DE19913273C2 - Verfahren zum Herstellen von Perlchromschichten auf Werkstücken aus Metall, insbesondere Stahl - Google Patents
Verfahren zum Herstellen von Perlchromschichten auf Werkstücken aus Metall, insbesondere StahlInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von
Perlchromschichten auf Werkstücken aus Metall, insbesondere
Stahl, wobei das Perlchrom aus einem Chromsäurebad abge
schieden wird.
Perlchromschichten meint im Rahmen der Erfindung solche mit
einer Rauhigkeit RA = 0,5 bis 10 µm und einem Peak-count
(Spitzenzahl) Pc <0,5< = 30 bis 300 cm-1 insbesondere solche
mit einer Rauhigkeit RA = 3 bis 4 µm mit einem Peak-count
(Spitzenzahl) Pc <0,5< = 80 bis 120 cm-1 und mit einem
Aussehen einer halboffenen Struktur. Pc <0,5< ist die Anzahl der
Profilmerkmale pro cm, die das eingestellte obere Schnittniveau
überschreiten (±0,5 µm) und nachfolgend das untere
unterschreiten. - Die Abscheidung von Perlchromschichten
ist grundsätzlich aus dem Stand der Technik bekannt
(Galvanotechnik 87 (1996) 2, Seiten 389 bis 392).
Aus der Praxis allgemein bekannte Verfahren der genannten
Art haben ausnahmslos den Nachteil, daß die Perlchromelek
trolyte eine sehr enge Temperaturtoleranz aufweisen. Schon
geringfügige Temperaturschwankungen führen bei vorgegebener
konstanter kathodischer Stromdichte zu merklichen Ände
rungen der obengenannten Schichteigenschaften. Zur Vermei
dung dieses Nachteils ist es auch schon bekannt, dem
Elektrolyten Selen(VI)säure beizugeben und diese in einer
vorgegebenen Konzentration aufrechtzuerhalten. Die Se
len(VI)säure verbraucht sich aber sehr stark und kann nicht
genügend genau analysiert werden. Hiervon unabhängig
verändern aber auch hier Temperaturänderungen von ±0,2°C
die Schichteigenschaften, insbesondere die Peak-count und
Strukturverteilung, immer noch merklich. -
Der prinzipielle Zusammenhang zwischen Stromausbeute,
Stromdichte und Temperatur ist bekannt (Die galvanische
Verchromung; Leuze Verlag; 1. Auflage 1998).
Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde das
Verfahren der eingangs genannten Art so zu führen, daß
Perlchromschichten erzeugt werden, deren Schichteigen
schaften wie Rauhigkeit, Peak-count und Strukturverteilung
in einem engen Bereich reproduzierbar sind.
Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht darin,
daß die Elektrolyttemperatur fortlaufend gemessen
wird und die kathodische Stromdichte proportional der Temperatur
des Chromsäurebades gemäß dem linearen Zusammenhang nachgestellt wird.
Aus Untersuchungen an Hart- und Glanzchromelektrolyten ist
die Relation von Temperatur zu Stromdichte zur Erzielung
gleichbleibender Schichteigenschaften grundsätzlich bekannt
(W. Machu: Moderne Galvanotechnik, Verlag Chemie, Weinheim
(1954), S. 288 ff).
Die bisher angewandten Regelmechanismen reichen aber zur
Erzielung gleichbleibender Qualitätsansprüche nicht aus.
Heiz- und Kühlintervalle sowie wechselnde Joulesche Wärme
führen zu ständigen Temperaturschwankungen, die erfahrungs
gemäß bei Anforderungen an eine maximale Temperaturdifferenz
von ±0,2°C nicht mehr zu erfüllen sind.
Die Erfindung nutzt hierbei die überraschende Tatsache, daß
unter den üblichen Arbeitsbedingungen praktisch identische
Schichteigenschaften erreicht werden, wenn kathodische
Stromdichte und Elektrolyttemperatur im wesentlichen pro
portional zueinander gehalten werden. Erhöht sich die
Badtemperatur um einen bestimmten Betrag, muß also auch die
kathodische Stromdichte um einen bestimmten Betrag erhöht
werden. Dementsprechend muß die kathodische Stromdichte bei
Sinken der Badtemperatur erniedrigt werden. Im Ergebnis
gelangt, man so innerhalb eines relativ großen Temperaturbereiches
zu reproduzierbaren Perlchromschichten. Die Nach
stellung der kathodischen Stromdichte entsprechend der
gemessenen Badtemperatur kann ohne große Schwierigkeiten
mit Hilfe einer stufig oder kontinuierlich arbeitenden
Stromregelung automatisiert werden.
Für die weitere Ausgestaltung bestehen im Rahmen der
Erfindung mehrere Möglichkeiten, deren bevorzugte nach
folgend aufgeführt sind. Grundsätzlich können im Rahmen des
erfindungsgemäßen Verfahrens schwefelsaure und mischsaure
Chromsäurebäder bzw. -elektrolyte auch mit weiteren
Zusätzen eingesetzt werden. Nach bevorzugter Ausführungs
form wird ein Chromsäurebad mit 50 bis 600 g/l, insbe
sondere 100 bis 300 g/l Chromsäure, bezogen auf den
Chromsäuregehalt 0,6 bis 4 Masse-%, insbesondere 0,9 bis
1,9 Masse-% Schwefelsäure und 0 bis 3 g/l, insbesondere 0,2
bis 1,5 g/l einer kurzkettigen organischen Sulfonsäure,
deren Salzen und/oder deren Halogenderivaten verwendet.
Hervorzuheben ist die Verwendung von gesättigten alipha
tischen Sulfonsäuren mit maximal zwei Kohlenstoffatomen und
maximal sechs Sulfonsäuregruppen, wie sie aus DE 34 02 554 C2
bekannt sind; besonders empfehlenswert ist die
Verwendung von Methansulfonsäure, deren Salzen und/oder
deren Halogenderivaten. Im übrigen empfiehlt es sich, mit
einer kathodischen Stromdichte zwischen 5 und 100 A/dm2
insbesondere 25 und 50 A/dm2, und einer Elektrolyt
temperatur zwischen 20 und 90°C, insbesondere 35 und 60°C
zu arbeiten.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Beispiels
erläutert:
Aus einem Chromsäurebad mit 130 g/l CrO3 2,5 g/l H2SO4 und 0,42 g/l Methansulfonsäure wurden auf Stahlwerkstücken Perlchromschichten erzeugt, und zwar bei unterschiedlichen kathodischen Stromdichten und Elektrolyttemperaturen. Die jenigen kathodischen Stromdichten und zugehörigen Elektro lyttemperaturen, welche zu identischen Schichteigenschaften führten sind in dem beiliegenden Diagramm als Recht eckpunkte eingetragen. Man erkennt den linearen Zusammen hang zwischen kathodischer Stromdichte und Elektrolyt temperatur.
Aus einem Chromsäurebad mit 130 g/l CrO3 2,5 g/l H2SO4 und 0,42 g/l Methansulfonsäure wurden auf Stahlwerkstücken Perlchromschichten erzeugt, und zwar bei unterschiedlichen kathodischen Stromdichten und Elektrolyttemperaturen. Die jenigen kathodischen Stromdichten und zugehörigen Elektro lyttemperaturen, welche zu identischen Schichteigenschaften führten sind in dem beiliegenden Diagramm als Recht eckpunkte eingetragen. Man erkennt den linearen Zusammen hang zwischen kathodischer Stromdichte und Elektrolyt temperatur.
Mit dem vorgenannten Chromsäurebad wurde eine Perlchrom
schicht auf einem Stahlwerkstück erzeugt, wobei die Elek
trolyttemperatur fortlaufend gemessen und die kathodische
Stromdichte entsprechend dem sich aus dem Diagramm
ergebenden linearen Zusammenhang nachgestellt wurde. Die
Perlchromschicht zeigte unter dem Mikroskop bezüglich der
Schichteigenschaften Rauhigkeit, Peak-count und halboffene
Struktur keine erkennbaren Unterschiede zu den zuvor
erzeugten Perlchromschichten.
Claims (10)
1. Verfahren zum Herstellen von Perlchromschichten mit einer Rauhigkeit RA = 0,5 bis 10 µm
und einem Peak-count PC <0,5< = 30 bis 300 cm-1 auf Werkstücken aus Metall,
insbesondere Stahl, wobei das Perlchrom aus einem Chromsäurebad abgeschieden wird,
dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrolyttemperatur fortlaufend gemessen wird und die
kathodische Stromdichte proportional der Temperatur des Chromsäurebades gemäß dem
linearen Zusammenhang nachgestellt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
ein Chromsäurebad mit 50 bis 600 g/l Chromsäure und bezogen
auf den Chromsäuregehalt 0,6 bis 4 Masse-% Schwefelsäure
und 0 bis 3 g/l zumindest einer kurzkettigen organischen
Sulfonsäure, deren Salzen und/oder deren Halogenderivaten
verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
ein Chromsäurebad mit 100 bis 300 g/l Chromsäure verwendet
wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß ein Chromsäurebad mit bezogen auf den Chrom
säuregehalt 0,9 bis 1,9 Masse-% Schwefelsäure verwendet
wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß ein Chromsäurebad mit 0,2 bis 1,5 g/l
zumindest einer kurzkettigen organischen Sulfonsäure, deren
Salzen und/oder deren Halogenderivaten verwendet wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß ein Chromsäurebad mit gesättigten ali
phatischen Sulfonsäuren mit maximal zwei Kohlenstoffatomen
und maximal sechs Sulfonsäuregruppen als kurzkettigen
organischen Sulfonsäuren verwendet wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß ein Chromsäurebad mit Methansulfonsäure
als kurzkettiger organischer Sulfonsäure verwendet wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß mit einer kathodischen Stromdichte
zwischen 5 und 100 A/dm2 und einer Elektrolyttemperatur
zwischen 20 und 90°C gearbeitet wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß
mit einer kathodischen Stromdichte zwischen 25 und 50 A/dm2
gearbeitet wird.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekenn
zeichnet, daß mit einer Elektrolyttemperatur zwischen 35
und 60°C gearbeitet wird.
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