DE1496754C3

DE1496754C3 - Verfahren zur Erzeugung von glatten galvanischen Metallüberzügen auf einem Grundmetall mit Oberflächenvertiefung

Info

Publication number: DE1496754C3
Application number: DE1496754A
Authority: DE
Inventors: Calvin Oren Northford Conn. Letendre (V.St.A.)
Original assignee: Chromium Corp Of America Waterbury Conn (vsta)
Current assignee: Chromium Corp Of America Waterbury Conn (vsta)
Priority date: 1964-01-09
Filing date: 1965-01-07
Publication date: 1975-11-13
Also published as: DE1496754A1; FR1419477A; GB1096948A; DE1496754B2; US3317411A

Description

Bei Walzen oder Oberflächen, die bei der Herstellung von Papier, Kunststoffolien u. dgl. verwendet werden, ist es erforderlich, daß die betreffenden Oberflächen vollkommen glatt sind und keine Vertiefungen oder Erhebungen aufweisen, welche sich auf die zu verarbeitenden Materialien übertragen würden.

Es ist bekannt, zu diesem Zweck die Oberflächen mit einem glatten galvanischen Metallüberzug, beispielsweise aus Chrom zu versehen, wenn das Grundmetall aus Gußeisen, einem anderen Metall oder einer Metallegierung besteht. Trotz sorgfältiger Vorbereitung und Schleifbehandlung des Grundmetalls ist es nicht immer möglich, die Entstehung von Oberflächenvertiefungen in einer Breite von weniger als etwa 0,15 mm, die beispielsweise in Form von Feinrissen auftreten, zu verhindern. Derartige Vertiefungen von Bearbeitungsoberflächen wurden bisher ausgeschliffen oder ausgebohrt, worauf die Vertiefungen ausgefüllt und nachfolgend das Grundmetall erneut mit einem galvanischen Metallüberzug versehen wurde.

In der britischen Patentschrift 566 776 wird ein Verfahren zum Reparieren von gebrochenen oder große Risse aufweisenden Gegenständen, wie beispielsweise Gußstücken vorgeschlagen. Hierbei wird der Riß mit einer durch entsprechende Zusätze elektrisch leitfähig gemachten Masse ausgefüllt, worauf dann der gesamte Gegenstand mit einem Nickeloder Kupferüberzug versehen wird, indem er als Kathode in ein entsprechendes Elektrolysebad eingesetzt wird. Die Herstellung von glatten galvanischen Metallüberzügen auf einem Grundmetall, beispielsweise von Glättungswalzen, ist dort nicht beschrieben.

Die Herstellung von glatten galvanischen Metallüberzügen auf einem Grundmetall mit Oberflächenvertiefungen in einer Breite von weniger als etwa 0,15 mm durch Ausfüllen der Vertiefungen und nachfolgendes Galvanisieren erfolgt gemäß der Erfindung dadurch, daß das Grundmetall entgast, die zu galvanisierende Oberfläche unter Bildung einer satten matten Oberfläche einer Strahlbehandlung unterworfen, ein härtbares Polyesterharz aufgebracht

ίο und gehärtet, die Oberfläche glatt geschliffen wird, bis nur noch die Vertiefungen mit Harz gefüllt sind und dann galvanisch Metall abgeschieden wird. Als härtbares Polyesterharz wird vorzugsweise ein äthylenisch ungesättigtes Polyester/Styrol-Harz verwendet, auf das dann, beispielsweise zur Herstellung der Oberfläche von Glättungswalzen eine Chromschicht aufgebracht wird.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird vor dem Entgasen des Grundmetalls galvanisch eine dünne Chromschicht, insbesondere mit einer Dicke von 0,05 bis 0,1 mm auf das Grundmetall aufgebracht.

Das Grundmetall, auf dem der glatte Metallüberzug hergestellt werden soll, kann beispielsweise aus

as Eisen oder einer Legierung desselben, wie Gußeisen, oder Stahl, bestehen, beispielsweise aus einer Eisenoder Stahlwalze, die Vertiefungen mit einer Breite von weniger als 0,15 mm, beispielsweise 0,02· mm, aufweist. Die Oberfläche der Walze oder des anderen Grundmetalls, welches zu überziehen ist, wird zunächst einer Strahlbehandlung mit einem Strahlmaterial wie feinem Sand, Siliciumcarbid, Aluminiumoxid oder einem ähnlichen Material, unterworfen. Die Strahlbehandlung kann mit Hilfe eines Luft-Stroms, einer Zentrifugalturbine, eines Zentrifugalgebläserads oder anderer Bestrahlungsvorrichtungen oder Gebläsevorrichtungen erfolgen. Die Oberfläche wird gleichmäßig zu einer satten matten Oberflächenbeschaffenheit bestrahlt, bis ein weiteres Bestrahlen keine nennenswerte Änderung der Oberfläche herbeiführt.

Die satte matte Oberfläche kann gegebenenfalls unmittelbar auf dem Grundmetall erzeugt werden. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann das Grundmetall vor der Strahlbehandlung und vor dem Entgasen auf galvanischem Wege mit einer dünnen Chromschicht überzogen werden. Diese Chromabscheidung kann aus einem sauren Bad mit einem Gehalt an Chromsäure und Sulfationen mit einer Temperatur von etwa 25 bis 50° C und einer Stromdichte von etwa 15 bis 50 A/dm² aufgebracht werden. Die Abscheidung der Chromschicht wird solange fortgesetzt, bis nach 120 bis 200 Minuten eine Abscheidung von etwa 0,02 bis 0,1 mm, vorzugsweise 0,05 mm, Stärke erhalten worden ist. Die so erzeugte dünne Chromschicht kann dann leicht oberflächlich geschliffen werden, um grobe Oberflächenfehler zu entfernen, und sie wird dann der oben beschriebenen Strahlbehandlung unterworfen, um auf dem Gegenstand eine satte matte Oberfläche zu erzeugen.

Vor weiterer Behandlung wird das Grundmetall vorzugsweise durch Erhitzen oder andere geeignete Mittel entgast. Beispielsweise kann es auf mindestens 65° C, vorzugsweise etwa 95° C, während 3 bis 6 Stunden, zum Beispiel 4 Stunden, erhitzt werden, wobei absorbierte oder eingeschlossene Gase freigesetzt werden. Nach dem Entgasen kann das

Grundmetall mit Tetrachlorkohlenstoff, Benzol, Trichloräthylen, Tetrachloräthylen od. dgl. gründlich gereinigt und entfettet werden.

Nach dem Entgasen, Entfetten und Reinigen wird die satte matte Oberfläche mit einem härtbaren flüssigen Polyesterharz überzogen. Das verwendete härtbare Polyesterharz kann einen gesättigten oder ungesättigten Polyester enthalten. Gesättigte Polyester sind beispielsweise aus Phthalsäureanhydrid, Isophthalsäure, Hexahydrophthalsäureanhydrid, Adipinsäure, Bernsteinsäure, usw. und Äthylenglykol, Propylenglykol, Butylenglykol, Diäthylenglykol, Glycerin usw. hergestellt. Ungesättigte Polyester werden beispielsweise durch Ersatz von mindestens einem Teil der gesättigten zweibasischen Säure beziehungsweise des Anhydrides derselben durch eine ungesättigte zweibasische Säure beziehungsweise deren Anhydrid, wie Maleinsäure, Maleinsäureanhydrid, Fumarsäure, Citraconsäure, Mesaconsäure, usw., hergestellt.

Die flüssigen härtbaren Polyesterharze können durch Erhitzen unter Verwendung eines Katalysators gehärtet werden. Die ungesättigten Polyester, welche besonders bevorzugt sind, können durch freie Radikale liefernde Initiatoren, beispielsweise Methyläthylketonperoxid, gehärtet werden. Vorzugsweise enthalten die ungesättigten Polyesterharze ein äthylenisch ungesättigtes Monomer, welches die Erzeugung eines gehärteten Harzes durch Bildung von Vernetzungen fördert. Äthylenisch ungesättigte Monomere sind Verbindungen mit polymerisierbaren Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindungen. Typische äthylenisch ungesättigte Monomere, welche zur Vernetzung der ungesättigten Polyester verwendet werden können, sind Styrol, Diallylphthalat, Vinyltoluol, Triallylcyanurat, Acrylsäureester, Acrylnitril, usw. Styrol ist ein bevorzugtes Monomer.

Typische Beispiele für Polyester, welche verwendet werden können, sind die aus den folgenden Bestandteilen hergestellten:

Säure Alkohol

Phthalsäure/Maleinsäure Äthylenglykol

Tetrahydrophthalsäure/Fumarsäure Diäthylenglykol

Phthalsäure Butylenglykol

Maleinsäure Propylenglykol

Die Polyesterharze sind vorzugsweise viskose Harze, welche bei einer Temperatur von bis zu etwa 40° C, vorzugsweise bei 25 bis 40° C, flüssig sind. Typische bevorzugte viskose Polyesterharze sind Phthalsäure/Maleinsäure/Äthylenglykol-Polyester in Styrollösung, insbesondere solche mit einem Gehalt an etwa 20 bis 40 Gewichtsteilen Styrol und 60 bis 80 Gewichtsteilen Polyester. Die Polyesterharze werden vorzugsweise durch Erhitzen, beispielsweise auf etwa 50 bis 100° C, in Gegenwart eines freie Radikale liefernden Initiators, wie Methyläthylketonper-' oxid, und gegebenenfalls eines Beschleunigers, wie Kobaltnaphthenat, gehärtet.

Die härtbaren Polyesterharze werden auf die satte matte Oberfläche durch Aufspachteln, Rakeln, Aufstreichen, Aufspritzen, beziehungsweise Aufsprühen, usw. aufgebracht. Vorzugsweise wird das Polyesterharz in die Vertiefungen der satten matten Oberfläche eingepreßt, um eine gute Verbindung zu erzielen. Vorzugsweise ist die verwendete Menge gerade ausreichend, um alle Vertiefungen der satten matten Oberfläche zu füllen, beispielsweise etwa 0,25 bis 0,50 g, wie0,35 g, Polyester/cm²satte matte Oberfläche.

Nach dem Aufbringen des Polyesterharzes auf die satte matte Oberfläche wird es gehärtet, beispielsweise durch Erhitzen auf etwa 50 bis 100° C, insbesondere 75° C, während etwa 10 bis 60 Minuten, insbesondere 20 Minuten. Die Härtezeit kann entsprechend der Menge und dem Typ des verwendeten Initiators oder Katalysators geändert werden. Beispielsweise kann der überzogene Gegenstand langsam etwa 12 bis 24 Stunden lang nach dem Erhitzen kühlen gelassen werden, um ein vollständiges Härten des Polyesterharzes sicherzustellen.

Nach dem Härten des Polyesters wird der Polyesterüberzug und die satte matte Oberfläche zu einer glatten ebenen Oberfläche geschliffen. Diese Behandlung kann durch Schleifen, Sandstrahlbehandlung beziehungsweise Polieren oder durch Schwabbeln erfolgen. Die Schleifbehandlung kann mit feinkörnigem Sand, Aluminiumoxid, Siliciumcarbid, usw. erfolgen, wobei das Schleifmaterial auch in Form von Schleifsteinen vorliegen kann. Die Schleifbehandlung wird vorzugsweise fortgesetzt, bis im wesentlichen der gesamte übriggebliebene gehärtete Polyester nur noch in Vertiefungen oder Hohlräumen mit einer Breite von weniger als etwa 0,15 mm, beispielsweise 0,02 mm, zugegen ist. Vorzugsweise macht der gehärtete Polyester flächenmäßig weniger als 1% der glatten ebenen Oberfläche und das Metall flächenmäßig mindestens 99%, beispielsweise 99,9%, der genannten Oberfläche aus. Die Oberfläche kann dann auf Hochglanz poliert werden.

Im Anschluß an die Schleifbehandlung wird die glatte ebene Oberfläche galvanisch mit dem gewünschten Metall überzogen werden. Der Metall-. überzug kann aus Nickel, Kupfer, Chrom usw. bestehen. Vorzugsweise besteht er aus Chrom. Das Chrom kann aus einem Chromsäurebad mit einem Gehalt an Chromsäure, zum Beispiel in einer Menge von 250 g/l, und Sulfationen, zum Beispiel in einer Menge von 2,5 g/l, bei einer Temperatur von etwa 30 bis 50° C und einer Stromdichte von etwa 15 bis 50 A/dm² während etwa 3 Stunden abgeschieden werden. Die erhaltene Chromabscheidung kann eine Dicke von etwa 0,07 mm haben und zeichnet sich insbesondere dadurch aus, daß sie vollkommen glatt und ohne Risse oder Vertiefungen ist.

Beispiel

Es wurde eine Gußeisenwalze mit einer Länge von 150 cm und einem Durchmesser von 90 cm gründlich gereinigt und entfettet. Auf dem Grundmetall wurde durch Galvanisieren aus einem Bad mit einem Gehalt an 250 g Chromsäure/l und 2,5 g Sulfationen/l bei einer Temperatur von 43 bis 49° C und einer Stromdichte von 30 A/dm² während 90 Minuten Chrom abgeschieden. Die Dicke der Abscheidung betrug etwa 0,07 mm. Die Walze wurde dann sanft geschliffen, um Unregelmäßigkeiten der Oberfläche zu entfernen. Dann wurde die Walze durch 12 Stunden langes Erhitzen auf 100° C entgast. Sie wurde noch warm einer Strahlbehandlung mit körnigem Aluminiumoxid unterworfen, um eine satte matte Oberfläche zu ergeben.

In noch warmem Zustand (etwa 40° C) wurde die satte matte Oberfläche mit einem härtbaren Polyesterharz mit einem Gehalt an 60% aus Phthalsäure, Maleinsäure und Propylenglykol hergestelltem Polyester zusammen mit 40% Styrol, 0,5% Methyl-

äthylketonperoxid als Katalysator und 4% Kobaltnaphthenat als Beschleuniger überzogen. Das Aufbringen erfolgte durch Aufgießen des Harzes sowie Glätten und Pressen desselben mit einer breiten Spachtel. Das Aufbringen reichte aus, um alle Vertiefungen der satten matten Oberfläche zu füllen und einen dünnen gleichmäßigen Überzug auf der Walze zu bilden. Dieser betrug etwa 0,3 g/cm² Walzenoberfläche. Die überzogene Walze wurde 20 Minuten lang auf 75° C erhitzt und langsam während etwa 12 Stunden kühlen gelassen, wodurch das Polyesterharz gehärtet wurde. Nach dem Aushärten wurde die Oberfläche der Walze nochmals zu einer glatten ebenen Oberfläche geschliffen. Während des Schleifens wurde die Oberfläche ständig mit klarem Wasser gespült. Das Schleifen wurde fortgesetzt, bis nur noch in Hohlräumen beziehungsweise Vertiefungen mit einer Breite von weniger als 0,15 mm (Durchschnitt etwa 0,05 mm) Polyesterharz zugegen war und die glatte ebene Oberfläche flächenmäßig zu etwa »1% aus Polyesterharz und zu« 99% aus Chrom bestand.

Chrom wurde auf der glatten ebenen Oberfläche aus einem Bad mit einem Gehalt an 250 g Chromsäure/1 und 2,5 g Sulfationen/l bei einer Temperatur von 49° C und einer Stromdichte von 30 A/dm² während 180 Minuten galvanisch abgeschieden. Die erhaltene Chromabscheidung hatte eine Dicke von 0,15 mm und war glatt, eben und bemerkenswert frei von Löchern.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Erzeugung von glatten galvanischen Metallüberzügen auf einem Grundmetall mit Oberflächenvertiefungen einer Breite von weniger als etwa 0,15 mm durch Ausfüllen der Vertiefungen und nachfolgendes Galvanisieren, dadurch gekennzeichnet, daß das Grundmetall entgast, die zu galvanisierende Oberfläche unter Bildung einer satten matten Oberfläche einer Strahlbehandlung unterworfen, ein härtbares Polyesterharz aufgebracht und gehärtet, die Oberfläche glatt geschliffen wird, bis nur noch die Vertiefungen mit Harz gefüllt sind, und dann galvanisch Metall abgeschieden wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als härtbares Polyesterharz ein äthylenisch ungesättigtes Polyester/Styrol-Harz verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß galvanisch eine Chromschicht aufgebracht wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Entgasen des Grundmetalls galvanisch eine dünne Chromschicht, insbesondere mit einer Dicke von 0,05 bis 0,1 mm aufgebracht wird.