bis 1,1 kg/cm² zerstäubt wird, um im Behandlungsraum unmittelbar in dampfförmigen Zustand übergeführt und auf den zu behandelnden Gegenstand zur Einwirkung gebracht zu werden.

In der Zeichnung ist eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Vorrichtung beispielsweise und schematisch dargestellt.

Der zu behandelnde Gegenstand 10 wird in einer Kammerll derart angeordnet, daß die zu plattierende Fläche frei liegt und der Einwirkung des zersetzlichen Metalldampfes oder -gases unmittelbar zugänglich ist. Im Ausführungsbeispiel der Zeichnung ist angenommen, daß der Gegenstand 10 die Form einer zylindrischen Lagerschale hat und daß seine Innenfläche 12 plattiert werden soll.

Das jeweils in der Behandlungskammer 11 erforderliche Vakuum wird mittels einer Vakuumpumpe

13 erzeugt, die mit der Kammer 11 durch Leitungen

14 und 15 in Verbindung steht, die über eine gekühlte Zwischenkammer 16 führen. Die Leitung 14 schließt an einer Anzahl von über den Umfang der Kammer 11 verteilten Auslaßöffnungen 17 an, um einen möglichst gleichmäßigen Abzug der Gase aus der Kammer 11 zu gewährleisten.

ίο Die Erwärmung des in der Kammer 11 abgestützten Gegenstandes kann vorteilhaft durch Strahlung mittels Wärmelampen 18 erfolgen, die so angeordnet sind, daß der Gegenstand gleichmäßig bestrahlt und erhitzt wird.

Zur Durchführung der Behandlung wird eine dampfförmige oder flüssige MetaUcarbonylverbindung durch die Zuleitung 20 unter dem angegebenen Druck dem Verteilerkopf 21 zugeführt, aus dem das dampfförmige Metallcarbonyl aus Düsen 22, in gleichmäßiger Verteilung zerstäubt, auf die zu behandelnde Fläche 12 auftrifft. Wird flüssiges Metallcarbonyl unter entsprechendem Druck in den Verteilerkopf 21 eingeführt, so erfolgt infolge der feinen Verteilung der zerstäubten Flüssigkeit sofort deren Umwandlung in den gas- oder dampfförmigen Zustand, so daß auch in diesem Falle eine gleichmäßige Zuführung der zersetzlichen Metallverbindung auf die Oberfläche 12 des zu behandelnden Gegenstandes erzielt wird.
Um zu verhindern, daß das Metallcarbonyl im Innern der Kammer 11 zerfällt, ausgenommen natürlich an der Oberfläche des Gegenstandes 10 mit nachfolgender direkter Ablagerung der Metallkomponente, wird diese Kammer 11 vorteilhaft mittels Kühlschlangen 23 auf einer Temperatur von etwa 120° C gehalten. Diese Temperatur liegt tiefer als diejenige, bei welcher die schnelle Zersetzung des Metallcarbonyle stattfindet. Da andererseits der Gegenstand 10 auf diese Zersetzungstemperatur des Metallcarbonyle oder höher erhitzt wird, so wird sich das Metall der Carbonylverbindung an der Oberfläche des Gegenstandes ablagern, während das Kohlenmonoxyd dieser Verbindung frei wird und durch die Pumpe 13 abgesogen werden kann, sobald die Pumpe nach der Einwirkungszeit des Metallcarbonyle wieder in Betrieb genommen wird.

Um ferner zu verhindern, daß überschüssiges Metallcarbonyl bis zur Pumpe 13 gelangen kann, ist eine gekühlte Zwischenkammer 16 in die Absaugleitung eingeschaltet. Dadurch wird überschüssiges Metallcarbonyl, das die Kammerll verläßt, auskondensiert, so daß lediglich das während der Behandlung frei werdende Kohlenmonoxyd bis zur Pumpe 13 gelangen kann. Ein handbetätigter Hahn 24 ist für die Zwischenkammer 16 vorgesehen, um von Zeit zu Zeit kondensiertes flüssiges Metallcarbonyl abzulassen. Eine in der Zwischenkammer 16 eingebaute Kühlschlange 25 senkt die Temperatur derselben auf die Verflüseigungstemperatur des Metallcarbonyle. Handelt es sich um ein bei der Kühlung aus dem gasförmigen Zustand herauskristallisierendes Metallcarbonyl, so kann die Zwiechenkammer 16 mit einer geeigneten öffnung versehen werden, um während des Verfahrens ausgeechiedene Kristalle zu entfernen.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist für die Behandlung von Metallen und Legierungen geeignet, um dieselben rostsicher, weniger korrosionsempfindlich oder verfärbungsanfällig zu machen, z. B. wenn sie mit Chrom- oder Nickelcarbonyl behandelt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch für die Oberflächenhärtung Verwendung finden, wie z. B. durch Auftrag einer Wolframschicht auf das Grundmetall.

Claims (3)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verfahren zum Plattieren und Imprägnieren von Grundmetallen mit elementaren Metallen durch Behandlung mit in der Wärme zersetzlichen Metallverbindungen, insbesondere Metallcarbonylen, in geschlossenen Kammern unter Vakuum in der Weise, daß die zersetzlichen Metallverbindungen in Dampf- oder Gasform auf die auf Zersetzungstemperatur erhitzte Oberfläche des zu behandelnden Metalls zur Einwirkung gebracht werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Plattierungsvorgang diskontinuierlich unter abwechselnder Evakuierung der Kammer und Einführung der zur Plattierung dienenden Metallverbindung in der Weise durchgeführt wird, daß zunächst unter Erhitzung des zu behandelnden Metallgegenstandes ein zur Erzeugung des Metallniederschlags genügendes Vakuum in der Kammer (11) erzeugt, alsdann unter Abstellung der Evakuierung die zur Behandlung dienende Metallverbindung unter Druck in die Kammer auf den auf Zersetzungstemperatur gebrachten Gegenstand geführt, nach Verringerung des Vakuums, sobald also der Druck in der Kammer unvorteilhaft ansteigt, die Kammer unter Abstellung der Zuführung des Plattierungsmittels erneut auf einen dem Plattierungsvorgang entsprechenden Grad des Vakuums evakuiert und hierauf wiederum unter Abstellung der Evakuierung erneut das unter Druck stehende Plattierungsmittel in die Kammer eingeführt und in dieser Weise weitergearbeitet wird, bis eine genügend starke Plattierungsschicht auf dem behandelten Metallgegenstand erzielt ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Plattieren dienende Metallverbindung, die bereits außerhalb der Kammer gas- oder dampfförmig sein oder sich noch im flüssigen Zustand befinden kann und erst beim Eintritt in die Kammer in Gas- oder Dampfform gebracht wird, unter einem Druck von etwa 0,7 bis 1,2 kg/cm² in die Kammer eingeführt und, in Form zahlreicher Druckstrahlen zerteilt, gleichmäßig auf die zu überziehende Metalloberfläche geleitet wird.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in die Plattierungskammer bis in die Nähe des zu behandelnden Gegenstandes, z. B. in das Innere einer Lagerschale, eine das Behandlungsmittel unter Druck zuführende Leitung (20) eingeführt ist, die in einem Düsenkopf (21) mit zahlreichen, gleichmäßig verteilten öffnungen endet, wobei in der Plattierungskammer Kühlschlangen (23) angeordnet sind, die den Innenraum der Kammer, mit Ausnahme des z. B. durch Strahlung von Lampen (18) erhitzten Metallgegenstandes, unter die Zersetzungstemperatur des Behandlungsmittels abkühlen, wobei am Umfang der Kammer (11) verteilt mehrere zur Vakuumpumpe (13) führende Abzugsleitungen (17) angeordnet sind und zwischen der Kammer (11) und der Vakuumpumpe (13) eine gekühlte Zwischenkammer (16) eingeschaltet ist, in der das überschüssige Behandlungsmittel kondensiert wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Britische Patentschriften Nr. 589 966, 589 977.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 309 S49/181 4.63