DE753669C

DE753669C - Vorrichtung zur Herstellung massgenauer Chromueberzuege

Info

Publication number: DE753669C
Application number: DEST61276D
Authority: DE
Inventors: Max Stroetzel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1941-11-25
Filing date: 1941-11-25
Publication date: 1953-03-09
Also published as: FR901260A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung maßgenauer Chromüberzüge auf den Außenwandungen senkrecht im Bad angeordneter, vorzugsweise röhrenförmiger Gebilde unter Verwendung zylindrischer oder konisch ausgebildeter und gegebenenfalls gegenüber der Kathodenfläche verkürzter koaxialer Anoden und eines Elektrolyts üblicher Zusammensetzung und Temperatur.

Erfindungsgemäß strömt der Elektrolyt bei üblicher Stromdichte durch den von Kathode und Anode gebildeten Elektrolysierungsraum,

der oben und unten sowohl auf der Kathode als auch auf der Anode durch aufgesetzte Isolierringe oder -scheiben derart abgeschlossen ist, daß vorzugsweise in der Mitte eine ringförmige öffnung entsteht. Statt der Isolierringe und -scheiben kann man auch eine einzige, mit Schlitzen oder kleinen Öffnungen versehene Isolierscheibe in entsprechender Weise anordnen.

Die Herstellung maßgenauer Hartverchromungen mit Toleranzen, die in der Größenordnung von ο,οΐ mm und darunter liegen,

unmittelbar durch Elektrolyse war bisher nicht möglich. Man mußte die durch Hartverchromung gewonnene Oberfläche auf die erforderliche Toleranz zurückschleifen. Die Erfindung gibt nun die Lehre, durch Elektrolyse unmittelbar Chromüberzüge in vollkommener Maßgenauigkeit und jeder technisch erforderlichen Schichtstärke in vollkommen glatter, knospenfreier und demzufolge einbaufähiger Oberflächengüte gegenüber dem bisherigen Verfahren in einem Arbeitsgang herzustellen, ohne daß. eine mechanische Nachbearbeitung erforderlich wird. Die neue Arbeitsweise bringt Arbeitszeitverkürzung, Mittel- und Stromersparnis. Hierzu kommt noch, daß, wenn nach der bisherigen Arbeitsübung auf Übermaß gearbeitet und nachträglich geschliffen wird, beispielsweise durch Spindelschlag, sehr oft eine einseitige Schwächung des Chromüberzuges eintritt, der dann, wie die Erfahrung gezeigt hat, zu vorzeitiger Korrosion führt. Beim Arbeiten nach der neuen Erfindung ist die Schichtdicke des Niederschlages über den gesamten Umfang zwangsläufig gleichmäßig und damit ein sicherer Korrosionsschutz und Betriebssicherheit gewährleistet. Außerdem ist eine maßhart verchromte, mechanisch nicht bearbeitete Chromoberfläche" gegenüber einer nachgeschliffenen Chromoberfläche bei mechanischer Beanspruchung erheblich verschleißfester, da der Reibungswiderstand geringer ist. Zum Stand der Technik wird bemerkt, daß es bisher nicht gelungen war, stärkere elektrolytische Chromüberzüge, sog. Hartchromüberzüge, ohne Verluste an metallischem Chrom und elektrischer Energie auf zylindrischen Gegenständen in gleichmäßiger Schichtdicke über deren gesamte Fläche herzustellen. Bei der üblichen Verwendung vertikal angeordneter Elektroden zeigte sich bisher der Übelstand, daß der Gehalt der bei der Elektrolyse gebildeten, nach der Oberfläche des Bades zu aufsteigenden Gasblasen eine gleichmäßig abnehmende Stromdichte herbeiführt, wodurch der Chromüberzug mit einer von unten nach oben abnehmenden Konizität aufwächst. Außerdem treten in bekannter Weise an den Kanten der im Bad lotrecht angeordneten Elektroden Randstromlinienkonzentrationen auf, die an diesen Stellen zu einer unerwünschten Kantenverdickung des Chromniederschlages führen.

Zum Zweck der Verhinderung des nach oben hin in abnehmender Dicke erfolgenden Aufwachsens des Chromüberzuges wurde bereits vorgeschlagen, Anoden zu verwenden, die sich nach oben verjüngen. Mit solcherart gestalteten Anoden gelingt es zwar, gleichmäßig starke Chromschichten auf dem mittleren Teil zylindrischer Flächen herzustellen, die Kantenverdickungen lassen sich damit aber zumeist nicht mit Sicherheit vermeiden. Zur Beseitigung dieses Übelstandes wurde deshalb in der Verchromungstechnik bisher so gearbeitet, daß man auf dem oberen und unteren Ende zylindrischer Bauteile Verlängerungsstücke, sog. Blenden, anbrachte, wodurch die unerwünschte Kantenverdickung des Chromniederschlages nunmehr auf die Enden der Verlängerungsstücke gelegt wurde. Da die Blenden am Metallabscheidungsvorgang teilnehmen, entstehen hierbei erhebliche Verluste an Chrom und elektrischer Energie.

Überraschenderweise hat sich durch praktische Versuche gezeigt, daß man auf zylindrischen Gegenständen kleinster bis größter Abmessungen maßgenaue, einbaufertige Hartchromüberzüge bis zu den stärksten Schichtdicken unter Ausschluß aller bisherigen Fehlerqueilen mit vollkommener Sicherheit im Serienbetrieb herstellen kann, wenn man die nachstehenden Einzelmaßnahmen gleichzeitig anwendet.

1. Es müssen Mantelanoden in geeigneter Ausbildung koaxial um die zylindrische Kathode mit so fester Verbindung angeordnet werden, daß deren Verlagerung während des Einbringens in das Bad und während des Verchromungsvorganges unmöglich ist.

2. Der Abstand der Anode zur Kathode muß SO' eingestellt werden, daß er einerseits genügend klein ist, um eine hohe Abscheidungsgesch windigkeit herbeizuführen, und anderseits doch wieder so groß bemessen ist, daß durch Gasstauung und Verarmung des Katholyten an Chromsäure keine Verbrennung bzw. kein Rauhwerden des Niederschlages erfolgen kann oder gar Knospenbildung auftritt. Als günstiger Elektrodenabstand wurde ein solcher von 20 bis 60 mm gefunden.

3. Der durch Kathode und Anode gebildete Elektrolisierungsraum muß oben und unten durch sowohl auf die Kathode als auch auf die Anode aufgesetzte, sich gegenüberstehende Ringe oder Scheiben aus stromisolierendem Material in der Weise abgeschlossen werden, daß eine ringförmige Öffnung, vorzugsweise in der Mitte, entstellt, deren Größe so bemessen ist, daß eine genügend hohe Strömungsgeschwindigkeit des aufsteigenden Elektrolyts gewährleistet ist, die eine die Kantenverdickung verursachende Stromlinienkonzentration durch Ablenkung der lonenbahnen verhindert.

Die Strömungsgeschwindigkeit hängt naturgemäß von den jeweils herrschenden Abmessungen der zu verchromenden Gegenstände ab. Sie wechselt von Fall zu Fall und muß durch Vorversuch festgestellt werden. Ebenso ist die zweckmäßige Gestaltung der Mantelanoden abhängig von Länge und Durchmesser

der zylindrischen Kathode, von der Dicke der Chromschicht, die niedergeschlagen werden soll, und der jeweils zur Verfugung stehenden Toleranz. Beträgt z. B. die Dicke des erfbrderliehen Chromüberzuges auf einem Zylinder bis 6oo mm Länge nur etwa 0,08 mm, auf den Durchmesser berechnet, und die zulässige Toleranz 0,02 bis 0,03 mm, so ist dafür eine Mantelelektrode mit stetiger, nach oben hin abnehmender Konizität ausreichend. Sollen dagegen erheblich stärkere Chromüberzüge bis zu einigen Zehntelmillimetern Dicke bei vorgeschriebener kleiner Toleranz von 0,01 bis 0,02 mm hergestellt werden, so sind dafür

z. B. konische Mantelanoden zweckmäßig, deren oberes und unteres Ende aufgebördelt ist. Die Mantelanoden können aber in geeigneter Weise auch anders gestaltet sein. Erfindungsgemäß wird die Kantenverdickung mit Sicherheit bei Verwendung einer konischen Mantelanode vermieden, die auf beiden Seiten kürzer ist als die Kathode. Unter Einhaltung der sonstigen erfindungsgemäßen Bedingungen hat sich beispielsweise eine solcherart ausgebildete Mantelanode bewährt, die bei einer Länge der zu verchromenden- Kathodenfläche von 500 mm auf beiden Seiten um 20 mm verkürzt ist.

Ein wohldefinierter, genau festgelegter koaxialer Abstand der Anode zur Kathode ist nicht nur aus den angeführten technischen Gründen von erheblicher Bedeutung, sondern auch deshalb, weil er die einzige Möglichkeit gibt, Maßverchromung im Serienbetrieb ohne zwischenzeitliche Maßkontrolle mit vollkommener Sicherheit durchzuführen. Bei serienmäßig maßgenau hart zu verchromenden Zylindern ist es bekanntlich nicht möglich, deren Grundmaß untereinander vollkommen einheitlich einzuhalten. Die zwischen den einzelnen· Zylindern bestehenden Maßdifferenzen, die mehrere Hundertstelmillimeter betragen, müssen dann durch einen entsprechend stärker oder schwächer ausgebildeten Chromüberzug ausgeglichen werden. Der genau fixierte koaxiale Elektrodenabstand bildet deshalb die Grundlage für die technische Regel, daß z. B. in einem Elektrolyt, der im Liter 250 g Chromsäure und 4,5 g Schwefelsäure neben anderen die Oberflächengüte des Chromniederschlages günstig beeinflussenden Stoffen enthält, bei einer Badtemperatur von 50⁰ C, einer Stromdichte von 35 Amp./dm² und einem koaxialen Elektrodenabstand von 25 mm in halber Höhe der zu verchromenden Fläche gemessen ein Chromniederschlag von ο,οΐ mm auf den Durchmesser in 11 Minuten aufwächst. Durch den genau fixierten koaxialen Elektrodenabstand ist es mit dieser technisehen Regel möglich, verschieden starke Chromniederschläge auf mehreren zylindrischen Bauteilen in einem Bad und in einem Arbeitsgang ohne Unterbrechung durch zwischenzeitliche Maßkontrolle herzustellen.

Sollen z. B. drei Zylinder mit Durchmesserschichtdicken von 0,14 mm und 0,16 mm und 0,18 mm gleichzeitig in einem Bad hartverchromt werden, so beträgt die Expositionszeit für den ersten Zylinder 14X11 Minuten = 154 Minuten, für den zweiten 16X11 Minuten =176 Minuten und für den dritten Zylinder 18 X 11 Minuten = 198 Minuten.

Die sowohl' auf beide Seiten der Anode als auch der Kathode aufzubringenden Ringe oder Scheiben aus die Elektrizität nicht leitendem Material werden zweckmäßig aus Glas, Keramik, Quarz oder säurefestem Kunststoff hergestellt. An Stelle von je zwei Ringen oder Scheiben auf jeder Seite kann auch je eine Scheibe verwendet werden, die dann mit in der Mitte liegenden Öffnungen zu versehen sind, deren Größe eine genügend hohe Strömungsgeschwindigkeit des Elektrolyts an den Eintritts- und Austrittsstellen gewährleistet. Erfindungsgemäß sind die Ringe oder Scheiben auf der Anodenseite mit einer Aufnahmevorrichtung für die Anode zu versehen, durch die deren genaues Zentrieren möglich ist.

Bei der elektrolytischen Verchromung hat sich die technische Regel herausgebildet, daß die Oberfläche der Anode erheblich größer als die Oberfläche der Kathode sein muß. Diese Maßnahme verhindert, daß sich das Bad nicht in unerwünschter und schädlicher Weise mit Chromchromat anreichert, wodurch u. a. der Badwiderstand erhöht wird. Bei den für die Durchführung derMaßhartverchromung zylindrischer Bauteile erforderlichen sehr engen Elektrodenabständen ist es nicht möglich, diese Verhältnisse einzuhalten. Hierbei ist die Oberfläche der Anode fast von gleicher Größe wie diejenige der Kathode. Dies hat zur Fblge, daß das an der Kathode gebildete Chromchromat an der zu kleinen Anodenoberfläche nicht vollständig zu Chromsäure aufbxydiert werden kann. Zur Behebung dieses Übelstandes und in weiterer Ausbildung der Erfindung wird deshalb vorgeschlagen, auf der Innenseite der Mantelanode Züge, Rillen od. dgl. einzuarbeiten und deren Oberfläche dadurch künstlich zu vergrößern. Auf diesem Wege gelingt es, für ein ausschließlich zu Maßverchromungszwecken benutztes Bad das Gleichgewicht zwischen Chromsäure und Chromchromat wie bei normaler Arbeitsweise einzustellen.

In der Zeichnung ist eine geeignete Vorrichtung als Ausführungsbeispiel im Schnitt dargestellt. ·

Abb. ι zeigt eine Vorrichtung zur Außenverchromung eines zylindrischen Stabes. Ist A

die Anode und /C die an der Außenseite zu verchromende Kathode, so wird man die ebenfalls zylinderförmig ausgebildete Anode A in möglichst geringem Abstand von der Kathode A" anordnen. Erfindungsgemäß tragen nun sowohl die Anode als auch die Kathode oben und unten Schutzringe S₁ bzw. S₂ und S₁₁ bzw. S_b. Zwischen den oberen Schutzringen S_a und S₁ ist nur ein geringer Spalt ίο offen gelassen, ebenso wie am unteren Ende zwischen den entsprechenden Schutzringen S_f, und S₂.

Durch diese erfindungsgemäß vorgesehene Anordnung der beschriebenen Schutzringe wird die Randverdickung des abgeschiedenen Chroms auf der Kathode verhindert, anscheinend durch Ausschaltung der gebogenen Stromlinienbündel an den Randzonen.

In Abb. 2 ist eine andere Ausführungsform dargestellt, bei der darüber hinaus auch noch eine konische, nach oben sich verjüngende Anode verwendet wird, die außerdem um ein geringes kürzer ist als die Kathode. Die Bezeichnungen sind wieder die gleichen wie in Abb. i. Als günstig erwiesen hat sich beispielsweise eine Anodenlänge, die um etwa 20 mm kürzer ist als die Länge der zu verchromenden Kathode.

Bei der Innenverchromung von Rohren ist bereits früher vorgeschlagen worden, zur Verhütung von Kurzschluß zwischen der Innenanode und der Rohrwandung dünne Hartgummisterne, sog. Abstandsregler, zu verwenden. Dieser Vorschlag steht jedoch in keinerlei Beziehung zu dem Gegenstand der vorliegenden Erfindung, weil es sich dort weder um Maßverchromung noch um die Ausschaltung unerwünschter Kantenverdickung handelt, die zudem mit den angegebenen Mitteln auch nicht möglich wäre.

Claims

Patentansprüche:

i. Vorrichtung zur Herstellung maßgenauer Chromüberzüge auf den Außenwandungen senkrecht im Bad angeordneter, vorzugsweise röhrenförmiger Gebilde unter Verwendung zylindrischer oder konisch ausgebildeter und gegebenenfalls gegenüber der Kathodenfläche verkürzter koaxialer Anoden und eines Elektrolyts üblicher Zusammensetzung und Temperatur, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolyt bei üblicher Stromdichte durch den von Kathode und Anode gebildeten Elektrolysierungsraum strömt, der oben und unten sowohl auf der Kathode als auch auf der Anode durch aufgesetzte, sich gegenüberstehende Isolierringe oder -scheiben derart abgeschlossen ist, daß, vorzugsweise in der Mitte, eine schmale, ringförmige Öffnung entsteht.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur starren Verbindung der Anode mit der Kathode oben und unten je eine einzige, mit Schlitzen oder kleinen Öffnungen versehene Isolierscheibe angeordnet ist.
3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei gegenüber der Kathode verkürzter mantelförmiger Anode die Innenseite der Anode mit Zügen, Rillen od. dgl. vergrößert ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den Isolierscheiben eine Vorrichtung vorgesehen ist, die eine genaue horizontale Abstandszentrierung der Anode zur Kathode möglich macht.

Zur Abgrenzung des Erfindungsgegenstands vom Stand der Technik sind im Erteilungsverfahren folgende Druckschriften in Betracht gezogen worden:

Deutsche Patentschriften Xr. 494 193, 591642;

Pfanhauser, »Die elektrolytischen Metallniederschläge«, Berlin 1928, 7. Aufl., S. 167/168, 604 und 720.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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