DE3147755C2

DE3147755C2 - Verfahren zum Beschichten eines Metalls mit einem davon verschiedenen Metall

Info

Publication number: DE3147755C2
Application number: DE3147755A
Authority: DE
Inventors: Katsukiyo Tokai Aichi Kawaguchi; Yoshihiko Chita Aichi Kojima; Michihiko Suzuki
Original assignee: Aichi Steel Corp
Current assignee: Aichi Steel Corp
Priority date: 1980-12-02
Filing date: 1981-12-02
Publication date: 1985-01-24
Also published as: DE3147755A1; CA1150114A; US4505946A

Abstract

Verfahren zum Beschichten eines Metalls mit einem davon verschiedenen Metall, bei dem man ein Grundmetall für eine Temperatur, bei der eine Substitution des Grundmetalls durch ein Halogenidmetalls auftritt, oder eine höhere Temperatur erhitzt, während das pulverförmige Halogenidmetall mit der Oberfläche des Grundmetalls in direkten Kontakt gebracht wird, um die Substitutionsreaktion des Halogenidmetalls zu bewirken, das dabei erhaltene Produkt anschließend abgekühlt und der Rückstand von dem Produkt entfernt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten eines Metalls mit einem davon verschiedenen Metall, bei dem ein Metallhalogenid dir-rkt mit der Oberfläche eines Grundmetalls in Kontakt gebracht, eine Substitution des Grundmetalls durch das Metallhalogenid bei erhöhten Temperaturen durchgeführt und das erhaltene Produkt sodann abgekühlt und vor Rückständen befreit wird.

Zum Beschichten eines Grundmelalls, wie Aluminium, mit einem davon verschiedenen Metall, wie Kupfer, ist bereits ein Verfahren vorgeschlagen worden, bei dem das Grundmetall zur Entfernung eines auf dessen Oberfläche gebildeten, fest haftenden Oxidfilms in einer wäßrigen Lösung vorbehandelt und dann der Oxidfilm durch ein Schwermetall, wie Zink, Nickel oder Zinn unter Bildung einer Überzugsschicht substituiert wird. Die dabei erhaltene Überzugsschicht wird anschließend einer elektrolytischen oder stromlosen Bescnichtung unterworfen.

Bei diesem Verfahren müssen jedoch Ätzstufen mit verschiedenen Säuren oder Alkalien wiederholt und viele Spülgänge durchgeführt werden, so daß die Durchführung sehr aufwendig ist. Außerdem weist die unter

Anwendung dieses Verfahrens auf das Grundmetall aufgebrachte Übertugsschicht eine schlechte Haftung auf und darüber hinaus treten Probleme in bezug auf die Korrosionsbeständigkeit auf.

Um diese Probleme zu lösen, wurden daher die nachstehend näher beschriebenen Verfahren zum Beschichten der Oberfläche eines Grundmetalls mit einem davon verschiedenen Metall, bei denen eine trockene Substitutionsreaktion, etwa durch ein Gasbehandlungs-, Tauch-, Auftrags- oder Beschichtungsverfahren, angewendet wird, vorgeschlagen.

So ist beispielsweise in der JP-PS 33 253/74 ein konventionelles Gasbehandbngsverfahren beschrieben, bei dem Aluminium oder eine Legierung davon auf eine Temperatur von 350 bis 600⁰C vorerwähnt, die vorerwärmte Aluminiumlegierung mit einem gasförmigen Metallhalogenid, das beim Erhitzen zusammen mit einem Flußmittel ein gemischtes Metallhalogenid ergibt, in Kontakt gebracht und die Oberflächenschicht der Aluminiumlegierung reduziert und entfernt wird, wobei das Metall des gasförmigen Metallhalogenide in die Aluminiumlegierung diffundiert und an diese gebunden wird.
Das herkömmliche Gasbehandlungsverfahren besitzt jedoch eine Reihe von Nachteilen. Aufgrund der aggressiven und korrodierenden Wirkung gasförmiger Metallhalogenide müssen die hiermit in Kontakt kommenden Vorrichtungsteile aus korrosionsbeständigen und teuren Materialien hergestellt sein. Weiterhin ist die Verdampfungsgeschwindigkeit eines Metallhalogenide durch Erhitzen desselben auf dessen Schmelztemperatur oder einer höheren Temperatur sehr gering, so daß diese zum gcschwindigkeitsbestinimenden Faktor bei der Bildung einer Überzugsschicht wird und zu einer ungünstigen Produktivität führt. Schließlich muß bei Durchführung der

bo Beschichtung unter Anwendung gasförmiger Metallhalogenide eine solch inerte Atmosphäre geschaffen werden, in welcher das Metallhalogenid selbst als Gasatmosphärc nicht oxidiert wird.

Bei dem in der JP-OS 31 164/80 beschriebenen, konventionellen Tauchverfahren wird austenitischcr, nichtrostender Stahl in ein Schmelzbad aus Kupferchlorid, das überschüssiges Kupfer enthält und eine Temperatur von 450 bis 700°C aufweist, eingetaucht, um eine Kupferüberzugsschicht aufzubringen. Dieses konventionelle

to Tauchverfahren ist jedoch darin nachteilig, daß die hierbei verwendeten Behälter und Vorrichtungsleile leicht korrodiert werden. Bei Herausnahme des beschichteten Stahls uns dem Schmelzbad wird überschüssig haftendes Meiallhalogenid aus dem Bad ausgetragen. Dieses wird bei der anschließenden Spülung entfernt, so daß bei diesem Verfuhren erhöhte Metallhalogcnidverlustc auftreten.

Bei den vorstehend beschriebenen Gasbehandlungs- und Tauchverfahren wird ein Metallhalogenid in gasförmiger oder flüssiger Form verwendet, wobei ein Grundmetall ohne Verwendung eines Bindemittels direkt mit dem Metallhalogenid in Kontakt gebracht und bei erhöhter Temperatur eine Substitution des Grundmetalls durch das Metallhalogenid durchgeführt wird.

Um die oben geschilderten Nachteile zu überwinden, wurde daher in der Praxis ein Beschichtungsverfahren unter Anwendung eines Bindemittels eingesetzt, wie beispielsweise in der JP-PS 8161/68 beschrieben. Bei einem derartigen Verfahren wird in einer ersten Stufe auf die Oberfläche des Grundmetalls ein haftendes Material, etwa ein Kohlenwasserstoff, als Bindemittel dünn aufgetragen. In einer zweiten Stufe wird dann ein pulverförmiges Metallhalogenid auf der mit dem Bindemittel versehenen Oberfläche des Grundmetalls verteilt und haftend damit verbunden. In einer dritten Stufe wird das so vorbehandelte Grundmetall auf eine höhere Temperatur erhitzt Auch ein solches Verfahren unter Verwendung eines Bindemittels weist jedoch zahlreiche Nachteile auf. So ist es technisch nicht immer einfach, das Bindemittel gleichzeitig nur auf die notwendigen Oberflächenbereiche des Grundmetalls aufzutragen, sogar wenn das Bindemittel in flüssiger oder pastenförmiger Form vorliegt Die aufzutragende Menge an Bindemittel hinsichtlich einer beabsichtigten Dicke der Überzugsschicht einzustellen, ist praktisch unmöglich, so daß in der Regel stets überschüssiges Bindemittel aufgetragen wird. Da darauf geachtet werden muß, daß bei der Erhitzung des Grundmetalls das Bindemittel und das Metallhalogenid haften bleiber, ist die Auswahl der Erhitzungsart beschränkt. Im allgemeinen wird hierbei durch Konvektion oder Bestrahlung erhitzt, wobei jedoch die Einstellung eines gleichmäßigen Temperaturanstiegs in jedem Oberflächenbereich des zu beschichtenden Grundmetalls sehr schwierig ist. Hierbei kommt es zu Unregelmäßigkeiten in der fertigen Überzugsschicht. Da sich schließlich die Viskosität des Bindemittels währenu dem Erhitzen verringert, verschlechtert sich das Haftvermögen, so daß sich Metallhalogenid ablösen kann und dadurch eine ungleichmäßige Überzugsschicht erhalten wird.

Auch bei dem in der JP-PS 23 910/80 bescnriebenen Beschichtungsverfahren wird ein Bindemittel verwendet. Hierbei wird durch Zugabe eines Metallhalogenids zu einer Dispersion aus einem hydrophoben Lösungsmittel, einem aliphatischen, nichtpolaren Polymeren und mindestens eii^m Alkylamin eine Beschichtungsflüssigkeit hergestellt und diese auf die Oberfläche einer Aluminiumlegierung aufgetragen. Auch bei diesem Verfahren treten ähnlich Nachteile auf, wie im Zusammenhang mit den obigen, unter Verwendung eines Bindemittels durchgeführten Verfahren beschrieben.

Die DE-OS 21 09 997 beschreibt schließlich ein Verfahren zum Zementieren metallener Gegenstände, bei dem der zu zementierende Gegenstand in einer Behandlungskammer zementiert wird, in der die feinen Partikel eines Halogenids (beispielsweise Chrom, Titan oder Silizium) im Schwebezustand und im wesentlichen teilweise geschmolzenen Zustand gehalten werden und mindestens eine der folgenden Eigenschaften vermitteln: Korrosionsbeständigkeit. Hitzebeständigkeit und Verschleißfestigkeit. Bei diesem Verfahren werden feine Teilchen eines Metallhalogenids mittels Verdampfen eines Metallhalogenid erzeugenden Materials dispergiert und fluidisiert Die erzeugten Halogenidteilchen werden dann über einen langen Zeitraum und bei hoher Temperatur in einer Atmosphäre gehalten, in der sie im vollständig geschmolzenen oder zumindest teilweise geschmolzenen Zustand vorliegen. Diesem Verfahren kommen somit ebenfalls die im Zusammenhang mit den oben beschriebenen Gasbehandlungsverfahren bekannten Nachteile zu. So müssen die verwendeten Vorrichtungsteile aus korrosionsbeständigen und teuren Materialien bestehen, muß eine inerte Atmosphäre geschaffen werden, in welcher das Metallhalogenid selbst nicht oxidiert wird und dl·· Bildung einer Überzugsschicht erfordert lange Zeiträume, wodurch die Produktivität ungünstig wird.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein verbessertes Verfahren zum Beschichten eines Grundmetalls mit einem davon verschiedenen Metall zu entwickeln, zu dessen Durchführung keine hoch entwickelten und teuren Vorrichtungen erforderlich sind, bei gleichzeitiger Erzielung einer ausgezeichneten Produktivität und Qualität der erhaltenen Produkte.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß das Grundmetall auf eine Temperatur, bei der die Substitution des Grundmetalls durch das Metallhalogenid auftritt oder eine höhere Temperatur erhitzt wird und das so erhitzte Grundmetall direkt mit einem pulverförmigen Metallhalogenid, ausgewählt aus der Gruppe Kupferchlorid, Zinn(II)-chlorid, Zinkchlorid, Zinnjodid, Kupferbromid und Silberfluorid, in einer Atmosphäre, in der das Metallhalogenid in dispergierter Form vorliegt und auf eine Temperatur unterhalb dessen Schmelzpunkt erhitzt worden ist, in Kontakt gebracht wird.

Als Grundmetalle für das erfindungsgemäße Verfahren eignen sich insbesondere solche aus der Gruppe Eisen, Titan, Aluminium und Legierungen davon.

Um Beschichtungen mit guter Qualität zu erhalten, ist es bevorzugt, das Grundmetall vor der Erhitzung zu entfetten und zu waschen, um hierbei Verunreinigungen in Form von Behandlungsöl oder Staub, die an der Oberfläche des Grundmetalls haften, zu entfernen. Jedoch lassen sich auch bei Verwendung eines durch öl verunreinigten Grundmetalls Beschichtungen üblicher Qualität erhalten, auch wenn vor der Erhitzung keine speziellen Entfettungs- und Waschbehandlungen durchgeführt werden, da sol.-he ©!verunreinigungen während der Erhitzung verdampfen, sich zersetzen oder verbrennen.

Die Atmosphäre, in der das Metallhalogenid in dispergierter Form vorliegt, wird gecigneterweise durch ein «i Wirbelbettverfahren, ein Sprüh- und Nebelverfahren, ein elektrostatisches Verfahren, ein Verfahren zum Erzeugen mechanischer Vibrationen bei Pulvern oder durch geeignete Kombination dieser Verfahren gebildet.

Bei einer anderen, modifizierten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird mittels elektrostatischer Beschichtung auf die Oberfläche des Grundmetalls ein pulverförmig.;!· Metallhalogenid, ausgewählt aus der Gruppe Kupferchlorid, Zinn(ll)-chlorid, Zinkchlorid, Zinnjodid, Kupferbromid und Silberfluorid aufge- b^r> bracht und das beschichtete Grundmetall dann auf eine Temperatur, bei der die Substitution des Grundmetalls durch das Metallhalogenid erfolgt, oder eine höhere Temperatur erhitzt. Das pulverförmige Metallhalogenid wird hierbei vorzugsweise mit einer Teilchengröße von 300 μίτι oder weniger verwendet.

Da beim erfindungsgemäßen Verfahren ein pulverförmiges Metallhalogenid ohne Verwendung eines Bindemittels oder einer Beschichtungsflüssigkeit direkt mit dem Grur.dmetall in Kontakt gebracht wird, kann eine Überzugsschicht aus einem davon verschiedenen Metall mit einer gleichmäßigen Oberfläche und einer ausgezeichneten Haftfestigkeit gebildet werden.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren sind als erhöhte Temperaturen solche Temperaturen, bei denen die Substitution des Grundmetalls durch das Metallhalogenid auftritt, oder höhere Temperaturen, erforderlich. So muß beispielsweise bei einem Grundmetall aus Aluminium auf eine Temperatur von 370⁰C oder mehr erhitzt werden, wenn als Metallhalogenid Kupfer(l)chlorid verwendet wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachstehend zunächst anhand einer bevorzugten Ausführungsform bei der ein Grundmetall einer Atmosphäre ausgesetzt wird, in der ein fein pulverisiertes Metallhalogenid in dispergierter Form vorliegt, näher beschrieben.

Bei dieser Ausführungsform wird in einer ersten Stufe ein Grundmetall auf eine Temperatur, bei der eine Substitution des Grundmetalls durch ein Metallhalogenid auftritt, oder eine höhere Temperatur vorerwärmt, dann wird in einer zweiten Stufe das so erhitzte Grundmütall einer Atmosphäre ausgesetzt, in der das fein pulverisierte Metallhalogenid in dispergierter Form vorliegt, und in einer dritten Stufe wird das Grundmetall, in dessen Oberfläche die Substitution durch das Metallhalogenid bereits erfolgt ist, abgekühlt und von Rückständen befreit. Diese Stufen werden nachstehend näher beschrieben.

Die Einstellung der erwähnten Erhitzungstemperatur für das Grundmetall ist unerläßlich, um das Metallhalogenid zur Substitution beim bloßen Kontaktieren mit der Oberfläche des Grundmetalls reaktionsfähig zu machen. Außerdem ist es dann, wenn in der ersten Stufe ein Flußmittel verwendet wird, möglich, diese Temperatur auf einen Wert zu senken, bei dem die Substitutionsreaktion des Grundmetalls durch ein Metallhalogenid erfolgt So ist es beispielsweise bei der Umsetzung von Kupferchlorid mit einem Aluminium-Grundmetall bei Verwendung eines feinen Pulvers aus 45% Ammoniumchlorid und 50% Kupferchlorid möglich, die Substitution bei einer Temperatur von etwa 300⁰C durchzuführen.

Die Art für das Erhitzen des Grundmetaiis unterliegt keinen besonderen Beschränkungen. Es ist auch möglich, die Restwärme eines Walz- oder Extrusionsverfahren zum Erhitzen des Grundmetalls auszunutzen.

Bei der sich anschließenden zweiten Stufe werden, selbst wenn Teilchen mit einer Teilchengröße von mehr als 500 μπι in dem fein pulverisierten Metallhalogenid vorliegen, die leuchen in dem Dispersionsverfahren durch den Reibungskontakt oder die Kollisionen untereinander feinteilig. Vorzugsweise wird ein fein pulverisiertes Metallhalogenid n.it einer solchen Teilchengröße verwendet, daß 90% oder mehr des pulverisierten Halogenids eine Teilchengröße von 500 μΓη oder weniger aufweisen, um einen vorteilhaften Dispersionszustand der HaIogenidteilchen aufrechtzuerhalten.

Eine Temperatur, bei der eine solche Metallhalogenid-Dispersionsatmosphäre vorliegen kann, kann entweder Raumtemperatur oder eine solche, die unterhalb des Schmelzpunktes des Metallhalogenids liegt, sein. Wenn die J5 Dispersionsatmosphäre auf einen erwärmten Zustand eingestellt wird, wird die Absorption von Feuchtigkeit durch das zu verwendende Metallhalogenid verhindert, so daß günstige Dispersionsbedingungen aufrechterhalten werden können. Daneben kann die Geschwindigkeit des Temperaturabiäiis zur Förderung der Geschwindigkeit der Substitutionsreaktion des Metallhalogenide mit dem Grundmetall gesenkt werden. Dies führt zu einer Verkürzung der Einwirkungszeit der Atmosphäre aus fein pulverisiertem Metallhalogenid auf das Grundmetall, so daß die Produktivität erhöht werden kann. Besteht die Gefahr, daß das Metallhalogenid selbst durch den Sauerstoff in der Luft bei der Temperatur der Dispersionsatmosphäre oxidiert wird, kann die Oxidation des Meiallhalogenids selbst durch Verwendung eines inerten Gases, wie Argon oder Stickstoff, verhindert werden.

Die Menge des an der Oberfläche des Grundmetalls haftenden Metallhalogenids wird in Abhängigkeit von den Dispersionsbedingungen, der Einwirkungszeit und der Temperatur des Grundmetalls eingestellt So muß beispielsweise im Falle der Substitutionsreaktion von Kupferchlorid mit der Oberfläche von Aluminium die Menge des an der Oberfläche von Aluminium haftenden Kupfer(I)chlorids mindestens 03 g/dm² betragen.

Wenn nur ein Teil des Grundmetalls einer Metallhalogenidatmosphäre ausgesetzt wird, um eine partielle Beschichtung der Oberfläche des Grundmetalls mit einem davon verschiedenen Metall zu erzielen, wird vorher auf den Teil der Oberfläche des Grundmetalls, der nicht beschichtet werden soll, eine Maskierung aufgebracht, so Eine solche Maskierung kann leicht dadurch erzielt werden, daß man ein Metallband, das sich an die Gestalt dr Grundmetalls anpassen kann, verwendet

Schließlich kann bei der dritten Stufe das Abkühlen des beschichteten Grundmetalls durchgeführt werden, indem man entweder das beschichtete Grundmetall aus der Dispersionsatmosphäre aus fein pulverisiertem Metallhalogenid herausnimmt oder indem man das Aufrechterhalten der Dispersionsatmosphäre unterbricht und das beschichtete Grundmetali an Ort und Stelle mit Luft oder Wasser kühlt

Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung, die eine Teilansicht einer zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeigneten Vorrichtung zeigt näher erläutert In der Zeichnung ist eine Verfahrensstufe dargestellt, bei der ein Grundmetall einer Atmosphäre aus fein pulverisiertem Metallhalogenid, die unter Anwendung eines elektrostatischen Verfahrens erzeugt wurde, ausgesetzt wird. Μ Eine untere Elektrode 2 ist in dem Bodenabschnitt einer Behandlungskammer 1 angeordnet und eine obere Elektrode 4 ist über eine dazwischenliegende, isolierende Platte 3 am oberen Abschnitt der unteren Elektrode 2 angelegt Ein Aufhänger 6, der von einer Fördereinrichtung 5 herunterhängt und geerdet ist ist im oberen Abschnitt der Behandlungskammer 1 so angeordnet daß er ein Grundmetall 7 festhält wobei der Aufhänger in der hier dargestellten Form von rechts nach links verschoben werden kann. Ein feines Pulver aus einem Metaühalogenid S, das durch eine Düse 8 zur Einführung aes Puivers, die in der Behandiungskammer i vorgesehen ist zugeführt wird, fällt auf den Bodenabschnitt der Behandiungskammer 1, in der es durch die Elektroden aufgeladen wird, so daß das feine Metallhalogenidpulver in Richtung einer elektrischen Kraftlinie 10, die durch einen nach oben gerichteten Pfeil angezeigt ist schwebt und so in dispergierter Form vorliegt Die

Behandlungskammer 1 ist außerdem mit einer oberen Abdeckung 11 ausgestattet. Bei dieser Anordnung hängt das vorher erhitzte Grundmetall 7 mittels des Aufhängers 6, der an der Fördereinrichtung 5 befestigt ist, nach unten. Wenn das Grundmetall 7 das Innere der Behandlungskammer 1 passiert, in der das feinp jlvrige Metallhalogenid 9, das durch die Pulverzuführungsdüse 8 eingeführt worden ist, entlang der elektrischen Kraftlinie 10 in einem dispergierten Zustand vorliegt, kann das Grundmetall 7 mit dem feinpuiverigen Metallhalogenid 9 in direkten Kontakt kommen.

Das erfindungsgemäße Verfahren bietet insbesondere die folgenden Vorteile:

(1) Die Erhitzung des Grundmetalls in der ersten Stufe wird durchgeführt, bevor ein Metallhalogenid darauf haftet. Infolgedessen ist in diesem Falle die Art des Erhitzens nicht beschränkt und die optimale Erhitzung kann unter Berücksichtigung des Wirkungsgrades, der Kosten, der Dauer, der Einheitlichkeit und der Temperatur der Erhitzung unter verschiedenen Erhitzungsarten frei ausgewählt werden, so daß das Verfahren zur Verbesserung der Qualität des Produkts, zur Einsparung von Energie und zur Erhöhung der Produktivität beitragen kann.

(2) Da ein Grundmetall, an dem ein Metallhalogenid noch nicht haftet, erhitzt wird, ist es leicht, die Temperatur des Grundmetalls gleichmäßig zu gestalten, so daß es möglich ist, sowohl die Reaktionsgeschwindigkeit als auch das Ausmaß der Reaktion zwischen dem Grundmetall und dem Metallhalogenid in der nachfolgenden zweiten Stufe gleichförmig zu gestalten. Infolgedessen kann ein Produkt mit einem homogenen BeschichiüngSZüStänu, CinCrn guten KjtauZ ünu VGriciiuSiicfi puySiKaiiSCiicn LLigcnSCndiicii criiäiicü wci'ucn.

(3) Die gesamte Oberfläche eines Grundmetalls kann erhitzt werden, so daß in der nachfolgenden zweiten Stufe ein Metallhalogenid mit der gesamten Oberfläche des Grundmetalls in Kontakt und damit zur Reaktion gebracht werden kann.

(4) Da eine Vorrichtung oder ein Behälter, die (der) zum Erhitzen eines Grundmetalls verwendet wird, einem Metallhalogenid bei erhöhten Temperaturen nicht ausgesetzt wird, kann diese Vorrichtung oder dieser Behälter nicht korrodiert oder beschädigt werden.

(5) Bei der zweiten Stufe des Verfahrens kann durch Steuerung der Erhitzungstemperatur und der Dispersionsbedingungen dafür gesorgt werden, daß das Metallhalogenid gleichmäßig an der Oberfläche des Grundmetalls haftet, selbst wenn das Grundmetall komplizierte konkave oder konvexe Abschnitte auf seiner Oberfläche aufweist. Da das Grundmetall, nachdem es erhitzt wurde, mit dem Metallhalogenid direkt in Kontakt kommt und damit reagiert, besteht im Gegensatz zu einem konventionellen Auftrags- oder Beschichtungsverfahren keine Möglichkeit des vorzeitigen Abfallens des Halogenide.

(6) Die Beschichtungsgeschwindigkeit eines Metallhalogenids an einem Grundmetall ist nicht durch die Geschwindigkeit der Verdampfung, wie bei einem konventionellen Gasbehandlungsverfahren, beschränkt. Als Folge davon ist durch Steuerung der zu dispergierenden Menge des Metallhalogenids die Beschleunigung der Arbeitsgänge möglich, so daß die Produktivität erhöht werden kann.

(7) Die Beschichtungsmenge des Metallhalogenids an einem Grundmetall kann durch Einstellen der zu dispergierenden Menge des MetaHhalogenids oder der Einwirkungsdauer in willkürlicher Weise gesteuert werden. Daher braucht nur die erforderliche Minimalmenge des Metallhalogenids an dem Grundmeiall gleichmäßig zu haften, so daß keine Verschwendung des Metallhalogenids erfolgt, wobei ebenfalls der Waschvorgang in der dritten Stufe erleichtert wird.

(8) Da das fein pulverisierte Metallhalogenid in einem solchen Zustand vorliegt, daß es leicht an dem Grundmetall haftet, treten im Gegensatz zu einem konventionellen Gasbehandlungs- oder Tauchverfahren hinsichtlich der Verfahrensführung und der Vorrichtungen keine Probleme auf. Da erfindungsgemäß festes Metallhalogenid in dispergierter Form verwendet wird, entsteht insbesondere keine Korrosion in dem Behälter zum Dispergieren des Metallhalogenids oder in anderen umgebenden Teilen, so daß die Instandhaltung, Reparatur und Kontrolle der Vorrichtungen sehr leicht durchgeführt werden können, wobei außerdem keine Notwendigkeit besteht, diese Vorrichtungen aus einem korrosionsbeständigen Material herzustellen.

(9) Da ein feines Pulver des Metallhalogenids direkt mit dem Grundmetall in Kontakt kommt, ist im Gegensatz zu dem konventionellen Auftrags- oder Beschichtungsverfahren kein Bindemittel erforderlich. Daher sind die Vorbehandlung dieses Bindemittels mit dem Metallhalogenid und das Aufbringen des Bindemittels in Form einer Schicht nicht erforderlich, so daß die Arbeitsgänge vereinfacht werden können. Da das feine Pulver des Metallhalogenids direkt mit dem Grundmetall reagiert, ohne daß sich zwischen dem Metallhalogenid und dem Grundmetall ein solches Bindemittel befindet kann die Neigung zur Ablösung oder Blasenbildung der auf die Oberfläche des Grundmetalls aufgebrachten Metallbeschichtung deutlich vermindert werden.

(10) Da ein Metallhalogenid direkt mit einem vorher erhitzten Grundmetall in Kontakt kommt, läuft die Substitutionsreaktion schnell ab, wobei außerdem der in der dritten Stufe zu entfernende Rückstand abnimmt

(11) Schließlich besteht eine auf ein Grundmetall aufgebrachte Oberzugsschicht aus einer dünnen Schicht aus einem davon verschiedenen Metall, die auf die Oberflächenschicht des Grundmetalls aufgebracht ist, und bo einer Diffusionsschicht die bei der Diffusion des anderen Metalls in das Grundmetall unterhalb der dünnen Schicht entsteht Aus diesem Grund wird eine feste Bindung zwischen dem Grundmetall und der dünnen Schicht aus dem davon verschiedenen Metall erzielt so daß Nachteile, wie z. B. das Abschälen oder die Blasenbildung der Beschichtung kaum auftreten. Deshalb löst sich die Schicht der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Produkte bei den nachfolgenden Pressenarbeitsgängen, wie z. B. dem Schneiden, Biegen oder Stanzen, kaum ab, verglichen mit einer Schicht, wie sie bei einer gewöhnlichen elektrolytischen oder stromlosen Beschichtung erhalten wird. Die erfindungsgemäß hergestellten Produkte weisen somit eine ausgezeichnete Be- bzw. Verarbeitbarkeit auf. Bei herkömmlichen Beschichtungsverfah-

ren muß bei einer solchen Bearbeitung die Beschichtung r^ch der Pressenbearbeitungsstufe angeordnet sein, während erfindungsgemäß eine PressenbearbeitLng nach dem Beschichten eines Grundmetalls durchgeführt werden kann.

Auf eine erfindungsgemäß hergestellte Überzugsschicht kann gewünschtenfalls durch elektrolytische oder stromlose Beschichtung weiterhin Kupfer, Nickel oder Zinn aufgebracht, werden. Die zusätzliche Durchführung einer solchen Beschichtungsstufe führt zu einer sehr vorteilhaften Haftung eines oberflächenbeschichteten Metalls und I .-ingt eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit der Produkte mit sich.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist auf Grundmetalle mit verschiedenen Formen und Dimensionen, insbesondere auf ein Grundmetall mit einer solchen Form, bei der die Temperatur des Grundmetalls beim üblichen Erhitzen ungleichmäßig ist, anwendbar. Dies ist darauf zurückzuführen, daß beim erfindungsgemäßen Verfahren das Grundmetall mit einer solchen Form vorher ebenfalls gleichmäßig erhitzt und dann das auf diese Weise gleichmäßig erhitzte Grundmetall beschichtet wird.

Nachstehend werden die Ergebnisse von Versuchen zum Beschichten eines Grundmetalls mit einem davon verschiedenen Metall nach dem erfindungsgemäßen Verfahren näher beschrieben.

In einem ersten Versuch wurde eine 10 mm χ 100 mm χ 200 mm große Aluminiumplatte (gemäß JIS-A 1100) in einen Wirbelbettreaktor einer Temperatur von 430⁰C, in dem Aluminiumpulver verwendet wurde, eingeführt und zwei Minuten lang darin gehalten, wodurch die Aluminiumplatte gleichmäßig erhitzt wurde. Dann wurde die Ali.inv.m.umpiatte aus dem Wirbelbettreaktor herausgenommen. Die au! diese Weise erhitzte AlurniniunipiäUe wurde sofort in einen Behälter eingeführt, in dem ein Kupfer(l)chlori<lpulver, das ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 74 μπι passierte (Teilchengröße 74 μπι oder weniger) mit Stickstoffgas einer Temperatur von 15O⁰C dispergiert wurde, und 30 Sekunden lang darin gehalten, so daß das Kupfer(l)chloridpulver an der Aluminiumplatte in einer Menge von 0,8 g/dm² haftete und damit reagierte. Anschließend wurde die erhaltene Aluminiumplatte aus dem Behälter zum Dispergieren des Kupfer(I)chloridpulvers herausgenommen, abgekühlt und zur Entfernung des Rückstandes gewaschen.

Bei diesem ersten Versuch wurde Kupfer(I)chlorid ohne Verwendung eines Bindemittels direkt mit der Aluminiumplatte in Kontakt gebracht, wobei man eine 2 bis 3 μιτι dünne Kupferschicht auf der Oberfläche der Aluminiumplatte erhielt In diesem Versuch war für die Behandlung eine kurze Zeitdauer von 3 Minuten erforderlich, es trat keine Korrosion an dem Behälter auf und der Reak'tionsrückstand konnte durch einfaches Waschen mit Wasser entfernt werden.

In einem zweiten Versuch wurde eine 5 mm χ 50 mm χ 100 mm große Platte aus austenitischem nichtrostendem Stahl (gemäß JIS-SUS 304) 20 Minuten lang in einem Elektroofen mit einer Argonatmosphäre von 700⁰C erhitzt und dann die auf diese Weise erhitzte Platte aus dem Elektroofen herausgenommen. Die aus dem Ofen herausgenommene Platte wurde sofort mit einem Kupfer(l)chloridpulver, das ein Sieb mit einer lichten Ma-

schenweite von 420 μπι passierte (Teilchengröße etwa 420 μπι oder weniger), in einer Menge von 3 g/dm² I

bestäubt. Nach 5 Minuten wurde die auf diese Weise bestäubte Platte mit Wasser gekühlt und zur Entfernung

des Rückstandes gewaschen. S

Auch in dem zweiten Versuch wurde Kupfer(l)chlorid ohne Verwendung eines Bindemittels mit der Platte aus nichtrostendem Stahl in Kontakt gebracht, wobei man auf der Oberfläche der Platte eine etwa 3 μπι dicke Kupferschicht erhielt, von der der Rückstand leicht durch Waschen entfernt werden konnte.

In einem dritten Versuch wurde eine 8 mm χ 50 mm χ 400 mm große Aluminiumlegierungsplatte i^emäß JIS-A 2014) einer Infr&ioterhitzung unterworfen. Nachdem die Temperatur der Aluminiumlegierungsplatte jeweils den in der folgenden Tabelle I angegebenen Wert erreicht hatite, von denen jeder 400°C oder mehr betrug, wurde die auf diese Weise erhitzte Aluminiumlegierungsplatte einer Atmosphäre ausgesetzt, in der ein feines Pulver aus Kupferchlorid elektrostatisch verspritzt und zerstäubt wurde, wodurch eine Substitution der Aluminiumlegierung durch das Kupferchlorid erzielt wurde. In diesem Falle wurden beide Ausführungsformen untersucht, sowohl diejenige, bei der die Kupfer(l)chloridatmosphäre in der gleichen Kammer hergestellt wurde, wie sie zum Erhitzen der Aluminiumlegierungsplatte verwendet wurde, als auch diejenige, bei der zur Herstellung der Kupfer(I)chIoridatmosphäre eine Kammer verwendet wurde, die von derjenigen, die zum

so Erhitzen der Aluminiumlegierungsplatte verwendet worden war, getrennt war. Bei beiden Ausführungsformen, wie in der folgenden Tabelle I angegeben, wurde jeweils eine dünne Kupferschicht ohne wesentliche Unterschiede gebildet Zur Untersuchung der Eigenschaften dieser dünnen Kupferschichten wurde außerdem auf die dünne Kupferschicht ein 50 μπι dicker Kupferüberzug elektrolytisch aufgebracht und dann das erhaltene Produkt einem Salzsprühtest unterworfen. Bei dem resultierenden Produkt trat weder eine Blasenbildung noch eine Lunkerbildung auf, so daß also ein Produkt mit einer guten Qualität erhalten wurde.

Tabelle I

Dicke des Kupferüberzugs

Erhitzungs- Kontakt durch 20Sekunden

temperatur langes Versprühen und

("C) Zerstäuben

Gleiche Getrennte

Kammer (μηι) Kanimcr(nm)

Bemerkungen

400	2-3	1.5-3
450	3-4	3-4
500	3.5-5	3,5-4,5
520	4-6	4-6
420-450	3-4

Nachdem Erreichen von 400° C wurde das Erhitzen gestoppt to Nach dem Erreichen von 450° C wurde das Erhitzen gestoppt Nach dem Erreichen von 500" C wurde das Erhitzen gestoppt Nach dem Erreichen von 520"C wurde das Erhitzen gestoppt Nach der;: Erreichen von 420°C wurde mit dem Bestäuben begonnen und das Erhitzen und Bestäuben wurde gestoppt, 15

nachdem 450°C erreicht worden waren

Nachstehend wird eine weitere, modifizierte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß Patentanspruch 5 näher beschrieben. Diese Ausführungsform ist dadurch charakterisiert, daß mittels elektrostatischer Beschichtung auf die Oberfläche des Grundmetalls ein pulverförmiges Metallhalogenid aufgebracht wird, ansta.i das Grundmetall einer Atmosphäre auszusetzen, in der aas fein pulverisierte Metallhalogenid in dispergierter Form vorliegt.

Bei dieser Ausführungsform kann wie bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform ebenfalls ein Grundmetall aus der Gruppe Eisen. Titan, Aluminium und Legierungen davon verwendet werden. Zur Erzielung eines stabilen, qualitativ hochwertigen Metallüberzugs werden Verunreinigungen in Form von Bearbeitungsöl oder Staub, die an der Oberfläche des Grundmetalls haften, zweckmäßigerweise entfernt, indem man das Grundmetall vorher entfettet und wäscht. Wenn die Oberfläche des Grundmetalls aber nur durch ein öliges Material verunreinigt ist, kann dieses ölige Material durch Verdampfen, Zersetzen oder Abtrennen durch Erhitzen während der Beschich *ung des Grundmetalls entfernt werden.

Mittels elektrostatischer Beschichtung wird das Metallhalogenid entweder auf die gesamte Oberfläche oder nur auf einen Teil der Oberfläche des Grundmetalls aufgebracht. Wenn ein teilweise beschichtetes Produkt erzielt werden soll, wird vorher auf den Teil, auf den der Metallüberzug nicht aufgebracht werden soll, eine Maskierung aufgebracht. Zum Maskieren wird üblicherweise ein Metall- oder Harzmaskierungsabstand auf die Oberfläche des Grundmetalls aufgebracht, so daß sich das Band an die Form desselben anpaßt.

Bei der Auftragung des Metallhalogenids durch elektrostatische Beschichtung beträgt der elektrische Widerstand dieses Metallhalogenids vorzugsweise 10⁷ Ohm · cm oder mehr. So hat beispielsweise Kupfer(I)chlorid bei 45⁰C einen elektrischen Widerstand vor. 1,89 ■ !O⁷ Ohm ■ cm.

Zum elektrostatischen Beschichten kann eine Pulverpistole, ein Wirbelbett-Tauchverfahren, ein Spritzverfahren oder ein ähnliches Verfahren angewendet werden. Vorzugsweise beträgt die Teilchengröße des fein pulverisierten Metallhalogenids 300 μπι oder weniger.

Das Haftvermögen des Metallhalogenids auf dem Grundmetall variiert in Abhängigkeit des elektrischen Widerstands des Metallhalogenids. Das Haftvermögen muß jedoch mindestens so groß sein, daß das Metalihalogenid auf der Oberfläche des Grundmetalls so lange festgehalten wird, bis die Erhitzungsstufe zur Bildung eir.er Metallbeschichtung beendet ist.

Wenn keine ausreichende Haftung erzielt wird, beispielsweise dann, wenn die Gefahr besteht, daß das Metallhalogenid, das an der Oberfläche des Grundmetalls bereits haftet, unter der Einwirkung der Schwerkraft oder eines Stoßes während der Handhabung des Grundmetalls abfällt, kann je nach Erfordernis eine Gegenmaßnahme zur Verbesserung der Haftung angewendet werden. Ein Beispiel für eine solche Gegenmaßnahme ist ein Verfahren, bei dem ein zweites Material mit einem hohen Haftvermögen verwendet wird. Als zweites Material kann beispielsweise ein feines Aluminiumoxidpulver oder Siliziumoxidpulver verwendet werden. In diesem Falle darf jedoch das zweite Material die Substitution des Grundmetalls durch das Metallhalogenid nicht beeinträchtigen.

Die Menge des auf der Oberfläche des Grundmetalls haftenden Metallhalogenids wird durch die angelegte Spannung oder die Zeitdauer des Anlegens der Spannung gesteuert. So beträgt beispielsweise dann, wenn Kupferchlorid mit einer Aluminiumoberfläche zur Reaktion gebracht wird, die Menge des haftenden Metallhalogenids vorzugsweise etwa 30 g/m² oder mehr.

Die zuletztgenannte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens unterscheidet sich insbesondere von einem konventionellen Verfahren, bei dem ein Metallhalogenid aufgrund der Klebrigkeit eines Bindemittels an der Oberfläche eines Grundmetalls haftet, wobei das Bindemittel vorher auf die Oberfläche des Grundmetalls in einer geringen Dicke aufgetragen und dann ein gepulvertes Metallhalogenid darauf aufgestäubt wird, so daß das Metallhalogenidpulver an dem Grundmetall haftet, oder wobei eine durch vorheriges Durchkneten eines Metallhalogenids mit einem Bindemittel hergestellte Mischung auf die Oberfläche des Grundmetalls oder auf ähnliche Weise aufgebracht wird. Bei der zuletztgenannten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann eine homogene Haftung des fein pulverisierten Metallhalogenids auf dem Grundmetall erzielt werden. Daneben können, die Verfahrensstufen vereinfacht und die Produktivität erhöht werden, so daß auf das Grundmetall eine qualitativ hochwertige Metallbeschichtung auf wirtschaftliche Weise aufgebracht werden kann.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Beschichten eines Metalls mit einem davon verschiedenen Metall wird durch das folgende Beispiel näher beschrieben.

Beispiel

Auf einen mittleren Abschnitt jeder Seite einer 5 mm χ 100 mm χ 100 mm großen Aluminiumplatte (gemäß JIS-A 1060) wurde mittels eines Polyvinyistreifens eine Maskierung aufgebracht, so daß ein kreisförmiger Bereich mit einem Durchmesser von 50 mm zurückblieb. Danach wurde die auf diese Weise vorbereitete Aluminiumpla .te als Elektrode verwendet Unter Verwendung einer Pulverpistole wurde durch elektrostatische Beschichtung ein K.upfer(I)chloridpulver so aufgebracht, daß es in einer Menge von 1 g/dm² an dem Grundmetall haftete Nach Entfernung der Maskierung wurde die dabei erhaltene Aluminiumplatte in einen auf 450"C erhitzten Elektroofen eingeführt Nach 25 Minuten wurde die Aluminiumplatte aus dem Elektroofen herausgenommen, um sie abzukühlen, und dann gewaschen. Auf diese Weise erhielt man eine Aluminiumplatte mit einer Kupferbeschichtung lediglich auf dem kreisförmigen Bereich, der durch die Maskierung freigelassen wurde.

Wie aus den vorstehenden Angaben hervorgeht eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren zum Beschichten eines Metalls mit einem davon verschiedenen Metall sehr gut für die Massenproduktion, wobei die Arbeitsgänge vereinfacht werden können.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Beschichten eines Metalls mit einem davon verschiedenen Metall bei dem ein Metallhalogenid direkt mit der Oberfläche eines Grundmetalls in Kontakt gebracht, eine Substitution des Grundmetails durch das Metallhalogenid bei erhöhten Temperaturen durchgeführt und das erhaltene Produkt sodann abgekühlt und von Rückständen befreit wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Grundmetall auf eine Temperatur, bei der die Substitution des Grundmetalls durch das Metallhalogenid auftritt oder eine höhere Temperatur erhitzt wird und das so erhitzte Grundmetall direkt mit einem pulverförmigen Metz '!halogenid, ausgewählt aus der Gruppe Kupferchlorid, Zinndichlorid, Zinkchlorid, Zinnjodid, Kupferbromid

ίο und Silberfluorid, in einer Atmosphäre, in der das Metallhalogenid in; dispergierter Form vorliegt und auf eine Temperatur unterhalb dessen Schmelzpunkt erhitzt worden ist, in Kontakt gebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Grundmetall aus der Gruppe Eisen, Titan, Aluminium und Legierungen davon ausgewählt wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Grundmetall vor der Erhitzung entfettet und gewaschen wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Atmosphäre durch ein Wirbelbettverfahren, ein Sprüh- und Nebelverfahren, ein elektrostatisches Verfahren, ein Verfahren zum Erzeugen mechanischer Vibrationen bei Pulvern oder durch geeignete Kombination dieser Verfahren gebildet wird.

5. Abänderung des Verfahrens nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß mittels elektrostatischer Beschichtung auf die Oberfläche des Grundmetalis ein pulverförmiges Metallhalogenid, ausgewählt aus der Gruppe Kupferchlorid, Zinndichlorid, Zinkchlorid, Zinnjodid, Kupferbromid und Silberfluorid, aufgebracht und das beschichtete Grundmetall dann auf eine Temperatur, bei der die Substitution des Grundmetalls durch das Metallhalogenid erfolgt, oder eine höhere Temperatur erhitzt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet daß das pulverförmige Metallhalogenid mit einer Teilchengröße von 300 μπι oder weniger verwendet wird.