DE1521246A1

DE1521246A1 - Verfahren und Schaltung zum Schutz von metallischen Oberflaechen gegen chemische Metallisierung

Info

Publication number: DE1521246A1
Application number: DE1965F0048059
Authority: DE
Inventors: Klein Heinz Guenter; Richard Juffa
Original assignee: Bayer AG
Current assignee: Bayer AG
Priority date: 1965-12-30
Filing date: 1965-12-30
Publication date: 1969-07-24
Also published as: GB1175070A; DE1521246B2; ES335049A1; CH487260A; NL6617895A; FR1507056A; AT267653B; SE305349B; BE692059A

Description

FARBENFABRIKEN BAYER AG

Dr. Expl.

LEVERKUSEN-Bayerwerk

^ ^ Z. 1965

PAT.NT.A.T..LUNC

Verfahren und Schaltung zum Schutz von metallischen Oberflächen gegen chemische Metallisierung.

Bei der stromlosen Metallisierung mit chemischen Reduktionsmitteln, wie z. B. Borwasserstoffverbindungen oder Natriumhypophosphit - DP 1 137 918, DAS 1 I98 6kJ>. werden Metalle, wie z. B. Nickel, Kobalt, Eisen usw. auf katalytisch wirkenden Oberflächen abgeschieden. Dabei kann die Metallabscheidung nicht nur auf metallischen Oberflächen erfolgen, sondern auch auf nichtmetallischen Gegenständen, wobei die Oberflächen aus z. B. Kunststoff, Glas, Keramik usw. durch Abscheidung geringer Mengen leicht reduzierbarer Metallsalze aktiviert werden sollen. Daher bildet der Schutz von Apparaturen, die zur stromlosen Metallisierung verwendet werden und mit der Badflüssigkeit in Berührung stehen, ein spezielles Problem', denn auch Apparate oder Apparateteile , die aus Nichtmetallen gefertigt werden, werden im Laufe der Zeit durch die Einwirkung der Abscheidungsbäder aktiviert und somit mit- Metallabscheidungen versehen.

Gemäß der Belgischen Patentschrift Nr. 658 PI9 ist ein Verfahren zum Schutz von metallischen oder von mit einer Metallschicht überzogenen Gegenständen gegen chemische Plattierung bekannt,· wobei diese Gegenstände in einen elektrischen Strom-

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kreis geschaltet werden, der außerdem eine oder mehrere Gegenelektroden, die Badflüssigkeit als Elektrolyt und eine Grleichstrom-Spannungsquelle enthält. Die zu schützenden Oberflächen werden dabei polarisiert, wobei ein Potential eingestellt wird, das auf die Stromdichte - Potentialkurve - abgestellt ist und dem fthepotential entspricht bzw. etwa zwischen dem Pladepotential und der Transpassivität liegt. Ss wird bei

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Stromdichten von nicht mehr als 10 A/cm gearbeitet. Es wurde gefunden, daß metallische Oberflächen, die mit den Abscheidungsbädern in Berührung stehen, nicht metallisiert werden, wenn die Oberflächen auf die beschriebene Weise anodisch polarisiert werden.

Es hat sich weiter gezeigt, daß bei entsprechender Wahl der Werkstoffe die Stromdichte bei sehr niedrigen Vierten liegt, da es zu keiner moklichen Korrosion der Anlageteile, wie z. B. Badbehälter, Pumpen, Wärmeaustausche, Vorrats- und Puffergefäße, Reinigungsaggregate kommt.

Es wurde nun ein Verfahren zum Schutz von metallischen Oberflächen gegen Metallisierung in chemischen Metallisierungsbädern, wobei an die zu schützenden mit der Badflüsslgkeit in Berührung kommenden Gegenstände unter Verwendung von Potentiostaten ein vorgesehenes anodisches Schutzpotential angelegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Schutzstrom mittels eines einem Differenzverstärker nachgeschalteten, in Darlingtonschaltung beschriebenen Transistorverstärkers gesteuert und die Höhe des zwischen den Gegenelektroden und den zu schützenden Oberflächen sich einstellenden Schutzpotentials gemessen wird. Die zu schützenden Oberflächen werden dabei .anodisch polarisiert.

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Zur Aufrechterhaltung des Schutzpotentials an den von Plattierflüssigkeit umspülten metallischen Vorrichtungen wurde die Verwendung eines elektronischen Regelgerätes j eines Potentiostates, vorgeschlagen.

Diese Potentiostaten sind jedoch in ihrer Leistungsfähigkeit begrenzte, sehr empfindliche Präzisionsinstrumente. Für die Betriebspraxis, zum Beispiel bei der Verwendung zum Schutz von Plattieranlagen gegen chemische Vernickelung, sind deshalb die bekannten Potentiostaten weniger geeignet, da sie der Dauerbeanspruchung nicht gewachsen sind.

i>ie Schaltung des Schutzstromkreises ist durch folgenden Aufbau gekennzeichnet:

1. einer Sollspannungsquelle S mit der Anschlußbuchse für eine oder mehrere Bezugselektroden B,

2. einem transistorisierten Differenzverstärker DV mit einigen tausend Ohm Eingangswiderstand und einer etwa lOOfaehen Spannungsverstärkung,

3. einem Stromverstärker SV, dessen Ausgangsanschlüsae mit einer oder mehreren Gegenelektroden G und den vor chemischer Plattierung zu schützenden Oberflächen A verbunden werden können.

röhrenlose, gegen Dauerbeanspruchung weitgehend unempfindliche Vorrichtung gestattet es, in Verbindung mit einer oder mehreren Gegenelektroden einen solchen Schutistrom durch die Plattierbadflüssigkeit zu den anodisch geschalteten &etai--

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lischen Gegenständen zu schicken, daß das mit einer oder mehreren Bezugselektroden gemessene Potential dem vorgewählten Schutzpotential entspricht.

üie Wirkungeweise des Verfahrene ist aus Figur 1 ersichtlich:

Im Differenzverstärker DV wird die Spannung einer einstellbaren stabilisierten Sollspannungsquelle S mit dem Potential der bei B anzuschließenden Bezugselektrode verglichen. Bei einer Differenz dieser beiden Spannungen gibt der Differenz-r verstärker DV eine Ausgangsspannung ab, die im Stromverstärker SV weiter verstärkt wird. Der Ausgangsstrom des Stromverstär-' kers SV wird über die Slektrodenanschlüsse G und A der Gegenelektrode bzw. den zu schützenden metallischen Anlageteilen zugeführt.

Es wurde gefunden, daß auf die Verwendung eines extrem hochohmigen, in seinem Aufbau empfindlichen Differenzverstärkers verzichtet werden kann. Das ist einmal auf den niedrigen spez. Widerstand des Elektrolyten - der Plattierbadflüssigkeit - zum anderen auf den geringen Übergangswiderstand zwischen den Elektroden und der Plattierflüssigkeit zurückzuführen. Sowohl die Bezugselektroden als auch die Gegenelektroden können bei der chemischen Metallisierung aus Metall oder Metall-Legierungen angefertigt werden.

Zweckmäßig verwendet man z. -B." bei einem Nickelplattierungebad Elektroden aus Nickel bzw» einer Nickel-Bor- oder einer Nickel-Pho&phorlegierung, die in ihrer Zusammensetzung der aus dem

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betreffenden Bad chemisch abgeschiedenen Nickellegierung entspricht. Infolge des relativ breiten Plateaus der Strom-Spannungs-Kennlinie, dem eigentlichen Schutzpotential, das z. B. bei einem Nickelplattierbad der Zusammensetzung 30 g/l Nickelchlorid, 40 g/l Natriumhydroxid, 60 g/l Äthylendiamin, 3 g/l Natriumfluorid, 0,6 g/l Natriumboranat, t = 90⁰C und einem 18/8 Cr-Ni-Stahl +130 bis + 600 mV, gemessen gegen Thalamid beträgt, benötigt der Differenzverstärker keine hohe Spannungsverstärkung. Für den Spannungsvergleich zwischen Bezugsmessung und Sollwertspannung genügt dabei ein einfacher handelsüblicher transistorisierter Differenzverstärker mit ca. 100 K Λ Einzugewiderstand und einer etwa lOOfachen Spannungsverstärkung. Solche Verstärker sind robust und haben einen kleinen leistungsverbrauch. Auch der Stromversorgungeteil der Schaltung ist einfach aufgebaut. Während z. -B. bei den handelsüblichen Potentiostaten die Möglichkeit der Stromlieferung in beiden -dichtungen nötig ist, kann bei der erfindungsgemäßen Schaltung auf eine kathodische Polarisation verzichtet .werden. Dadurch wird es möglich, für den dem Differenzverstärker nachgeschalteten Stromverstärker einen einfachen Transistorverstärker in Darlingtonschaltung (s. z.B. Shea: Transistortechnik, Berliner Union, Stgt., 1960, S. 129) zu verwenden. Dieser besitzt neben dem sehr einfachen Aufbau folgende für das erfindungsgemäße Verfahren wesentliche Vorteile.

Beim Darlingtonverstärker hat die Spannungeveratärkung etwa

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den Wert eins, d.h. Ein- und Auegangsspannung sind gleich. Der Ausgangsstrom ist dem Eingangsstrom proportional und in weiten Grenzen unabhängig von der Höhe der Welligkeit der Versorgungsspannung, solange diese den maximalen Wert der Eingangsspannung nicht unterschreitet. Von dieser Erkenntnis ausgehend, konnte der Stromversorgungsteil der erfinddungsgemäßen Schaltung sehr einfach aufgebaut werden. .Es ist keine elektronische oder magnetische Stabilisierung der Versorgungsspannung nötig. Der Aufwand an Siebmitteln ist gering. Dadurch ergibt sich weiterhin der Vorteil, den Leistungsverbrauch des kompletten Reglers so klein zu halten, daß das Gerät neben dem Betrieb aus dem Wechselstromnetz beim Ausfall der Netzspannung aus zwei kleinen eingebauten Batterien betrieben werden kann.

In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Schaltung, wie in Pig. II gezeigt, einen Differenz-Spannungsverstärker mit ca. 10Ofacher Spannungsverstärkung und einem Eingangswiderstand von einigen hundert Kilo-ohm. Dieser Verstärker erhält eine Eingangsspannung U , die aus der Differenz zwischen der einstellbaren Sollwertspannung U und der mit der Meßelektrode 2 gemessenen Istwertapannung IL gebildet wird, -^ie einstellbare Sollwertspannungsquelle ergibt sich aus der Teilwicklung 3 des Netztransformators, dem Gleichrichter 4, dem Ladekondensator 5, dem Vorwiderstand 6, der Zenerdiode 7 und dem Potentiometer 8,an dem die Sollwertspannung von ζ. ^ύ. 6QQl mV

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eingestellt wird. Bi* Sollwertspannung reicht von 0 tie 1 Volt« Die Im Biffereni-Spannungöverstai-ker 1 etwa hundertfach verstärkte Spannungsdifferenz zwischen ü_g und H^ wird dem in Darlingtonschaltung betriebenen Stromverstärker zugeführt. Dieser besteht aus den beiden Leistungstransiatoren 9 und 10« Sie steuern den zur Aufrechterhaltung des Schutzpotentiale erforderlichen Schutzstroa J, der z. B. je nach Anlagengröße zwischen 0,1 A und 5 A liegen kann. Dieser Sehutastrom fließt über eine oder mehrere Gegenelektroden 11 den zu schützenden Anlagenteilen als Passivierungsstrom zu. Die Stromversorgung des Stromverstärkers erfolgt über die Teilwicklung 12 des Hetztransformators, den Gleichrichter 13 und den Ladekondensator 14. Das Amperemeter 15 dient zur Überwachung des Schutzstromes. Mit dem Voltmeter 16 wird die Höhe des Schutzpotentials zwischen den Gegenelektroden und den Anlageteilen gerne s sen.

Zur Aufrechterhaltung des Schutzpotentials bei Hetzspannungsausfall sind zwei Batterien 17 und 18 vorgesehen, die über das Relais 19 automatisch die gesamte Stromversorgung übernehmen, wenn die Netzspannung ausfällt.

Diese Maßnahme ist erforderlich, da bereits kurszeitiges Aussetzen des Schutzstromes während der chemischen Plattierung zu unerwünschter Plattierung der zu schützenden Anlageteile führt.

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Da die zur Aufrechterhaltung des Sclutzpotentials erforderliche Stromstärke von der Größe der vor chemischer Plattierung zu schützenden Oberfläche abhängig ist, gestattet die erfindungsgemäße Vorrichtung aufgrund des großen Stromstärkebereichs den Schutz von chemischen Plattierungsanl-agen aller' technisch notwendigen Größen. Das Regelgerät entspricht den Anforderungen, die ein Betrieb an solche Geräte stellt, da keine empfindlichen und dem Verschleiß unterworfenen Bauteile, wie z. B. Verstärkerröhren als Bauelemente vorhanden sind. Da das Regelgerät infolge seines röhrenlosen Aufbaues zusätzlich zur Netzspannung mit Batterie betrieben werden kann, ist eine Sicherung gegen Netzspannungsausfall gegeben, und somit ein wirksamer Oberflächenschutz der zur Metallisierung verwendeten Apparaturen, die bereits bei kurzfristigem Aussetzen des Schutzstromes einsetzt.

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Claims

Patentansprüche

1) Verfahren zum Schutz von metallischen Oberflächen gegen
Metallisierung in chemischen Metallisierungsbädern, wobei an die

' zu schützenden mit der BadflUssigkeit in Berührung kommenden Gegenstände unter Verwendung von Potentiostaten ein vorgesehenes
anodisches Schutzpotential angelegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Schutzstrom mittels eines dem Differenzverstärker nachgeschalteten in Darlingtonschaltung betriebenen Transistorverstärkers gesteuert und die Höhe des zwischen den Gegenelektroden und den zu schützenden Gegenständen sich einstellenden Schutzpotentials gemessen wird.

2) Schaltung zum Schutz von metallischen Oberflächen gegen
Metallisierung in chemischen Metallisierungsbädern, wobei die

zu schützenden Oberflächen anodisch polarisiert werden, bestehend aus einer Soll-Spannungsquelle, die einerseits mit einer oder
mehreren Bezugselektroden und andererseits mit einem transistorisierten Differenzverstärker mit hohem Eingangswiderstand und etwa 100-facher Spannungsverstärkung verbunden ist, wobei der Differenzverstärker über einen Stromverstärker mit einer oder mehreren
Gegenelektroden und den zu schützenden Oberflächen verbunden ist.

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