DE2920632C2

DE2920632C2 - Verfahren zur Vorbehandlung von Aluminium und Aluminiumlegierungen für das galvanische Aufbringen einer Nickelschicht

Info

Publication number: DE2920632C2
Application number: DE19792920632
Authority: DE
Inventors: Franz 7924 Steinheim Rieger; Alfred 7920 Heidenheim Schmidt
Original assignee: FA FRANZ RIEGER 7924 STEINHEIM DE
Current assignee: FA FRANZ RIEGER 7924 STEINHEIM DE
Priority date: 1979-05-22
Filing date: 1979-05-22
Publication date: 1983-04-28
Also published as: DE2920632A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vorbehancl hing von Aluminium und Aluminiumlegierungen für das galvanische Aufbringen einer Nickelschicht, wobei Reinigungsbäder und während einer im De/iminutenbereich liegenden Zeit, unter anodischer Schaltung ein Phosphorsäurebad mit ansteigender Spannung, beginnend bei niedriger Spannung, durchlaufen wird.

Ein solches Verfahren ist aus der US-PS 35 31 37') bekanntgeworden, das in der Technik auch als M icral-Verfahren bekannt ist.

Bei diesem Verfahren wird von irgendeiner Spannung ausgehend auf irgendeine Weise diese Spannung nach Sekunden bis maximal 1,5 Minuten auf 28 Volt erhöht und bleibt auf diesem Werten. 10—30 Minuten.

Im Ergebnis hat dieses Verfahren zur Folge, daß man Reinaluniinium nicht vernickeln kann, die Haftung der Nickelschicht auf hochlcgierten Aluminiumlegierungen unzureichend ist und man bei Gegenstanden zusatzliche Maßnahmen ergreifen muß, sofern diese nicht von einfacher Gestalt sind und kein Guß sind.

Durch das Handbuch der Galvanotechnik von Dettiici-, El/e, »and 1/2. 1%4. S. 1113/1114 in Verbindung mit den Seiten 1042, 1043 und 1097 ist es bekanntgeworden, ohne Aktivierung zu vernickeln. Mit diesem Arbeitsverfahren kommt man jedoch zu heule unzureichenden Ergebnissen. Sofern dort von einer Aktivierung gesprochen wird, achtet man bei diesem Stand d«r Technik nur auf die Stromdichten.

Aus »Die Oberflächenbehandlung von Aluminium« von Wernick, Pinner, 1969, S. 485-489 ist es bekanntge-■ί worden, je nach Legierung sehr unterschiedlicher Badlösungen zu verwenden, deren Temperaturen auch noch hoch liegen müssen. In erster Linie wird hier auf Stromdichten geachtet Gemäß der Literaturstelle kann bei bestimmten Legierungen nicht zufriedenstellend in plattiert werden und auf lösungsgeglühten Legierungen können keine gut haftenden Nickelüberzüge abgeschieden werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren

anzugeben, mit dem man von hochreinen Aluminiumle-

ΙΊ gierungen bis zu hochlegierten Aluminiumlegierungen auf billige aber qualitativ hochwertige Weise vernickeln kann, und zwar in einem einzigen Nickelbad.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst,

daß der Spannungsanstieg bei der anodischen Vorbe-

.'(] handlung in mehrere Spannungssprünge aufgeteilt und nach dem Erreichen der höchsten Spannung diese auf etwa 30% heruntergeregelt wird.

Die Erfindung bringt folgende Vorteile:

J-. 1. Aluminium ist ein weltweit verfügbares Leichtmetall, das keinen Verknappungserscheinungen unterworfen ist. Mit der Erfindung kann man sowohl stark legiertes Aluminium als auch sehr reines Aluminium wie z. B. Reflektalaluminium vernickeln.

«ι 2. Man kann wegen des erfindungsgemäßen Verfahrens Alu-Stoßstangen oder dergleichen Alu-Teile von Automobilen vernickeln, und zwar zumindest in der seither von Stahlblechteilen her gewohnten Qualität.

ii 3. Das Verfahren eignet sich sowohl für gegossenes als auch gespritztes als auch stranggeprcßtes Aluminium.

4. Bleche zum Kühlen von Halbleitern — z. B. bei kontaktlosen Zündvorrichtungen — bestehen aus

in Aluminium. Man braucht hier mindestens an manchen Stellen eine lötfähige Oberfläche. Mit der Erfindung ist dies unter den Anforderungen und mit den von der Autoniobilindustrie geforderten Preisen möglich.

ii 5. Scheinwerferrahmen bestehen häufig aus Zink-Druckguß. Die Erfindung gestattet, die Scheinwerfergehäuse aus Aluminium zu machen, und diese dann durch Vernickeln resisten zu machen. Solche Scheinwerfergehäuse haben zusätzlich eine glän-

Mi /.ende Oberfläche, die der Zink-Druckguß nicht hat.

6. In der Laser-Technik benötigt man für manche Anwendungen Vielkantspiegel. Diese müssen als Rotalionsteil leicht sein. Die Oberfläche muß laserslrahlenfest sein. Unterwirft man einen gut

>:i bearbeiteten, z. B. mit Diamantschliff bearbeiteten Aluminiumkörper dem erfindungsgemäßen Verfahren, dann erhält er eine so gute Oberfläche, daß er nicht nachbearbeitet werden muß.

7. Das erfindungsgcniäße Verfahren kann man z. B. nii für Plasmaspicgel für die Weltraum-Technik

verwenden. Solche Spiegel werden aus dem Vollen herausgefräst und das stehenbleibende Material ist etwa 0,6 mm dicke. Die Radien solcher Gegenstände liegen bei 30 cm. Diese Spingel werden ■■'. vergoldet. Unterwirft man einen solchen Spiegel

dem erfindungsgemäßen Verfahren, dann erreicht man trotz des Ausdehnungskoeffizienten Al — Ni-Au die an einen solchen Spiegel zu stellenden

Anforderungen. Bringt man Gold auf, so ist dieses — wie die aufgebrachte Nickelschicht — hochglänzend und ohne weitere Bearbeitung fertig.

8. Das erfindungsgemäße Verfahren bringt eine erhebliche Tiefenstreuung.

9. Die Erfindung benötigt keine chemischen Zwischenschichten.

10. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich kleine Oberflächenfehler ausgezeichnet einebenen.

11. Schloßkästen von nachgebauten alten Waffen und auch neuen Jagdwaffen müssen ein bestimmtes Oberflächenfinish haben. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren läßt sich ein sehr ästhetischer Effekt erzielen.

12. Auch in bezug auf übermäßige Hitze ist die im Zusammenhang mit dem Vorbehandlungsverfahren erzeugte Schicht sehr stabil. Wenn man z. B. ein aluminiumfederhartes Blech mit einer Legierung AlZnMgCu 1,5 vielmals durch einen Schweißbrenner erhitzt und wieder abkühlt und dann ein Stück von der so behandelten Stelle abbricht, dann sieht man, daß die erfindungsgemäße Schicht nicht abgeblättert ist und sie sich noch dort befindet, wo man sie aufgebracht hat.

13. Auch bei größeren Temperaturunterschieden zeigt wegen des Vorbehandlungsverfahrens die Schicht ausgezeichnete Eigenschaften: Bringt man ein Blech aus AIMgSi 0,5 etwa 50mal mit dem Schweißbrenner zum Schmelzen und schreckt das Blech wieder im Wasser ab, dann haftet die Schicht immer noch dort, wo das Grundmaterial nicht geschmolzen ist. Selbst dort findet man aber noch Reste der Schicht, und auch in diesem Bereich ist die Schicht schnittfest und blättert nicht ab.

14. In der Spinnereitechnik bestehen Führungsrollen häufig aus Aluminium, auf die ein Stahlmantel aufgebüchst wird, der seinerseits dann hochglänzend verchromt ist. Dutch die Erfindung kann man die Führungsrollen direkt mit der Nickelschicht versehen und dann verchromen.

15. Die Erfindung verkraftet eine sehr große Streuung der Legierung.sbeslundleile des Aluminium.

16. Die Erfindung eignet sich sehr gut für den Automatenbeirieb, weil sie mit den unterschiedlichsten Legierungstypen arbeiten kann, und diese können gleichzeitig verarbeitet werden.

Es wird nunmehr ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben:

Die zu vernickelnden Gegenstände aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen hängt man an Gestellen elektrisch kontaktiert auf. Dann fährt man für etwa fünf Minuten in eine Abkochentfettung. Die Abkochentfettung kann eine alkalische Entfettungslauge sein. Bei diesem Arbeitsgang wird kein Strom angelegt. Die Temperatur im Entfettungsbad beträgt etwa 60" bis 70° C.

Danach wird das Gestell samt den Gegenständen in eine alkalische Beize gefahren, in der sich Ätznatron befindet. Die Temperatur liegt um 50⁰C und die Verweildauer ist hier etwa 20 Minuten. Danach wird das Gestell samt den Gegenständen mit Wasser gespült.

Daraufhin fährt man das Gestell samt den Gegenständen in die Dakapierung. In der Flüssigkeit befindet sich etwa um hl-07¹Vh konzentrierte .Salpetersäure. Es ι können 1 — .?% fluoride beigemengt sein. Die Verweildauer ist 1—2 Minuten. Daraufhin folgt wieder eine Spülung in einem Wasserbad.

Die seither beschriebenen Verfahren wiederholen sich nunmehr mit der Beize angefangen.

Nach der kompletten Wiederholung fährt man zum Aufrauhen in ein Salzsäurebad. Das Bad hat etwa 5% ■ Salzsäure. Die Verweildauer ist 1—2 Minuten. Die Temperatur ist Zimmertemperatur.

Es folgt wieder ein Spülvorgang mit Wasser.

Im nächsten Arbeitsgang wird wiederum dekapiert, und zwar in einem ebensolchen Salpetersäurebad, wie vorher be&chrieben.

Daraufhin folgt wieder eine Spülung im Wasserbad. Hierauf folgt das Aktivierungsbad mit etwa 30 VoL-% Phosphorsäure. In diesem bleibt das Gestell samt den Gegenständen etwa 10 Minuten. Unter Gleichstrom ■> wird hier eine Formierschicht hergestellt Das Gestell ist mit dem Pluspol verbunden. Die Spannung wird schrittweise bei 0 Volt beginnend gesteigert und kann je nach dem zu behandelnden Material bis auf 80—100 Volt gesteigert werden. Anschließend wird

^II wieder bis auf 30% der höchsten erreichten Spannung die Spannung abgesenkt. Die Spannungssprünge werden aufwärts bis fünf Sprünge aufgeteilt. Man kann auch drei oder vier Sprünge wählen. Ein Drittel der Zeit vergeht bis zur Halblast. Ein Drittel der Zeit wird

"> Vollast gefahren und etwa ein Drittel der Zeit wird um die 30% Spannung wieder heruntergeregelt.

Bei reineren Legierungen, z. B. reinen Aluminiumsorten, die schwach legiertes Aluminium darstellen, arbeitet man vorzugsweise mit der hohen Spannung. Hat man

ι jedoch Spriizgußmaterial mit seiner für dieses Material typischen hohen Legierung, arbeitet man mit niedriger Spannung z. B. von 20—30 Volt.

Nach dem Aktivierungsbad wird etwa 15—20 Sekunden bei Raumtemperatur gespült.

"> Daraufhin wird das Gestell samt den Gegenständen in das Nickelbad gefahren. Dessen Temperatur liegt bei 70—75°C. Die Zeit variiert von 10 Minuten bis zu einer Stunde. Sie hängt von den technischen Forderungen ab. Paramler sind z. B. die geforderte .Schichtstärke, die

ι geforderte Korrosionsbeständigkeit und der Legierungstyp. Vert.ickelt man hochreines Reflektal-Aliiiiiinium, dann benötigt man etwa 'Λ Stunde, bis man eine geschlossene Schicht erkennen kann. Für die Deckung eignen sich sehr gut die kupferhaltigen Legierungen des

> Aluminiums.

Legierungen, die die Deckung fordern, sind z. I). AlZnCu 1,5; AICu 3,5; Mg 0,5; AIZuMg 1; AIZnMgCu 1,5; GAISi 5 Mg; GAISi 12 Mg; AIMgSi 1, AlCuZnMg 1,5; AICu 3,5 Mg 0,5.

ι Seewasserbesländige Aluminiumlegierungen sind magnesiumhaltigc Alumiriiumlegieriingen wie z. Ii. Al 3 Mg; Al 4 Mg; Al 5 Mg.

In dem Nickelbad befindet sich Nickelcitrat. Das Bad wird mit Ammoniak- oder Natronlauge oder Kalilauge

• auf einen pH-Wert von 5—¹),5 eingestellt. Zum Schluß wird etwa 6— 15 g/Liter Wasser gelöstes Nalriumhypophosphit zugesetzt.

Vorteilhafterweise arbeitet man das Band mehrere Stunden lang vor seiner Benutzung ein, und zwar unter einer Spannung von etwa 4 Volt. Man hängt dabei einen Aluminiumblechstrcifen als Kathode in das Bad ein. Mit dem so eingearbeiteten Bad erhält man eine bessere Tiefenstreuung.

Die Badspannung liegt bei 3—5 Volt. Uiu Spannung richtet man nach der Legierung. Die höhere Spannung eignet sich für schwach legierte und die niedere Spannung für stärker legierte Metalle. Man richtet sich hier also nicht nach der spezifischen Stromdichte.

sondern nach der Spannung.

Selbstverständlich kann man die so vernickelten Gegenstände auch noch weiteren Nickelbädern aassetzen. Durch die Erfindung ist es jedoch möglich, die gleichen Eigenschaften mit nur einem Nickelbad zu erzeugen, die mn früher nit zwei Nickelbädern erhalten hat

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Vorbehandlung von Aluminium und Aluminiumlegierungen für das galvanische Aufbringen einer Nickelschicht, wobei Reinigungsbäder und während einer im Deziminutenbereich liegenden Zeit, unter anodischer Schaltung ein Phosphorsäurebad mit ansteigender Spannung, beginnend bei niedriger Spannung, durchlaufen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsanstieg in mehrere Spannungssprünge aufgeteilt und nach dem Erreichen der höchsten Spannung diese auf etwa 30% heruntergeregelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung in drei bis fünf Sprüngen erhöht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anstiegsflanke zwischen den Spannungssprüngen im unteren Bereich der Dezisekunden liegt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anstiegsflanke bei 10—90 Sekunden, vorzugsweise bei 10—15 Sekunden liegt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die maximale Spannung um so höher gewählt wird, je reiner das Metall ist.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als maximale Spannung 80— 100 Volt angelegt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung größenordnungsmäßig ein Drittel der Zeit bis auf Malblast bis Vollast gesteuert wird, ein Drittel der Zeit auf Vollast bleibt Lind eiii Drittel der Zeit heriintergeregelt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei hochlegiertem Aluminium die Verweilzcit um die zehn Minuten und bei fast reinem Aluminium um die fünfzehn Minuten ist.