DE1204491B - Verfahren und Vorrichtung zum galvanischen Abscheiden eines Feststoffteilchen enthaltenden Metallueberzugs aus einem kontinuierlich umlaufenden Bad - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Ο.:

C23b

Deutsche Kl.: 48 a-5/00

Nummer: 1204491

Aktenzeichen: P 20664 VI b/48 a

Anmeldetag: 9. Mai 1958

Auslegetag: 4. November 1965

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum galvanischen Abscheiden eines Feststoffteilchen enthaltenden Metallüberzugs aus einem kontinuierlich umlaufenden Bad.

Das Hauptziel der Erfindung besteht in der Schaffung eines wirtschaftlichen Verfahrens und einer Vorrichtung zur Herstellung von auf galvanischem Wege geformten Überzügen aus Gemischen, die eine erhöhte Widerstandsfähigkeit gegen Verschleiß, Abrieb, Erosion, Korrosion, Hitze, Scheuern und Schlag oder Stoß haben, wobei die Gemische feste Zusätze in zerkleinerter Form aufweisen, die einzeln oder in Kombination einverleibt werden und aus Aluminiumoxyd, Siliciumdioxyd, Eisenoxyd, Siliciumcarbid, Wolframcarbid oder Diamant bestehen.

Derartige Uberzugsmaterialien eignen sich für die Oberfläche von Werkzeugen, Gesenken, Stanzen, Lehren und anderen zur Fertigung verwendeten Geräten, sowie fertiggestellter Teile und zusammengesetzter Bauteile, wie Luftschrauben für Luftfahrzeuge, Turbinenschaufeln, die Außenhaut von Luftfahrzeugen und Geschossen, Verbrennungsräume, Ventilsitze, Kolbenringe und Zylinder.

Dabei wird die Einsparung strategisch wichtiger und teurer Werkstoffe durch die Kombination bestimmter in reichlichem Maße vorhandener fester Zusätze mit auf galvanischem Wege aufgebrachten Metallen ermöglicht. Die Verwendung elektrisch leitender Zusätze gestattet ferner eine hohe Geschwindigkeit der Abscheidung der zusammengesetzten Stoffe.

Es ist bereits bekannt, Feststoffteilchen, ζ. Β. Diamantkörner, galvanisch auf einem Werkstück abzuscheiden, das die Kathode bildet, um auf diesem Wege insbesondere hochwertige Schleifinstrumente herzustellen. Bei dem bekannten Verfahren wird in dem Bad ein auf die Kathode zu gerichteter Strom des Elektrolyts aufrechterhalten, um die Feststoffteilchen durch den Staudruck des Elektrolyten gleichmäßig an das Werkstück heranzuführen. Die Kathode und die Feststoffteilchen liegen dabei in einem Rohrabschnitt zwischen zwei Filtern, die vom umgewälzten Elektrolyten von unten nach oben durchströmt werden, wobei sich abgesetzte Feststoffteilchen vom unteren Filter abheben. Eine derartige Anordnung hat den Nachteil, daß die Elektrolytströmung einen Strömungsquerschnitt aufweisen muß, der nahezu der Ausdehnung des zu überziehenden Körpers entspricht, da sonst der Staudruck des Elektrolyten nicht gleichmäßig an der Oberfläche des zu überziehenden Körpers angreifen würde. Daher eignet sich dieses Verfahren nur zum Überschichten Verfahren und Vorrichtung zum galvanischen
Abscheiden eines Feststoffteilchen enthaltenden Metallüberzugs aus einem kontinuierlich
umlaufenden Bad

Anmelder:

Platecraft of America, Inc., Buffalo, N. Y.

(V. St. A.)

Vertreter:

Dr.-Ing. W. Abitz, Patentanwalt,

München 27, Pienzenauer Str. 28

Als Erfinder benannt:

Alfred Emil Patrick Grazen, Buffalo, N. Y.

(V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 19.Mi 1957 (672970)--

relativ kleiner Gegenstände und ist bei größeren Abmessungen der zu behandelnden Gegenstände unwirtschaftlich.

Es ist ferner bekannt, Feststoffteilchen, nämlich pulverförmige Schmiermittel, wie Graphit, in einem Elektrolyten in Suspension zu halten, und zusammen mit dem eine Gleitschicht bildenden Metall galvanisch niederzuschlagen.

Gemäß diesem letzteren Verfahren empfiehlt es sich, die Feststoffteilchen durch Bewegung des Elektrolyten in Suspension zu halten, wofür eine Bewegung der Kathode oder eine entsprechende Rührbewegung vorgeschlagen wird. Eine derartige Rührbewegung hat jedoch den Nachteil, eine ungleichmäßige Strömung zu verursachen, durch welche ein gleichmäßiges Heranführen der Feststoffteilchen an alle Abschnitte des zu überziehenden Körpers nicht gewährleistet ist.

Eine derartige gleichmäßige Abscheidung der Feststoffteilchen wird durch das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Feststoffteilchen dem Bad zusammen mit dem Elektrolyten an einer oberhalb des Werkstücks gelegenen Stelle zugesetzt werden, so' daß sie sich durch Schwerkraftwirkung auf der Oberfläche des Werkstücks absetzen können, wobei der Elektrolyt

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mit den nicht durch den Metallbelag gebundenen Feststoffteilchen ständig aus dem Bad abgezogen und im Kreislauf zur Zufuhrstelle zurückgeführt wird.

Im nachfolgenden ist unter der Bezeichnung widerstandsfähiger Überzug bzw. widerstandsfähige Schicht die zusammengesetzte Schicht aus Metall und Zusätzen und unter der Stützschicht die Schicht aus korrosionsbeständigem und/oder spannungsfreiem Metall zu verstehen.

Bei der Anwendung des Verfahrens gemäß der Erfindung, beispielsweise wenn die Außenhaut von Flugzeugen oder Geschossen mit einem hitzebeständigen, verschleißfesten und korrosionsbeständigen Überzug versehen werden soll, muß der Gegenstand gründlich gereinigt und in den Elektrolyten getaucht werden, bevor eine Oxydation stattfinden kann. Die gewünschten festen Zusätze werden mit dem Elektrolyten des Bades vermischt und dieser durch das Bad durch eine geeignete Pumpeinrichtung in Umlauf gesetzt. Der Gegenstand wird, nachdem er in das Bad gebracht worden ist, vorzugsweise bewegt oder gedreht, wobei sich ein widerstandsfähiger zusammengesetzter Überzug aus Metall, wie Chrom oder Nickel, und Zusätze auf dem Gegenstand absetzt. Wenn es zweckmäßig oder notwendig ist, die Fläche des Gegenstandes gegen Korrosion oder Schlag und Stoß zu schützen, kann der Gegenstand in ein galvanisches Bad gebracht und eine Stützschicht aus spannungsfreiem Metall auf diesen aufgebracht werden, bevor die widerstandsfähige Schicht auf dem Gegenstand abgeschieden wird. Auch kann auf die widerstandsfähige Schicht noch ein Metallüberzug aufgebracht werden.

Wenn das Verfahren gemäß der Erfindung beispielsweise zur Aufbringung eines Überzugs auf der Innenseite einer Aluminiumraketenbrennkammer angewendet wird, in welcher die Gastemperatur annähernd 2760° C erreichen kann, wird Hartnickel verwendet und ein widerstandsfähiger Überzug von einer Dicke von etwa 0,0508 mm aufgebracht, dessen Siliciumcarbidgehalt etwa 35 Volumprozent beträgt.

In der Zeichnung ist schematisch eine Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt, wobei mit 46 der galvanische Badbehälter bezeichnet ist, in welchem sich ein Elektrolyt 50 befindet, in dem ein für das abzuscheidende Metall geeignetes Kation aufgelöst ist und der die entsprechenden Zusätze 47 für die gewünschte Beschichtung enthält. Die Anoden 51 sind vorzugsweise an entgegengesetzten Seiten des Bades angeordnet. Der mit 52 bezeichnete Gegenstand ist vorzugsweise zwischen den Anoden 51 angeordnet. Dabei ist es zweckmäßig, daß der Gegenstand gedreht oder bewegt wird, um die Bildung gleichmäßiger Niederschläge des Metalls und ein gleichmäßiges Absetzen der Zusätze zu erleichtern.

Um die Zusätze in Suspension zu halten, so daß sie sich auf der Oberfläche des Gegenstandes absetzen können, wird der Elektrolyt 50 mit Hilfe einer Pumpe 53 in Umlauf gehalten, welche den Elektrolyten und die Zusätze durch eine Sammelsaugleitung 54 absaugt, die quer zum Boden des Behälters angeordnet ist, und mit Hilfe einer Rohrleitung 56 zu einer Siebvorrichtung 55 fördert. Der gesiebte EIektrolyt wird mit den Zusätzen über eine Leitung 60 zum Bad zurückgeführt, wobei sich die Zusätze auf dem Gegenstand 52 absetzen, während das Metall niedergeschlagen wird, so daß ein zusammengesetzter Überzug entsteht. In der Rücklaufleitung 60 ist vorzugsweise ein Ventil 61 angeordnet, durch das die Menge der verwendeten Zusätze geregelt bzw. gegebenenfalls völlig abgeschaltet werden kann.

Die Korngröße der Zusätze kann sich im wesentlichen über den gesamten Bereich der US-Standard-Siebreihe von der Siebnummer 10 bis zur Siebnummer 1000 oder feiner erstrecken. Jedoch ist eine der US-Standard-Siebnummer 600 und höher entsprechende Korngröße für die meisten Anwendungsformen geeignet. Der Volumanteil der Zusätze im Verhältnis zu dem ebenfalls aufgebrachten Metall hängt von der geforderten Eigenschaft des Überzugs ab und kann je nach Lage des Falles zwischen 1 bis 90 Volumprozent betragen.

Die Erfindung wurde beispielsweise auf die Behandlung der Fläche eines in einer Schmiedepresse für die Herstellung von Tellerventilen für Kraftwagenmotoren verwendeten Gesenks angewendet. Das Gesenk wurde galvanisch mit einem zusammengesetzten Überzug aus Nickel und Siliciumcarbid mit einer Korngröße entsprechend der US-Standard-Siebnummer 1000 versehen. Die Dicke des Überzugs betrug 0,01778 mm bei einer Konzentration der Zusätze von 50 Volumprozent. Im Betrieb konnten mit diesem Gesenk 787 Werkstücke hergestellt werden, während das nicht nach dem Verfahren gemäß der Erfindung behandelte Gesenk unter den gleichen Arbeitsbedingungen schon nach 248 Werkstücken ausgewechselt werden mußte, so daß also eine stark erhöhte Lebensdauer erzielt wurde. Im vorangehend beschriebenen Anwendungsfall der Erfindung kann an Stelle von oder zusammen mit Siliciumcarbid Aluminiumoxyd verwendet werden.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum galvanischen Abscheiden eines Feststoffteilchen enthaltenden Metallüberzugs aus einem kontinuierlich umlaufenden Bad, dadurch gekennzeichnet, daß die Feststoffteilchen dem Bad zusammen mit dem Elektrolyten an einer oberhalb des Werkstücks gelegenen Stelle zugesetzt werden, so daß sie sich durch Schwerkraftwirkung auf der Oberfläche des Werkstücks absetzen können, wobei der Elektrolyt mit den nicht durch den Metallbelag gebundenen Feststoffteilchen ständig aus dem Bad abgezogen und im Kreislauf zur Zufuhrstelle zurückgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück während der Elektrolyse in dem Bad in ständiger Bewegung gehalten wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück während der Elektrolyse ständig gedreht wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Feststoffteilchen Aluminiumoxyd, Siliciumdioxyd, Eisenoxyd, Siliciumcarbid, Wolframcarbid oder Diamant in körniger Form verwendet werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem galvanischen Abscheiden des Feststoffteilchen enthaltenden Überzugs ein solcher aus reinem Metall galvanisch auf dem Werkstück abgeschieden wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem galvanischen Abscheiden des Feststoffteilchen enthaltenden Überzugs noch ein solcher aus reinem Metall galvanisch auf dem Werkstück abgeschieden wird.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 6 mit einem Badbehälter zur Aufnahme der unlösliche Feststoffteilchen enthaltenden Elektrolytflüssigkeit, mit mindestens einer im Badbehälter angeordneten Anode und mit einer Einrichtung zur Befestigung des mit dem Überzug zu versehenden Werkstücks als Kathode im Badbehälter, dadurch gekennzeichnet, daß am Boden des Badbehälters eine Saugleitung

(54) angeordnet ist, um den Elektrolyten mit den nicht durch den Metallbelag gebundenen Feststoffteilchen aus dem Bad abzuziehen, und die Saugleitung mit einer weiteren Leitung (56) in Verbindung steht, durch welche die abgezogenen im Elektrolyten suspendierten Feststoffteilchen dem Badbehälter oberhalb des darin befindlichen Werkstücks wieder zugeführt werden.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 752952, 821894, 217, 957 677;

deutsche Patentanmeldung M 11917 VI/48 a (bekanntgemacht am 12. 3.1953).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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