EP2462260B1 - Verfahren zur herstellung strukturierter chromschichten - Google Patents

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EP2462260B1
EP2462260B1 EP10740123.4A EP10740123A EP2462260B1 EP 2462260 B1 EP2462260 B1 EP 2462260B1 EP 10740123 A EP10740123 A EP 10740123A EP 2462260 B1 EP2462260 B1 EP 2462260B1
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EP
European Patent Office
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temperature
chromium
structured
formation
realized
Prior art date
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EP10740123.4A
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EP2462260B8 (de
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Hermann Kronberger
Günter Wolf
Martin Schubert
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Technische Universitaet Wien
Original Assignee
Technische Universitaet Wien
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Publication date
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Publication of EP2462260B1 publication Critical patent/EP2462260B1/de
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    • C25D5/00—Electroplating characterised by the process; Pretreatment or after-treatment of workpieces
    • C25D5/02—Electroplating of selected surface areas

Definitions

  • the invention relates to a method for producing structured chromium layers, in particular for media contact surfaces, wherein the structural chrome layer is produced by electrodeposition of chromium from an electrolyte onto a substrate.
  • contaminated contact surfaces are provided with easy-to-clean or color-repellent coatings or elevators.
  • easy-to-clean or color-repellent coatings or elevators In addition to or in addition to the selection of chromium coatings with their known oleophobic properties can be further reduced by a suitable surface structure, the tendency to fouling and the cleaning effect can be improved.
  • microstructured embossing dies are interesting or certain tribological properties of machine elements are required.
  • chromium or hard chrome layers or structural chrome layers As structured chromium or hard chrome layers or structural chrome layers, a whole group of unspecified chromium-based surface coatings are referred to in technical usage, which are essentially characterized by an altered surface morphology associated with a typical surface roughness, which is increased compared to gloss chrome.
  • the individual structural elements forming the roughness are in most cases unspecified in terms of their shape and size, but are in many cases in the range of a few micrometers to 100 microns.
  • the DE 43 34 122 A1 describes the production of structural chromium by means of current ramps and pauses during deposition.
  • the DE 44 32 512 A1 claims structural chromium formation using Se and Te salts to nucleate in combination with constant current.
  • the DE 199 13 273 A1 claims a linear adjustment of the cathodic current density to the measured electrolyte temperature without targeted temperature control.
  • the above processes describe the use of essential additives for the production of structural chromium.
  • the invention has for its object to provide a method for producing structured chromium layers with respect to the known chromium coatings improved surface properties.
  • the object is achieved by a method having the features of the first claim or a surface of a printing machine element.
  • the proposed galvanic deposition method for producing structured chromium layers for printing material contacting surfaces are spherical cap and undercut-free structural elements whose height above a ground plane is preferably equal to or smaller than their radius, created by the formation of the structural chromium layer at constant current densities and in one of the current density dependent temperature range occurs and that the structure formation initiated by at least one temperature change becomes.
  • the pattern formation is performed in a threshold temperature range in which two of the metallic morphologies of metallic chromium coexist.
  • the proposed method of patterning the chromium layers electrodeposited on a substrate is based on the recognition of the existence of two layer morphologies, here designated A and B ( Fig.1,2 ), which are formed at different deposition temperatures and which differ significantly in terms of their hardness and growth rate.
  • a and B Two layer morphologies
  • the growth rate of the softer morphology A (“Low temperature”) is up to twice the growth rate of conventional cure chromium (morphology B).
  • the existence regions for the two morphologies A, B are exemplary of a conventional hard chrome bath with known simple bath chemistry (self-regulating SRHS bath, 50-300 g / l CrO 3 ) in the current density temperature range between 30-45 ° C and 15-130 A / dm 2 in Fig. 3 played.
  • the power was supplied with 13 kA and integrated measurement data acquisition of current, voltage and electrolyte temperature.
  • the electrolyte for conventional and hard chrome plating consists in a known manner of distilled water, chromium trioxide and additives.
  • a necessary in technically relevant electroplating baths additive (“catalyst”) is often SO 4 2- , usually in the form of sulfuric acid or a suitable salt of sulfuric acid, such as strontium sulfate. This sulfate is only indirectly involved as a catalyst in the chromium deposition and is therefore practically not consumed.
  • the sulphate content (“catalyst”) was kept constant by an excess of strontium sulphate.
  • the coating devices were equipped with bath heating / cooling, Badum stiilzung, stirring, temperature-controlled cathode and power supply device.
  • the concentration data (g / l) refer to CrO 3 .
  • the chromium structures formed are closely related to the deposition temperature.
  • the structuring takes place in a very narrow temperature window with respect to the surface temperature of the substrate at the phase boundary between the cathode and the electrolyte.
  • the formation of the chromium structure according to the invention is also possible with other bath compositions, current densities or temperature ranges (see Example 7), however, the limit of the existence regions of the two morphologies A, B is then another and expediently to be determined by preliminary experiments (eg by a combination of Hull). Cell experiments in the desired temperature / current density range with hardness measurements).
  • the structure-forming process depends essentially on the fact that both morphologies A, B are formed in parallel within a very narrow temperature interval on both sides of the morphology boundary.
  • this coexistence interval results in the formation of locally different growth fronts, which ultimately bring about the structuring of the surface according to the invention.
  • the chromium structure according to the invention thus arises by embedding the faster growing morphology A in the slower growing morphology B.
  • the respective desired chromium structure is brought about by deliberate adherence or one or more times exceeding or falling short of the temperature interval at the morphology boundary A-B (limit temperature).
  • the structure formation takes place in a narrow temperature range of 2-4 ° C (2-4 K) around a limit temperature which marks the coexistence range of the two morphologies A, B of the metallic chromium.
  • the distribution and shape of the structural elements formed is controlled by the dwell time in the range of the limit temperature or time sequence of passing through the limit temperature range.
  • the adjustment or changes in the surface temperature of the substrate on which deposits the structural chromium layer either by direct tempering (thermostating) of the substrate (workpiece) or indirectly by tempering of the electrolyte, preferably by mixing electrolytes of different temperature, wherein the heat input through the electrical power dissipation is to be considered especially at high current densities.
  • a rough structure with rounded elevations (crests) is formed on a substrate, which have Kugelsegment- or Kugelabsacrificings- or Kugelkalottenform, which rise with a height h above a ground plane of the structural chromium layer, which is preferably smaller than its radius R or at most equal to the radius R is.
  • the rounded structural elements have smooth crests or crests composed of smaller spherical caps.
  • the structural elements are preferably arranged spaced apart from each other without gap formation or adjoin one another and have no substructures, pores or columns tapered to the surface of the layer.
  • the open layer structure therefore has excellent cleaning properties.
  • the deposition of the structural chromium layers according to the invention from electroplating baths can be carried out with or without the addition of organic additives.
  • the structural chromium layer is applied directly or with at least one of the known functional intermediate layers (US Pat. Figure 4 ) is applied to the substrate.
  • the chromium structure may advantageously also be conformally coated with a smooth chromium layer, ie a low constant layer thickness without a leveling effect. Smooth chrome has a special hardness and thus wear resistance.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung strukturierter Chromschichten insbesondere für Medienkontaktflächen, wobei die Strukturchromschicht durch galvanische Abscheidung von Chrom aus einem Elektrolyt auf ein Substrat hergestellt wird.
  • Zur Vermeidung von Ablagerungen werden verschmutzungsgefährdete Kontaktflächen mit leicht zu reinigenden oder farbabweisenden Beschichtungen oder Aufzügen versehen. Neben oder zusätzlich zu der Auswahl von Chrombeschichtungen mit ihren bekannten oleophoben Eigenschaften kann durch eine geeignete Oberflächenstruktur die Verschmutzungsneigung weiter verringert und der Reinigungseffekt verbessert werden.
  • Für andere industrielle Anwendungen sind mikrostrukturierte Prägematrizen interessant oder es werden bestimmte tribologische Eigenschaften von Maschinenelementen benötigt.
  • Als strukturierte Chrom- bzw. Hartchromschichten oder Strukturchromschichten werden im technischen Sprachgebrauch eine ganze Gruppe nicht näher definierter Oberflächenbeschichtungen auf Chrombasis bezeichnet, welche im Wesentlichen durch eine veränderte Oberflächenmorphologie verbunden mit einer typischen, gegenüber Glanzchrom erhöhten Oberflächenrauhigkeit gekennzeichnet sind. Die einzelnen, die Rauhigkeit bildenden Strukturelemente sind in den meisten Fällen bezüglich ihrer Form und Größe nicht näher definiert, liegen aber in vielen Fällen im Bereich von wenigen Mikrometern bis 100 µm.
  • In der Patentliteratur werden Verfahren beschrieben, bei denen die Herstellung von strukturierten Chromschichten durch gezielte Veränderungen der Stromdichte, d.h. die Anwendung unterschiedlicher Abscheidungsstromdichten in Form von Stromrampen, Stromplateaus unterschiedlicher Höhe bzw. durch Strompausen herbeigeführt wird. Solche Verfahren, welche im weitesten Wortsinn Pulstechniken darstellen, weisen erhebliche Nachteile für produktionstechnische Anlagen auf. Neben den hohen Kosten für pulsfähige Stromversorgungsanlagen stellt die Dämpfung hochfrequenter Pulse durch induktive Widerstände sowie die überproportionale Wärmeentwicklung während der (Hochstrom-) Pulsphasen (Anstieg der Verlustleistung mit dem Quadrat der Stromstärke) ein Erschwernis für die industrielle Umsetzung solcher Verfahren dar.
  • In der WO 2005/108648 A2 ist die Erzeugung von Strukturchrom unter Verwendung eines organischen Additivs beschrieben. In einem Ausführungsbeispiel wird ohne Zugabe von organischer Sulfonsäure nur eine glatte Hartchromschicht erzeugt.
  • Aus der DE 198 28 545 C1 ist es bekannt, die Strukturbildung durch Variation der Strom - Spannungskurve unter Verwendung organischer Sulfonsäuren als Additiv zu initiieren sowie einen 3- Schichtaufbau aus einer Kombination von rissfreiem Chrom, Strukturchrom und glattem Hartchrom bei jeweils geänderter Temperatur und Stromdichte zu realisieren.
  • Die DE 43 34 122 A1 beschreibt die Herstellung von Strukturchrom mittels Stromrampen und Pausen während der Abscheidung.
  • Die DE 44 32 512 A1 beansprucht die Strukturchrombildung unter Verwendung von Salzen der Elemente Se und Te zur Keimbildung in Kombination mit konstanter Stromstärke.
  • Die DE 199 13 273 A1 beansprucht eine lineare Anpassung der kathodischen Stromdichte an die gemessene Elektrolyt- Temperatur ohne gezielte Temperaturführung. In den oben genannten Verfahren wird die Verwendung essentieller Additive zur Herstellung von Strukturchrom beschrieben.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung strukturierter Chromschichten mit gegenüber den bekannten Chrombeschichtungen verbesserten Oberflächeneigenschaften zu schaffen.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des ersten Anspruchs oder eine Oberfläche eines Druckmaschinenelementes gelöst.
  • Mit dem vorgeschlagenen galvanischen Abscheidungsverfahren zur Herstellung strukturierter Chromschichten für Bedruckstoff kontaktierende Flächen werden kugelkalottenförmige und hinterschneidungsfreie Strukturelemente, deren Höhe über einer Grundebene vorzugsweise gleich oder kleiner als ihr Radius ist, dadurch geschaffen, dass die Bildung der Strukturchromschicht bei konstanten Stromdichten und in einem von der Stromdichte abhängigen Temperaturbereich erfolgt und dass die Strukturbildung durch zumindest eine Temperaturänderung initiiert wird. Die Strukturbildung wird durchgeführt in einem Grenztemperaturbereich, in welchem zwei der metallischen Morphologien von metallischem Chrom koexistieren.
  • Die vorgeschlagene Verfahrenslösung hat folgende Vorteile:
    • Aufgrund der Ausbildung gerundeter Kuppen als Strukturelemente werden empfindliche aufliegende Flächen nicht beschädigt.
    • Die Oberflächentopografie weist nur offene Vertiefungen (Strukturtäler) auf, die für eine Reinigung leicht zugänglich sind.
    • Die Strukturelemente weisen keine Substruktur auf, so dass keine Mikroverankerung von Ablagerungen möglich ist.
    • Die Chromschicht weist eine hohe Härte und damit geringen Verschleiß auf.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ist wegen der großen Bandbreite möglicher Formen und Verteilungen der Strukturelemente bei gleichzeitig großer Schichthärte zur Erzeugung von Funktionsschichten für vielfältige Anwendungsbereiche geeignet. Beispiele für derartige Anwendungsbereiche sind die Erzeugung von:
    • Oberflächenschichten mit Rückhaltevermögen für Schmierstoffe, z.B. für Motoren- bzw. Hydraulikzylinder
    • mikrostrukturierten Oberflächen für bewegte Maschinenteile mit verbessertem tribologischen Verhalten (verminderter Reibungswiderstand durch Mikroturbulenzen)
    • mikrostrukturierte Oberfächenschichten mit reduziertem Benetzungsverhalten für Flüssigkeiten nach dem sog. "Lotus-Effekt"
    • selbstreinigenden Oberflächen
    • Oberflächen für Maschinenelemente (Walzen, Präge-und Dressierwerkzeuge) zur Herstellung von Oberflächen nach Pkt. 1-3 durch Prägevorgänge bzw. auf weicheren Substraten (Metalle, Kunststoffe) bzw. durch Abdruck auf plastische Massen mit nachfolgender Aushärtung.
    • Oberflächenschichten für Maschinenelemente .für die Kunststoffverarbeitung mit reduzierter Anhaftung/Rückhaltevermögen für plastische Kunststoffmassen
    • Schleifschichten aus Strukturchrom.
  • Im Folgenden soll das erfindungsgemäße Verfahren mit von beispielhaft ausgewählten Verfahrensvarianten und ihren Prozessparametern erläutert werden. Die Abbildungen stellen dabei in
    • Fig.1
    schematische Darstellung des Wachstums eines Strukturelementes
    Fig.2
    Schliffbild einer erfindungsgemäß hergestellten Chromstruktur
    Fig.3
    Existenzbereiche der Morphologien A und B
    Fig.4
    schematische Darstellung eines Querschnittes der Strukturchromschicht
    Fig.5:
    Abbildung der Laboranlage zur galvanischen Abscheidung
    Fig.6:
    nach Ausführungsbeispiel 1 gebildete Strukturchromschicht
    Fig.7:
    nach Ausführungsbeispiel 2 gebildete Strukturchromschicht
    Fig.8:
    nach Ausführungsbeispiel 3 gebildete Strukturchromschicht
    Fig.9:
    nach Ausführungsbeispiel 4 gebildete Strukturchromschicht
    Fig.10:
    nach Ausführungsbeispiel 5 gebildete Strukturchromschicht
    Fig.11:
    nach Ausführungsbeispiel 6 gebildete Strukturchromschicht
    Fig.12:
    nach Ausführungsbeispiel 7 gebildete Strukturchromschicht
    Fig.13:
    nach Ausführungsbeispiel 8 gebildete Strukturchromschicht
    dar.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren geht von folgenden Erkenntnissen aus:
    • Die Bildung von Strukturchrom ist im Gegensatz zur vorstehend genannten Patentliteratur auch unter Anwendung konstanter Stromdichten in einem weiten Bereich erzielbarer Rauhigkeitswerte und Oberflächenmorphologien möglich.
    • Für die Bildung von Strukturchrom ist eine Mindeststromdichte erforderlich, welche der
  • Mindeststromdichte bei der konventionellen Hartchromabscheidung entspricht.
    • Die Abscheidung von Hartchromschichten zeigt eine ausgeprägte Temperaturempfindlichkeit.
    • Die Bildung der strukturbildenden Elemente erfolgt bei vorgegebener Stromdichte in einem sehr engen Temperaturbereich und kann durch eine gezielte Temperaturänderung (Störung) ausgelöst werden.
    • Die Größe, Verteilung und Form der Strukturelemente kann über eine gezielte Temperaturführung gesteuert werden.
  • Das vorgeschlagene Verfahren der Strukturbildung der auf einem Substrat galvanisch abgeschiedenen Chromschichten beruht auf der Erkenntnis von der Existenz zweier Schichtmorphologien, hier als A und B bezeichnet (Fig.1,2), welche bei unterschiedlichen Abscheidungstemperaturen gebildet werden und die sich hinsichtlich ihrer Härte und Wachstumsgeschwindigkeit wesentlich unterscheiden. Die Wachstumsgeschwindigkeit der weicheren Morphologie A ("Niedertemperatur") beträgt bis zum Zweifachen der Wachstumsgeschwindigkeit von konventionellem Härtchrom (Morphologie B).
  • Die Existenzbereiche für die beiden Morphologien A, B sind beispielhaft für ein konventionelles Hartchrombad mit bekannter einfacher Badchemie (selbstregulierendes SRHS- Bad, 50-300g/l CrO3) im Stromdichte-Temperaturbereich zwischen 30-45°C bzw. 15-130 A/dm2 in Fig. 3 wiedergegeben.
  • Die Versuche zur Bildung der erfindungsgemäßen Strukturchrombeschichtung wurden teilweise in einer Laborbeschichtungsanlage (Fig.5) mit einem Anodenkorb von 300 mm Durchmesser und einer Höhe von 135mm mit einer Stromversorgung von 200A Gleichstrom durchgeführt. Das Elektrolytvolumen betrug in der Laboranlage ca. 20 Liter. Strom und Spannungsmessgeräte waren in die Stromversorgung integriert. Die Elektroden waren mit einer Wasserkühlung ausgestattet. Eine Temperaturmessung erfolgte mit Thermoelementen.
  • Ein weiterer Teil der Beschichtungsversuche wurde in einer konventionellen industriellen Beschichtungsanlage mit 12 m3 Elektrolytvolumen und ebenfalls rotationssymmetrischer Anordnung der Bleianoden (Korb) mit 4m Elektrodenlänge durchgeführt.
  • Die Stromversorgung erfolgte mit 13 kA und integrierter Messdatenerfassung von Strom, Spannung und Elektrolyttemperatur.
  • Als Elektrolyte wurden sogenannte "selbstregulierende" Hartchrombäder einfachster Zusammensetzung verwendet.
  • Der Elektrolyt für herkömmliche und auch Hartverchromungen besteht in bekannter Weise aus destilliertem Wasser, Chromtrioxid und Zuschlagstoffen. Ein bei technisch relevanten galvanischen Bädern notwendiger Zusatzstoff ("Katalysator") ist häufig SO4 2-, meist in Form von Schwefelsäure oder einem geeignetem Salz der Schwefelsäure, z.B. Strontiumsulfat. Dieses Sulfat ist als Katalysator nur indirekt an der Chromabscheidung beteiligt und wird daher praktisch nicht verbraucht. Der Sulfatgehalt ("Katalysator) wurde durch einen Überschuss an Strontiumsulfat konstant gehalten.
  • Nach der Elektrolytherstellung wurde eine gewisse Zeit mit einem Probekörper als Kathode elektrolysiert, da sich die Oberfläche der aus einer für diese Zwecke gebräuchlichen, handelsüblichen Bleilegierung bestehenden Anode erst chemisch formieren musste.
  • Die Beschichtungseinrichtungen waren mit Badheizung/-kühlung, Badumwälzung, Rühreinrichtung, temperierbarer Kathode und Stromversorgungseinrichtung ausgestattet.
  • Die Konzentrationsangaben (g/l) beziehen sich auf CrO3.
  • Auf den bekannten Abscheidemechanismus von Chrom aus galvanischen Bädern wird hier nicht näher eingegangen, sondern lediglich auf die EP 1 565 596 B1 , insbesondere Abs.0014 bis 0019 und 0022, verwiesen.
  • Die gebildeten Chromstrukturen stehen in engem Zusammenhang zur Abscheidungstemperatur. Die Strukturierung erfolgt in einem sehr engen Temperaturfenster bezüglich der Oberflächentemperatur des Substrates an der Phasengrenze zwischen Kathode und Elektrolyt.
  • Die Ausbildung der erfindungsgemäßen Chromstruktur ist auch mit anderen Badzusammensetzungen, Stromdichten oder Temperaturbereichen möglich (siehe Ausführungsbeispiel 7), jedoch ist die Grenze der Existenzbereiche der zwei Morphologien A, B dann eine andere und zweckmäßigerweise durch Vorversuche zu ermitteln (z.B. durch eine Kombination von Hull-Zellen-Versuchen im angestrebten Temperatur/Stromdichtebereich mit Härtemessungen).
  • Der strukturbildende Prozess hängt wesentlich davon ab, dass innerhalb eines sehr engen Temperaturintervalls zu beiden Seiten der Morphologiegrenze beide Morphologien A, B parallel gebildet werden.
  • Durch die Differenz der Wachstumsgeschwindigkeit zwischen beiden Morphologien A, B kommt es in der Folge innerhalb dieses Koexistenzintervalls zur Ausbildung von lokal unterschiedlichen Wachstumsfronten, die letztlich die erfindungsgemäße Strukturierung der Oberfläche bewirken.
  • Die erfindungsgemäße Chromstruktur entsteht somit durch eine Einbettung der schneller wachsenden Morphologie A in der langsamer wachsenden Morphologie B.
  • Mit der genauen Kenntnis der Temperaturgrenze für die Existenzbereiche dieser beiden Morphologien A, B wird die jeweils gewünschte Chromstruktur durch gezieltes Einhalten oder ein- bzw. mehrmaliges Über- bzw. Unterschreiten des Temperaturintervalls an der Morphologiegrenze A-B (Grenztemperatur) herbeigeführt.
  • Die Strukturbildung erfolgt in einem engen Temperaturbereich von 2-4°C (2-4 K) um eine Grenztemperatur, welcher den Koexistenzbereich der zwei Morphologien A, B des metallischen Chroms markiert.
  • Die Verteilung und Form der gebildeten Strukturelemente wird durch die Verweildauer im Bereich der Grenztemperatur oder zeitliche Abfolge des Durchschreitens des Grenztemperaturbereiches gesteuert.
  • Die Einstellung bzw. Änderungen der Oberflächentemperatur des Substrates, auf welchem sich die Strukturchromschicht abscheidet, erfolgt entweder durch direkte Temperierung (Thermostatisierung) des Substrates (Werkstückes) oder indirekt durch Temperierung des Elektrolyten, vorzugsweise durch Mischen von Elektrolyten unterschiedlicher Temperatur, wobei der Wärmeeintrag durch die elektrische Verlustleistung insbesondere bei hohen Stromdichten zu berücksichtigen ist.
  • Im Gegensatz zu bekannten Strukturbildungsverfahren ist damit eine hohe Variationsbreite der Oberflächenstrukturierung hinsichtlich Größe, Form und Verteilung der Strukturelemente möglich.
  • Ausführungsbeispiele für das erfindungsgemäße Verfahren:
    • Beispiel 1 (Fig.6):
    • Elektrolyt: SRHS-Bad 200[g/l]
    • Stromdichte: 50[A/dm2]
    • Abscheidungsdauer: 11 min.
    • Temperaturverlauf: 2 min. 43-44 °C , 1 min. 26°C , dann 8 min bei 43-44 °C
    • Oberflächenrauigkeit: RPc 256 cm-1, Rz 8,64 µm, Ra 1,378 µm.
    Beispiel 2 (Fig.7):
    • Elektrolyt: SRHS-Bad 200[g/l]
    • Stromdichte: 50[A/dm2]
    • Abscheidungsdauer: 11 min.
    • Temperaturverlauf:
      • 4 min bei 43-44 °C , 1 min bei 24-28°C ,6 min bei 43-44 °C beschichtet.
    • Rauigkeit: RPc 238 cm-1, Rz 8,21 µm, Ra 1,754 µm.
    Beispiel 3 (Fig. 8) :
    • Elektrolyt: SRHS-Bad 200[g/l]
    • Stromdichte: 50[A/dm2]
    • Abscheidungsdauer: 11 min.
    • Temperaturverlauf:
      • 2 min bei 43-44 °C , 1 min bei 24-28°C , 2 min bei 43-44 °C, 1 min bei 24-28°C, 2 min bei 43-44 °C , 1 min bei 24-28°C, 2 min bei 43-44 °C beschichtet.
    • Rauigkeit: RPc 279 cm-1, Rz 7,21 µm, Ra 1,170 µm.
    Beispiel 4 (Fig.9):
    • Elektrolyt: SRHS-Bad 200[g/l]
    • Stromdichte: 80[A/dm2]
    • Abscheidungsdauer: 60 min.
    • Temperaturverlauf: Kontinuierliche Änderung über 60 min von 39.5 bis 42,5 °C.
    • Rauigkeit: RPc 100 cm-1, Rz 34,4 µm, Ra 6,36 µm.
    Beispiel 5 (Fig.10):
    • Elektrolyt: SRHS-Bad 200[g/l]
    • Stromdichte: 50[A/dm2]
    • Abscheidungsdauer: 60 min.
    • Temperaturverlauf: Kontinuierliche Änderung über 60 min von 39 bis 40 °C.
    • Rauigkeit: RPc 67 cm-1, Rz 30 µm, Ra 4,38 µm.
    Vergleichsbeispiel 6 (Fig.11):
    • Elektrolyt: SRHS-Bad 200[g/l]
    • Stromdichte: 300 [A/dm2]
    • Abscheidungsdauer: 60 min.
    • Temperaturverlauf: Konstant 40°C.
    • Rauigkeit: nicht erfasst
    Vergleichsbeispiel 7 (Fig. 12):
    • Elektrolyt: SRHS-Bad 50[g/l]
    • Stromdichte: 27 [A/dm2]
    • Abscheidungsdauer: 60 min.
    • Temperaturverlauf: Konstant 9°C.
    • Rauigkeit: RPc 132,5 cm-1, Rz 16,8 µm, Ra 3,07 µm.
    Beispiel8 (Fig.13):
    • Elektrolyt: Standard Chrombad, nicht selbstregulierend 250[g/l] CrO3, 1%Sulfat
    • Stromdichte: 57 [A/dm2]
    • Abscheidungsdauer: 50 min.
    • Temperaturverlauf: Kontinuierlich steigend von 38 auf 45°C.
    • Rauigkeit: RPc 100 cm-1, Rz 50 µm
  • Mit dem beschriebenen Verfahren wird auf einem Substrat eine Raustruktur mit gerundeten Erhebungen (Kuppen) gebildet, die Kugelsegment- bzw. Kugelabschnitts- oder Kugelkalottenform aufweisen, die sich mit einer Höhe h über einer Grundebene der Strukturchromschicht erheben, die vorzugsweise kleiner als ihr Radius R oder höchstens gleich dem Radius R ist.
  • Die gerundeten Strukturelemente besitzen glatte Kuppen oder aus kleineren Kugelkalotten zusammengesetzte Kuppen.
  • Wie den Ausführungsbeispielen in Fig.5-13 entnehmbar ist, sind die Strukturelemente vorzugsweise ohne Spaltenbildung zueinander beabstandet angeordnet oder grenzen aneinander an und weisen keine Substrukturen, Poren oder sich zur Schichtoberfläche verjüngende Spalten auf. Die offene Schichtstruktur weist daher ausgezeichnete Reinigungseigenschaften auf.
  • Die Abscheidung der erfindungsgemäßen Strukturchromschichten aus galvanischen Bädern kann mit oder ohne Zusatz von organischen Additiven erfolgen.
  • Die Strukturchromschicht wird in Abhängigkeit vom zu beschichtenden Substrat direkt oder mit zumindest einer der bekannten funktionellen Zwischenschichten (Fig.4) auf das Substrat aufgebracht.
    Die Chromstruktur kann vorteilhaft zusätzlich mit einer Glattchromschicht konformal, d.h. geringe konstante Schichtdicke ohne Einebnungseffekt, überzogen sein. Glattchrom weist eine besondere Härte und damit Verschleißfestigkeit auf.
    • Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen
    • h
    Höhe
    R
    Radius
    A
    Morphologie A
    B
    Morphologie B

Claims (11)

  1. Verfahren zur Herstellung strukturierter Chromschichten, insbesondere für Medienkontaktflächen, wobei die Strukturchromschicht durch galvanische Abscheidung von Chrom aus einem Elektrolyt auf ein Substrat hergestellt wird,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Bildung der Strukturchromschicht
    - bei konstanten Stromdichten und
    - in einem von der Stromdichte abhängigen Temperaturbereich erfolgt
    und dass die Strukturbildung durch zumindest eine Temperaturänderung initiiert wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildung der Strukturchromschicht im Bereich einer von der Stromdichte abhängigen Grenztemperatur erfolgt, bei welcher zwei der Morphologien (A, B)von metallischem Chrom koexistieren, und dass die Strukturbildung durch zumindest eine Temperaturänderung im Bereich der Grenztemperatur initiiert wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass, die Temperaturänderung unter vorgegebener, konstanter Badtemperatur als einmalige, initiale Einstellung der Oberflächentemperatur unter dem Einfluss der auftretenden elektrischen Verlustleistung erfolgt.
  4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturbildung in einem Temperaturbereich von 2-4°C um eine Grenztemperatur zwischen 30°C und 50°C, vorzugsweise zwischen 39 und 45°C, in konventionellen Hartchrombädern bei 15-130A/dm2 erfolgt.
  5. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturbildung entweder durch ein einziges oder mehrfaches Über- oder Unterschreiten der Grenztemperatur initiiert wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturänderung zur Strukturbildung durch eine einzige oder wiederholte kurzzeitige Änderung der Oberflächentemperatur des Substrates herbeigeführt wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellung oder Änderungen der Oberflächentemperatur entweder direkt durch Temperierung des Substrates oder indirekt durch Temperierung des Elektrolyten, vorzugsweise durch Mischen von Elektrolyten unterschiedlicher Temperatur, erfolgt.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Form und Verteilung der Strukturelemente durch die Verweildauerdauer im Bereich der Grenztemperatur oder zeitliche Abfolge des Durchschreitens des Bereiches der Grenztemperatur und die Größe der Strukturelemente bei konstanter Stromdichte durch die Abscheidungsdauer gesteuert wird.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass gerundete Strukturelemente, vorzugsweise kugelkalottenförmige Strukturelemente mit glatten Kuppen oder mit aus Kugelkalotten zusammengesetzten Kuppen, geschaffen werden, deren Höhe (h) über einer Grundebene der Strukturchromschicht gleich oder kleiner ist als ihr Radius (R).
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Abscheidung der Strukturchromschichten aus galvanischen Bädern mit Zusatz von organischen Additiven erfolgen kann.
  11. Oberfläche einer Medienkontaktfläche, gekennzeichnet durch eine Strukturchromschicht, welche in einem Verfahren nach Anspruch 8 oder 9 hergestellt ist.
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