DE3246323A1

DE3246323A1 - Nickelbad

Info

Publication number: DE3246323A1
Application number: DE19823246323
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: RIEGER FRANZ METALLVEREDELUNG
Current assignee: RIEGER FRANZ METALLVEREDELUNG
Priority date: 1982-12-15
Filing date: 1982-12-15
Publication date: 1984-06-20
Also published as: DE3246323C2

Description

N IC KE LBAD
D i e E r f i n d u n g betrifft ein Nickelbad gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.
In der eigenen DE-OS 29 20 632 ist ein Verfahren zum kathodischen Niederschlagen einer Nickelschicht beschrieben. Auf Seite 13, Absatz 3 ist ein Nickelbad erwshnt.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Nickelbad anzugeben, das sich in diesem Verfahren verwenden laßt und zu ganz erheblichen Verbesserungen führt.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die aus dem kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs ersichtlichen Merkmale gelöst.
Mit der Erfindung erzielt man folgendes: 1. Haftprobleme bei der weiteren Beschichtung mit anderen Metallen sind überwunden.
2. Das bei der weiteren Beschichtung folgende Metall geht ohne Zwischenaktivierung eine befriedigende Bindung mit der Nickelschicht ein.
3. Aus dem Elektrolyten kann eine leicht aktivierbare Nickelschicht ab3eschieden werden.
4. Das Bad eignet sich gut zur Beschichtung vonGuß-, Druckguß-, Knet- und Strangpreß-Aluminium bzw. -legierungen.
5. Das Bad hat eine deutlich schnellere Ded:fdhigkeit auf Reinaluminium bzw. auf niedrig legierten, schwermetallfreien Aluminiumsorten wie z. B. Al Mg, Si 0,5.
6. Trotz wesentlich höherer Nickelionenkonzentrotion kann diese in einem weiten Bereich schwanken, ohne nachteilige Folgen auf die Abscheidung befürchten zu müssen.
7. Das Bad muß deshalb auch bei starker Belastung nicht so häufig wie die bekannten Bäder analytisch überprüft werden.
8. Das neue Bad ist schon ab 500C betriebsbereit, wogegen bei bekannten Bädern Temperaturen von mindestens 650C verlangt werden.
9. Die Komplexbildung des Bades ist so gering, daß eine Abwasserbehandlung keine Schwierigkeiten aufwirft. Dies ist äußerst wichtig für den Umweltschutz.
10. Es lassen sich problemlos relativ dicke Schichten von 20 Mikrometer und mehr abscheiden.
11. Sehr wichtig ist, daß sich in dieser Schicht auch Karbide einlagern lassen, wodurch die Verschleißfestigkeit erhöht wird.
12. Das Bad ist sehr stabil, so daß ein Fällen von Nickel an den Wänden des Badbehälters ausgeschlossen ist. Das Bad muß deshalb nicht in kurzen Intervallen geleert und gerei nigt werden.
13. Ein evtl. mit organischen Produkten verunreinigtes Bad läßt sich sehr leicht wieder regenerieren.
14. Bcsonders wenn man Aluminiumteile von Verbrennungsmotoren mit Nickel beschichten will, eignet sich das Bad ausgezeichnet. Insbesondere mit Aluminiumkolben lassen sich hervorragende Erfolg erzielen. Ein bekanntes amerikanisches Verfahren schreibt die Eisenbeschichtung von Aluminiumkolben und ca. 15 Mikrometer und die anschließende Beschichtung von Zinn mit 1 - 3 Mikrometer vor.
Entgegen diesem Verfahren kann man nun die Eisenschichtgegen eine Nickelschicht aus diesem Bad austauschen. Solche Kolben überstehen Motortests, wie z.B. Kaltstart, Schmortest, Langlauftest, 1000 Stunden unter Vollast usw. ausgezeichnet.
Die Kolben werden noch der Nickel>eschichtung und der folgenden Verzinnung dann noch mechonisch bearbeitet. Es zeigen sich dabei keine Abblätterungen oder Kantenrisse. Nach der mechanischen Bearbeitung des Kolbens erfolgt eine weitere Verzinnung des Kolbens. Damit können dann die freigelegten Partien (Grundmetall) mit einer dünnen Zinnschicht abgedeckt werden. Die zum Teil aggressive chemische Behandlung wird von der erfindungsgemäßen Nickel-Trägerschicht ohne Beanstandung hingenommen.
15. Man kann Heizplatten aus Aluminium-Druckguß trotz starker Temperaturbelastung haftfest beschichten.
16. Motorradteile, z. B. Lichtmaschinendeckel werden durch zusdtzlichen Einbau von Siliciumkarbid verschleißfester gemacht.
17. Beschichtet man Kühlbleche für Tran,istorzündun3en durch das erfindungsgemäße Bad, dann werden diese Kühlbleche wesentlich besser lotbar und klebbur.
18. Ventilgehäuse aus Aluminium-Druckguß kann man nun aus dem erfindungsgemä3en Bad zwecks Verkleinerung des Verschleißes vorbeschichten und chemisch nach vernickeln. Man kann jetzt die Zylinderinnenwönde mit ca. 5 Mikrornter beschichten. Hierdurch erhalt rnan eine erhebliche Standzeiterhöhung bei reibender Beanspruchung. Ist die Beanspruchung lediglich korsiv, so reicht die Grundschicht (Vorbeschichtung) aus.
Bei der Zusammensetzung des erfindungsgemäßen Nickelbades ist die Wirkungsweise von Nickelsulfat klar und braucht nicht erläutert zu werden. Es ist in einem weiten Konzentrationsbereich anwendbar. I Hohe Konzentrationen wirken sich günstiger aus als schwache.
Die Säure, insbesondere die Borsäure, hat die Aufgabe, den pH-Wert zu stabilisieren (Puffern). Da die Stromdichten nieder sind, kann der Gehalt an Borsäure ebenfalls niedrig gehalten werden. Der niedere Borsäuregehalt erlaubt das Bad während längerer Betriebspausen auf 20 OC abkühlen zu lassen, ohne daß man die Auskristallisation in Kauf nehmen muß.
Das Fluorid, insbesondere das Natriumfluorid, soll die im Licerbad erzeugte Oxidschicht durch parzielles Lösen auflockern. Damit wird eine schnellere Deckung erreicht. Eine zu hohe Konzentration hingegen führt zu ungünstiger Haftung.
Das Chlorid, insbesondere das Natriumchlorid, begünstigt mit seinen Chloridionen die Auflösung der Nickelanoden. Da die angewendete Stromdichte relativ nieder ist, kann bei genügend großer Anodenfläche auf einen hohen Chloridgehalt verzichtet werden.
Das Phosphit, insbesondere das Natriumhypo phosphit, trägt wesentlich zur Haftfestigkeit der Nickelschicht bei. Auch die Streuung des Elektrolyten wird begünstigt. Ein stärkerer Einbau von Phosphor in die Nickelschicht ist jedoch zu vermeiden, da die Schicht sonst passiv wird. Damit würden Haffungsprobleme bei Folgebeschichtungen auftreten.Das Natriumhypo phosphit wirkt auf das Nickel reduktiv ein.
Bei der Badousrüstung verwendet man als Wannenmaterial vorzugsweise Fluorid-beständiges CPVC oder Polypropylen. Die I Heizkörper sind teflonbeschichtet, denn Porzellan würde durch Fluoride angegriffen.Die Filtereinrichtungen wie Pumpe, Filter und Leitungen sind ebenso fluoridbeständig. Als Anoden verwendet man handelsübliche Nickelanoden (Platten).Titankörbe sind nicht beständig genug. Die Anodenfläche ist möglichst groß zu halten.
Ein bevorzugtes Bad hat folgende Werte: 200 g/l Nickelsulfat! 30g/1 Borsäure, 3g/l Natriumfluorid, 2g/l Natriumchloiid, 1,5g/l Natriumhyt33 phosphit bei einem pH-Wert von 4,8, einer Temperatur von 55°C und einer Spannung von 2 Volt sowie einer Stromdichte von 0,5 Ampere/dm².
Ebenfalls gute Erfolge erhält man, wenn der Konzentrationsbereich von Nickelsulfat zwischen 150 9/1 und 300 g/l , der Konzentrationsbereich von Borsäure zwischen 25g/l und 40g/l, der Konzentrationsbereich von Natriumfluorid zwischen 2g/l und 69/1, der KonzenfratiDnsbereich von Natriumchlorid zwischen 1g/l und 4g/l und der Natriumhyperphosphitkonzentrationsbereich zwischen 1g/l bis 29/1 liegt.
Die Schwankungen fUr die Arbeitsbedingungen liegen bei einem pH-Wert zwischen 4,5 und 5,2, bei der Temperatur zwischen 500C und 700C und die Spannung zwischen 1,5 V und 4 V sowie bei der Stromdichte zwischen 0,3 A/dm² und 1 A/dm².
Der Verfahrensablauf ist im wesentlichen der gleiche wie in der DE-OS 29 20 632 beschrieben: Zuerst erfolgt eine Abkochentfettung. Dann erfolgt unter Einsatz einer 10 %igen Natronlauge und Beizmitteln dos Beizen. Danach wird in Wasser gespült.
Danach wird in Salpetersäure und einem Fluoridzusatz dekapiert. Dann wird wiederum mit Wasser gespUlt. Dann wird gelicert. Es erfolgt wiederum ein Spülen in Wasser.
Daraufhin folgt das erfindungsgemäße Nickelbad. Danach wird nochmals in Wasser gespült. Wenn erwünscht, kann ab hier ohne Zwischenbehandlung mit anderen Metallen weiter beschichtet werden.
Relativ dicke Schichten um 20 Mikrometer, ja sogar bis 40 Mikrometer können mit ausreichender Duktilität abgeschieden werden.
In die Nickelschicht lassen sich Feststoffe, wie z. B. Siliciumkarbid oder Borkarbid einlagern.
Die Feststoffe werden im Bad durch starke Umwälzung,z. B. Luft,in der Schwebe gehalten. Die Partikelgröße soll vorzugsweise 3 Mikrometer betragen.

Claims

Patentansprüche: 1. Nickelbad zur galvanischen Vernickelung von Aluminium und Aluminiumlegierungen, gekennzeichnet durch hohe Anteile an Nickelsulfat, kleine Anteile einer die pH-Werte stabilisierendenSäure, sehr kleine Anteile eines die im Licerbad auftretende Oxidschicht auflockerndes Ruorid, eines die Auflösung der Nickelanoden begünstigenden Chlorids und eines die Haftfestigkeit der Nickelschicht verbessernden Phosphits.
2. Nickelbad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den pH-Wert stabilisierende Säure Borsäure ist.
3. Nickelbad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das die Oxidschicht auflösende Fluorid Natriumfluorid ist.
4. Nickelbad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das die Auflösung der Nickel elektroden begünstigende Chlorid Natriumchlorid ist.
5. Nickelbad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das die Haftfestigkeitder Nickelschicht verbessernde Phosphit ein Hypophosphit, insbesondere Natriumhypophosphit ist.
6. Nickelbad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Konzentrntionsbereich von Nickelsulfat 150 g/l - 300 g/l beträgt.
7. Nickelbad nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Konzentrationsbereich der die pH-Werte stabilisierenden Säure 25 g/l - 40 g/l beträgt.

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8. Nickelbad nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Konzentrationsbereich des die Oxidschicht auflösenden Fluorids 2g/1 - 69/1 beträgt.

9. Nickelbad nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Konzentrationsbereich des die Auflösung der Nickelelektroden begünstigenden Chlorids Ig/l - 4g/l beträgt.

10. Nickel bad nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das die Haftfestigkeit der Nickelschicht verbessernde Phosphit einen Konzentrationsbereich von lg/l - 29/l hat.

11. Nickelbad nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration des Nickelsulfats bei 200 g/l liegt.

12. Nickelbad nach Anspruch 1, 2 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration der Säure bei 30g/l liegt.

15. Nickelbad nach Anspruch 1, 3 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration des Fluorids bei 3g/1 liegt.

14. Nickelbad noch Anspruch 1, 4 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration des Chlorids bei 2g/l liegt.

15. Nickelbad nach Anspruch 1, 5 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration des Phosphits bei 1,5g/l liegt.

16. Nickelbad nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich des pH-Werts 4,5 - 5,2 beträgt.

17. Nickelbad nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß er bei 4,8 liegt.

18. Nickelbad nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich der Temperatur 500C - 700C beträgt.

19. Nickelbad nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß er bei 550C liegt.

20. Nickelbad nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich der Spannung 1,5 V - 4V beträgt.

21. Nickelbad nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß er 2V beträgt.

22. Nickelbad nach einem oder mehreren der vorhergehenden Anspruche, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich der Stromdichte 0,3A/dm² - 1 A/dm beträgt.

23. Nickelbad nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß er bei 0,5 A/dm² liegt.