DEP0029717DA - Verfahren zur Erzeugung rissiger galvanischer Chromüberzüge - Google Patents

Description

Vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung rissiger, galvanischer Chromüberzüge auf Gegenständen, welche mit anderen Teilen in Reibungsberührung stehen und infolgedessen der Abnutzung unterworfen sind.

Bei unter hoher Belastung und mit grosser Geschwindigkeit laufenden Maschinen und Teilen wie rotierenden Dichtungsvorrichtungen, Kompressoren, Verbrennungsmotoren usw. ist es oft erwünscht, bei verchromten, der Abnutzung infolge Reibung unterworfenen Teilen jede Tendenz der aufeinanderreibenden Teile zum Anfressen oder zur Riefenbildung zu verhüten. Man hat deshalb schon vorgeschlagen, die Oberfläche der galvanischen Chromüberzüge mit Verzahnungen oder Einkerbungen zu versehen.

Die Erfindung bezweckt nun eine Verbesserung in der Erzeugung rissiger Chromüberzüge.

In galvanischen Ueberzügen können durch geeignete Behandlung Risses erzeugt werden. Eine solche nachstehend als Nachbehandlung bezeichnete Behandlung ist bisher durch Elektrolysieren des Chromüberzuges in einer geeigneten Lösung als Anode durchgeführt worden.

Ueberraschenderweise ist nun gefunden worden, dass die Risse in einem galvanischen Chromüberzug durch eine kathodische Behandlung desselben, durch eine kombinierte kathodische und chemische Behandlung oder eine chemische Behandlung allein erzeugt werden können.

Galvanische Bäder für Chromüberzüge und Nachbehandlung derselben können in bekannter Weise bereitet werden. In der Regel werden hierbei Chromüberzüge von einer Dicke von 1/40 bis 3/8 mm und darüber verwendet.

Nach dem erfindungsgemässen Verfahren kann die Nachbehandlung zur Erzeugung von Rissen in einem galvanischen Chromüberzug durch eine kathodische Behandlung desselben, durch eine kombinierte kathodische und chemische Behandlung oder durch eine chemische Behandlung allein erzielt werden.

Die Erzeugung der Risse kann nach diesem Verfahren galvanisch durch Eintauchen des Chromüberzuges als Kathode in eine geeignete Lösung erfolgen. Als solche sind z.B. Salzsäurelösungen, Schwefelsäurelösungen, Schwefel- und Chromsäurelösungen, Phosphorsäurelösung, Citronensäurelösung, Oxalsäurelösung, Ferrisulfatlösung verwendet worden. Viele andere Elektrolytlösungen von Säuren und Salzen mit niedrigem pH können ebenfalls benutzt werden. Der mit dem galvanischen Chromüberzug versehene Gegenstand wird in der Elektrolytlösung während der gewünschten Zeitdauer kathodisch behandelt. Bei Verwendung sehr hoher Stromdichten kann die Bildung von Rissen verhindert werden; Stromdichten von 1/26 bis 0,47 Amp. pro cm(exp)2 sind im allgemeinen ausreichen.

Bei der kombinierten galvanischen und chemischen Behandlung lässt man während einiger Minuten einen Strom von entsprechender Dichte auf den als Kathode in einen geeigneten Elektrolyten eingetauchten Chromüberzug einwirken, worauf die Behandlung in dem gleichen oder einem anderen Bad durch chemische Wirkung ohne Strom fortgesetzt wird. Gewünschtenfalls kann diese Behandlung mehrfach wiederholt werden. Nachdem das Chrom durch die Kathodenwirkung während des Stromdurchgangs aktiviert worden ist, geht nach Abstellen des Stromes die Entwicklung von Wasserstoff weiter. Als Elektrolyt kann einer der oben angegebenen verwendet werden.

Bei der chemischen Erzeugung der Risse kann der galvanische Chromüberzug in eine Lösung gebracht werden, welche Chrom angreift, z.B. Salzsäure oder Schwefelsäure. In vielen Fällen muss der galvanische Stromüberzug erst aktiviert werden, ehe der chemische Angriff beginnt; diese Aktivierung kann durch kathodische Elektrolyse des Chroms bewirkt werden. Bei der Aktivierung wird der Chromüberzug durch die oben genannten, für die galvanische Nachbehandlung dienenden Lösungen angegriffen.

Die durch die Nachbehandlung erzeugte Rissbildung ist je nach der Art des galvanischen Chromüberzuges verschieden. Es können Rissbildungen mit kleiner oder grosser Feldteilung erzeugt werden, je nach der Art der zu erzielenden Ueberzugstype.

Das Fortschreiten der Rissbildung während der Nachbehandlung kann beobachtet werden, indem man den Gegenstand von Zeit zu Zeit aus dem Bad herausnimmt und besichtigt.

Die beschriebene kathodische Nachbehandlung besitzt gewissen Vorteile und ergibt aussergewöhnliche Resultate. Gewöhnlich wird eine Korrosion oder ein Angreifen des Metalls in einem Elektrolyten dadurch verhütet, dass man das Metall zur Kathode macht. Es ist nun gefunden worden, dass man durch Einbringen einer Chromplatte passender Beschaffenheit als Kathode in einen geeigneten Elektrolyten ein leichtes Auflösen derselben bewirkt werden und der Auflösungseinfluss auf das Chrom in weitem Masse begrenzt werden kann, so dass aussergewöhnlich tiefe Sprünge oder Risse erzeugt werden.

Es ist dies von grosser praktischer Bedeutung, da die dicke des Chroms, welches vor der Nachbehandlung aufgebracht werden muss (und die für diese Galvanisierung benötigte Zeit) für die Erzielung der gewünschten Rissbildung auf der Chromfläche viel kleiner ist, als sie es sonst wären. Ueberdies werden in relativ kurzer Zeit Risse von genügender Tiefe erzielt und für eine gegebene Dicke des Chromüberzuges können Risse von weit grösserer Tiefe erzeugt werden als z.B. bei anodischer Nachbehandlung. Es ergibt sich hieraus, dass sich in Fällen, wo dies gewünscht wird, bei Chromüberzügen von einer gegebenen Dicke durch die kathodische Nachbehandlung eine weit bessere mechanische Bearbeitung erzielt werden kann als durch anodische Nachbehandlung, ohne die Risse auszulöschen oder die Tiefe derselben allzusehr zu reduzieren. Da die Aktivierung des aktivierten Chroms nach Ausschalten des Kathodenstroms weitergeht, was sich aus der Fortsetzung der Wasserstoffentwicklung ergibt, ist es in vielen Fällen erwünscht, diese Aktivierung abzustoppen, und zwar insbesondere dann, wenn eine beträchtliche Zeit erforderlich ist, um den nachbehandelten Gegenstand aus dem Bad herauszunehmen. Es ist nun gefunden worden, dass die genannte, nach dem Unterbrechen des Stromes eintretende Aktivierung abgestoppt werden kann, indem man den Chromüberzug während kurzer Zeit anodisch behandelt. Hierdurch hört die Wasserstoffentwicklung gewöhnlich nach weniger als einer Minute vollständig auf.

Rissbildung mit tiefen und engen Rissen und verhältnismässig grossen Feldflächen zwischen denselben, wie sie durch das vorliegende Verfahren erzeugt werden, ergeben den Vorteil, dass sich bei einer nachfolgenden mechanischen Fertigbearbeitung ein geringeres Zerbröckeln des Chroms ergibt. Bei dieser mechanischen Fertigbearbeitung muss weniger Chrom entfernt werden, um die gewünschte Glätte der Flächenfelder zu erzielen und hieraus folgt, dass zur Erzielung der gleichen Chromüberzugsdicke auf einem fertigen Gegenstand weniger Chrom aufgebracht werden muss, als wenn die Rissbildung derart ist, dass bei der mechanischen Fertigbearbeitung eine beträchtliche Chrommenge entfernt werden muss, um eine Oberfläche von gewünschter Glätte zu erhalten.

Es hat sich gezeigt, dass für die Zylinderbohrungen von Hochleistungs-Verbrennungsmotoren ein Chromüberzug mit Feldern von 0,4 mm bis 0,8 mm Grösse in Bezug auf sein Verhalten im Betrieb besonders vorteilhaft ist. Rissbildungen dieser Art mit tiefen Sprüngen werden durch die kathodische Nachbehandlung in besserer Weise erzielt als durch anodische Nachbehandlung.

Nachstehend seinen einige praktische Beispiele für die Ausführung des erfindungsgemässen Verfahrens angegeben:

Beispiel I.

Galvanischer Chromüberzug:

Bad: Chromsäure (Cro(sub)3) 250 g/l

Sulfat 2,2 g/l

keine anderen katalytischen Säureradikale

Verhältnis 1 15 g/l

Temperatur: 62,8°C

Stromdichte: 0,62 amp./cm(exp)2

Durchschnittsdicke: 0,216 mm

Nachbehandlung:

Bad: Phosphorsäure 290 g/l

Kaliumbichromat 10 g/l

Dreiwertiges Chrom (zugesetzt als Chrom-Kali-Alaun) 2 g/l

Temperatur: 71,7°C.

Kathodische Behandlung: während 30 Min. 0,046 Amp/cm(exp)2

Resultat.

Durchschnittsdicke nach der Nachbehandlung 0,19 mm

Chromoberfläche mit tiefen Sprüngen.

Tiefe der Sprünge nach der mechanischen Fertigbearbeitung der Chromplatte 0,178 mm

Beispiel II.

Galvanischer Chromüberzug:

Aufbringung in gleicher Weise wie beim Beispiel I.

Nachbehandlung:

Bad: Citronensäure 200 g/l

Dreiwertiges Chrom (zugesetzt als Chromkali-Alaun) 2 g/l

Temperatur: 71,1°C.

Kathodische Behandlung: während 30 Min. 0,046 Amp/cm(exp)2

Resultat:

Nach mechanischer Fertigbearbeitung Chromoberfläche mit tiefen Sprüngen.

Tiefer der Sprünge bis zum Unterlagsmetall.

Beispiel III.

Galvanischer Chromüberzug:

Aufbringung in gleicher Weise wie beim Beispiel I.

Nachbehandlung:

Bad: Oxalsäure 200 g/l

Dreiwertiges Chrom (zugesetzt als Chromkalialaun) 2 g/l

Temperatur: 71,1°C.

Kathodische Nachbehandlung: während 45 Min. 0,046 - 0,078 Amp/cm(exp)2

Resultat:

Nach der mechanischen Fertigbearbeitung Chromoberfläche mit tiefen Sprüngen.

Beispiel IV.

Galvanischer Chromüberzug:

Bad: Chromsäure (CrO(sub)3 250 g/l

Sulfat (SO(sub)4 2,5 g/l

(ohne andere katalytische Säureradikale)

Verhältnis 100 g/l

Temperatur: 50°C

Stromdichte 0,62 Amp/cm(sub)2

Durchschnittsdicke des Belages 0,183 mm

Nachbehandlung:

Bad: Schweflige Säure 138 g/l

Chromsäure 5 g/l

Dreiwertiges Chrom (zugesetzt als Chromkali-Alaun) 2 g/l

Temperatur: 71,1°C

Kathodische Behandlung: während 1 Min. 0,07 Amp/cm(exp)2

Chemische Behandlung 2 Min. ohne Strom

(Zwei Behandlungszyclen)

Resultat:

Durchschnittsdicke nach der Nachbehandlung 0,168 mm

Nach der mechanischen Fertigbearbeitung Chromfläche mit Rissbildung.

Tiefe der Sprünge 0,0635 mm

Beispiel V.

Galvanischer Chromüberzug.

Bad: Chromsäure (CrO(sub)3) 250 g/l

Sulfat (SO(sub)4) 2,2 g/l

Verhältnis 115/l

(ohne andere katalytische Säureradikale)

Temperatur: 62,8°C

Stromdichte 0,7 Amp/cm(exp)2

Durchschnittsdicke des Überzuges 0,135 mm

Nachbehandlung:

Bad: Salzsäure 1 Teil HCl (spez. Gew. 1,13), 1 Teil Wasser

Temperatur: 50°C

Chemische Behandlung: während 10 Min. ohne Strom

)+ Zusatz 1% Rodin und 1% Triton B zwecks Verringerung der Korrosion von Gusseisenteilen.

Resultat:

Durchschnittsdicke nach der Nachbehandlung 0,14 mm

Nach der mechanischen Fertigbearbeitung Chromoberfläche mit tiefen Sprüngen.

Die Nachbehandlung wird am Anfang anscheinend durch die Zugabe einer kleinen Menge eines in der Nachbehandlungslösung gelösten dreiwertigen Chromsalzes wie Chromsulfat, Chromkali-Alaun etc. unterstützt. Indessen hat man in der Lösung kurz nach Beginn der Nachbehandlung dreiwertige Chromverbindungen gefunden. Ebenso hat man festgestellt, dass die Gegenwart von Chromsäure (oder anderen Oxydationsmitteln wie Permanganat) in der anorganischen Nachbehandlungslösung ebenfalls die Nachbehandlung unterstützt. Die grösste Wirkung der anorganischen Nachbehandlungslösungen hat sich mit der gleichzeitigen Zugabe von Chromsäure und dreiwertigem Chrom ergeben.

Es ist ausserdem festgestellt worden, dass eine vorherige kathodische Behandlung des mit Rissbildung zu versehenden galvanischen Chromüberzuges vorteilhaft ist, wenn die Nachbehandlung anodisch erfolgt, da sich eine einheitlichere Rissbildung ergibt, wenn zuerst eine kathodische Behandlung durchgeführt wird.

Claims (7)

1.) Verfahren zur Erzeugung rissiger, galvanischer Chromüberzüge, dadurch gekennzeichnet, dass man eine Lösung, welche das Chrom angreift, solange auf einen galvanischen Chromüberzug chemisch einwirken lässt, bis sich darin ein Rissnetz gebildet hat.

2.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Behandlung des Chromüberzuges mit der das Chrom angreifenden Lösung der Ueberzug durch kathodische elektrolytische Behandlung aktiviert wird.

3.) Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die kathodische Behandlung mit einer anorganischen Säurelösung erfolgt.

4.) Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die kathodische Behandlung mit einer organischen Säurelösung erfolgt.

5.) Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die kathodische Behandlung in einer Salzlösung erfolgt.

6.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Behandlungslösung mindestens ein dreiwertiges Chromsalz zugesetzt wird.

7.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Behandlungslösung Chromsäure und dreiwertiges Chromsalz zugesetzt werden.