DE3301703A1

DE3301703A1 - Titan-elektrode mit metallischer beschichtung, verfahren zu ihrer herstellung und deren verwendung

Info

Publication number: DE3301703A1
Application number: DE19833301703
Authority: DE
Inventors: Götz Ing.(grad) 8000 München Mielsch
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 1983-01-20
Filing date: 1983-01-20
Publication date: 1984-07-26
Also published as: DE3301703C2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Elektrode aus Titan
oder einer Titanlegierung mit einer metallischen Beschichtung. Sie hat auch ein Verfahren zur Herstellung und die Verwendung einer solchen Elektrode zum Gegenstand.
Es ist bekannt zum galvanischen Beschichten eines metallischen Werkstücks dem als Kathode dienenden Werkstück eine unlösliche Anode zuzuordnen. Derartige unlösliche Anoden können aus Massivblei (DE-OS 19 26 462), platiniertem Titan oder verbleitem Kupfer bestehen.
Wird beispielsweise die Beschichtung der Zylinderlaufflächen eines Verbrennungsmotors mit einer fein verteiltes Siliciumcarbid enthaltenden Nickelschicht unter Verwendung unlöslicher Anoden durchgeführt, eignen sich jedoch lediglich platinierte Titan-Anoden. Anoden aus Massivblei besitzen nämlich nur eine geringe mechanische Festigkeit, verbiegen sich also leicht, wodurch sich die Anodengeometrie ändert, während Anoden aus verbleitem Kupfer schon bei einer geringfügigen mechanischen Beschädigung der Bleischicht dazu führen, daß Kupfer in Lösung geht und in die Nickelschicht eingebaut wird. In beiden Fällen ist ein hoher Werkstückausschuß die Folge.
Platinierte Titan-Anoden sind jedoch nicht nur wegen des hohen Platinpreises, sondern vor allem wegen des schwierigen Beschichtungsprozesses sehr kostspielig.
Derartige Anoden müssen nämlich eine Platinbeschichtung mit einer Schichtdicke von wenigstens 2 Wm aufweisen.
Mit einem galvanischen Beschichtungsbad läßt sich jedoch nur eine Schichtdicke von etwa 1 Wm erreichen. Es ist deshalb erforderlich, besondere Maßnahmen zu ergreifen, beispielsweise zur Beschichtung eine Salzschmelze zu verwenden.
Aus der DE-OS 22 00 527 ist ein Verfahren zur Herstellung einer vorzugsweise mit einem Platinmetall beschichteten Elektrode nach dem Oberbegriff des Anspruchs 2 bekannt.
Die hohe Korrosionsbeständigkeit von Titan beruht bekanntlich darauf, daß es in Gegenwart von Sauerstoff oder Wasser sehr schnell eine korrosionsfeste Oxidschicht bildet.
Diese Oxidschicht hat jedoch zur Folge, daß die Titanoberfläche vor dem Plattieren mit einem metallischen Uberzug aktiviert werden muß, da andernfalls keine ausreichende Haftung des Überzugs erreicht wird. Bei dem Verfahren nach der DE-OS 22 05 527 erfolgt diese Aktivierung im wesentlichen dadurch, daß durch die Behandlung mit Fluorwasserstoffsäure anstelle der Oxidschicht eine Titanhydridschicht auf der Titanoberfläche gebildet wird.
Auf diese Hydridschicht wird dann galvanisch das Platinmetall aufgebracht. Anschließend wird auf eine Temperatur von ca. 4000C erwärmt, wodurch sich das Titanhydrid zersetzt und der Platinmetallüberzug in das Titan hineindiffundiert und damit verankert wird.
Aus der US-PS 2 825 682 ist es bekannt, Titanoberflächen für das nachfolgende Plattieren zunächst zu reinigen, mit einem fluorwasserstoffhaltigen Bad zu beizen und dann einer zweiten Beizbehandlung mit einer Lösung zu unterwerfen, die Fluorwasserstoff, ein Chromsäuresalz, wie Natriumbichromat, und ein Schwermetallsalz, wie Zinksulfat, enthält. Mit diesem Verfahren wird jedoch keine ausreichende Haftfestigkeit bei der Plattierung mit dem metallischen Uberzug erreicht.
Weiterhin ist es bekannt, die Titanoberfläche mit einer Lösung aus Chromsäure, Fluorsäure, Arsen- und Antimonverbindungen zu aktivieren (DE-PS 30 08 314). Bei diesem Verfahren wird durch eine lochfrasähnliche Oberflächenaufrauhung zwar eine hohe Haftfestigkeit des metallischen Uberzugs auf der Titanoberfläche erzielt, nachteilig ist jedoch vor allem die hohe Giftigkeit des Arsens und der hohe Antimonpreis.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine billig herstellbare produktionssichere unlösliche Anode zum galvanischen Abscheiden eines Metalls auf einem metallischen Werkstück zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch eine Elektrode gelöst, die aus Titan oder einer Titanlegierung besteht und mit Blei beschichtet ist. Das Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Elektrode ist in den Ansprüchen 2 bis 4 gekennzeichnet.
Mit der erfindungsgemäßen Elektrode läßt sich ein Werkstück sehr genau galvanisch beschichten, denn einerseits stellt Blei einen guten elektrischen Leiter dar und andererseits besitzt Titan eine hohe mechanische Festigkeit, so daß eine hohe Konstanz der Stromdichteverteilung erzielt wird.
Es besteht deshalb auch die Möglichkeit am Werkstück eine selektive Abscheidung vorzunehmen. Auch sind die Kosten der erfindungsgemäßen Elektrode aufgrund des niedrigen Bleipreises und des einfachen Herstellungsverfahrens gering. Hinzu kommt, daß die Stromzuführung zu der erfindungsgemäßen Titan-Elektrode und die Flektrodenhalterung aufgrund der Titanoberflächenpassivierung gleichfalls aus Titan gebildet sein können. Uberraschend ist, daß nach dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht nur eine hohe Haftfestigkeit der Bleibeschichtung erreicht wird, vielmehr die Verbindung der Bleibeschichtung mit der Titanoberfläche auch derart innig ist, daß ein sehr guter elektrischer Übergang zwischen dem Titan und der Bleibeschichtung gewährleistet wird.
Dies ist um so überraschender als nach dem aus der US-PS 2 825 682 bekannten Verfahren schon die Haftfestigkeit, also die mechanische Verankerung der Beschichtung am Titan zu wünschen übrig läßt. Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erzielte extrem gute mechanische Haftung in Verbindung mit einem sehr niedrigem Widerstand zwischen dem Titan und der Bleibeschichtung ist möglicherweise darauf zurückzuführen, daß erfindungsgemäß keine Fremdsalze in der zweiten Beizlösung enthalten sind, während sich nach der US-PS 2 825 682 beispielsweise aus dem Kation des Chromsäuresalzes und dem Anion des Zinksalzes Fremdsalze bilden, die mit der Titanoberfläche reagieren und den weiteren Angriff der Beizlösung beeinträchtigen, d. h.
eine hinreichende Aufrauhung der Titanoberfläche verhindern.
Das nachstehende Beispiel dient der weiteren Erläuterung der Erfindung.
Ein Titan staub mit einem Durchmesser von 45 mm und einer Länge von 122 mm wird etwa fünf Minuten in ein herkömmliches alkalisches Entfettungsbad getaucht, dann mit Wasser gespült und in ein erstes Beizbad übergeführt, das aus einer 2%igen wäßrigen Flußsäurelösung besteht. Nachdem der Titanstab fünf Minuten in dieser Flußsäurelösung gebeizt worden ist, wird er gespült und in ein zweites wäßriges Beizbad übergeführt, das 150 g/l Chromtrioxid (CrO3), 88 ml/l 40%ige Fluorwasserstoffsäure sowie 12 g/l Zinkoxid (ZnO) enthält. In dem zweiten Beizbad wird der Stab etwa zehn bis fünfzehn Minuten gebeizt. Anschließend wird mit Wasser gespült. Sodann wird eine Anschlagplatinierung durchgeführt, und zwar wird bei einer 2 Stromdichte von 1 A/dm der Stab in einem handelsüblichen schwefelsauren Platinbeschichtungsbad etwa zehn Minuten einer galvanischen Beschichtung unterworfen. Die Dicke der so gebildeten Platinschicht ist geringer als 1 ßm und beträgt vorzugsweise etwa 0,1 bis 0,3 am.
Danach wird eine Elektroplatierung mit Blei durchgeführt, und zwar etwa eine halbe Stunde in einem Bleisulfamatbad mit einer Bleisulfamatkonzentration von 150 g/l bei einer Stromdichte von 10 A/dm2. Die Dicke der gebildeten Bleibeschichtung beträgt etwa 150 ßm.
Die Behandlung im ersten Beizbad erfolgt vorzugsweise bei Raumtemperatur, die Behandlung im zweiten Beizbad vorzugsweise bei 40 bis 90!C. Das Platinbeschichtungsbad und das Bleisulfamatbad weisen vorzugsweise eine Temperatur von 30 bis 500C auf.

Claims

Titan-Elektrode mit metallischer Beschichtung, Verfahren zu ihrer Herstellung und deren Verwendung Patentansprüche 1. Elektrode aus Titan oder einer Titanlegierung mit einer metallischen Beschichtung, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Beschichtung aus Blei besteht.
2. Verfahren zur Herstellung der Elektrode nach Anspruch 1, bei dem die zu beschichtende Titan-Elektrode zuerst gereinigt und dann mit einer Fluorwasserstofflösung gebeizt wird, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Beizbehandlung mit der Fluorwasserstoff lösung die zu beschichtende Elektrode einer zweiten Beizbehandlung mit einer Lösung unterworfen wird, die 0,1 bis 10, vorzugsweise 1 bis 3 mol/l Chromtrioxid, 0,5 bis 5, vorzugsweise 1,8 bis 2,2 mol/l Fluorwasserstoff und 0,1 bis 3, vorzugsweise 0,3 bis 0,7 mol/l Zinkoxid enthält, worauf eine galvanische Beschichtung der Elektrode mit Blei durchgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß nach der zweiten Beizbehandlung und vor dem galvanischen Beschichten mit Blei die Elektrode einer galvanischen Anschlagsplatinierung unterworfen wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zum galvanischen Beschichten mit Blei ein Bleisulfamatbad verwendet wird.
5. Verwendung der Elektrode nach Anspruch 1 als unlösliche Anode zum galvanischen Abscheiden eines Metalls auf einem metallischen Werkstück.
6. Verwendung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das galvanisch abzuscheidende Metall Nickel ist.