DE1921742A1

DE1921742A1 - Verfahren zur Behandlung von Metalloberflaechen

Info

Publication number: DE1921742A1
Application number: DE19691921742
Authority: DE
Inventors: Fernand Janvier; Gerard Lieutier; Henri Pastor
Original assignee: Ugine Carbone
Current assignee: Ugine Carbone
Priority date: 1968-04-30
Filing date: 1969-04-29
Publication date: 1969-12-11
Also published as: NL6906425A; FR1603704A; BE732074A

Description

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PATENTANWÄLTE

DR.-ING. VON KREISLER DR.-ING. SCHÖN WALD DR.-ING. TH. MEYER DR. FUES DlPL-CHEM. ALEK VON KREISLER DIPL. CHEM. CAROLA KELLER DR.-ING. KLÖPSCH

KÖLN 1, DEICHMANNHAUS

Köln, den 26.4.1969 Ke/Ax/Hz

UGINE GARBONE,

45 Ru® des Acacias, Paris l?e (Frankreich)

Verfahren aur Behandlung von Metalloberflächen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Veränderung der Oberfläche von Metallteilen, um sie über sinen Bruchteil ihrer Dicke porös und durchlässig zu machen.

Zur Herstellung von Metallteilen mit einer porösen Schicht aus dem gleichen oder einem anderen Lie tall wurde eine erste Gruppe von Verfahren vorgeschlagen, bei denen das Metall der porösen Schicht aufgetragen wird:

1) Pulverauftrag durch Flammspritzen (Schoop-Verfahren)*

2) Auftrag einer Anstrich- oder Lackschicht, die mit Metailpulver gefüllt ist, und anschließendes Sintern der Schicht unter Entfernung des Weichmachers«

3) Elektrolytische Abscheidung eines Metalls oder einer Legierung is, Pulverform mit anschließender Sinterung·

Bei einer zweiten Gruppe von Verfahren wird die Porosität auf Kosten des kompakten Feststoffs ausgebildet. In diesem Fall wird in der Nähe der Oberfläche selektiv einer der Bestandteile einer Legierung abgetragen, wodurch Poren zurückbleiben. Der Abtrag kann durch chemischen Angriff, durch elektrolytische Auflösung mit Gleichstrom oder durch

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•Verflüchtigung unter Vakuum vorgenommen werden. Bei allen diesen Verfahren werden poröse Schichten erhalten, aber sie sind in der Anwendung zu kostspielig oder ergeben Schichten mit großen ungleichmäßigen Poren und ungleichmäßiger oder zu großer Dicke.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren, bei dem man Metallflächen einem elektrolytischen Angriff unter Anwendung von Wechselstrom oder moduliertem Strom unter einer Spannung zwischen 0,4- und 2,5 V bei einer Stromdichte zwi-

p
sehen 1_?5 und 15 A/dm in einer wässrigen Lösung einer starken i.iineralsäure, deren "Konzentration zwischen 0,1 normal und 1 - normal liegt, bei einem Elektrodenabstand unter 20 mm unterwirft und anschließend die hierbei gebildete poröse Schicht bei einer solchen Temperatur sintert, daß die Poren offenbleiben.

In der ersten Stufe bildet sich eine verhältnismäßig schlecht haftende poröse Schicht. In der zweiten Stufe wird die Haftfestigkeit der Schicht und die Kohäsion ihrer Körner erhöht. Im Falle einer Legierung wird ferner in der zweiten Stufe die Zusammensetzung der ursprünglichen Legierung in der porösen Schicht durch Diffusion wieder hergestellt»

Das Verfahren ist sehr anpassungsfähig. Die Dauer der elektrolytischen Behandlung kann verkürzt werden, um eine porose Schicht mit einer Dicke bis hinab zu 3 p. zu bilden, oder sie kann, verlängert werden, um eine poröse Schicht einer Dicke von 20 ai und mehr auszubilden. Die Abmessungen der Poren werden mit der Stromdichte und - bei einer bestimmten Stromdichte - mit der Dauer des elektrolytisehen Angriffs größer.

Das Verf.Ehren ist auf reins Metalls anwendbar, die elektrolytisch in wässriger Lösung abtragbar sindr. ζ«Β_Θ Kupfer,, UiGkQl₄ FAsen, Kobalt, Sinn und Blei* Es ist ferner auf Legierungen anwendbar, die irenigsteiis einen Bestandteil

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enthalten, der in dieser Weise abtragbar ist, z.B_o Gu-Zn-, Gu-Sn-, Ag-Zn-, Al-Gu- und Ni-Cu-Legierungen.

Die folgenden Beispiele beschreiben die Behandlung von reinem Metall und von Legierungen·

Beispiel 1

Zwei flache Elektroden, von denen eine aus Kupfer und die andere aus nichtangreifbarem Graphit besteht, werden in ein Salzsäurebad getaucht, das eine Konzentration von 0,2-normal und eine Temperatur von 25°C hat. Der Elektrodenabstand beträgt 15 mm. Ein V/echselstrom von 50 Hz wird bei einer Spannung von 0,5 V und einer wirksamen Stromdichte

von 3 A/dm 1 Stunde an die Kupferelektrode gelegt. Die Kupferelektrode wird gespült und dann an der Luft getrocknet. Auf der Oberfläche dieser Elektrode wird eine Ablagerung eines sehr feinen Kupferpulvers festgestellt. Die Elektrode wird anschließend 30 Minuten einer Wärmebehandlung bei 400⁰G in einer Wasserstoffatmosphäre unterworfen. Die mikroskopische Untersuchung zeigt, daß die gebildete poröse Schicht eine Dicke von etwa 3/i bei einem mittleren Porendurchmesser von 2 η hat.

Der vorstehend beschriebene Versuch kann auch mit zwei Kupferelektroden durchgeführt werden, wobei beide Elektroden eine poröse Oberfläche erhalten.

Beispiel 2

In ein Schwefelsäurebad, das eine Konzentration von 0,2-normal hat, werden eine Messingelektrode (70% Gu, 3Ο76 Zn) und eine nicht angreifbare Platinelektrode im Abstand von 15 mm getaucht. Im Verlauf mehrerer aufeinanderfolgender Versuche wird während einer immer länger werdenden Zeit ein Wechselstrom von 50 Hz unter einer wirksamen Spannung

ο von 0,6 V bei einer wirksamen Stromdichte von 3 A/dm durchgeleitet. Die Temperatur des Bades liegt zwischen 20 und 60⁰G. Während dieser Phase löst sich das Zink der

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Messingelektrode oberflächlich, und es bleibt eine poröse und schlecht haftende Kupferschient zurück. Die Elektrode wird gespült und getrocknet und dann 30 Minuten unter Wasserstoff bei 550°C gehalten. Hierbei finden gleichzeitig eine Sinterung der Körner der porösen Schicht und eine schnelle Diffusion von Zink des darunterliegenden kompakten Metalls zur porösen Schicht statt, die wieder ihre ursprüngliche Zusammensetzung und gleichzeitig eine gesteigerte Kohäsion und Haftfestigkeit annimmt.

In Abhängigkeit von der Dauer des elektrolytischen Angriffs wurden bei einer konstanten Stromdichte von 3 A/dm die Ergebnisse erhalten, die in der folgenden Tabelle zusammen mit der CLA-Rauheit angeeben sind.

Dauer Erhaltene poröse Schicht Porendurchmesser, Std. Dicke, Ai CLA-Rauheit, ja ax

1 3 0,4 2

3 5 0,5 3

14 20 0,7 ■ ■ 4

Das Verfahren gemäß der Erfindung ist auch auf Metallteile anwendbar, die bereits Insgesamt porös und durchlässig sind, z.B. auf Teile, die durch Sintern erhalten worden sind. Hierbei erhält man ein Verbundgefüge, das aus einer stark durchlässigen Grundmasse mit großen Poren und einer Oberflächenzone mit sehr feinen Poren besteht.

Beispiel 3

Eine Platte aus poröser gesinterter Bronze mit einer Porengröße von etwa 20 ax und einer Dicke von 3 mm wurde nach dem Verfahren gemäß der Erfindung unter folgenden Elektrolysebedingungen behandelt.

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Elektrolyt: 0,2-norraale Schwefelsäure. Wechselspannung 2,1 V. Stromdichte 10 A/dm . Dauer 14 Stunden«

Nach dem Sintern bei 7(X)⁰C für eine Dauer von 30 Minuten wird ein sehr dünner und poröser Bronzeüberzug erhalten, der aus sehr feinen Teilchen (die einen Durohmesser von einigen u haben) besteht und di· Poren der Unterlage verstopft.

Das Verfahren gemäß der Erfindung kann beispielsweise für die folgenden Zwecke angewandt werden:

a) Bildung einer Verankerungsschioht für Kunststoffüberzüge oder Schmiermittel.

b) Ausbildung von Oberflächenzuständen, die die Imprägnierung mit einem hydrophoben Material gestatten und die Kondensation von Dämpfen zu Tropfen begünstigen. Auf diese Weise hergestellte Kondensatorrohre sind über lange Zeiträume wirksam, weil die hydrophobe Substanz durch die Wirkung der Kapillarität in den Poren fest·» gehalten wird.

o) Herstellung von durchlässigen Metallteilen, die verhältnismäßig grofle Poren aufweisen und auf einer Oberfläche oder auf beiden Oberflächen eine dünne Schicht mit sehr feinen Poren tragen. Metallteile mit einer solchen porösen Struktur eignen sich für zahlreiche Zweoke, beispielsweise als Elektroden von Batterien oder Akkumulatoren, insbesondere für Brennstoffelemente, selbstsohmierende Lager, Filter mit sehr niedriger Piltersohwelle und poröse Elemente für die Isotopentrennung durch Oasdiffusion.

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Behandlung von Metalloberflächen, dadurch gekennzeichnet, daß man die Metalloberfläche einem elektrolyt! sehen Angriff unter Anwendung von Wechselstrom in einem Säurebad unterwirft und anschließend die gebildete poröse Schicht sintert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die nachstehenden Verfahrensschritte einzeln oder in Kombination:

a) als Werkstoff wird ein Metall oder eine Legierung mit wenigstens einem durch elektrolytischen Angriff abtragbaren Bestandteil behandelt;

b) als Bad wird eine Lösung einer starken Säure einer Konzentration zwischen 0,1-normal und 1-normal verwendet;

c) die wirksame Stromdichte auf der behandelten Ober-

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fläche beträgt 1,5 bis 15 A/dm ;

d) das Sintern erfolgt unter vermindertem Druck oder in einer neutralen oder reduzierenden Atmosphäre und steigert die Kohäsion der porösen Schicht und führt schließlich zur Bildung einer Legierung, deren Zusammensetzung derjenigen des Grundwerkstoffs nahekommt, in dieser Schicht·

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