DE4334122A1 - Verfahren zum galvanischen Aufbringen einer Oberflächenbeschichtung - Google Patents
Verfahren zum galvanischen Aufbringen einer OberflächenbeschichtungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum elektrochemischen
(galvanischen) Aufbringen einer Oberflächenbeschichtung gemäß
der deutschen Anmeldung mit dem Aktenzeichen
DE 42 11 881.6-24.
Solche Oberflächenstrukturen werden durch chemische
Ätzprozesse im Anschluß an die Beschichtung oder durch
mechanische Bearbeitungsverfahren wie etwa Schleifen oder
Sandstrahlen mehr oder weniger gut erreicht. Auf die so
geschaffene Oberflächenstruktur wird dann eine
Hartchromschicht aufgebracht. Diese verschiedenen, zur
Erstellung notwendigen Arbeitsschritte sind aufwendig und
erfordern eine komplizierte Verfahrenstechnik. Die Kosten
werden im Wesentlichen durch die mechanischen oder chemischen
Bearbeitungsschritte zur Strukturerzeugung bestimmt.
Im Bereich der Strukturierung von Metallschichten werden auch
aufwendige und nur sehr schwer beherrschbare
Dispersionsabscheideverfahren eingesetzt, bei denen eine
spezifische Oberflächenstruktur durch organische oder
anorganische Fremdsubstanzen erzielt wird, die zum Beispiel
in einer Chromschicht eingebaut werden und/oder das Wachstum
der Chromschicht während des Abscheidevorganges blockieren,
so daß rauche Oberflächen entstehen. Die Fremdsubstanzen
liegen als Dispergat im Elektrolyt vor.
Die DE 33 07 748 betrifft ein Verfahren zur elektrochemischen
Beschichtung, bei dem zur Keimbildung ein pulsförmiger Strom
verwendet wird. Wenn eine geeignete Stromdichte verwendet
wird, bilden die entstehenden Keime eine dendritische
Struktur. Damit lassen sich in einem Arbeitsgang rauhe,
dendritisch strukturierte Oberflächen erzeugen. Unter der
Stromdichte wird die mittlere Stromdichte an der
Kathodenoberfläche verstanden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes
Verfahren zum elektrochemischen Aufbringen von
Strukturmetallschichten, das auf mechanische oder chemische
Nachbehandlungen verzichtet und mit dem vielfältige
Strukturmetallschichten erzeugbar sind, sowie eine
Vorrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens zu schaffen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gemäß den Merkmalen der
Kennzeichen der Patentansprüche gelöst.
Die Strukturschicht wird direkt galvanisch auf das zu
beschichtende Objekt aufgetragen. Dieses muß dazu eine
elektrisch leitfähige Oberfläche aufweisen, die in der Regel
geschliffen ist um eine glatte Basis für die Strukturschicht
zu bieten. Vor dem Beschichtungsprozeß wird das Objekt nach
üblichen galvanotechnischen Regeln gereinigt und entfettet.
Es ist als Kathode in ein galvanisches Bad eingetaucht, in
dem sich auch eine Anode befindet. Der Abstand zwischen Anode
und Kathode wird meist im Bereich zwischen 1 und 40 cm
gewählt. Als Elektrolyt werden bevorzugt Chromelektrolyte,
insbesondere schwefelsaure Chromelektrolyte, Mischsaure
Chromelektrolyte oder Leglerungselektrolyte verwendet.
Zwischen Anode und Kathode kann eine Prozeßspannung angelegt
werden und der fließende Strom bewirkt einen Materialauftrag
an dem als Kathode benutzten, zu beschichtenden Objekt. Die
Erfindung schlägt vor, zur Bildung von Keimen positive
Stromsprünge anzulegen. Der Prozeß der Strukturerzeugung
besteht aus einer Keimbildungsphase und einer
Keimwachstumsphase. Zunächst werden in der Keimbildungsphase
Prozeßspannung und Prozeßstrom in mehreren Stufen mit jeweils
einer vorbestimmbaren Änderung der Stromdichte von 1 bis 6
mA/cm² pro Stufe von einem Anfangswert auf eine
Strukturstromdichte erhöht. Der Anfangswert beträgt 0 mA/cm²,
der kann jedoch auch höher sein, wenn die Keimbildungsphase
direkt auf eine vorhergehende galvanische Prozeßphase folgt
und der Strom dazwischen nicht auf Null abgesenkt wird. Die
Zeit zwischen zwei Stromdichte-Erhöhungen beträgt etwa 0,1
bis 30 Sekunden. Am häufigsten werden Stufenabstände von etwa
7 Sekunden verwendet. Mit jedem Stromsprung werden neue Keime
gebildet. Im Gegensatz zum Pulsstrom-Beschichten geht hier
der Prozeßstrom nicht nach jedem positiven Sprung wieder auf
Null zurück sondern er wird mit jedem Stromsprung weiter
erhöht. Damit können insbesondere runder und gleichmäßiger
geformte Keime, bzw. Körper auf dem Objekt abgeschieden
werden, als dies mit den bekannten Pulsstrom-Verfahren
möglich ist. Die Stromstufen werden in einer solchen Anzahl
an das Bad gelegt, bis eine Strukturschicht bestehend aus
einem Niederschlag aus einzelnen oder aneinandergelagerten,
etwa kugelförmigen oder dendritischen Körpern auf der
Oberfläche des Objekts erreicht ist.
Vorzugsweise wird mit der Keimbildungsphase eine
Strukturschichtdicke von 4 µm bis 10 µm angestrebt. Dazu sind
in der Regel zwischen 10 und 240 Stromstufen notwendig,
besonders gute Ergebnisse werden mit 50 bis 60 Stufen
erreicht.
Die nach Abschluß der letzten Stromstufe erreichte
Stromdichte ist die Strukturstromdichte. Mit dem Erreichen
dieser Strukturstromdichte ist die Keimbildungsphase, die
eigentliche Bildung der Struktur, weitgehend abgeschlossen.
Der Aufbau der entstehenden Struktur ist von vielen
Parametern, vor allem von der gewählten Strukturstromdichte,
von der Anzahl, der Höhe und dem zeitlichen Abstand der
Stromstufen, von der Badtemperatur und von dem verwendeten
Elektrolyten abhängig. Die Änderung der Stromdichte pro Stufe
wie auch die Zeit zwischen zwei Stromdichte-Erhöhungen kann
während der Keimbildungsphase verändert werden. Je nach
Charakter der Stromdunktion können unterschiedliche
Oberflächenstrukturen erzeugt werden, die in der Hauptsache
durch unterschiedliche Rauhtiefen gekennzeichnet sind. Die
idealen Verfahrensparameter können einfach empirisch
festgestellt werden. In der Regel läßt sich sagen, daß bei
höherer Badtemperatur und höherem Säuregehalt des
Elektrolyten auch eine größere Strukturstromdichte verwendet
wird.
Diese Strukturstromdichte beträgt in der Regel das Zwei- bis
Dreifache der bei normalem Gleichstrombeschichten verwendeten
Stromdichte. Beim Gleichstrombeschichten wird mit
Stromdichten im Bereich von 15 bis 60 mA/cm² gearbeitet. Der
Wert der Stromdichte ist dabei vom Elektrolyt und der
Badtemperatur abhängig. Beim Strukturbeschichten sind
Stromdichten im Bereich von 30 bis 180 mA/cm² möglich.
Danach folgt die Keimwachstumsphase. Dabei wird während einer
vorbestimmbaren Rampenarbeitszeit ein Prozeßstrom mit einer
Stromdichte im Bereich von 80% bis 120% der
Strukturstromdichte angelegt. Während der Rampenarbeitszeit
fließt ein etwa gleichmäßiger Strom, dies führt zum Wachstum
der auf dem Objekt erzeugten Struktur. Je nach Dauer der
Rampenarbeitszeit kann diese Strukturschicht mehr oder
weniger stark ausgeprägt werden. Das Wachstum vollzieht sich
dabei an den höchsten Punkten der Strukturschicht schneller
als an den Tiefpunkten zwischen den in der Keimbildungsphase
auftragenden Körpern. Dadurch ergibt sich zunächst eine
weitere Zunahme der Rauheit während der Keimwachstumsphase.
Die Rampenarbeitszeit liegt meist in einem Bereich von 1 bis
600 Sekunden, vorzugsweise bei etwa 30 Sekunden.
Nach Ablauf der Rampenarbeitszeit wird der Prozeßstrom auf
einen Endwert, häufig auf Null, abgesenkt. Dieses Absenken
des Prozeßstroms auf den Endwert kann sprungartig geschehen,
es ist jedoch auch ein rampenförmiges Absenken möglich. Auch
hier wurden mit stufenweiser Änderung des Prozeßstroms gute
Resultate erzielt. Die Stromstufen liegen dabei vorzugsweise
in einem Bereich von -1 bis -8 mA/cm² pro Stufe und die Zeit
zwischen zwei Stromstufen wird vorzugsweise im Bereich von
0,1 bis 1 Sekunde gewählt.
Vorstehend wurden drei Verfahrensschritte beschrieben: Das
stufenweise Erhöhen des Prozeßstroms während der
Keimbildungsphase bis zum Erreichen der Strukturstromdichte,
das Halten des Prozeßstroms im Bereich der
Strukturstromdichte während der Rampenarbeitszeit
(Keimwachstumsphase) und das anschließende Absenken des
Prozeßstroms auf einen Endwert. Diese Verfahrensschritte
stellen einen Strukturerzeugungs-Zyklus dar. Sie können
zyklisch wiederholt werden. Dies ist insbesondere dann von
Vorteil, wenn eine stärkere Strukturierung der Oberfläche
gewünscht ist. Dabei entspricht jeweils der Endwert des
vorhergehenden Zyklus dem Anfangswert des folgenden Zyklus.
Die Anzahl der Wiederholungen ist von der gewünschten
Oberflächenstruktur und Schichtdicke abhängig. Gute Resultate
wurden mit Wiederholungen zwischen zweimal und zwanzigmal
erreicht. Die Endwerte der einzelnen Zyklen können
unterschiedlich hoch sein.
Mit Vorteil wird das zu beschichtende Objekt bereits einige
Zeit, vorzugsweise eine Minute vor Prozeßbeginn in das Bad
eingetaucht. Diese Wartezeit dient vor allem der
Temperaturangleichung, das heißt, der Grundwerkstoff nimmt
etwa die Temperatur des Elektrolyten an.
Gute Resultate werden erreicht, wenn vor dem Auftragen der
Strukturschicht unter beim Normalverchromen üblichen
Bedingungen eine Gleichstrom-Grundschicht aufgetragen wird.
Dies wird dadurch erreicht, daß zu Beginn der Beschichtung
ein Grundimpuls (Spannungs- bzw. Stromimpuls) angelegt wird.
Dabei wird eine Stromdichte von 15 bis 60 mA/cm² verwendet,
was den beim Normalverchromen üblichen Stromwerten
entspricht. Dieser Grundimpuls hat eine Dauer von etwa
600 Sekunden. Um Konzentrationsänderungen durch die
vorgeschaltete Gleichstrombehandlung in der
Phasengrenzschicht vor der Strukturerzeugung zu eliminieren
ist es vorteilhaft, wenn nach dem Grundimpuls und vor Beginn
der Strukturerzeugung eine stromfreie Zwischenzeit von etwa
60 Sekunden eingefügt wird.
Dieses Verfahren wird in vielen Bereichen der Technik für
Bauteile mit speziellen Oberflächeneigenschaften benötigt. Es
ist bekannt, Oberflächenbeschichtungen auf Bauteilen mittels
galvanischer Prozesse aufzubringen. Häufig werden bestimmte
Anforderungen an die Oberflächenstruktur des beschichteten
Werkstücks gestellt. Zum Beispiel sollen Zylinderlaufflächen
definierte Schmierstoffdepots zur Aufnahme von Schmiermitteln
aufweisen und medizinische oder optische Geräte sollen
Oberflächen mit niedrigem Reflexionsgrad aufweisen.
Definierte Reflexionsgrade sind auch für funktionelle und
dekorative Anwendungen in der Möbel- und
Sanitär-Armaturen-Industrie gefordert. In der graphischen
Industrie werden für Druckmaschinen Feuchtreibzylinder mit
einer speziellen, "rauhen" Oberfläche benötigt. In der
Umformtechnik können strukturverchromte Werkzeuge verwendet
werden um dem Werkstück eine strukturierte Oberfläche zu
geben. Zum Beispiel kann die Oberfläche von Blech durch
Walzen mit strukturverchromten Rollen strukturiert werden.
Die Vorrichtung zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens
besteht aus einem galvanischen Bad, das eine eine
Metallkonzentration enthaltende elektrolytische Badlösung
enthält. Als Elektrolyt werden Chromelektrolyte bevorzugt,
insbesondere Schwefelsaure Chromelektrolyte, Mischsaure
Chromelektrolyte oder Legierungselektrolyte. Ein bevorzugter
Elektrolyt weist eine Konzentration von 180 bis 300 Gramm
Chromsäure CrO₃ pro Liter auf. Dazu können Fremdzusätze wie
z. B. Schwefelsäure H₂SO₄, Fluorwasserstoffsäure H₂F₂,
Kieselfluorwasserstoffsäure H₂SiF₆ und deren Mischungen
zugefügt werden. Ein bevorzugter Elektrolyt enthält 1 bis 3.5
Gramm Schwefelsäure H₂SO₄ pro Liter. Das galvanische Bad wird
in der Regel beheizt, die Temperatur des Elektrolyts beträgt
vorzugsweise 30 bis 55 Grad Celsius.
In die elektrolytische Badlösung sind eine Anode und eine
Kathode eingetaucht, wobei das zu beschichtende Objekt die
Kathode bildet oder zumindest Eil der Kathode ist. Bei
Verwendung eines Chromelektrolyten werden bevorzugt
platiniertes Platin oder PbSn7 als Anodenmaterial verwendet.
Anode und Kathode sind mit einer Einrichtung zum Einspeisen
eines Prozeßstroms verbunden. Der Prozeßstrom ist in mehreren
Stufen mit jeweils einer vorbestimmbaren Änderung der
Stromdichte von 1 bis 6 mA/cm² pro Stufe von dem Anfangswert
auf die Strukturstromdichte erhöhbar. Die zeitlichen Abstände
zwischen zwei Stromerhöhungen sind zwischen 0,1 und 30
Sekunden einstellbar. Nach Erreichen der Strukturstromdichte
ist für eine vorbestimmbare Rampen-Arbeitszeit ein
Prozeßstrom mit einer Stromdichte im Bereich von 80% bis 120%
der Strukturstromdichte anlegbar. Um eine gleichmäßige
Beschichtung zu erreichen, kann die Vorrichtung mit einem
Rotationsantrieb zum kontinuierlichen Drehen des Objekts
ausgestattet sein. Der Abstand zwischen der Anode und dem zu
beschichtenden Objekt wird im Bereich von 1 bis 40 cm,
vorzugsweise bei 25 cm gewählt.
Die Erfindung ist in den folgenden Ausführungsbeispielen
anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 Schematische Darstellung einer Vorrichtung zum
galvanischen Aufbringen von Strukturschichten,
Fig. 2 Grafische Darstellung eines zeitlichen
Stromdichteverlaufs beim Erzeugen einer
Strukturschicht,
Fig. 3 Fotografische Abbildung im Maßstab 200 : 1 der
Oberflächenstruktur eines Objekts, beschichtet nach
dem zu Fig. 2 beschriebenen Verfahrensverlauf,
Fig. 4 Fotografische Abbildung im Maßstab 500 : 1 der in
Fig. 3 gezeigten Oberflächenstruktur und
Fig. 5 Grafische Darstellung eines zeitlichen
Stromdichteverlaufs beim Erzeugen einer
Strukturschicht,
Fig. 6 Grafische Darstellung eines zeitlichen
Stromdichteverlaufs beim Erzeugen einer
Strukturschicht und
Fig. 7 Grafische Darstellung eines zeitlichen
Stromdichteverlaufs beim Erzeugen einer
Strukturschicht.
Fig. 1 zeigt die schematische Darstellung einer Vorrichtung
zum galvanischen Aufbringen von Strukturschichten. Ein mit
elektrolytischer Flüssigkeit 1 gefüllter Behälter bildet das
galvanische Bad. In das galvanische Bad ist ein zu
beschichtendes Objekt 2 und eine Anode 3 eingetaucht. Das zu
beschichtende Objekt bildet die Kathode 2. Anode und Kathode
sind mit einer gesteuerten elektrischen Energiequelle 4
verbunden. Bei der Energiequelle kann es sich um eine Strom-
oder um eine Spannungsquelle handeln. Da, was die
elektrischen Einflüsse betrifft, der Strom, bzw. die
Stromdichte an der Kathode für die Beschichtung maßgebend
ist, läßt sich der Prozeß mit einer Stromquelle genauer
kontrollieren. Der Einsatz einer Spannungsquelle hat
demgegenüber den Vorteil eines geringeren elektrischen
Schaltungsaufwands. Solange sich andere Parameter, wie z. B.
die Badtemperatur und die Konzentration des Elektrolyts nicht
maßgeblich ändern, läßt sich der Prozeß auch mit einer
Spannungsquelle gut kontrollieren.
Die elektrische Energiequelle 4 wird von einer
programmierbaren Steuereinheit 5 angesteuert. Mit der
Steuereinheit lassen sich beliebige zeitliche Spannungs-,
bzw. Stromverläufe vorgeben, die dann automatisch über
Energiequelle 4 an die Elektroden gelegt werden.
Fig. 2 zeigt die grafische Darstellung des zeitlichen
Verlaufs der Prozeßstromdichte beim Erzeugen einer
Strukturschicht. Die horizontale Achse von Fig. 2 ist die
Zeitachse, auf der vertikalen Achse y ist die Stromdichte
dargestellt. Dabei handelt es sich um ein Ausführungsbeispiel
für einen möglichen Verfahrensablauf, das im Folgenden
genauer beschrieben ist. Die Fig. 3 und 4 zeigen
fotografische Darstellungen der mit diesem Verfahren
erzeugten Strukturschicht.
Als galvanisches Bad wird ein schwefelsaurer Chromelektrolyt
mit 200 Gramm Chromsäure CrO₂ und 2 Gramm Schwefelsäure H₂SO₄
verwendet. Bei dem zu beschichtenden Werkstück handelt es
sich um ein rotationssymmetrisches Bauteil, einen
Feuchtreibzylinder für die Druckindustrie. Um eine für die
Strukturverchromung geeignete Ausgangsfläche zu schaffen,
wird der aus St52 bestehende Zylinder zunächst
feingeschliffen, mit einer Rauhtiefe von Rz < 3 µm.
Anschließend wird nach in der Galvanotechnik üblichen Bedin
gungen eine 30 um dicke Nickelschicht und darauf eine 10 µm
dicke, rißarme Chromschicht aufgetragen. Das so vorbereitete
Werkstück wird zur Strukturverchromung im galvanischen Bad
rotiert, um eine möglichst gleichmäßige Beschichtung zu
erreichen. Das Werkstück bildet die Kathode, als Anode wird
platiniertes Titan oder PbSn7 verwendet. Der
Elektrodenabstand Anode/Kathode wird auf 25 cm eingestellt.
Während einer ersten Prozeßphase 7 bleibt der Prozeßstrom
abgeschaltet. Diese Phase dient dem Akklimatisieren des
Werkstücks an das galvanische Bad. Dabei nimmt das Werkstück
die Temperatur des Elektrolyten an. Nach etwa einer Minute
wird ein Gleichstrom zwischen Anode und Kathode
eingeschaltet. Dieser bleibt während der Phase 8 die etwa 600
Sekunden lang dauert, eingeschaltet. Dabei wird eine
Chrom-Gleichstromgrundschicht auf das Werkstück aufgetragen.
Die verwendete Stromdichte ist auch beim Normalverchromen
üblich, hier 20 mA/cm². Nach dem Auftrag der
Gleichstrom-Grundschicht folgt eine zweite Phase 9 ohne
Strom.
Danach beginnt das eigentliche Erzeugen der Struktur. Während
der Phasen 10 und 11 wird die Stromdichte in Stufen auf die
Strukturstromdichte 14 erhöht. Die Kenndaten der Stufen (Höhe
der Stromstufen und Zeitabstand zwischen zwei Stromschritten)
werden dabei während dem Anstieg variiert. In der ersten
Phase 10 wird der Strom in 16 Stufen auf 40 mA/cm² erhöht.
Das entspricht einer Änderung der Stromdichte von 2,5 mA/cm²
pro Stufe. Die Zeit 28 zwischen zwei Stromstufen beträgt 5
Sekunden. Danach wird die Stromdichte während der Phase 11 in
62 weiteren Schritten auf die Strukturstromdichte von
100 mA/cm² erhöht, die Zeit zwischen zwei Stromstufen beträgt
6 Sekunden (der im Graph von Fig. 2 dargestellte
Stromdichteverlauf ist nicht maßstabgetreu, dasselbe gilt für
die in den Fig. 5 und 6 gezeigten Graphen).
Nachdem die Strukturstromdichte erreicht ist, wird diese
Stromdichte während der Rampenarbeitszeit 12 gehalten. Der
dabei fließende Gleichstrom führt zum Wachstum der in den
Phasen 10 und 11 erzeugten Strukturschicht. Die Dauer der
Rampenarbeitszeit beträgt 60 Sekunden. Danach wird die
Stromdichte wiederum stufenweise, in 22 Schritten, auf den
Endwert von 0 mA/cm² abgesenkt. Die Zeit zwischen zwei
Stromschritten beträgt dabei 4 Sekunden.
Aus anwendungstechnischen Gründen wird im Falle des
Feuchtreibzylinders anschließend auf die nach dem
erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte
Chrom-Strukturschicht noch eine 4 bis 8 um dicke mikrorissige
Chromschicht aufgetragen. Dies geschieht unter den in der
Galvanotechnik üblichen Gleichstrombedingungen und wird hier
nicht näher erläutert.
Die Fig. 3 und 4 zeigen mikroskopische Aufnahmen der
Chrom-Strukturschicht, die nach dem zu Fig. 2 beschriebenen
Verfahren erzeugt wurde. Die Strukturschicht besteht
vorwiegend aus etwa kugelförmigen, einzelnen und teilweise
auch aneinanderliegenden Körpern. Die gezeigte
Strukturschicht weist eine Oberflächenrauheit von Rz=8 µm bei
einem Traganteil von 25% auf. Der "Traganteil" ist auch als
"Materialanteil" gemäß DIN 4762 definiert.
Fig. 5 zeigt den zeitlichen Stromdichteverlauf eines weiteren
Verfahrensablaufs zur Strukturbeschichtung. Die Prozeßphasen
7, 8 und 9 wurden bereits in den Ausführungen zu Fig. 2
erörtert. In der darauf folgenden Phase 15 wird die
Stromdichte in 110 gleichen Schritten auf die
Strukturstromdichte von 100 mA/cm² erhöht. Die Zeit zwischen
zwei Stromschritten beträgt 10 Sekunden. Nach der
Rampenarbeitszeit 16 von 60 Sekunden wird die Stromdichte,
diesmal in 22 gleichen Schritten, bis auf den Endwert von
0 mA/cm² abgesenkt. Die Zeit zwischen zwei Stromschritten
beträgt 4 Sekunden. Im Anschluß daran wird nach einem kurzen
stromfreien Moment, der Prozeßzyklus bestehend aus den
Phasen 15, 16 und 17 wiederholt.
Fig. 6 zeigt den zeitlichen Stromdichteverlauf eines weiteren
Verfahrensverlaufs. Nach der Wartephase 7 zum Akklimatisieren
des Werkstücks an das galvanische Bad folgt ein
Gleichstromimpuls 18, der in seiner Art dem Gleichstromimpuls 8
in Fig. 2 entspricht. Im Anschluß daran folgt direkt eine
Keimbildungsphase 19, in der die Stromdichte stufenweise auf
die Strukturstromdichte 24 erhöht wird. Die Stromdichte wird
dann während der Rampenarbeitszeit 20 auf der
Strukturstromdichte gehalten und anschließend, während der
Phase 21 rampenförmig auf einen Endwert 26 abgesenkt. Nach
einer kurzen Wartezeit 22 folgt erneut eine
Keimbildungsphase 23 mit stufenweiser Erhöhung der
Stromdichte bis auf die neue Strukturstromdichte 25. Dabei
ist die Anfangsstromdichte der Keimbitdungsphase 23 gleich
dem Endwert 26, auf den die Stromdichte am Ende des
vorhergehenden Strukturerzeugungszyklus abgesenkt wurde. Die
Stromdichte wird dann während der Rampenarbeitszeit 27 auf
der Strukturstromdichte 25 gehalten und im Anschluß daran
sprungartig auf den neuen Endwert von 0 mA/cm² abgesenkt.
Fig. 7 zeigt den zeitlichen Stromdichteverlauf einer weiteren
Variante des Verfahrensablaufs. Die Verfahrensabschnitte 7
bis 9 wurden bereits zu Fig. 2 besprochen. Der Prozeßstrom
wird dann während Phase 29 stufenweise auf die
Strukturstromdichte 30 erhöht. Danach wird während der
Rampenarbeitszeit 32 ein Prozeßstrom mit einem
Stromdichtewert von 80% der Strukturstromdichte 30 angelegt.
Dazwischen liegt eine stromfreie Ruhezeit 31. Nach Ablauf der
Rampenarbeitszeit 32 wird der Prozeßstrom während Phase 33
auf einen Endwert abgesenkt. Dieser Endwert dient als
Anfangswert für einen zweiten Strukturerzeugungszyklus,
beginnend mit dem stufenweisen Stromanstieg in Phase 35. Nach
Erreichen der neuen Strukturstromdichte 36 wird während der
Rampenarbeitszeit 38 ein Prozeßstrom mit einem
Stromdichtewert von 120% der Strukturstromdichte 36 angelegt.
Dazwischen liegt wiederum eine stromfreie Ruhezeit 37.
Claims (12)
1. Verfahren zum elektrochemischen (galvanischen) Aufbringen
einer Oberflächenbeschichtung gemäß der deutschen
Anmeldung mit dem Aktenzeichen P 42 11 881.6-24,
dadurch gekennzeichnet,
daß während der Keimbildungsphase die elektrische
Spannung und/oder der elektrische Strom in mehreren
Stufen erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Stufen mit jeweils einer vorbestimmbaren Änderung
der Stromdichte von 1 bis 6 mA/cm² pro Stufe von einem
Anfangswert auf eine Strukturstromdichte (14, 24, 25)
erhöht werden, wobei die Zeit (28) zwischen zwei
Stromdichte-Erhöhungen etwa 0,1 bis 30 Sek. beträgt und
die Stufen in einer solchen Anzahl an das Bad gelegt
werden, bis eine Strukturschicht bestehend aus einem
Niederschlag aus einzelnen oder aneinander gelagerten,
etwa kugelförmigen oder dendritischen Körpern auf der
Oberfläche des Objekts erreicht ist und danach in einer
Keimwachstums-Phase während einer vorbestimmbaren
Rampenarbeitszeit (12, 16) ein Prozeß-Strom mit einer
Stromdichte im Bereich von 80% bis 120% der
Strukturstromdichte angelegt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Dauer der einzelnen Stufen etwa 7 Sek. beträgt.
4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Stromdichte in 10 bis 240 Stufen erhöht wird.
5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Strukturstromdichte (14, 24, 25) im Bereich von
30 mA/cm² bis 180 mA/cm² liegt.
6. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Rampenarbeitszeit (12, 16) 1 bis 600 Sek.,
vorzugsweise etwa. 30 Sek. beträgt.
7. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Prozeßstrom nach Ablauf der Rampen-Arbeitszeit
auf einen Endwert (26) abgesenkt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Prozeßstrom nach Ablauf der Rampen-Arbeitszeit
stufenweise mit jeweils einer vorbestimmten Änderung von
-1 bis -8 mA/cm² pro Stufe auf den Endwert abgesenkt
wird.
9. Verfahren zum Auftragen einer Oberflächenbeschichtung auf
die elektrisch leitfähige Oberfläche eines Objekts,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 7 oder 8
zyklisch zwei bis zwanzig mal wiederholt wird, wobei
jeweils der Endwert des vorhergehenden Zyklus dem
Anfangswert des folgenden Zyklus entspricht.
10. Verfahren nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Endwerte (26) unterschiedlich hoch sind.
11. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß vor der Strukturerzeugung ein Gleichstrom-Impuls (8,
18) mit einer Stromdichte von 15 bis 60 mA/cm² zum Aufbau
einer Gleichstrom-Grundschicht angelegt wird.
12. Verwendung des Verfahren nach mindestens einem der
Ansprüche 1 bis 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß es angewendet wird
- - zur Strukturerzeugung von Zylinderoberflächen für Schmierstoffdepots zur Aufnahme von Schmiermitteln,
- - zur Einstellung von definierten Reflexionsgraden von Oberflächen in optischen, medizinischen Geräten und für funktionale und dekorative Anwendungen in der Möbel- und Sanitärindustrie,
- - zur Erzeugung von Oberflächen mit definierter Rauhigkeit in Produkten der graphischen Industrie,
- - zur Erzeugung von strukturierten Oberflächen bei Werkzeugen.
Priority Applications (19)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4334122A DE4334122C2 (de) | 1992-04-09 | 1993-10-07 | Verfahren zum elektrochemischen Aufbringen einer Oberflächenbeschichtung und Anwendung des Verfahrens |
SI9420006A SI9420006B (sl) | 1993-10-07 | 1994-10-01 | Postopek za galvansko nanašanje površinske prevleke |
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