DE3241452C2 - Verfahren und Vorrichtung zur galvanischen Erzeugung von Dispersionsbeschichtungen sowie deren Anwendung - Google Patents

Abstract

Beim Auftragen von Dispersionsschichten, die durch elektrolytische Mitabscheidung fester Teilchen aus einem Elektrolyten erzeugt werden, der solche Teilchen in Suspension sowie mindestens ein gelöstes Metallsalz enthält, ist die Homogenität des Elektrolysebades in der Nähe der zu beschichtenden Fläche von großer Bedeutung. Mit Hilfe mindestens eines mit auf die zu beschichtende Fläche (24) gerichteten Austrittsöffnungen (43) versehenen und entlang der zu beschichtenden Oberfläche bewegten Zuführungsrohres (42), das über einem Verbindungsrohr (42) mit einer Hohlachse (3) verbunden ist, - wobei diese Teile zusammen einen Rotor (R) bilden -, wird ständig homogener Suspensionselektrolyt auf die zu beschichtende Fläche (24) angeströmt. Das zu beschichtende Werkstück (2) kann dabei als Elektrolysebadbehälter dienen.

Description

bei den vorher genannten Maßnahmen erzielt werden, bleibt diese Methode insofern ungeeignet, da sie zu Inhomogenitäten bzw. Konzentrationsunterschieden im Suspensionselektrolyten führt — und damit auch zu unregelmäßigen Einbauraten des dispergierten Stoffes.

Angesichts dieser Gegebenheiten hat sic'i der Erfinder das Ziel gesetzt, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, dank deren insbesondere an den Innenflächen von Hohlkörpern auf wirtschaftlich günstige und technisch einfache Weise Beschichtungen vorgenommen werden können; die penannten Abdickungen nicht zu beschichtender Flächenteile sollen ebenso reduziert werden wie die Menge des verwendeten Elektrolyten, außerdem soll eine intensive Nachbearbeitung der entstandenen Beschichtung weitestgehend unnötig werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe führt, daß das hohle, insbesondere zylindrische bzw. konische Werkstück als Teil des Elektrolytbehälters eingesetzt und der Innenfläche über eine bewegte Zuführung Elektrolyt zugeführt wird. Zudem soll die Zuführung für den djs Behandlungsbad bildenden Suspensionselektrolyten entlang der zu beschichtenden Werkstückoberfläche geführt werden.

Dank dieser Maßgaben bedarf es beispielsweise keiner Abdeckarbeiten an der Außenseite des Werkstükkes, die Menge des Elektrolyten ist auf das Volumen der vom Werkstück selbst bestimmten Zelle beschränkt, die Zuführung des Elektrolyten erfolgt in Nachbarschaft der zu beschichtenden Werkstückoberfläche, wodurch störende Strömungskoniponenten weitestgehend ausgeschaltet sind. Dies wird noch dadurch unterstützt, daß der Elektrolyt durch die Werkstückachse abgeleitet wird, beispielsweise bei der bevorzugten Anwendung des Verfahrens zum Beschichten der Bremsfläche einer Bremstrommel durch deren Nabe.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, daß das hohle, insbesondere zylindrische bzw. konische Werkstück Teil des Elektrolytbehälters ist und die Elektrolytzuführung entlang der Innenfläche des Werkstückes führbar ist. Diese Elektrolytzuführung läuft in dem in der — vom Werkstück mitbegrenzten — Zelle stehenden Elektrolyt um und bewegt diesen während der Elektrolytzuführung.

Zur Beschichtung von ebenen oder gewölbten Oberflächen kann das Zuführungsrohr auf einer vorzugsweise oberhalb des Bades angeordneten Führungsschiene beweglich montiert sein und entlang dieser Schiene hin- und her bewegt werden.

Zur Beschichtung von Flächen zylindrischer bzw. konischer Werkstücke wird die Elektrolytzuführung erfindungsgemäß von Zuführrohren und an diese anschließenden Verbindungsrohren zu einer Hohlachse gebildet, durch welche der zugeführte Suspensionselektrolyt eingespeist wird. Diese Bestandteile bilden zusammen einen Rotor. Es können dabei nur eine nach innen und/ oder eine nach außen weisende Oberfläche des zylindrischen bzw. konischen Werkstückes beschichtet werden, im Falle der Bremstrommel die Wandungsinnenfläche und — falls erwünscht — die gegenüberstehende Nebenaußenfläche.

Zweckmäßigerweise ist dabei das Zuführungsrohr parallel zu der zu behandelnden Oberfläche angeordnet und weist seitliche, gegen die genannte Oberfläche gerichtete Austrittsöffnungen auf, welche düsen- oder schlitzförmig sein können.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist das Zuführungsrohr auf der gleichen Länge wie die Breite der zu beschichtenden Werkstücksfläche mit Düsen besetzt Die nicht zu beschichtende Fische des Werkstükkes wird dann mit einem Abdecklack überzogen.

Ferner ist generell der Abstand zwischen dem Zuführungsrohr und der zu beschichtenden Oberfläche vorteilhafterweise kleiner als der Abstand zwischen dieser Oberfläche und der im Behandlungsbad angeordneten Anode.
Als besonders günstig hat es sich für die Beschichtung

ίο der Innenfläche eines hohlen Werkstückes erwiesen, dieses Werkstück nötigenfalls unten mit einem Boden zu verschließen, um seine Funktion als Teil des Elektrolysebehälters zu gewährleisten.
Bei zu beschichtenden zylindrischen oder konischen Werkstückoberflächen ist es zudem von Vorteil, die Anode als Hohlzylirider auszubilden bzw. einen Anodenkorb dieser Form zu verwenden. Eine derartige Anordnung hat sich als besonders günstig erwiesen, wenn die Innenflächen von zylindrischen Automobiiteilen — z. B. alleinstehende oder in Felgen integrierte Bremstrommeln —, insbesondere aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen, mit einem Nickel/Siliziumkarbid-Dispersionsüberzug zu versehen sind. Falls solche Trommelbremsen an ihrem Boden Schraubenlöcher aufweisen, können diese mit Zapfen verschlossen werden.

Bei einer solchen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird mit Hilfe des drehenden Rotors die zu beschichtende Werkstücksfläche regelmäßig mit der Elektrolytsuspension, in der die Feststoffteilchen homogen verteilt sind, beaufschlagt, mit dem Ergebnis, daß eine regelmäßige Mitabscheidung der Feststoffteilchen und des Metalls, z. B. zwecks Erzeugung des Bremsbelages, erfolgt.

Der Abstand der Zuführungsrohre, durch deren Düsen ständig homogenisierter Suspensionselektrolyt auf die zu beschichtende Werkstücksfläche gelangt von der zu beschichtenden Werkstücksfläche sowie die Strömungsgeschwindigkeit des beaufschlagten Suspensionselektrolyten müssen so gewählt werden, daß der die Düsen verlassende Elektrolytenstrom bei sich bewegenden Zuführungsrohren die zu beschichtende Werkstücksfläche streift, ohne daß jedoch die im Suspensionselektrolyten befindlichen Feststoffteilchen — z. B.

Siliziumkarbidteilehen, die bekanntlich als Schleifmittel sehr abrasive Wirkung zeigen — die bereits abgeschiedene Metallschicht verletzen oder gar teilweise wieder abtragen.
Durch die günstige Geometrie der beschriebenen Vorrichtung wird eine sehr regelmäßige, pro Werkstücksflächeneinheit gleichstarke Abscheidung erzielt. Die aufwendige mechanische Nachbearbeitung der abgeschiedenen Dispersionsschicht, wie sie bei Verwendung bisher bekannter Vorrichtungen ausgeführt werden mußte, wird reduziert oder ist gar nicht mehr notwendig.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung wiedergegebenen für die Beschichtung von Bremstrommeln bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Schnitt durch eine Vorrichtung zum Aufbringen galvanisch abgeschiedener Dispersionsschichten;
Fig. 2 eine teilweise geschnittene perspektivische Darstellung der Vorrichtung nach Fig. 1.

Eine haubenförmige Abdeckung 1 mit zylindrischer Wand 4 eines Innendurchmessers D stützt sich — gegebenenfalls unter Zwischenschaltung einer Dichtung 10

— auf der zylindrischen Wandung 21 einer Bremstrommel 2 ab. Deren Boden 22 und Nabe 23 bilden mit jener Wandung 21 in horizontaler Lage des Bodens 22 einen Behälter zur Aufnahme eines Suspensionselektrolyten E, wobei die innere öffnung der Nabe 23 als Überlauf LJ dient.

In der Achse A der zylindrischen Wand 4 der Abdekkung 1 verläuft eine drehbare, durch ein Kugellager 30 geführte Hohlachse 3, welche in eine durch die Abdekkung 1 und die Bremstrommel 2 gebildete Kammer 4 K einragl. Oberhalb des Kugellagers 30 befindet sich eine Dichtungsringe 82 aufweisende Einspeisekammer 8 mit Eintrittsstutzen 81. Der in der Einspeisekammer 8 befindliche Bereich der Hohlachse 3 ist mit Bohrungen 31 versehen, ein aus der Einspeisekammer 8 ragender Teil 9 der Hohlachse 3 wird mit einem Motor verbunden.

An die Hohlachse 3 schließen in der Kammer K etwa senkrecht zur Achse A stehende Verbindungsrohre 41 an, an denen zur Achse A parallele Zuführungsrohre 42 mit zur Bremsfläche 24 gerichteten Düsen 43 angebracht sind.

Auf das kammerinnere Ende der Nabe 23 ist eine elektrisch isolierende Kappe 5 aufgelegt, gegen die sich ein elektrisch leitender, zylindrisch ausgebildeter, netzförmiger und mit einer elektrischen Zuleitung 61 versehener Anodenkorb 6 abstützt, in welchem sich Anodenmetall 7 in Form von Pellets oder Granulat befindet. Durch jene Kappe 5 sind Bremstrommel 2 und Anodenkorb 6 gegeneinander elektrisch isoliert.

Ein aus der Hohlachse 3, den Verbindungsrohren 41 und den Zuführungsrohren 42 mit ihren Düsen 43 gebildeter Rotor R besteht aus einem chemisch resistenten und den elektrischen Strom nicht leitenden Material, z. B. Kunststoff, insbesondere Polypropylen. Obwohl die Abdeckung 1 und die Bremstrommel um die Achse 3 drehbar angeordnet werden könnten, bleiben sie üblicherweise feststehend; sie bilden also quasi einen Stator für jenen Rotor/?.

Zum galvanischen Aufbringen einer Feststoffteilchen enthaltenden Metallbeschichtung auf die Bremsfläche 24 wird die Kammer K bis zur Höhe des Innenteils der Nabe 23 mit dem Feststoffteilchen enthaltenden Elektrolyten f, also dem Suspensionselektrolyten, aufgefüllt.

Die Bremstrommel 2 wird kathodisch, der Anodenkorb 6 mit dem Anodenmetall 7 anodisch geschaltet. Bei drehendem Rotor R wird in die Kammer K zusätzlich ständig Suspensionselektrolyt zugeführt, in welchem die Feststoffteilchen homogen verteilt sind. Diese Zuführung erfolgt durch den Eintrittsstutzen 81 der Einspeisekammer 8. von wo der Elektrolyt Eüber die Bohrungen 31 in den Rotor R gelangt, durch die Düsen 43 austritt und auf die zu beschichtende Bremsfläche 24 trifft. Überschüssiger Elektrolyt £ fließt über den Überlauf U ab und kann — in der Zeichnung nicht dargestellt — mit Hilfe einer Pumpe dem Eintrittsstutzen 81 wieder zügeführt werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (11)

1 2 sionsschicht auf einer metallischen Werkstückoberflä- Patentansprüche: ehe durch kontinuierliche Elektrolytzuführung, wobei eine Relativbewegung zwischen Werkstücken und Zu-

1. Verfahren zur galvanischen Herstellung einer führung aufrechterhalten wird. Außerdem erfaßt die Er-Dispersionsschicht auf einer metallischen Werk- 5 findung eine bevorzugte Anwendung des Verfahrens.
Stückoberfläche durch kontinuierliche Elektrolytzu- Die Anwendung von Metallen im technischen Bereich führung, wobei eine Relativbewegung zwischen erfordert in vielen Fällen eine Verbesserung der Ober-Werkstück und Zuführung aufrechterhalten wird, flächeneigenschaften, insbesondere der Abriebfestigdadurch gekennzeichnet, daß das hohle, keit. Härte- und Gleit- bzw. Verschleißeigenschaften, insbesondere zylindrische bzw. konische Werkstück io Insbesondere sind zahlreiche Anwendungen von Alumials Teil des Elektrolytbehälters eingesetzt und der nium im Automobil- und Maschinenbau nur in Kombi-Innenfläche über eine bewegte Zuführung Elektro- nation mit harten und verschleißfesten Beschichtungen lyt zugeführt wird. möglich. Die galvanische Abscheidung einer Metall-

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- schicht mit gleichzeitiger Einlagerung von Hartstoffparzeichnet, daß die Zuführung für den das Behänd- is tikeln stellt eine einfache und für viele Verschleißpro- !ungsbad bildenden Suspensionselektrolytei: entlang bleme geeignete Möglichkeit dar, die Oberfläche zu verder zu beschichtenden Werkstückoberfläche geführt bessern.

wird. Die Dispersionsschichten — mit Vorteil wird in vielen

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge- Fällen das System Nickel/Siliziumkarbid verwendet -, kennzeichnet, daß der Elektrolyt durch die Werk- 20 die durch Mitabscheidung fester Teilchen aus einem Stückachse abgleitet wird. Suspensionselektrolyten entstehen, zeigen durch das

4. Anwendung des Verfahrens nach einem der An- Matrixmaterial, den Teilchenwerkstoff, die Teilchengrösprüche 1 bis 3 zum Beschichten der Bremsfläche ße und -verteilung vielseitige Eigenschaften.

einer Bremstrommel, insbesondere aus Aluminium Die Herstellung galvanischer Dispersionsschichten ist

oder einer Aluminiumlegierung. 25 bereits seit einigen Jahrzehnten bekannt, wie die GB-PS

5. Vorrichtung zur galvanischen Herstellung einer 8 60 291 beispielhaft belegt.

Dispersionsschicht auf einer metallischen Werk- Dort wird ein Beschichtungsverfahren beschrieben,

Stückoberfläche unter Relativbewegung zwischen bei dessen Durchführung in einen Bottich durch eine Werkstück und einer Elektrolytzuführung, dadurch über diesem festliegende Zuführung Elektrolyt eingegekennzeichnet, daß das hohle, insbesondere zylin- 30 füllt wird, der vom Bottichboden wieder abgezogen und drische bzw. konische Werkstück (2) Teil des Elek- einem Elektrolytkreislauf zugebracht wird. In dem Elektrolytbehälters ist und die Elektrolytzuführung ent- trolytbad dreht sich der an seiner Oberfläche zu belang der Innenfläche (24) des Werkstückes führbar schichtende Körper. Nicht mit der Beschichtung zu verist. sehende Flächenteile müssen vor dem Eintauchen —

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn- 35 beispielsweise durch Lack — abgedeckt werden, nach zeichnet, daß die Elektrolytzuführung aus Rohren dem Aufbringen der Beschichtung ist wegen deren sehr (42) und Verbindungsrohren (41) zu einer Hohlachse rauhen Oberfläche eine intensive Nachbearbeitung er-(3) in Form eines Rotors (R) ausgebildet ist. forderlich. Ein weiterer Mangel entsteht dadurch, daß

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch der Einbau der Festteilchen in das abgeschiedene Metall gekennzeichnet, daß das Zuführungsrohr (42) auf ei- 40 in Abhängigkeit von den Strömungsverhältnissen sehr nerder Breitender zu beschichtenden Innenfläche unterschiedlich ausfällt; eine gleichmäßige Beschich-(24) des Werkstückes (2) entsprechenden Länge mit tung ist nicht möglich. Sollen gar Hohlkörper an einer Austrittsöffnungen (43) versehen ist. Innenfläche mit einer Beschichtung versehen werden,

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch wird durch die beim Tauchvorgang entstehende Blasengekennzeichnet, daß die Hohlachse (3) durch ein La- 45 bildung ein weiterer die Beschichtung störender Einfluß ger, insbesondere ein Kugellager (30), geführt ist und erzeugt.

eine Einspeisekammer (8) mit Eintrittsstutzen (81) Diese Mängel werden auch duroh Vorrichtungen

durchläuft, wobei sie in deren Bereich Einlaßbohrun- nicht beseitigt, wie sie in der Zeitschrift »Schmiertechgen (31) aufweist. nik«, 11,(1980), Seiten 81 —86 beschrieben sind. In einem

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, 50 früheren Artikel der Zeitschrift »Oberflächentechnik«, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand des Zu- (1975), Seiten 45-52, wird insbesondere darauf hingeführungsrohres (42) zur Werkstücksinnenfläche (24) wiesen, daß die Badbewegung eine sehr große Bedeukleiner ist als der Abstand dieser Fläche zur Anode tung für die Einbaurate der Festteilchen in das abge-(6). schiedene Metall hat. Es wird vorgeschlagen, die Badbe-

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, 55 wegung durch Einblasen von Luft, Umwälzen des Elekdadurch gekennzeichnet, daß die Anode (6) als Hohl- trolyten oder mit Hilfe eines Rührers zu bewirken. Die zylinder oder als Anodenkorb dieser Form ausgebil- Badbewegung soll die Feststoffteilchen zusammen mit det ist. dem Elektrolyten an eine oberhalb des Werkstücks ge-

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch ge- legenen Stelle gelangen lassen, so daß sie sich durch kennzeichnet, daß der Anodenkorb (6) unter Zwi- 60 Schwerkraftwirkung auf die Oberfläche des Werkstücks schenschaltung einer elektrisch isolierenden Kappe absetzen können und durch den Metallbelag gebunden (5) auf die Nabe (23) aufgelegt ist. werden.

Die Badbewegung mit Hilfe von Rührern bekannter

Art oder einer Umwälzung schafft bezüglich der be-

65 schriebenen Nachteile keine Abhilfe, da Änderungen der Turbulenzen entlang der zu beschichtenden Werk-

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vor- stücke eine ungleichmäßige Feststoffeinlagerung ergerichtung zur galvanischen Herstellung einer Disper- ben. Obwohl durch Lufteinblasen bessere Ergebnisseals