DE2741397C3

DE2741397C3 - Verfahren zur Vorbehandlung eines Nickellegierungs-Werkstücks für das Galvanisieren

Info

Publication number: DE2741397C3
Application number: DE2741397A
Authority: DE
Inventors: Ivan Gene Kenton Ohio Freshcorn
Original assignee: United Aircraft Products Inc
Current assignee: United Aircraft Products Inc
Priority date: 1976-09-15
Filing date: 1977-09-14
Publication date: 1981-12-03
Also published as: DE2741397B2; IT1087521B; GB1534120A; US4055472A; DE2741397A1

Description

Die Erfindung betrifft das in den Patentansprüchen gekennzeichnete Verfahren.

Bei einigen industriellen oder technologischen Werkstücken erweist es sich als wünschenswert, daß sie zwar hart und abriebfest sind, aber trotzdem eine vergleichsweise duktile äußere Oberfläche haben. So bestehen z.B. metallische Dichtungsringe zuweilen aus einer Nickellegierung, die einen hohen Anteil an praktisch reinem Nickel enthält, damit diese Ringe bei Gebrauch die gewünschten Festigkeits-, Abrieb- und Korrosionswiderstand-Charakteristika zeigen. In einigen Fällen funfctionieren derartige Vorrichtungen jedoch dann am besten, wenn sie oberflächlich duktiler und deshalb besser geeignet sind, sich Unregelmäßigkeiten in den Abdichtflächen, zwischen denen sie angebracht wurden, anzupassen. Es war daher übliche Praxis, auf einen aus einer Nickellegierung gebildeten Abdichtungsring eine Schicht aus einem anderen und weicheren Material, z. B. aus einer Silberlegierung, aufzubringen. Hierfür geeignete Galvanisiertechniken sind bekannt, doch führt deren Anwendung zu widersprüchlichen Ergebnissen, da das aufgebrachte Material am ursprünglichen Metall nicht immer gleichförmig haftet Ferner führen Versuche, einen derartigen Ring maschinell zu bearbeiten, oftmals dazu, daß das Überzugsmaterial absplittert oder Risse bildet, wodurch der Ring unbrauchbar wird. Es waren daher bisher Inspektionen erforderlich und ein Teil des Materials mußte als Ausschuß verworfen werden. Außerdem erfolgte die notwendige maschinelle Bearbeitung von Dichtungsringen vor dem Galvanisieren, was wiederum spezielle Handhabungen und Halterungen der Ringe während der Galvanisierung erforderte.

Im Hinblick auf die aufgezeigten Probleme bei der Herstellung von metallüberzogenen Nickellegierungs-Werkstücken, insbesondere, wenn es sich um Dichtungsringe handelte, wurde erkannt, daß bekannte Verfahren zur Entfernung von Nickeloxiden von der Werkstücksoberfläche nicht den gewünschten Effekt haben. Das Vorliegen dieser Oxide wirkt hemmend auf die Zuverlässigkeit der Bindung, die mit dem Überzugsmaterial eingegangen wird, und ferner wird das Ausmaß, bis zu welchem eine unmittelbar benachbarte Schicht aus aufgebrachtem Material mit der Werkstücksoberfläche verkuppelt werden kann, selbst dann beschränkt, wenn die Oberfläche vor dem Überziehen geätzt wird. Die Oxide bestehen aus einer auf der Werkstücksoberfläche lose haftenden Schicht und selbst wenn sie während des Galvanisierprozesses in den metallischen Zustand zurückgeführt werden, können sie nicht wieder ein integraler Bestandteil des ursprünglichen Materials werden.

Die Vorbehandlung von Nickellegierungswerkstükken durch Elektropolierung von deren Oberfläche ist z. B. aus Plating 1965, Seite 1140 bekannt Gemäß Trans. Inst Metal Finishing 33, 102—104, 1955/56, werden

ίο derartige Werkstücke zunächst in Schwefelsäure anodisch geätzt und oxidiert, worauf der gebildete Oxidfilm in der gleichen Elektrolytlösung kathodisch reduziert wird. Diese kathodische Nachbehandlung ist aber nicht nur zeit- und kostenaufwendig, sie hat auch

is die aufgezeigten Nachteile in bezug auf mangelnde Haftfestigkeit der danach aufgebrachten Schicht

Demgegenüber wird durch das erfindeigsgemäße Verfahren in zeit- und kostensparender Weise sichergestellt daß die Werkstücksoberfläche gründlich geätzt und frei von Nickeloxiden ist und eine ausgezeichnete Haftung zur aufgebrachten Schicht hat Somit sind nunmehr z. B. auch Dichtungsringe herstellbar, in denen eine zuverlässige und gleichförmige Bindung zwischen dem Überzugsmaterial und dem ursprünglichen Metall besteht, und die anschließend maschinell bearbeiten werden können Kosten- und Betriebssicherheitsfaktoren sind erfindungsgemäß stark verbessert

Bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden während der anodischen Ätzung der Werkstücksoberfläche in einem schwefelsäurehaltigen Bad Oberflächenteile des Werkstücks entfernt, und abgelöste und entfernte Partikel vereinigen sich in dem Bad mit Sauerstoff unter Bildung von Nickeloxiden. Während der stromlosen Durchtränkungsperiode nach Abschalten des elektrischen Stroms werden im gleichen Bade, in dem das Ätzen erfolgte, die Metalloxide gelöst unter Zurücklassung einer reinen strukturierten Oberfläche auf dem Werkstück.
Sobald das Werkstück chemisch rein und frei von Metalloxiden ist wird es gespült und ein für die Endschicht bestimmter Grundierüberzug aus einem sowohl mit dem Ursprungsmetall als auch mit dem letztlich aufgebrachten Überzugsmaterial verträglichen Material kann zunächst auf ihm elektrolytisch abgeschieden werden. So bindet sich z. B. praktisch reines Nickel in wirksamer Weise an die Nickellegierung und liefert eine verträgliche Basis für eine Silberlegierung. Der Grundierüberzug stellt einen sehr innigen Kontakt mit der strukturierten Werkstücksob^rfläche her und

so durchdringt darin vorliegende Vertiefungen unter Vei kupplung mit derselben und bewirkt eine sichere Befestigung ar» Werkstück. Die Aufbringung des Überzugs aus Silber oder dergleichen wird sodann in einer oder mehreren Stufen durchgeführt, wobei durch die Vorbehandlung des Werkstücks Bedingungen geschaffen werden, die zu einem Endprodukt mit gleichförmig vortrefflicher Güte führen. Nach dieser Galvanisierung ist eine maschinelle Bearbeitung des Werkstücks, z. B. durch Bohren, Schleifen oder dergleiehen durchführbar, ohne daß ein Ablösen von lockeren

Überzugsteilen erfolgt und ungebundene Bezirke

auftreten, oder eine Rißbildung oder ein Abschälen des

Überzugsmaterials eintritt. Ein zu beschichtendes Nickellegierungs-Werkstück

wird mechanisch gereinigt, gebürstet oder anderweitig behandelt, um von seiner Oberfläche Fremdmaterial, Schweißrückstände und dergleichen zu entfernen. Ein derartiges Werkstück kann aus einer unter bekannten

Handelsnamen gehandelten Nickellegierung bestehen. Sin typisches derartiges Werkstück besteht zu etwa 80% aus praktisch reinem Nickel und enthält beachtliche Mengen an Chrom und Eisen.

Ein geeignetes Bad besteht z. B, aus Wasser und 40 bis 50Volum-% konzentrierter Schwefelsäure. Das Bad wird auf eine Temperatur von 60 bis 65,5⁰C erhitzt und bei einer in diesem Bereich liegenden Temperatur gehalten. Das Nickellegierungs-Werkstück wird in geeigneter Weise an einen elektrischen Stromkreis angeschlossen. Der elektrische Stromkreis wird sodann geschlossen und während einer Zeitspanne unter Strom gehalten, die der Stärke des angelegten Stroms und der Art der eingesetzten Materialien angepaßt ist Bei der Behandlung eines Metallwerkstücks aus obengenannter Nickellegierung unter Anwendung einer Stromstärke von etwa 100 A/0,09 m² Werkstücks-Oberfläche ist für den angestrebten Zweck eine Zeitspanne von etwa 2 Minuten angemessen.

Es findet ein Elektroätzeffekt statt, bei dem geladene Teilchen von Nickellegierung aus der Oberfläche des Werkstücks entweichen, wodurch einer derartigen Oberfläche eine strukturierte Beschaffenheit verliehen wird. Gleichzeitig und insbesondere deswegen, weil an der Anode Sauerstoff freigesetzt werden kann, verbindet sich Sauerstoff mit entweichenden Nickellegierungspartikeln unter Bildung von Nickeloxiden. Diese liegen an verschiedenen Stellen im Elektrolytbad vor und erscheinen in lose gebundener Form an der Werkstücksoberfläche.

Nach Ablauf der elektrolytischen Behandlung wird das angeätzte Werkstück jedoct- nicht aus der Elektrolytlösung entnommen, sondern zum Durchtränken in dem Bad so lange belassen, bir die Nickeloxide gelöst sind. Die hierfür erforderliche Zeitspanne kann variieren je nach den angewandten Behandlungsbedingungen. Unter den oben angegebenen Bedingungen erwies sich eine stromlose Behandlungszeit von 4 min als ausreichend.

Nach der stromlosen Behandlung wird das Werkstück aus dem Elektrolytbad entnommen und eine Prüfung läßt erkennen, daß es eine Oberfläche besitzt, die frei von Metalloxiden und mit gut ausgeprägten Vertiefungsbereichen strukturiert ist In einer geeigneten Spül- oder Waschbehandlung wird das dem Bad entnommene Werkstück von Elektrolytlösung gereinigt und anschließend einer elektrolytischen Abscheidungsoperation unterworfen, bei der ein Oberzugsmaterial, z. B. eine Silberlegierung, auf die Werkstücksoberfläche aufgebracht wird Dabei handelt es sich um einen Mehrstufenprozeß, bei dem ein chemisch reines und gespültes Werkstück zunächst in ein galvanisches Bad eingebracht wird, um darauf eine Grundschicht aus einem Material abzuscheiden, das sowohl mit dem Metall des Ursprungswerkstücks als auch mit dem Überzugsmetall verträglich ist Als Anode dient ein Stab oder dergleichen aus praktisch reinem Nickel, Der Stromfluß wird solange fortgesetzt, bis das kathodisch geschaltete Werkstück in der gewünschten Dicke beschichtet ist Der gebildete Nickelüberzug bewirkt einen sehr engen und innigen Kontakt mit der Werkstücksoberfläche und aufgrund der Abwesenheit von Metalloxiden auf dem Werkstück ist dieser Kontakt über der gesamten Werkstücksoberfläche gleichmäßig. Ferner werden Vertiefungen in der Werkstücksoberfläehe von dem Nickelmaterial durchdrungen, so daß ein sich gegenseitig ergänzender Effekt zwischen dem

Werkstück und dem Nickel-Grundierüberzug besteht

wodurch die beiden miteinander gekoppelt werden.

Für den Grundierüberzug kann ein übliches Nickel-

bad verwendet werden und die Temperatur des Bades kann im üblichen Bereich liegen, z. B. bei 37 bis 50° C. Die Stromstärke kann in der Größenordnung von 100 A/0,09 m² Werkstücksoberfläche und die Dauer des Stromflusses kann in der Größenordnung von 4 min liegen.

Das Werkstück mit einem darauf aufgebrachten, eng anliegenden und sicher haftenden Nickel-Grundierüberzug kann sodann in üblicher bekannter Weise fertig galvanisiert werden, z. B. durch Abscheidung von Schichtüberzügen aus Silber. Das Fertigprodukt stellt einen qualitativ hochwertigen und gleichfö» mig überzogenen Artikel dar. Eine maschinelle Bearbeitung desselben kann erfolgen, ohne daß weiche oder ungebundene Überzugsbereiche auftreten, so daß die

Möglichkeit daß das Überzugsmaterial als Folge oder während der maschinellen Bearbeitung abblättert oder Risse bildet kaum oder überhaupt nicht gegeben ist.

Die Notwendigkeit, erforderliche maschinelle Bearbeitungen vor dem Überziehen vorzunehmen, entfällt somit

Wie ersichtlich, bietet die Erfindung in vielfacher Hinsicht besondere Vorteile, die auf das Zusammenwirken verschiedener Faktoren wie Badzusammensetzung und -temperatur, Zeitdauer und Intensität der elektrisehen Stromeinwirkung sowie der stromlosen Durchtränkungszeit zurückzuführen sind. So wird das Metall des Werkstücks als Funktion des angelegten elektrischen Stroms geätzt das geätzte Metall wird während der Stromeinwirkung oxidiert und die Hauptmenge der dabei anfallenden Verbindung ist Nickeloxid. Während der stromlosen Verfahrensstufe löst die Elektrolytlösung die gesamten Metalloxide einschließlich der Nickeloxide, ohne jedoch das ungeätzte Material des Werkstücks wesentlich anzugreifen. Der auf die gründlich gereinigte und geätzte Werkstücksoberfläche aufgebrachte Nickel-Grundierüberzug vereinigt sich in besonders wirksamer und vorteilhafter Weise mit dem Werkstück und liefert dadurch eine sichere Basis für die Aufbringung und Haftung des z. B. aus Silber bestehen-

den Überzugsmaterials.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Vorbehandlung von Nickellegierungswerkstücken für das Galvanisieren durch anodische Behandlung in einem Schwefelsäure enthaltenden Bad und anschließende Behandlung im gleichen Bad, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Behandlung stromlos vorgenommen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Bad mit 40—50 VoIumen-% Schwefelsäure verwendet und bei einer Temperatur von 60,0—654° C gearbeitet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 —2, dadurch gekennzeichnet, daß die anodische Behandlung etwa 2 Minuten lang und die stromlose Behandlung etwa 4 Minuten lang vorgenommen wird.