DE2443040A1

DE2443040A1 - Galvanisierungsverfahren fuer die herstellung galvanischer ueberzuege auf profilierten oberflaechen eines werkstueckes bei verwendung einer formanode und anlage zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE2443040A1
Application number: DE2443040A
Authority: DE
Inventors: Gernot Jacob
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1974-07-31
Filing date: 1974-09-09
Publication date: 1976-02-19
Also published as: CH602946A5; DE7430280U

Description

Galvanisierungsverfahren für die Herstellung galvanischer Ueberzüge auf profilierten Oberflächen eines Werkstückes bei Verwendung einer Formanode und Anlage zur Durchführung des Verfahrens Die Erfindung betrifft ein Galvanisierungsverfahren für die Herstellung galvanischer Ueberzüge auf profilierten Oberflächen eines Werkstückes bei Verwendung einer Formanode. Die Erfindung betrifft ebenfalls eine Galvanisierungsanlage zur Durchführung des genannten Verfahrens, mit einer Kathode, einer Formanode und einem Elektrolyten.
Galvanisierungsverfahren, bei welchen als Formanoden bekannte, anodisch geschaltete Formelektroden in galvanischen Bädern zur Erzielung von Metallüberzügen auf profilierten Oberflächen von Werkstücken verwendet werden, gehören seit längerer Zeit zum Stand der Technik (siehe Handbuch der elektrolytischen Verchromung von Robert Bilfinger, 1952, Seiten 79, 98., 99 .....
Fachbuchverlag Siegfried Schütz, Hannover und Elektrochemie von Karl Schmidt, 1952, Seiten 229, 237 Fachbuchverlag GmbH, Leipzig).
Es werden beispielsweise brauchbare Eisenüberzüge mit Formanoden aus Stahl hergestellt, die sich jedoch schnell verzehren.
Zur Verzögerung dieser Verzehrung werden manchmal im Elektrolyten schwerlösliche oder praktisch unlösliche Formanoden verwendet, jedoch hat es sich erwiesen, dass in diesen Fällen das galvanische Bad an Eisenionen verarmt, das Gleichgewicht zwischen Eisenionen und Wasserstoffionen im Bad gestört wird und der pH-Wert des letzteren sehr schnell in die saure Richtung wandert.
Hierdurch wird die Wasserstoff-Abscheidung an der Kathode gefördert, so dass die Effektivität des Bades ständig sinkt. Diese Erscheinungen treten natürlich nicht nur bei Eisenbädern, sondern auch bei anderen Metallbädern auf.
Aufgabe der Erfindung ist es, die vorerwähnten Nachteile zu vermeiden, und ein Galvanisierungsverfahren zu schaffen, bei welchem das Gleichgewicht zwischen den Metallionen und den Wasserstoffionen im galvanischen Bad und damit der pH-Wert des letzteren nach Bedarf gesteuert werden kann, wobei jedoch die Formanode geschont und deren Lebensdauer verlängert wird.
Aufgabe der Erfindung ist es ebenfalls, eine Galvanisierungsanlage zur Durchführung des genannten Verfahrens zu schaffen, deren Formanode sich nur langsam verzehrt, wobei jedoch Mittel vorgesehen sind, die die Metallionen nachliefern, die zur Aufrechterhaltung der Metallionenkonzentration, des n pH-Wertes bzw. der Effektivität des galvanischen Bades erforderlich sind.
Das Galvanisierungsverfahren nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die zur Ersetzung der auf das Werkstück abgelagerten Metallionen bzw. zur Aufrechterhaltung der erwünschten Metallionenkonzentration des Elektrolyten erforderlichen Metallionen von wenigstens einer von der Formanode unabhängigen, im Elektrolyten löslichen Opferanode während des Betriebes ständig nachgeliefert werden.
Die Galvanisierungsanlage nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine zur ständigen Erneuerung des Metallionengehaltes des Elektrolyten, bzw. zur Schonung der Formanode dienende, mit der letzteren leitend verbundene, nicht geformte Opferanode vorgesehen ist, aus einem Metall, dessen Löslichkeit höher liegt als die Löslichkeit der Formanode.
Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert.
In der Zeichnung ist ein Werkstück 1 mit profilierter Oberfläche 2 dargestellt, das im galvanischen Bad (nicht gezeigt) kathodisch geschaltet ist. Eine nach dem Profil der Oberfläche 2 des Werkstückes 1 geformte, anodisch geschaltete Formanode 3 besteht aus S18/8 Stahl, der im galvanischen Bad schwerlöslich ist. Ein Eisenblock 4 der in der Zeichnung als prismatischer Stab dargestellt ist, jedoch eine beliebige andere Form aufweisen kann, ist mit der Formanode 3 mittels der Schraube 5 verschraubt, besteht aus im Elektrolyten leichtlöslichen Stahl St37 und dient als Opferanode 4. Die Opferanode 4 muss mit der Formanode 3 elektrisch leitend verbunden sein, kann jedoch im Abstand von dieser angeordnet sein. Wenn die Verbindung durch Verschraubung gewährleistet wird, muss diese ausserhalb des Elektrolyten liegen, damit sie die profilierte Fläche der Formanode 3 nicht stört. Unter Umständen können mehrere Opferanoden 4 verwendet werden, die untereinander und mit der Formanode 3 elektrisch leitend verbunden sind.
Die Opferanode 4 kann in bezug auf die Formanode 3 verstellbar der angeordnet sein, um eine Regulierung der Grösse/im Elektrolyten eingetauchten Oberfläche und dadurch eine Regulierung der Konzentration der Metallionen, der Konzentration der Wasserstoffionen im Elektrolyten bzw. des pH-Wertes des galvanischen Bades zu ermöglichen.
Es ist ferner eine Fremdstromquelle (nicht gezeigt) vorgesehen, die den für die Galvanisierung notwendigen Strom liefert. Diese kann ebenfalls regulierbar sein, zur Regulierung der Stromdichte in A/dm2 (Amperes pro Quadrat-Dezimeter der Werkstückfläche) bzw. zur Regulierung der Konzentration der Metallionen, der Konzentration der Wasserstoffionen im Elektrolyten, bzw.
des p-Wertes des galvanischen Bades.
Nachstehend wird das Galvanisierungsverfahren bzw. der Betrieb der Galvanisierungsanlage erläutert.
Nach dem Eintauchen der kombinierten Anoden in den Elektrolyten treten zwischen der aus hochlegiertem, edlerem Stahl bestehenden Formanode 3 und der aus unlegiertem, unedlerem Stahl bestehenden Opferanode 4 Potenitalunterschiede auf, wobei der unlegierte Stahl der Opferanode 4 gegenüber dem hochlegierten Stahl der Formanode 3 anodisch wird. Die im unedleren-Stahl der Opferanode 4 zurückbleibenden negativen Ladungen (Elektronen) fliessen zur Formanode 3 ab und sind bestrebt, die letztere auf das Potential der Opferanode 4 zu bringen. Beim Einschalten der äusseren Stromquelle beginnen sich aus dem galvanischen Eisenbad Eisenionen auf das Werkstück 1 abzulagern. Die aus der Formanode 3 und der Opferanode 4 bestehende Anordnung beginnt als Korrosionselement zu funktionieren und liefert in die Eisenbadlösung zweifach positive, hauptsächlich von der Opferanode 4 herrührende Eisenionen nach.Während des Galvanisierungsprozesses wird die Formanode 3 in grossem Masse geschont und ihre Lebensdauer in beträchtlichem Masse verlängert.
Wenn nach Abschaltung der Fremdstromquelle keine Eisenionen mehr durch Abscheidung an dem kathodisch geschalteten Werkstück 1 entzogen werden und zwischen hochlegierter Formanode 3 und unlegierter Opferanode 4 der Potentialausgleich stattgefunden hat, stellt sich ein Gleichgewichtszustand zwischen Kationen (Eisenionen) und Anionen (z.B. SO4 ) des Elektrolyten ein, und die Nachlieferung weiterer Eisenionen durch die Opferanode 4 hört auf.
Durch Regulierung der durch die äussere Stromquelle gelieferten Stromdichte in A/dm2 und der Grösse der im Bad eingetauchten Oberfläche der Opferanode 4 kann die Konzentration der Metallionen und die Konzentration der Wasserstoffionen bzw. der pH-Wert des galvanischen Bades gesteuert werden. Durch zweckmässige Wahl der beiden obengenannten Grössen können die genannten Konzentrationen bzw. der pH-Wert des Bades während des Betriebes konstant gehalten werden, so dass die Effektivität des Bades beibehalten bleibt.
Das erfindungsgemässe Verfahren und die erfindungsgemässe Anlage eignen sich vorzüglich für Anwendungen, bei welchen Bäder mit schlechter Streufähigkeit verwendet werden müssen, insbesondere wenn diese saure Bäder sind. Bäder dieser Art sind das zur Verzinkung verwendete saure Zinkbad und das zur Verzinnung verwendete saure Zinnbad.
Die bisher durchgeführten Versuche zeigen eindeutig den überraschenden Effekt, dass nach dem erfindungsgemässen Verfahren mit der erfindungsgemässen Anlage einwandfreie Ueberzüge auf profilierten Oberflächen eines Werkstückes erzielt werden können, bei weitgehender Schonung der Formanode, deren Lebensdauer auf das zwei- bis dreifache verlängert werden kann.

Claims

Patentansprüche

Galvanisierungsverfahren für die Herstellung galvanischer Ueberzüge auf profilierten Oberflächen eines Werkstückes bei Verwendung einer Formanode, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Ersetzung der auf das Werkstück (1) abgelagerten Metallionen bzw. zur Aufrechterhaltung der erwünschten Metallionenkonzentration des Elektrolyten erforderlichen Metallionen von wenigstens einer von der Formanode (3) unabhängigen, im Elektrolyten löslichen Opferanode (4) während des Betriebes ständig nachgeliefert werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Formanode (3) und der Opferanode (4) bzw. den Opferanoden (4) während des Betriebes Potentialunterschiede auftreten, sodass die Anordnung als Korrosionselement funktioniert, wobei die Opferanode (4) gegenüber der Formanode (3) anodisch wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Konzentration der Metallionen und die Konzentration der Wasserstoffionen im Elektrolyten bzw. der PH-Wert des galvanischen Bades während des Betriebes durch die eingetauchte Oberflächengrösse der Opferanode (4) und/oder die Stromdichte gesteuert werden.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Konzentration der Metall ionen und die Konzentration der Wasserstoffionen im Elektrolyten bzw. der PH-Wert des galvanischen Bades, wShrend des Betriebes mindestens annähernd konstant gehalten werden.
5. Galvanisierungsanlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einer Kathode, einer Formanode und einem Elektrolyten, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine zur ständigen Erneuerung des Metallionengehaltes des Elektrolyten, bzw. zur Schonung der Formanode (3) dienendelmit der letzteren leitend verbundene, nicht geformte Opferanode (4) vorgesehen ist, aus einem Metall, dessen Löslichkeit im Elektrolyten höher liegt als die Löslichkeit der Formanode (3).
6. Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Formanode (3) aus einem im Elektrolyten unlöslichen oder löslichen Metall oder leitendem Nichtmetall besteht.
7. Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Fremdstromquelle vorgesehen ist, die zur Regulierung der Stromdichte regulierbar ist.
8. Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Opferanode (4) mit der Formanode (3) verschraubt ist, wobei die Verschraubung (5) ausserhalb des Elektrolyten liegt, derart, dass sie die profilierte Fläche der Formanode (3) nicht stört.
9. Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Opferanode (4) von der Kathode durch die Formanode (3) abgeschirmt ist, derart, dass sie die Wirksamkeit der letzteren nicht beeinträchtigt.
10. Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das galvanische Bad ein saures Eisenbad ist, und dass die Formanode (3) aus einem hochlegierten Stahl, wie z.B. aus Stahl S18/8 oder aus Grafit besteht.
11. Anlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Opferanode (4) aus einem nichtolegierten Stahl, wie z.B.

aus Stahl St37 besteht.
12. Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das galvanische Bad ein saures Zinkbad ist, und dass die Opferanode (4) ein Zinkblock ist.
13. Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das galvanische Bad ein saures Zinnbad ist, und dass die Opferanode (4) ein Zinnblock ist.