DE2914786A1

DE2914786A1 - Schwarze nickeloberflaechen und verfahren zu ihrer herstellung

Info

Publication number: DE2914786A1
Application number: DE19792914786
Authority: DE
Inventors: Ilana Fried; Isaac Glick
Original assignee: Tadiran Israel Electronics Industries Ltd
Current assignee: Tadiran Israel Electronics Industries Ltd
Priority date: 1978-04-11
Filing date: 1979-04-11
Publication date: 1979-10-18
Also published as: ZA791734B; IL54484A; IL54484A0; FR2422739A1

Description

KRAUS & WEISERT 29H7&6

PATENTANWÄLTE

DR WALTER KRAUS DIPLOMCHEMIKER · DR.-ING. ANNEKATE WEISERT DIPL-ING. FACHRICHTUNG CHEMIE IRMGARDSTRASSE 15 ■ D-8000 MÜNCHEN 71 · TELEFON 089/797077-797078 · TELEX 05-212156 kpatd

TELEGRAMM KRAUSPATENT

2130 TtfK/ps

TADIRAN ISRAEL ELECTRONICS INDUSTRIES LTD. Tel-Aviv, Israel

Schwarze Nickeloberflächen und Verfahren zu ihrer

Herstellung

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Beschreibung

Die Erfindung betrifft Schutzüberzüge für schwarzes Nickel. Schwarzes Nickel ist eine sehr wirksame selektive Oberfläche für Solarkollektoren bzw. Sonnc-ns'ir;,^ler. Schwarzes Nickel wird auch für dekorative Gegenstände verwendet. Die Erfindung betrifft daher insbesondere ein Verfahren, um Oberflächen von schwarzem Nickel gegenüber dem Einfluß der Atmosphäre beständig zu machon. Die Erfindung betrifft weiterhin auf solche Weise geschützte schwarze Nickelprodukte und insbesondere geschützte schwarze Nickel-Solarkollektoren bzw. -Sonnonsammler und dekorative Artikel mit einer solchen geschützten schwarzen Nickeloberfläche.

Kollektorplatten zur Verwendung für Solarkollektoren werden im allgemeinen mit selektiven Oberflächen versehen, um ein wirksames Sammeln der Sonnenenergie zu erhalten. Schwarzes Nickel ist eine der wirksamsten Oberflächen für diesen Zweck. Dieses Material hat jiloch den schwerwiegenden Nachteil, daß es bei bestimmten atmosphärischen Bedingungen und insbesondere t-ii hoher Feuchtigkeit nicht stabil ist. Angesichts dieser Tatsache ist die Verwendung von solchen schwarzen Nickelkollektoren, die eine sehr hohe Absorptionsfähigkeit und niedrige Emissionsfähigkeit haben, ziemlich beschränkt. Beim Test in Standard-Feuchtigkeitstests (Mil oder ASTM) versagen solche schwarzen Nickeloberflächen, wenn sie Bedingungen einer hohen Feuchtigkeit ausgesetzt werden.

Eine Lösung zur Überwindung dieses Mangels ist die Aufbringung eines Schutzüberzugs auf derartige schwarze Nickeloberflächen. Für einen solchen Schutzüberzug ist es ein Erfordernis, daß dieser die Absorptionsfähigkeit und die Emissionsfähigkeit nicht nachteilig beeinflußt und daß er gegenüber Feuchtigkeit, hohen Temperaturen und der Sonnenstrahlung beständig ist. Herkömmliche Schutzüberzüge, beispielsweise die

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Aufbringung einer dünnen Schicht eines trän spar r-n ten L^cks oder von Ölfilmen, sind nicht geeignet, da df-n obigen Erfordernissen nicht genügt wird.

Bislang ist noch keine zufriedenstellende Lösung gefunden worden, um den Nachteil der mangelnden Stabilität bei Bedingungen einer hohen Feuchtigkeit zu überwinden.

Durch die Erfindung vird nun ein Verfahren zur Aufbringung einer anorganischen Schutzschicht auf schwarze Nickeloberflächen zur Verfügung gestellt. Die Erfindung betrifft weiterhin verschiedene Produkte und insbesondere Solarkollektoroberflächen und Artikel, die mit einer Oberflächenschicht von schwarzem Nickel, welche durch eine solche anorganische Schutzschicht geschützt ist, dekoriert sind. Die Erfindung betrifft weiterhin Solarkollektoren und dekorierte Gegenstände mit einer schwarzen Nickeloberfläche, welche erfindungsgemäß mit einer anorganischen Schutzschicht versehen ist.

Die erfindungsgemäß vorgesehene Schutzschicht wird in der Weise erhalten, daß man galvanisch eine Abscheidung aus einer geeigneten Chromatlösung aufbringt. Besonders gut geeignet sind Lösungen von Diehromaten, wie von Natriumdichromat oder Kaliumdichromat. Es ist bekannt, daß Chromate mit Säuren zu Dichromaten umgesetzt werden können, die der Elektrolyse unterworfen werden. Die galvanischen Bäder können weitere Elektrolyte enthalten, beispielsweise, um den elektrischen Widerstand zu vermindern. Während der Elektrolyse ist der schwarze Nickelgegenstand die Kathode, während die Anode aus jedem beliebigen geeigneten Material bestehen kann«, Geeignete Materialien für die Anode sind zum Beispiel Graphit, Blei etc. Die Stromdichte ist nicht kritisch und beträgt im allgemeinen 0,1 A/dm bis etwa 2 A/dm ₅ wobei eine Elektrolysezeit von 50 sec Ms wenigen Minutest geeignet i§t_e Es wird festgestellt j, daß eine dünn® transparent© Schicht

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auf dem schwarzen Nickel gebildet wird.

Eine bevorzugte Lösung für die galvanische Abscheidung des Schutzüberzugs gemäß der Erfindung enthält etwa 50 g/l bis etwa 250 g/l Natriuindichromat oder Kaliumdichromat. Erforderlichenfalls ist ein weiteres Salz vorhanden, um die Leitfähigkeit zu erhöhen, beispielsweise Ammoniumsulfat oder ein beliebiges anderes Salz. Geeignete Mengen von Ammoniumsulfat sind beispielsweise 10 g/l bis etwa 30 g/l. Die galvanische Abscheidung der Schutzschicht wird am besten bei Umgebungstemperatur vorgenommen. Das resultierende Produkt wird mit Wasser gespült und getrocknet. Zufriedenstellende Ergebnisse wurden mit Lösungen mit pH-Werten von etwa 4,0 bis 5,0 erhalten.

Die Schutzschicht kann durch Eintauchen in eine verdünnte wäßrige Lösung von Alkali, zum Beispiel von Natriumhydroxid, durch Elektrolyse abgestreift werden.

Schwarze Nickeloberflächen wurden erfindungsgemäß mit einem Schutzüberzug beschichtet, und Vergleichstests wurden mit herkömmlichen schwarzen Nickeloberflächen ohne eine derartige Schutzschicht durchgeführt.

Die Proben wurden den Standard-Salzsprühtests und Tests in Feuchtigkeitskammern unterworfen. Die Feuchtigkeitstest wurden in der Weise durchgeführt, daß die Proben in bedeckten Bechergläsern aufgehängt wurden, welche eine geringe Wassermenge enthielten. Die Gläser mit dem Inhalt wurden in einem Ofen bei 70⁰C gehalten. Die ungeschützten schwarzen Nickeloberflächen waren nach 48-stündigem Aussetzen an die Feuchtigkeit bei 70⁰C schwerwiegend "beeinträchtigt worden, während bei den geschützten Probea keine derartige Veränderung stattfände

Die geschützten schwarzen MlekelooerflächeE. waruen aem 3-Hssprühtest unterworfen₀ Macs 72 Stunöes? war nnz- ei:?, serii? ge-

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ringer Angriff auf die geschützte schwarze Nickelschicht festzustellen. Das Aussetzen der geschützten Nickelschicht an eine Feuchtigkeit von 98 % bei 65 C über einen Zeiti-aum von 500 Stunden brachte keinerlei nachteilige Veränderung der geschützten Schicht.

Platten wurden drei ¥ochen lang bei einer Temperatur von 220°C gehalten. Es wurden keine nacht* der geschützten Schicht festgestellt.

220°C gehalten. Es wurden keine nachteiligen Veränderungen

Ein einmonatiges Aussetzen der geschützten Schicht dem Licht einer Xenoxbogenlampe mit der zehnfachen Intensität des Sonnenlichts bei einer relativen Feuchtigkeit von 60 % ergab keinen nachteiligen Effekt.

Die Absorptions- und Emissionswerte von ungeschützten und geschützten schwarzen Nickeloberflächen wurden miteinander verglichen. Es wurde festgestellt, daß die Parameter der geschützten Schicht sich nicht nachteilig verändert haben.

Es wurden hunderte von Proben hergestellt und verglichen. Die folgenden Beispiele beschreiben das einfache Verfahren zur Aufbringung einer Schutzschicht auf die scherzen Nickel oberflächen. Naturgemäß können Variationen der Zusammensetzu des galvanischen Bades und der galvanischen Abscheidungsbedingungen vorgenommen werden, ohne daß der Rahmen dieser Erfindung verlassen wird.

Beispiel 1

Eine Platte aus Reinkupfer wurde mit schwarzem Nickel galvanisch überzogen und sofort geschützt, indem sie einem galvanischen Abscheidungsprozeß unterworfen wurde, bei dem sie als Kathode geschaltet war. Als Elektrolyt wurde eine Lösung

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verwendet, die 50 g/l Na₂Cr₂O₁^Hp 0 in Wasser enthielt, während die Anode aus Graphit bestand. Die galvanische Abscheidung wurde bei 0,5 A/dm über einen Zeitraum von 1 min bei Umgebungstemperatur durchgeführt. Die Platte wurde gespült und getrocknet. Tests zeigten, daß die Schutzschicht die Absorptionseigenschaften und die Emissionseingenschaften im Vergleich zu der ungeschützten schwarzen Nickeloberfläche nicht verschlechterten. Bei Feuchtigkelts- und Salzspraytests ergaben sich die oben aufgeführten Ergebnisse.

Beispiel 2

Eine Kupferplatte wurde mit Glanznickel und sodann mit schwarzem Nickel galvanisiert. Hernach wurde sie sofort galvanisch mit einer Schutzschicht aus einer wäßrigen Lösung von 100 g/l Kaliumdichromat bei einer Stromdichte von 0,3 A/dm im Verlauf von 2 min überzogen. Die Platte wurde gespült und getrocknet und mittels der verschiedenen genannten Tests getestet. Die oben angegebenen Ergebnisse wurden erhalten. Auf diese Weise hergestellte Platten wurden in Solarkollektoren verwendet. Bei mehrmonatigem Gebrauch erfolgte keine Verschlechterung .

In ähnlicher Weise wurde ein dekorativer Gegenstand hergestellt und mit einer Schutzschicht versehen. Ein zweimonatiges Aussetzen an die Atmosphäre führte zu keiner erkennbaren Veränderung des Aussehens.

Beispiel 3

Eine Kupferplatte wurde mit schwarzem Nickel galvanisch überzogen. Eine Schutzschicht wurde durch galvanische Abscheidung aus einer wäßrigen Lösung von 30 g/l Natriumdichromat

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und 10 g/l Ammoniumsulfat aufgebracht. Die Stromdichte betrug 0,5 A/dm . Die galvanische Abscheidung wurde über einen Zeitraum von 1 min durchgeführt.

Die Platte wurde gespült und länger dauernden Tests in einer Feuchtigkeitskammer unterworfen. Nach einem Monat bei einer relativen Feuchtigkeit von 98 % und bei 65°C war keine Verschlechterung zu erkennen. Ein einmonatiges Belichten mit einer Xenonbogenlampe brachte keinerlei erkennbare Verschlechterung der selektiven Oberfläche mit sich.

Ähnliche Versuche wurden im Bereich von etwa 0,1 A/dm bis etwa 2 A/dm durchgeführt. Die Temperatur war Umgebungstemperatur bis etwa 40⁰C. Es wurden verschiedene Konzentrationen von Dlchromat verwendet, die sich von etwa 50 g/l bis etwa 300 g/l erstreckten. Die Galvanisierungszeit betrug etwa 30 see bis wenige Minuten. Die Selektivität der Oberfläche wurde nicht verschlechtert. Die Beständigkeit gegenüber atmosphärischen Einflüssen wurde erheblich erhöht.

Beispiel 4

Eine Kupferplatte wurde mit schwarzem Nickel galvanisch überzogen. Eine Schutzschicht wurde durch galvanische Abscheidung aus einer wäßrigen Lösung von 75 g/l Natriumdichromat, die durch Zugabe von Chromsäure auf einen pH-Wert von 4,5 eingestellt worden war, aufgebracht. Die Stromdichte betrug 1,5 A/dm . Die Galvanisierungszeit betrug 40 see.

Die Platte wurde mit Wasser gespült und getrocknet. Es wurde eine transparente Schutzschicht erhalten. Tests zeigten, daß der Überzug praktisch die Identischen Eigenschaften hatte wie der Überzug des vorstehenden Beispiels.

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Weitere Experimente zeigten, daß die Konzentration von Natrium- oder Kaliumchromat im Bereich von etwa 25 g/l bis 150 g/l variiert werden kann. Der pH-Wert wird vorteilhafterweise auf 4 bis 5 eingestellt, indem eine geeignete Säure, wie Chromsäure, zugesetzt wird. Stromdichten von etwa 0,1

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A/dm bis etwa 2,0 A/dm können angewendet werden. Die Galvanisierungszeit beträgt im allgemeinen etwa 30 see bis wenige Minuten.

Ende der Beschreibung.

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Claims

KRAUS & WEISERT 29U786 PATENTANWÄLTE DR. WALTER KRAUS DIPLOMCHEMIKER · DR.-ING. ANNEKÄTE WEISERT DIPL.-ING. FACHRICHTUNG CHEMIE IRMGARDSTRASSE 15 · D-8OOO MÜNCHEN 71 · TELEFON 089/797077-797078 · TELEX O5-212156 kpatd TELEGRAMM KRAUSPATENT 2130 WK/ps Patentansprüche

1. Schwarze Nickeloberflächen, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit einer Schutzschicht versehen sind, die das Produkt der galvanischen Abscheidung aus einer Lösung eines Dichromats oder Chromats ist.

2. Schwarze Nickeloberflächen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Schutzschicht das Produkt der galvanischen Abscheidung von einer Lösung von Natriumdichromat oder Kaliumdichromat ist.

3. Verfahren zum Aufbringen einer Schutzschicht auf eine schwarze Nickeloberfläche, dadurch gekenzeichn e t , daß man eine solche Schicht durch galvanische Abscheidung aus einer Lösung eines Dichromats oder Chromats aufbringt.

4. Verfahren nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet , daß das Dichromat Natriumdichromat oder Kaliumdichromat ist.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet , daß man als Lösung eine wäßrige Lösung verwendet, die 50 bis 300 g/l Chromverbindung enthält, und daß man die galvanische Abscheidung über einen Zeitraum von 30 see bis wenigen Minuten bei einer Stromdichte von 0,1 A/dm bis 2 A/dm vornimmt.

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6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5» dadurch gekennzeichnet , daß man eine Lösung verwendet, die ein zusätzliches Salz zur Erhöhung der Leitfähigkeit enthält.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß man die Schutzschicht auf die schwarze Nickeloberfläche eines Solarkollektors bzw. eines Sonnensammlers aufbringt.

8. Solarkollektoren bzw. Sonnensammler und Gegenstände mit schwarzen Nickeloberflächen, dadurch gekennzeichnet , daß sie mit einer Schutzschicht versehen sind, welche durch galvanische Abscheidung aus einer Dichromat- oder Chromatlösung erhalten worden ist.