DE1191653B - Process for the galvanic deposition of iron-chromium-nickel alloy coatings on metal surfaces - Google Patents
Process for the galvanic deposition of iron-chromium-nickel alloy coatings on metal surfacesInfo
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- C25D3/56—Electroplating: Baths therefor from solutions of alloys
- C25D3/562—Electroplating: Baths therefor from solutions of alloys containing more than 50% by weight of iron or nickel or cobalt
Description
BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY
DEUTSCHESGERMAN
PATENTAMTPATENT OFFICE
AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL
Int. α.:Int. α .:
C23bC23b
Deutsche Kl.: 48 a - 5/32 German class: 48 a - 5/32
Nummer: 1191653Number: 1191653
Aktenzeichen: A 37516 VI b/48 aFile number: A 37516 VI b / 48 a
Anmeldetag: 24. Mai 1961Filing date: May 24, 1961
Auslegetag: 22. April 1965Opening day: April 22, 1965
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum galvanischen Abscheiden von Eisen-Chrom-Nickel-Legierungsüberzügen auf Grundmetallen wie Eisen, Zink, Nickel, Kupfer oder deren Legierungen. Die Legierungsüberzüge können insbesondere die angenäherte Zusammensetzung von rostfreien Stählen aufweisen.The invention relates to a method for the electrodeposition of iron-chromium-nickel alloy coatings on base metals such as iron, zinc, nickel, copper or their alloys. The alloy coatings can in particular have the approximate composition of stainless steels.
Es ist bekannt, daß der Korrosionswiderstand von bestimmten Metalloberflächen durch das Abscheiden von Chrom oder Nickel oder Legierungen von Eisen und Chrom oder Eisen und Nickel verbessert werden kann. Bei der Herstellung eines Überzuges, der Chrom und Nickel und eventuell auch Eisen enthält, wird z. B. auf die Oberfläche des zu schützenden Metalls ein Blatt aus rostfreiem Stahl in der Hitze aufgewalzt oder auf die Oberfläche mit Hilfe von Druckluft geschmolzener, rostfreier Stahl aufgespritzt. Dieses Aufspritzen ist jedoch schwierig und zudem teuer. Das Aufwalzen ist nur bei flachen Oberflächen möglich. Außerdem hat das Walzverfahren noch den Nachteil, daß beim Zuschneiden derartiger Bleche die Schnittflächen und Kanten ungeschützt sind und daher das Grundmetall an diesen Stellen dem Korrosionsangriff ausgesetzt ist.It is known that the corrosion resistance of certain metal surfaces is increased by the deposition of chromium or nickel or alloys of iron and chromium or iron and nickel can. When producing a coating that contains chromium and nickel and possibly also iron, is z. B. rolled a sheet of stainless steel in the heat on the surface of the metal to be protected or molten stainless steel is sprayed onto the surface with the aid of compressed air. This However, spraying is difficult and also expensive. Rolling on is only possible on flat surfaces. In addition, the rolling process has the disadvantage that when cutting such sheets, the cut surfaces and edges are unprotected and therefore the base metal is exposed to corrosion at these points is exposed.
Es wurde bereits vorgeschlagen, rostfreie Stahlüberzüge auf Eisengegenstände in der Weise herzustellen, daß man gesondert abgeschiedene Chrom- und Nickelüberzüge durch eine Temperaturbehandlung in das Eisen eindiffundieren läßt. Eine derartige Behandlungsweise führt jedoch nicht zum gewünschten Erfolg.It has been proposed to make stainless steel coatings on iron objects in such a way that that one separately deposited chromium and nickel coatings by a temperature treatment diffuses into the iron. However, such a treatment does not lead to the desired result Success.
Es wurde nun gefunden, daß es möglich ist, Eisen, Chrom und Nickel gleichzeitig elektrolytisch auf Grundmetallen abzuscheiden, um auf diesen eine Legierung dieser drei Metalle aufzubringen. Nach der Erfindung enthält das Bad zur Herstellung von Eisen-Chrom-Nickel-LegierungsüberzügenwenigstensO^Mol je Liter der einzelnen Legierungskomponenten, berechnet als Metallionen, und 1 bis 4 Mol je Liter Harnstoff und/oder 0,2 bis 0,6 Mol je Liter Borsäure. Es wird bei Temperaturen zwischen 30 und 8O0C, insbesondere 30 und 550C, bei pH-Werten zwischen 1,5 und 3,5, insbesondere 2,1 und 2,3, und bei einer Stromdichte zwischen 3,3 und 33,3 A/dm2, insbesondere 10 und 33 A/dm2, gearbeitet.It has now been found that it is possible to electrolytically deposit iron, chromium and nickel simultaneously on base metals in order to apply an alloy of these three metals to them. According to the invention, the bath for producing iron-chromium-nickel alloy coatings contains at least 0.1 mol per liter of the individual alloy components, calculated as metal ions, and 1 to 4 mol per liter of urea and / or 0.2 to 0.6 mol per liter of boric acid . It is at temperatures between 30 and 8O 0 C, in particular 30 and 55 0 C, at pH values between 1.5 and 3.5, in particular 2.1 and 2.3, and at a current density from 3.3 to 33 , 3 A / dm 2 , in particular 10 and 33 A / dm 2 , worked.
Die Legierungskomponenten werden vorzugsweise als Sulfate und/oder Chloride zugesetzt.The alloy components are preferably added as sulfates and / or chlorides.
Die Art der verwendeten Chloride und Sulfate ist nicht kritisch, es ist aber im Interesse der Wirtschaftlichkeit vorzuziehen, die hydratisierten Salze der betreffenden Metalle zu verwenden.The type of chlorides and sulfates used is not critical, but it is in the interests of economy it is preferable to use the hydrated salts of the metals concerned.
Vorteilhaft werden übliche unlösliche Anoden wie z. B. aus Platin oder Graphit verwendet. Es können
Verfahren zum galvanischen Abscheiden von
Eisen-Chrom-Nickellegierungsüberzügen
auf MetalloberflächenUsual insoluble anodes such as. B. used from platinum or graphite. Processes for the electrodeposition of
Iron-chromium-nickel alloy coatings
on metal surfaces
Anmelder:Applicant:
Amchem S. Α., Zug (Schweiz)
ίο Vertreter:Amchem S. Α., Zug (Switzerland)
ίο representative:
Dr.-Ing. A. van der Werth, Patentanwalt,
Hamburg-Harburg 1, Wilstorfer Str. 32Dr.-Ing. A. van der Werth, patent attorney,
Hamburg-Harburg 1, Wilstorfer Str. 32
Als Erfinder benannt:Named as inventor:
Dipl.-Ing. Dr. techn. habil. Willibald Machu,Dipl.-Ing. Dr. techn. habil. Willibald Machu,
Wien;Vienna;
Dr. Mohamed Fathi El-Ghandour, KairoDr. Mohamed Fathi El-Ghandour, Cairo
Beanspruchte Priorität:Claimed priority:
Ägypten vom 24. Mai 1960 (243)Egypt of May 24, 1960 (243)
auch lösliche Edelstahlanoden verwendet werden, vorzugsweise Anoden aus rostfreiem Stahl, der unter der Bezeichnung SAE-Stahl 304 und 305 bekannt ist. Bei Verwendung derartiger Anoden aus rostfreiem Stahl soll die Elektrolytlösung Chlorionen enthalten, um die Auflösung dieser Anoden zu erleichtern.Soluble stainless steel anodes can also be used, preferably stainless steel anodes, the under the Designation SAE steel 304 and 305 is known. When using such anodes made of stainless steel the electrolyte solution should contain chlorine ions to facilitate the dissolution of these anodes.
Austrags- und sonstige Verluste können durch zusätzliches Einbringen von Salzen oder Badbestandteilen ausgeglichen werden.Discharge and other losses can be caused by the addition of salts or bath components be balanced.
Bei Verwendung von weniger als 1,0 Mol je Liter Harnstoff wird die Chromabscheidung ungünstig beeinflußt, so daß nur sehr geringe Mengen an diesem Metall im Gesamtüberzug abgeschieden werden können. Wenn andererseits mehr als 4,0 Mol je Liter Harnstoff verwendet werden, scheidet sich Chrom auf Kosten von Nickel mit erhöhter Abscheidungsgeschwindigkeit in der Legierung ab, so daß der Überzug nur mehr sehr geringe Mengen an Nickel enthält.If less than 1.0 mol per liter of urea is used, the chromium deposition is adversely affected, so that only very small amounts of this metal are deposited in the overall coating can. On the other hand, if more than 4.0 moles per liter of urea is used, chromium will precipitate Cost of nickel with increased rate of deposition in the alloy, so that the coating only more contains very small amounts of nickel.
Borsäure verhindert ähnlich wie Harnstoff die Bildung von Oxyden und vermindert Risse in den Überzügen oder beseitigt dieselben vollkommen, vorausgesetzt, daß die Konzentration, die Stromdichte, der pH-Wert und die Temperatur auf entsprechend geeigneten Werten gehalten wird.Boric acid, like urea, prevents the formation of oxides and reduces cracks in them Coats or completely eliminates them, provided that the concentration, current density, the pH and the temperature are kept at appropriate values.
Die Auflösung der Metallsalze kann einen Säurezusatz in Form von Salzsäure oder Schwefelsäure er-The dissolution of the metal salts can result in the addition of acid in the form of hydrochloric acid or sulfuric acid.
509 540/314509 540/314
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fordern. Diese Säuren dienen dazu, den pH-Wert des Elektrolyten auf den entsprechenden Wert zwischen 1,5 und 3,5 zu bringen. Wenn der pH-Wert des Bades beim Ansetzen oder beim Gebrauch auf einen Wert unter 1,5 sinkt, können geringe Mengen von Ammo- niumhydroxyd zugesetzt werden, um den gewünschten pH-Wert einzustellen. Ein pH-Wert unter 1,5 ist un erwünscht, da er nicht nur zu einer verminderten Chromabscheidung im Überzug, sondern auch zu einer Herabsetzung des gesamten Abscheidungsgewichtes und einer Verstärkung des Lochfraßes in den Über zügen führt. Bei einem pH-Wert über 3,5 tritt die Neigung zu einer Verminderung der Stromausbeute sowohl für Eisen und Chrom als auch zu einem stärkeren Ansteigen des Nickelgehaltes im Überzug auf. demand. These acids are used to bring the pH of the electrolyte to the corresponding value between 1.5 and 3.5. If the pH of the bath drops to a value below 1.5 during preparation or use , small amounts of ammonium hydroxide can be added to set the desired pH. A pH value below 1.5 is undesirable because it not only leads to reduced chromium deposition in the coating, but also to a reduction in the overall weight of the deposition and an increase in pitting in the coatings. At a pH value above 3.5 , there is a tendency towards a reduction in the current yield for iron and chromium as well as a greater increase in the nickel content in the coating.
Es ist auch möglich, den erfindungsgemäßen Bädern Glanzmittel zuzusetzen. It is also possible to add brighteners to the baths according to the invention.
Wie an sich bei der elektrolytischen Abscheidung von Legierungen oder Metallen bekannt ist, ist es auch möglich, für gewisse Anwendungszwecke den über zogenen Gegenstand einer nachfolgenden Wärme behandlung zur Entfernung von Wasserstoff zu unterziehen, der während der Abscheidung vom Überzug oder dem Grundmetall absorbiert worden ist. Ebenso ist es möglich, unter Rührung des Elektrolyten und/ oder Bewegung der Kathoden zu arbeiten, ferner die Badlösung zu filtrieren oder von Zeit zu Zeit von unerwünschten Fremdmetallen zu reinigen. As is known per se in the case of the electrodeposition of alloys or metals, it is also possible, for certain purposes, to subject the object being drawn to a subsequent heat treatment to remove hydrogen which has been absorbed by the coating or the base metal during the deposition. It is also possible to work with stirring of the electrolyte and / or movement of the cathodes, to filter the bath solution or to clean it from unwanted foreign metals from time to time.
Um den Einfluß von Änderungen im pH-Wert im Elektrolyten aufzuzeigen, wird auf die folgenden Beispiele verwiesen. Es wurden eine Reihe von Ver suchen ausgeführt, für welche das Bad die folgenden Bestandteile enthielt: To show the influence of changes in the pH value in the electrolyte, reference is made to the following examples. A number of tests were carried out for which the bath contained the following components:
Cr1(SOJ3 · 15 H4O 0,4 Mol Cr 1 (SOJ 3 · 15 H 4 O 0.4 mol
FeSO4 · 7 H2O 0,2 Mol FeSO 4 · 7 H 2 O 0.2 mole
NiSO4 · 7 HjO 0,4 Mol NiSO 4 · 7 HjO 0.4 mol
Harnstoff 3,0 Mol Urea 3.0 moles
H3BO3 0,4 Mol H 3 BO 3 0.4 mol
Die Bäder dieser Zusammensetzung wurden mit Kupferkathoden bei 50° C und einer Stromdichte von 26,6 A/dma für 5 Minuten betrieben. In der folgenden Tabelle I sind die erhaltenen Versuchsergebnisse für verschiedene pH-Werte wiedergegeben. The baths of this composition were operated with copper cathodes at 50 ° C. and a current density of 26.6 A / dm a for 5 minutes. The following table I shows the test results obtained for various pH values.
rungtion
Ni ■ ung
Ni
rungLegie
tion
Cr I Fe the Legiei
Cr I Fe
Aus dieser Tabelle I kann ersehen werden, daß unter den angegebenen Bedingungen bei einem pH- Wert zwischen 2,1 und 2,3 Legierungsüberzüge von rostfreien Stählen erhalten werden, die angenähert den Typen SAE-Stahl 305, 316 und 347 entsprechen. From this Table I it can be seen that under the specified conditions at a pH between 2.1 and 2.3, alloy coatings of stainless steels which approximately correspond to the types SAE steel 305, 316 and 347 are obtained.
Wie oben erwähnt, wird das Abscheiden der Eisen- Chrom-Nickel-Legierungen bei Stromdichten von etwa 3,3 bis 33,3 A/dm2 vorgenommen. Im Beispiel der 653 As mentioned above, the iron- chromium-nickel alloys are deposited at current densities of about 3.3 to 33.3 A / dm 2 . In the example of the 653
Tabelle I wurde, wie angegeben, eine Stromdichte von 26,6 A/dm2 verwendet. Bei Anwendung von Stromdichten von mehr als etwa 33 A/dm2 neigt der Überzug aus der abgeschiedenen Legierung zur Bildung von Rissen und Sprüngen, manchmal treten auch verbrannte Stellen im Grundmetall auf. Andererseits neigt jedoch bei Stromdichten von etwa 3 A/dm2 der Chromgehalt der Überzüge dazu, auf zu niedrige Werte abzusinken, ebenso geht dann die gesamte Stromausbeute zurück.Table I was, as indicated, a current density of 26.6 A / dm 2 is used. If current densities of more than about 33 A / dm 2 are used , the coating of the deposited alloy tends to form cracks and fissures, and sometimes burned spots also occur in the base metal. On the other hand, however, at current densities of around 3 A / dm 2, the chromium content of the coatings tends to drop to values that are too low, and the overall current yield also decreases.
Um den Einfluß von Änderungen in der Stromdichte aufzuzeigen, wurde eine andere Serie von Versuchen ausgeführt, deren Ergebnisse in der nachstehenden Tabelle II wiedergegeben sind. Die verwendete Lösung war die gleiche wie bei der Tabelle I angegeben, ebenso die Arbeitsbedingungen, wobei der pH-Wert bei allen Versuchen konstant auf etwa 2,1 gehalten wurde. Die verwendete Kathode bestand ebenfalls aus Kupfer.To show the influence of changes in current density, another series of experiments was carried out carried out, the results of which are given in Table II below. The solution used was the same as given in Table I, as were the working conditions, with the pH value in all Trials was kept constant at about 2.1. The cathode used was also made of copper.
/00 /
/ 0
Aus dieser Tabelle läßt sich erkennen, daß man unter den Badbedingungen, wo man Stromdichten von etwa 26,6 bis zu etwa 33,3 A/dm2 verwendet, näher an die rostfreien Stahltypen 305, 136 und 347 herankommt.From this table it can be seen that under the bath conditions where current densities of about 26.6 up to about 33.3 A / dm 2 are used, one gets closer to the 305, 136 and 347 stainless steel types.
Um die Auswirkung von Änderungen in der Badtemperatur aufzuzeigen, wurde eine andere Versuchsreihe angestellt, deren Ergebnisse in der nachfolgenden Tabelle III aufscheinen. Bei diesen Versuchen war das Bad dasselbe wie für Tabellen I und II angegeben, auch wurden wieder Kupferkathoden verwendet. Der pH-Wert der Elektrolytlösung wurde auf etwa 2,1 gehalten, die angewendete Stromdichte betrug 26,6 A/dm2.In order to demonstrate the effect of changes in the bath temperature, another series of experiments was carried out, the results of which appear in Table III below. In these experiments the bath was the same as given for Tables I and II, and copper cathodes were again used. The pH of the electrolyte solution was kept at about 2.1, and the current density used was 26.6 A / dm 2 .
Ni"ung
Ni
0Crature
0 C
rungLegie
tion
Crthe
Cr
FeLegiei
Fe
rungLegie
tion
Die Tabelle zeigt, daß niedrigere Temperaturen die Chromabscheidung auf Kosten von Nickel begünstigen. Dies zeigt sich sowohl im Gesamtgewicht des abgeschiedenen Metalls als auch in der auf die einzelnen Metalle bezogenen, prozentmäßigen Stromausbeute. Außerdem ergibt sich, daß die auf Eisen bezogene Stromausbeute mit zunehmenden Temperaturen allmählich ansteigt. Die insgesamt abgeschiedene Legierung nimmt mit steigender Temperatur zu, wobei manThe table shows that lower temperatures favor chromium deposition at the expense of nickel. This can be seen both in the total weight of the deposited metal and in that on the individual Metal-related, percentage current yield. It also shows that the iron related Current efficiency increases gradually with increasing temperatures. The total deposited alloy increases with increasing temperature, whereby one
Überzüge mit annäherungsweiser Zusammensetzung der rostfreien Stahltypen 305, 316 und 347 unter diesen Versuchsbedingungen im Temperaturbereich von etwa 40 bis 500C erhält.Coatings with an approximate composition of the stainless steel types 305, 316 and 347 obtained under these test conditions in the temperature range from about 40 to 50 ° C.
Mit Bezug auf die Behandlungszeit wurde gefunden, daß die Dauer der galvanischen Abscheidung im wesentlichen keinen nennenswerten Einfluß auf die Zusammensetzung der Legierung nimmt, abgesehen davon, daß die verlängerte Elektrolyse unter sonst konstanten Bedingungen dazu neigt, die Stromausbeute zu vermindern und auch zu matten Oberflächen der Überzüge führen kann. Um dieses Verhalten aufzuzeigen, sind in der nachstehenden Tabelle IV eine Reihe von Versuchen angeführt, wobei die gleichen Lösungen wie für Tabelle I bis III verwendet wurden. Die Kathode bestand wie bei den vorhergehenden Versuchen aus Kupfer, die Temperatur betrug etwa 5O0C und der pH-Wert 2,1.With regard to the treatment time, it has been found that the duration of the electrodeposition has essentially no appreciable influence on the composition of the alloy, apart from the fact that the prolonged electrolysis under otherwise constant conditions tends to reduce the current yield and also to dull surfaces Coatings can lead. In order to demonstrate this behavior, a number of experiments are given in Table IV below, using the same solutions as for Tables I to III. The cathode consisted as in the previous experiments of copper, the temperature was about 5O 0 C and the pH 2.1.
Mit Bezug auf das Grundmetall, das für den Überzug in Frage kommt, kann das erfindungsgemäße Verfahren für das Überziehen von Metallen aus der vorwiegend Kupfer, Eisen, Nickel, Zink und deren Legierungen umfassenden Gruppe angewendet werden, wobei diese Metalle den überwiegenden Bestandteil bilden. Um den Einfluß der Zusammensetzung des Kathodenmaterials aus diesen Metallen auf den abgeschiedenen Überzug aufzuzeigen, sind in der Tabelle V eine Reihe von Versuchen angeführt. Auch hier war die Lösung die gleiche wie in den Tabellen I bis IV, der pH-Wert betrug 2,1, die Stromdichte 26,6 A/dm2, die Temperatur 50° C und die Behandlungsdauer 5 Minuten. With regard to the base metal which is suitable for the coating, the method according to the invention can be used for the coating of metals from the group consisting predominantly of copper, iron, nickel, zinc and their alloys, these metals being the predominant constituent. In order to show the influence of the composition of the cathode material made of these metals on the deposited coating, Table V lists a number of tests. Here, too, the solution was the same as in Tables I to IV, the pH was 2.1, the current density 26.6 A / dm 2 , the temperature 50 ° C. and the treatment time 5 minutes.
GrundmetallBase metal
Gramm
LegierungGram
alloy
% Metall in der Legierung Cr I Fe Ni% Metal in the alloy Cr I Fe Ni
°/o Stromausbeute für° / o current efficiency for
Legierungalloy
CrCr
Fe I NiFe I Ni
Kupfer
Messing
Nickel .
Zink...
Eisen ..copper
Brass
Nickel.
Zinc...
Iron ..
0,0712
0,0660
0,0780
0,0870
0,08800.0712
0.0660
0.0780
0.0870
0.0880
15,33
15,30
15,27
15,28
15,3415.33
15.30
15.27
15.28
15.34
72,4 72,4 72,3 71,7 72,3 12,26
12,27
12,30
12,28
12,2872.4 72.4 72.3 71.7 72.3 12.26
12.27
12.30
12.28
12.28
22,28
20,66
24,42
27,24
27,5222.28
20.66
24.42
27.24
27.52
2,38
2,21
2,63
2,93
3,002.38
2.21
2.63
2.93
3.00
Aus den Ergebnissen der Tabelle V geht hervor, daß geringe Änderungen im Schichtgewicht auf den verschiedenen Kathoden auftreten, die Zusammensetzung der Legierung jedoch praktisch konstant bleibt. Die größten Stromausbeuten wurden bei Verwendung von Zink und Eisen als Kathoden, die geringsten auf Messingkathoden erhalten.From the results of Table V it can be seen that slight changes in the layer weight on the different cathodes occur, but the composition of the alloy is practically constant remain. The greatest current yields were when using zinc and iron as cathodes, the least preserved on brass cathodes.
Claims (2)
Deutsche Patentschrift Nr. 942 429.Considered publications:
German patent specification No. 942 429.
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