DE4037392A1

DE4037392A1 - Elektrolyt zur erzeugung weisser oxidkeramischer oberflaechenschichten

Info

Publication number: DE4037392A1
Application number: DE19904037392
Authority: DE
Inventors: Juergen Schmidt; Thomas Furche; Eva-Maria Cramer; Kerstin Haupt; Ullrich Bayer; Frank Coriand
Original assignee: Jenoptik Jena GmbH
Current assignee: Aalberts Surface Technologies GmbH Kerpen
Priority date: 1990-11-22
Filing date: 1990-11-22
Publication date: 1992-05-27
Anticipated expiration: 2010-11-23
Also published as: DE4037393A1; DE4037392C2

Description

Die Erfindung betrifft einen Elektrolyten und ein Verfahren zur Erzeugung weißer oxidkeramischer halogenidresistenter Oberflächenschichten auf Leichtmetallen oder deren Legie rungen mittels plasmachemischer anodischer Oxidation.

Es ist bekannt, haftfeste, dichte und dicke Dispersions schichten auf Metallen, speziell auf Eisen und Eisenwerk stoffen, mittels anodischer Oxidation unter Funkenentladung oder konventioneller thermischer Behandlung durch Abschei dung aus dispersen Systemen zu erzeugen (DD-PS 1 51 330). Der Nachteil dieser Lösung besteht darin,

- daß ein ständiges Rühren der Suspension erfolgen muß, um das Absetzen der dispersen Bestandteile zu vermeiden,
- daß nach dem Abscheiden der Schichten bei 900° nachge glüht werden muß und damit das Verfahren für Leichtmetalle ungeeignet ist,
- daß keine Angaben zur Haftfestigkeit in der Patentschrift aufgezeigt sind.

Die Patentschriften DD 1 42 359; DD 1 42 360; DD 1 51 331; DD 2 05 197; DD 2 09 661 und DD 2 18 637 stellen Lösungen für Verfahren zur Herstellung von Oxidschichten auf Aluminium werkstoffen, bzw. Verbunde auf Aluminiumwerkstoffen mittels ANOF-Verfahren dar. Nachteilig an diesen Lösungen, wie auch an der oben aufgeführten ist,

- daß entweder keine Aussagen über die verwendeten Elektro lyten getroffen werden - DD 1 51 331,
- oder daß alle verwendeten Elektrolyte fluoridhaltig sind und damit Probleme bei der Entsorgung aufwerfen,
- daß keine konkreten Aussagen über die Haftfestigkeit der erzeugten Schicht getroffen werden - PS-DD 1 42 360, DD 2 18 637,
- daß durch das Auftreten einer "körnigen" Oberfläche nur eine verminderte Haftfestigkeit zu erwarten ist - PS-DD 1 42 360,
- daß keine Angaben zur Korrosionsbeständigkeit der herge stellten Schicht zu entnehmen sind - PS-DD 2 09 661; DD 2 18 637 und
- daß aufwendige Nachbehandlungen erhöhte Anforderungen an die Produktionstechnologie stellen - PS-DD 2 05 197.

Allen aufgezeigten Lösungen ist zu eigen, daß derart be schichtete Werkstoffe beispielsweise als Baugruppen in aggressiven, halogenidhaltigen Medien ungeeignet sind.

Seit kurzen sind zyanid- und fluoridfreie und damit verbunden gesundheits- und umweltfreundliche Elektrolyte zur Erzeugung feinmattierter, jedoch tiefschwarzer Konversions schichten auf Leichtmetallen oder deren Legierungen bekannt, die mittels ANOF-Verfahren realisiert werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Elektrolyten zu entwickeln, der die Herstellung optisch weißer halogenidresistenter Oberflächenschichten auf Leichtmetallen oder deren Legierungen mittels plasmachemischer ano discher Oxidation ermöglicht. Diese Aufgabe wird erfin dungsgemäß dadurch gelöst, daß der Elektrolyt aus einer wäßrigen Lösung von Kaliumdihydrogenphosphat, Natriumcar bonat, Ethylendiamin und einer Ammoniak-Lösung besteht. Dazu werden 0,4-0,7 mol/l Kaliumdihydrogenphosphat; 0,5- 0,6 mol/l Natriumcarbonat; 0,3-0,5 mol/l Ethylendiamin und 0,3-0,5 mol/l 25prozentige Ammoniak-Lösung vermischt. Ein wesentliches Ergebnis der Anwendung des erfindungsge mäßen Elektrolyten besteht darin, daß mit ihm weiße, halogenidresistente oxidkeramische Oberflächenschichten hergestellt werden können, indem das Leichtmetall oder dessen Legierungen mittels plasmachemischer anodischer Oxidation in einem wäßrigen Elektrolyten bei einer Strom dichte von 0,01-0,1 A · cm^-2 eines Impulsstromes der Frequenz von 200-1000 Hz und einer Spannung von 250-320 V beschichtet wird. Diese Oberflächenschichten sind besonders als Funktionsflächen auf Baugruppen aus Leichtmetall oder dessen Legierungen im optischen Präzisionsgerätebau oder in der Anlagentechnik zur Herstellung optischer Gläser, bzw. von Preformen für Lichtwellenleiter mittels CVD-Verfahren geeignet.

Die Vorteile der Lösung ergeben sich im wesentlichen dadurch, daß ein Elektrolyt entwickelt wurde,

- der die Herstellung optisch weißer, halogenidresistenter Oberflächenschichten auf Leichtmetallen oder deren Legie rungen mittels plasmachemischer anodischer Oxidation ermög licht,
- welcher fluoridfrei ist und damit keine Probleme der Entsorgung in sich birgt,
- bei dessen Anwendung in der plasmachemischen anodischen Oxidation Oberflächenschichten auf Leichtmetallen oder deren Legierungen erzielt werden, die derart ausgerüstete Werkstoffe als Material für Baugruppen in aggressiven halogenidhaltigen Medien wirksam werden lassen. Dabei kann beispielsweise ein wartungsaufwendiges und mit geringer Lebensdauer behaftetes Material - wie PTFE aufgrund seiner Kaltfließneigung - als Material für Baugruppen in CVD- Anlagen zur Herstellung von Preformen für Lichtwellenleiter ersetzt werden.

Die Erfindung soll anhand der folgenden, bevorzugten nicht einschränkenden Beispiele erläutert werden.

Beispiel 1

Ein entfettetes und alkalisch gebeiztes Blech aus AlMg1SiMn wird in einem Elektrolysebad, bestehend aus einer wäßrigen Lösung aus 0,6 mol/l=80 g/l KH₂PO₄; 0,5 mol/l=140 g/l Na₂CO₃ · 10 H₂O; 0,4 mol/l=25 ml/l Ethylendiamin und 0,4 mol/l= 25 ml/l 25prozentige NH₃-Lösung als Anode geschaltet und mit Hilfe der plasmachemischen Oxidation bei einer Stromdichte von 0,05 A · cm^-2, einer Frequenz von 500 Hz und einer Spannung von 300 V beschichtet. Man erhält eine weiße, halogenidresistente, oxidkeramische Oberflächen schicht von ca. 17 µm Schichtdicke. Die Remission beträgt bei 540 nm 72 Prozent. Die mittlere Rauhigkeit R_Z beträgt 2,5 µm; die Ausgangsrauhigkeit des unbeschichteten Blechs beträgt R_Z=0,6 µm.

Mit dem erfindungsgemäßen Elektrolyten ist eine Beschich tungsvariante gegeben, die es ermöglicht, durch ihren hohen Umgriff kompliziert geformte Bauteile zu beschichten und diese Leichtmetallbauteile z. B. als diffuse Reflektoren vorzugsweise dort im optischen Präzisionsgerätebau einzu setzen, wo eine Lackierung der Oberfläche durch die Gefahr der Kontamination nicht anwendbar ist.

Beispiel 2

Ein entfettetes und alkalisch gebeiztes Blech aus AlMg3 wird im gleichen Elektroylsebad, wie unter Beispiel 1 angegeben, plasmachemisch anodisch oxidiert. Bei gleicher Stromdichte und Frequenz beträgt die Endspannung 260 V. Die erhaltene weiße, halogenidresistente, oxikeramische Ober flächenschicht besitzt eine Schichtdicke von ca. 10 µm. Die Remission beträgt 1,8 µm, die Ausgangsrauhigkeit des unbeschichteten Blechs beträgt R_Z=0,6 µm.

Die Schichtdicke und die Rauhigkeit der Schicht kann in jedem Fall über die Endspannung eingestellt werden. Für den Beschichtungsprozeß wird gepulster Gleichstrom verwendet. Die mit dem erfindungsgemäßen Elektrolyten erzeugten Ober flächenschichten zeichnen sich durch eine gute Resistenz gegenüber trockenen Halogenidverbindungen aus, wie sie beim CVD-Prozeß, z. B. zur Herstellung von Preformen für Licht wellenleiter verwendet werden. Nach einer dreimonatigen Lagerung in einer Sauerstoffatmosphäre (OH-Gehalt 0,5 ppm), die im Mittel 6,4 Volumenprozent SiCl₄; 1,1 Volumenprozent GeCl₄ und 0,08 Volumenprozent POCl₃ enthielt, waren keine Korrosionserscheinungen und Oberflächendefekte erkennbar. Auch nach 24stündigem Tauchen im reinsten, flüssigen SiCl₄ konnte ebenfalls kein Flächenabtrag nachgewiesen werden.

Claims

1. Elektrolyt zur Erzeugung weißer oxidkeramischer Ober flächenschichten auf Leichtmetallen oder deren Legierungen mittels plasmachemischer anodischer Oxidation, dadurch gekennzeichnet,

- daß der Elektrolyt aus einer wäßrigen Lösung von Kalium dihydrogenphosphat, Natriumcarbonat, Ethylendiamin und einer Ammoniak-Lösung besteht.

2. Verfahren zur Herstellung eines Elektrolyten gemäß An spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß 0,4-0,7 mol/l Kaliumdihydrogenphosphat; 0,5-0,6 mol/l Natriumcarbonat; 0,3-0,5 mol/l Ethylendiamin und 0,3-0,5 mol/l 25prozentiger Ammoniak-Lösung vermischt werden.

3. Verwendung des Elektrolyten gemäß Anspruch 1, der zur Erzeugung von weißen, halogenidresistenten oxidkeramischen Oberflächenschichten auf Leichtmetallen oder deren Legierungen als Baugruppen im optischen Präzisions gerätebau oder in der Anlagentechnik zur Herstellung optischer Gläser, bzw. von Preformen für Lichtwellenleiter mittels CVD-Verfahren geeignet ist.

4. Verfahren zur Erzeugung weißer oxidkeramischer Ober flächenschichten, dadurch gekennzeichnet, daß das Leichtmetall oder dessen Legierungen mittels plasmachemischer anodischer Oxidation

- in einem wäßrigen Elektrolyten, bestehend aus 0,4-0,7 mol/l Kaliumdihydrogenphosphat; 0,5-0,6 mol/l Natriumcarbonat; 0,3-0,5 mol/l Ethylendiamin und 0,3-0,5 ml/l 25prozentiger Ammoniak-Lösung
- bei einer Stromdichte von 0,01-0,1 A · cm^-2 eines Impulsstromes der Frequenz von 200-1000 Hz
- und einer Spannung von 250-320 V beschichtet wird.