DE3246323C2

DE3246323C2 - Bad zur einstufigen galvanischen Direktvernicklung von Werkstücken aus Aluminium und Aluminiumlegierungen

Info

Publication number: DE3246323C2
Application number: DE19823246323
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: FRANZ RIEGER METALLVEREDELUNG 7924 STEINHEIM DE
Current assignee: FRANZ RIEGER METALLVEREDELUNG 7924 STEINHEIM DE
Priority date: 1982-12-15
Filing date: 1982-12-15
Publication date: 1986-10-30
Also published as: DE3246323A1

Abstract

Es ist in manchen Fällen notwendig, Aluminium mit Nickel zu beschichten, wobei die schwierigsten Betriebsverhältnisse dann wohl bei Aluminiumkolben in Verbrennungsmotoren auftreten. Bekannte Verfahren zeigen Haftprobleme bei der weiteren Beschichtung mit anderen Metallen. Ohne Zwischenaktivierung erhält man keine befriedigenden Lösungen. Diese Lösung erhält man aber durch hohe Anteile an Nickelsulfat, kleine Anteile einer die pH-Werte stabilisierenden Säure, sehr kleine Anteile eines die im Licerbad auftretende Oxidschicht auflockerndes Fluorid, eines die Auflösung der Nickelanoden begünstigenden Chlorids und eines die Haftfestigkeit der Nickelschicht verbessernden Phosphits. Die Feststoffe werden im Bad durch starke Umwälzung, z. B. Luft, in der Schwebe gehalten. Die Partikelgröße soll vorzugsweise 3 Mikrometer betragen.

Description

150—300 g/l Nickelsulfat

J —2 g/l Natriumhypophosphit
25-40 g/l Borsäure

1 —4 g/l Natriumchlorid und 2—6 g/l Natriumfluorid.

2. Bad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es 200 g/l Nickelsulfat enthält

3. Bad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es 30 g/l Borsäure enthält

4. Bad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es 3 g/1 Natriumfluorid enthält

5. Bad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es 2 g/I Natriumchlorid enthält

6. Bad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es 1,5 g/l Natriumhypophosphit enthält

7. Verfahren zur galvanischen Abscheidung von Nickel unter Verwendung eines Bades gemäß den Ansprüchen 1—6, dadurch gekennzeichnet, daß das Bad mit einem pH-Wert von 4,5—5,2 betrieben wird, der Bereich der Temperatur 50° —70° C beträgt und die Stromdichte 03 A/dm²— 1 A/dm² beträgt

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Die Erfindung betrifft ein Nickelbad gemäß dem Oberbergriff des Hauptanspruchs.

Ein solches Bad ist aus der DE-OS 29 20 632, Seite 13, Absatz 3, erwähnt.

Dieses Bad führt nicht zu relativ dicken und trotzdem duktilen Mittelschichten. Das Bad muß nicht nur bei starker Belastung in relativ kurzen Abständen überprüft werden.

Aus Dettner-Elze, Handbuch der Galvanotechnik, Band I, Teil 2, 1964, Seite 1033 ff, ist ein Bad bekannt geworden, bei dem die Vorbehandlung darin besteht, daß man das Aluminium oder die Aluminiumlegierung in eine Zinkat-Beize taucht und bei dem man dann später auf dem entstandenen Zinküberzug das Zink galvanisch abscheidet. Zum einen benötigt man hier die Zinkat-Beize und zum anderen wird nicht direkt vernickelt, weil sich zwischen dem Aluminium bzw. dessen Legierung und dem Nickel noch Zinn befindet.

Außerdem entsteht gemäß dieser Literaturstelle Hartnickel.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Bad der eingangs genannten Art und ein zugehöriges Verfahren anzugeben, wodurch das Bad ganz wesentlich stabiler bleibt und sich duktile, dicke, hochbelastbare Nickelschichten erzeugen lassen.

Erfindungsgeinäß wird diese Aufgabe durch die aus dem kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs und dem Anspruch 7 ersichtlichen Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Bandes nach dem Hauptanspruch sind in den Ansprüchen 2 bis 6 beschrieben.

Mit diesem Bad und Verfahren erzielt man folgende überraschende Fortschritte:

1. Das Bad kann ohne weiteres abgeschaltet und stehengelassen werden, und zwar über Tage und Wochen hinweg. Schaltet man es wieder ein, dann kann man ohne Kontrolle sofort weiterarbeiten.

2. Auch bei schwerer Belastung des Bads sind Kontrollen des Bads weitgehend überflüssig.

3. Vor allem erhält man dicke Nickelschichten, die trotzdem duktil sind und eine bislang nie gekannte Haftfestigkeit haben. Zum Beispiel besteht ein laufflächenbeschichteter Kolben eines Explosionsmotors aus Aluminium den 20 Stunden 10 Punkte Dauerlauf, den 100 Stunden 10 Punkte Dauerlauf, den Kaltstarttest den Heiß- und Kaltfreßtest, den 600 Stunden Getriebe-Dauerlauf, den 500 Stunden 10 Punkte Dauerlauf und den dreimalige«- Getriebe-Dauerlauf über 2000 Stunden.

4. Das Bad hat eine deutlich schnellere Deckfähigkeit auf den schwer zu vernickelnden Stoffen, wie z. B. Reinaluminium bzw. auf niedrig legierten, schwermetallfreien Aluminiumsorten, wie z. B. Al Mg SiOA

5. Bei evtL notwendiger spanabhebender Behandlung zeigt die Nickelschicht keine Abblätterungen oder Kantenrisse.

6. Diese Nickelschichten lassen sich sehr zuverlässig löten.

Bei der Zusammensetzung des Nickelbades ist die Wirkungsweise von Nickelsulfat klar und braucht nicht erläutert zu werden. Es ist in einem weiten Konzenirationsbereich anwendbar. Hohe Konzentrationen wirken sich günstiger aus als schwache.

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 niedrige Borsäuregehalt erlaubt das Bad während längerer Betriebspausen auf 20° C abkühlen zu lassen, ohne daß man die Auskristallisation in Kauf nehmen muß.

Das Natriumfluorid soll die im wäßrigen, phosphorsäurehaltigen Bad (Licerbad) anodisch erzeugte Oxidschicht durch partielles Lösen auflockern. Damit wird eine schnellere Deckung erreicht. Eine zu hohe Konzentration hingegen führt zu ungünstiger Haftung.

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 Natriumhypophosphit 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 Haftungsprobleme bei Folgebeschichtungen auftreten.

Bei der Badausrüstung verwendet man als Wannenmaterial vorzugsweise fluoridbeständiges CPVC oder Polypropylen. Die Heizkörper sind teflonbesehiehtet, 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 Nik-

kelsulfat, 30 g/l Borsäure, 3 g/l Natriumfluorid, 2 g/l Natriumchlorid, 13 g/l Natriumhypophosphit 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.

Die Schwankungen für die Arbeitsbedingungen liegen bei einem pH-Wert zwischen 4,5 und 5,2, bei der Temperatur zwischen 50° C und 70° C und der Spannung zwischen 1,5 V und 4 V sowie bei der Stromdichte zwischen 03 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 das Beizen. Danach wird in Wasser gespült Danach wird in Salpetersäure mit einem Fluoridzusatz dekapiert Dann wird wiederum mit Wasser gespült Dann schließt sich eine Behandlung im Silberbad an. Es erfolgt wiederum ein Spülen in Wasser. Daraufhin folgt die Vernicklung. Danach wird nochmals in Wasser gespült Wenn erwünscht kann ab nier ohne Zwischenbehandlung mit anderen Metallen weiter beschichtet werden.

Es lassen sich Nickelschichten mit Stärken um 20 Mikrometer, ja sogar bis 40 Mikrometer mit ausreichender Duktilität abscheiden.

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Claims

Patentansprüche:

1. Wäßriges, saures Bad, das ein Nickelsalz und ein Hypophosphit enthält, zur einstufigen galvanischen Direktvernickelung von Werkstücken aus Aluminium und Aluminiumlegierungen, die in einem wäßrigen, phosphorsäurehaltigen Bad anodisch vorbehandelt worden sind, gekennzeichnet durch einen Gehalt an