DE19913273C2

DE19913273C2 - Verfahren zum Herstellen von Perlchromschichten auf Werkstücken aus Metall, insbesondere Stahl

Info

Publication number: DE19913273C2
Application number: DE1999113273
Authority: DE
Inventors: Andreas Koenigshofen
Original assignee: LPW-Chemie GmbH
Current assignee: LPW-Chemie GmbH
Priority date: 1999-03-24
Filing date: 1999-03-24
Publication date: 2003-07-24
Anticipated expiration: 2019-03-25
Also published as: DE19913273A1

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 R_A = 0,5 bis 10 µm und einem Peak-count (Spitzenzahl) P_c <0,5< = 30 bis 300 cm^-1 insbesondere solche mit einer Rauhigkeit R_A = 3 bis 4 µm mit einem Peak-count (Spitzenzahl) P_c <0,5< = 80 bis 120 cm^-1 und mit einem Aussehen einer halboffenen Struktur. P_c <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.

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

1. Verfahren zum Herstellen von Perlchromschichten mit einer Rauhigkeit R_A = 0,5 bis 10 µm und einem Peak-count P_C <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.