DE2855054C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum stromlosen oder galvanischen Beschichten eines Gegenstandes nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zum Durchführen eines derartigen Verfahrens nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 3.

Ein derartiges Verfahren sowie eine derartige Vorrichtung sind aus der DE-PS 7 52 952 bekannt. Bei diesem bekannten Verfahren werden die Fremdteilchen in einem Bad dadurch in Suspension gehalten, daß man die Lösung zirkulieren läßt.

Aus der US-PS 34 68 890 ist ein Beschichtungsverfahren bekannt, bei dem die Lösung durch einen Rührer im Kreislauf geführt wird und bei dem ein Teil des Bades, in dem der zu beschichtende Gegenstand angeordnet ist, durch eine für die Fremdteilchen undurchlässige und die Lösung durchlässige Wand gegenüber dem Rest des Bades abgetrennt ist.

Bei diesen bekannten Verfahren werden große Volumina an Lösung und eine große Menge an Fremdteilchen benötigt, was aus wirtschaftlicher Sicht unerwünscht ist. Ferner erweist es sich aus wirtschaftlichen Überlegungen als unerwünscht, daß erhebliche Leistungen erforderlich sind, um in den verhältnismäßig großen Badvolumina, die bei den bekannten Verfahren benötigt werden, eine homogene Verteilung der Fremdteilchen in der Lösung aufrechtzuerhalten.

Gegenüber diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß die Beschichtung mit einer niedrigeren Menge an Fremdteilchen oder mit einer erhöhten Konzentration der Fremdteilchen in der aufgebrachten Schicht bezüglich einer vorgegebenen Menge an Fremdteilchen durchgeführt werden kann.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 durch das im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmal sowie bei einer Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 3 durch das im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 3 angegebenem Merkmal gelöst.

Im Gegensatz zum Stand der Technik wird bei der Erfindung kein Versuch unternommen, eine homogene Mischung zwischen Lösung und Fremdteilchen zu erreichen. Statt eine homogene Lösung zu bilden, wird bei der Erfindung ein dichter Schlamm gebildet, der über den zu beschichtenden Gegenstand abwärtsgleitet. Die Fremdteilchen setzen sich am Boden der Trommel als Schlamm ab, so daß an dieser Stelle eine sehr hohe Fremdteilchenkonzentration erzeugt wird. Dieser dicke Schlamm wird aufgrund der geringen Drehzahl der Trommel auf deren Innenseite nach oben transportiert. Wenn der Schlamm eine bestimmte Höhe erreicht, fällt er von der Innenfläche der Trommel ab und fällt unter seinem Eigengewicht auf das Werkstück, so daß eine dicke Schicht auf dem Werkstück gebildet wird. Der Schlamm gleitet an dem Werkstück entlang, während die Fremdteilchen in die Schicht eingebaut werden, so daß die Oberfläche des Werkstücks von einer sich langsam bewegenden, dicken Schlammschicht aus Fremdteilchen und Elektrolyt umspült wird. Die Dichte der Teilchen wird ohne große Fremdteilchenkonzentration bezogen auf das gesamte Bad erreicht, weil die Fremdteilchen nur in einem Teil des Bades vorhanden sind, nämlich in dem Schlamm im Innern der Trommel. Daß nur eine verhältnismäßig geringe Fremdteilchenkonzentration gerechnet auf das Gesamtvolumen des Bades erforderlich ist, ist insbesondere bei Verwendung solcher Teilchen vorteilhaft, die einen hohen Materialwert haben, beispielsweise bei Diamant-Fremdteilchen.

Im übrigen hat es sich beim Stand der Technik herausgestellt, daß eine Erhöhung der Fremdteilchenkonzentration in dem Bad nur bis zu einer gewissen Grenze auch eine entsprechende Erhöhung der Teilchenkonzentration in der Beschichtung zur Folge hat. Diese Grenze beträgt gewöhnlich etwa nur 400 g pro Liter. Bei der Erfindung hat es sich überraschenderweise herausgestellt, daß die Grenze für die Fremdteilchenkonzentration in der Beschichtung gegenüber den beim Stand der Technik zu erzielenden Werten erheblich erhöht ist. Während beim Stand der Technik nur eine geringfügige Erhöhung der Fremdteilchenkonzentration in der Beschichtung durch Verwendung einer erhöhten Fremdteilchenkonzentration in der Lösung oberhalb 400 g pro Liter zur Folge hat, werden bei der Erfindung brauchbare Resultate mit Fremdteilchenkonzentration in der Beschichtung bis zu 3000 g pro Liter erzielt.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann man erreichen, daß eine Strömung der Badlösung, die in einem hohen Maße mit Fremdteilchen beladen ist, sanft über die zu beschichtende Oberfläche fließt, ohne daß eine Stagnation auftritt. Die hohe Beschickung der Lösung mit Fremdteilchen wird in einem eingeengten Bereich, d. h. innerhalb der Trommel, erreicht, während ein größeres Volumen der Lösung, deren Parameter, beispielsweise Temperatur, Konzentration und Homogenität, leichter konstant gehalten werden können als bei einem kleinen Volumen dieser Lösung. Der Raum außerhalb der Trommel kann für andere Einrichtungen, beispielsweise Heizungen, Rührer und im Falle der Galvanisierung für Anoden verwendet werden. Es ist zu beachten, daß diese Einrichtungen bei früheren Verfahren innerhalb der mit den Fremdteilchen beschickten Lösung lagen.

Die Erfindung kann in verschiedener Weise verwirklicht werden, doch wird im folgenden ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens beschrieben, wobei auf die beigefügten Zeichnungen bezug genommen wird. Zusätzlich werden zwei bestimmte Beispiele des unter Verwendung der Vorrichtung durchgeführten Verfahrens beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zum Beschichten von Gegenständen, wobei Teile der Tankwandung aufgeschnitten sind, um die Innenteile hervortreten zu lassen;

Fig. 2 eine etwas vergrößerte Seitenansicht der Trommel der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung;

Fig. 3 eine Endansicht der in Fig. 2 dargestellten Trommel, und

Fig. 4 die auseinandergezogene Ansicht einer mehrteiligen Abdeckung der Trommel.

Die in den Zeichnungen dargestellte Vorrichtung umfaßt einen Tank 1 für ein Elektrolytbad 2. Eine Rahmenanordnung 3 mit vertikalen Rahmenabschnitten 4 und horizontalen Rahmenabschnitten 5 befindet sich über dem Bad, und haltert mit S-förmigen Haken 6 einen Rahmen 7, der nach unten in das Bad 2 ragt und Lager 8 aufweist, in denen Drehzapfen 9 und 10 rotieren. Die Drehzapfen sind an den gegenüberliegenden Endwänden 11, 12 einer sechseckigen hohlen Trommel 13 mit sechs Wandungen 14 angebracht. In jeder dieser Wandungen 14 ist eine rechteckige Öffnung 15 angebracht, die mit einer mehrteiligen Abdeckung 16 der im einzelnen in Fig. 4 dargestellten Bauart verschlossen ist. Jede Abdeckung umfaßt ein rechteckiges Rahmenteil 17 mit mehreren Löchern 18, durch die an der jeweiligen Wandung 14 der Trommel 13 angebrachte Stifte passen. Der Rahmen umschließt zwischen sich und der Wandung 14 eine Anordnung, die aus zwei äußeren Lagen 20 aus porösem Neopren und einer inneren Lage 21 aus Filterpapier besteht. Die 3 mm dicken Neopren-Lagen haben Poren mit einer Nominalgröße von 10 µm, wohingegen die Porengröße des Filterpapiers 2 µm beträgt.

Die Trommel kann mit einem Elektromotor 22 gedreht werden, der am oberen horizontalen Abschnitt des Rahmens 7 befestigt und über ein Zahnrad 23 an der Motorwelle, ein am senkrechten Abschnitt des Rahmens 7 befestigtes leerlaufendes Zahnrad 27 und ein am Drehzapfen 10 befestigtes Zahnrad 25 an den Drehzapfen 10 angekoppelt ist. Die Trommel enthält Paddel 30.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich, erstreckt sich das innere Ende des Zapfens 9 in Achsrichtung in die Trommel und endet in einem Gewindezapfen 26, auf den eine Einspannvorrichtung 27 aufgeschraubt werden kann. Die Einspannvorrichtung 27 dient zur Halterung des zu beschichtenden Gegenstandes 28, bei dem es sich im vorliegenden Fall um die Leitradschaufel einer Turbine mit Absätzen an den Enden handelt.

Zur Vorrichtung gehört ferner ein Gebläse 31, das über eine biegsame Rohrleitung 32 an ein horizontales Auslaßrohr 33 in der Bodenfläche des Tanks 1 angeschlossen ist. An der Oberseite des Auslaßrohrs 33 sind mehrere Öffnungen angebracht, so daß beim Betrieb des Gebläses 31 Luft in Form von Luftblasen in die Lösung eingeströmt werden kann. Die Anoden 34 sind an einer leitenden Stange 35 über dem Bad außerhalb der Trommel 13 aufgehängt.

Beispiel 1

Eine Platte aus rostfreiem Stahl mit der Größe 5×2,54×0,32 cm wurde mit einem mehrkomponentigen Überzug aus einer Kobaltschicht mit Fremdteilchen aus Chromkarbid versehen. Der Tank war hierbei mit einer Lösung gefüllt, die 450 Gramm Kobaltsulfat pro Liter, 30 Gramm Borsäure pro Liter, und 12,5 Gramm Natriumchlorid pro Liter enthielt. Den im Tank enthaltenen 125 Litern dieser Lösung wurden 10 Millimeter der Canningschen Lösung zur Verhinderung von Narbenbildung zugegeben. Im Bad wurden vier Anoden 34 gehaltert, die aus Kobaltspänen in von Anodensäcken umgebenen Titankörben bestanden.

Zur Vorbehandlung wurde die zu galvanisierende Platte 2 min lang in eine Cyanid-Reinigungslösung eingetaucht, dann mit Wasser abgespült, 30 s lang zum Abätzen in 50%iger Schwefelsäure eingetaucht gehalten und dann mit Wasser abgespült. Daraufhin wurde durch 3 min dauerndes Galvanisieren in einem Nickelbad eine dünne Nickelschicht bei einer Stromdichte von 3,9 A/dm² aufgebracht. Die Platte wurde in der Galvanisiertrommel gehaltert, wie unter Bezugnahme auf die Leitradschaufel 28 der Fig. 2 beschrieben; die Platte war hierbei an den Kathodenanschluß angeschlossen. Eine ausreichende Menge von Chromkarbid-Pulver mit einer mittleren Teilchengröße von 2-5 µm war der Trommel zugeführt worden, so daß sich 2500 Gramm pro Liter Trommelraum ergaben. Die in der Trommel angebrachte Öffnung, durch die die zu überziehende Platte eingesetzt und das Pulver zugefügt wurde, wurde durch Anbringung der Abdeckung 16 verschlossen. Die Trommel wurde dann ganz in die im Tank enthaltene Lösung eingetaucht und mit einer Geschwindigkeit von 3 U/min gedreht. Eine mehrkomponentige Plattierung fand bei einer Spannung von 2,5-3 V bei einer Stromdichte von etwa 2,7 A/dm² statt. Die Temperatur der Lösung wurde auf 50°C gehalten. Der pH-Wert der Lösung lag zwischen 4,5 und 5. Nachdem die Galvanisierung für eine Zeitdauer durchgeführt worden war, die zur Erzielung einer Schichtdicke von 0,05 mm ausreichte, wurde das Galvanisieren abgebrochen und die Platte untersucht. Es wurde festgestellt, daß die Platte einen stark haftenden Überzug mit einer gleichmäßigen Verteilung der Fremdteilchen aufwies; der Fremdteilchengehalt betrug etwa 28,9 Gewichtsprozent und 35,2 Volumenprozent. Das Trommelvolumen betrug hierbei 6 Liter.

In einer Reihe von Experimenten mit einem Verfahren und einer Vorrichtung nach dem Stand der Technik, wie er auch durch die GB-PS 12 18 179 gebildet wird, bei allmählich zunehmender Fremdteilchenkonzentration wurde festgestellt, daß der Anteil der Fremdteilchen - wenn überhaupt - nur geringfügig im Überzug zunimmt, wenn die Fremdteilchenkonzentration über 400 Gramm pro Liter erhöht wird, d. h. über den Wert, bei dem ein Fremdteilchenanteil von etwa 23% festgestellt wurde. In einer Reihe von Versuchen, in denen die in Fig. 1 bis 4 dargestellte Vorrichtung und das im Beispiel angeführte Verfahren verwendet wurden, ergaben sich die folgenden Ergebnisse:

BadbeschickungGewichtsprozent der
eingeschlossenen Teilchen

 40017  50020  60022,6  70023,1 100024,9 150026,5 250028,9 300033,2

Es zeigte sich also, daß die mit dem bekannten Verfahren erhaltene Grenze bei dem oben beschriebenen, erfindungsgemäßen Verfahren nicht gegeben ist.

Beispiel 2

Die beschriebene Vorrichtung wurde dazu verwendet, stromlos eine Platte aus rostfreiem Stahl zu beschichten. Die Platte hatte Abmessungen von 50,8 mm×25,4 mm und eine Dicke von 3,2 mm. Die Beschichtung aus mehreren Komponenten bestand aus einer Nickel-Phosphor-Schicht mit eingelagerten Diamantteilchen. Der Tank wurde mit einer Nickel-Phosphor-Lösung gefüllt, die sich zur stromlosen Abscheidung eignet und als NIKLAD-794 bekannt ist. Dieses Produkt besteht aus zwei Komponenten, NIKLAD-794a und NIKLAD-794b, die gelöst und dann gemischt werden. Das Bad wird aus gleichen Teilen von NIKLAD-794b in einer Verdünnung von 150 Milliliter pro Liter hergestellt.

Die zu beschichtende Platte wurde in derselben Weise vorbehandelt wie bei dem Beispiel 1 und in der Trommel in derselben Weise befestigt. Genügend Diamantpulver wurde der Lösung in der Trommel zugegeben, um eine Konzentration von 35 Gramm pro Liter Trommelinhalt zu erzeugen. Dies ist mehr als das Vierfache des Nickel-Eisen-Gehalts derselben Lösungsmenge. Die Trommel wurde dann geschlossen und vollständig in die Lösung in dem Tank eingetaucht und mit 3 U/min gedreht. Um die stromlose Abscheidung auszulösen, wurde eine Spannung von 2 V zwischen dem Gegenstand und den Anoden während einer Zeitdauer von 5 bis 10 s angelegt und dann abgeschaltet. Die stromlose Abscheidung ging dann noch während einer Stunde weiter. Es hat sich gezeigt, daß die Platte eine homogene und bruchfeste Beschichtung von einer Dicke von etwa 20 µm und mit einer Konzentration von zwischen 20 und 25 Volumenprozent von Diamantpulver in der Nickel-Phosphor-Schicht trug. Dies läßt sich vergleichen mit einer Konzentration von zwischen 15 und 20 Volumenprozent Diamantpulver in der Matrixschicht, wenn das Verfahren unter vergleichbaren Bedingungen mit der oben erwähnten, bekannten Vorrichtung durchgeführt wird.

Claims (8)

1. Verfahren zum stromlosen oder galvanischen Beschichten eines Gegenstandes mit einer Metallschicht mit eingelagerten Fremdteilchen, wobei der Gegenstand in einem Behälter gelagert wird, der in einem Bad mit einer die Fremdteilchen enthaltenden Lösung angeordnet ist und eine mindestens in einem Teil für die Fremdteilchen undurchlässige, für die Lösung jedoch durchlässige Wand aufweist, wobei ferner die Lösung umgerührt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der als hohle Trommel ausgebildete Behälter während der Beschichtung um eine horizontale Achse oder um eine zur Horizontalen geneigte Achse mit einer Geschwindigkeit von nicht mehr als vier Umdrehungen pro Minute gedreht wird, wobei die Fremdteilchen auf der Innenseite der Trommel aufgrund der Drehung von unten nach oben getragen werden und dann unter Schwerkrafteinfluß auf den Gegenstand herabfallen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim galvanischen Beschichten Chromcarbidteilchen und ein Kobaltbad verwendet werden.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 mit einem eine Beschichtungslösung enthaltenden Tank, einem in dem Tank angeordneten Behälter, dessen Wand wenigstens in einem Teil derselben undurchlässig für die Fremdteilchen, jedoch durchlässig für die Lösung ist, und eine Trageeinrichtung aufweist, die den Gegenstand in dem Behälter hält, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter eine hohle Trommel (13) ist, die in der Lösung um eine horizontale Achse oder um eine zur Horizontalen geneigte Achse drehbar gelagert ist, und daß eine Antriebseinrichtung (22-25) vorgesehen ist, um die Trommel (13) zu drehen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, daß die Trommel einen undurchlässigen Körper mit mindestens einer Öffnung (15) aufweist, die mit einer Abdeckung (16) verschlossen ist, die für die Fremdteilchen undurchlässig, jedoch für die Lösung durchlässig ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckung eine Lage aus Filterpapier (21) zwischen zwei Lagen aus porösem Neopren (20) aufweist, und daß die Porengröße des Neoprens größer als die des Filterpapiers ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Trommel mit ihr drehbare Paddel (30) enthält.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Trommel (13) als Paddel innen axial verlaufende Rippen aufweist, die mit der Trommel drehbar sind.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, die eine Anode im Tank aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode (34) außerhalb der Trommel angeordnet ist.