EP3064615A1 - Verfahren zur elektrolytischen Beschichtung komplexer Bauteile - Google Patents

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EP3064615A1
EP3064615A1 EP15157447.2A EP15157447A EP3064615A1 EP 3064615 A1 EP3064615 A1 EP 3064615A1 EP 15157447 A EP15157447 A EP 15157447A EP 3064615 A1 EP3064615 A1 EP 3064615A1
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EP
European Patent Office
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component
coated
electrolyte
electrolysis
rotation
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EP15157447.2A
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EP3064615B1 (de
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Klaus Wilbuer
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Mtv Nt GmbH
Original Assignee
MTV Metallveredlung GmbH and Co KG
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Publication date
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    • C25D3/02—Electroplating: Baths therefor from solutions
    • C25D3/12—Electroplating: Baths therefor from solutions of nickel or cobalt

Definitions

  • the invention relates to a method for the electrolytic coating of complex components, wherein the component is coated in the course of an electrolysis by means of an electrolyte with at least one layer of a metal or an alloy.
  • a general problem with the electrolytic coating results from the fact that in the metal deposition from aqueous solution electrolysis hydrogen is produced, which is quantitatively determined by the efficiency of the corresponding electrolyte. It forms elemental hydrogen in the form of small bubbles, which block the metal deposition locally and thus reduce the quality of the resulting coating lasting.
  • electrolysis hydrogen is produced, which is quantitatively determined by the efficiency of the corresponding electrolyte. It forms elemental hydrogen in the form of small bubbles, which block the metal deposition locally and thus reduce the quality of the resulting coating lasting.
  • disadvantages in particular a reduced service life of the component, a reduced protective effect, e.g. towards radiation or the increase in accidents due to unexpected material failure.
  • Complex components are in particular those which are composed of at least two, but generally several sub-components.
  • Such complex configurations in the interior of the components in this case have construction and / or purpose at least partially no flat surfaces, but structures such as recesses, elevations, back turns, constrictions, holes, grooves, beads, edges, joints of two or more sub-components, hinges, Handles, and the like on.
  • an aforementioned method is proposed, which is characterized in that during the electrolysis, at least temporarily, a relative movement between the component to be coated and the electrolyte is generated.
  • the relative movement is generated at least temporarily during the electrolysis. It has been shown that even a relative movement generated only intermittently Improved efficiency and the coating result of the process.
  • the relative movement can be generated over a longer period of time to further improve the process. It is preferred here to generate the relative movement at intervals.
  • the duration of the intervals can be predetermined for a coating process and can not be changed.
  • the sum of the duration of the intervals is at least half of the electrolysis time.
  • sensors may be provided which detect concentration differences of the metal ions in the electrolysis bath. When a predeterminable limit value is exceeded, a relative movement is then generated in accordance with the invention.
  • pH sensors can be used which monitor the pH of the electrolyte. It is thereby possible to reduce the energy which must be expended by the generation of the relative movement and at the same time to achieve the removal of the electrolysis hydrogen according to the invention.
  • the relative movement is generated and maintained throughout the duration of the electrolysis. It has been shown that particularly high quality coatings can be produced in this way.
  • a relative movement between the component to be coated and the electrolyte in the component is generated during the electrolysis.
  • the relative movement is preferably generated in that the component and / or electrolysis bath for receiving the electrolyte are moved relative to each other. It can be provided for this purpose to arrange the component slidably standing or hanging in the electrolytic bath. This can be realized by rails or a similar guide.
  • the component is moved in this configuration relative to the stationary electrolysis bath.
  • the electrolysis bath can be arranged displaceably. This can be realized by rails or a similar guide.
  • the electrolytic bath is moved relative to the stationary component.
  • both the component and the electrolysis bath are displaceable, preferably formed by rails or similar guides.
  • the component and the electrolytic bath are moved relative to each other.
  • the component and / or the electrolysis bath can preferably be moved linearly.
  • Such a movement can be achieved with simple means and requires no complex control.
  • Alternatively or in combination with a linear movement other types of movement are conceivable.
  • the method is suitable for coating any complex components. So it is particularly preferred to coat container-like components, with relatively large surfaces.
  • a special feature here is the inner coating of such containers.
  • the container is for this purpose filled with electrolyte. He forms himself the electrolysis bath.
  • the container is preferably made usable with appropriate attachment or conversion devices for the electrolysis.
  • the container is preferably moved.
  • the relative movement is generated in that the component to be coated and / or the electrolytic bath during the electrolysis is at least temporarily, preferably for the entire duration of the electrolysis, set in rotation. It has been found that rotational movement between the component to be coated and the electrolyte is particularly effective in the accumulation of an undesirable hydrogen bubble.
  • the component to be coated is set in rotation. It can be arranged on a rotatably mounted device for this purpose.
  • the device may further comprise a holding device, of which the component is held against slipping. In particular, in the internal coating of containers, such a procedure has been proven.
  • the relative movement is generated by the fact that the electrolysis bath is at least temporarily set in rotation.
  • the device may moreover comprise a holding device, by which the electrolysis bath is held so as to be prevented from slipping.
  • the relative movement is generated in that the component to be coated and the electrolytic bath are at least temporarily set in rotation.
  • the component and the electrolytic bath are in each case offset in a rotation with opposite directions of rotation.
  • the direction of the axis of rotation of the component to be coated and / or the electrolytic bath is changed at least temporarily during the rotation.
  • This results in a tumbling motion of the component to be coated and / or the electrolysis bath which leads in consequence to a particularly advantageous relative movement between the component to be coated and the electrolyte, with which the accumulation of a hydrogen bubble at predestined position of the component is prevented.
  • the axis of rotation is deflected at an angle between 1 ° and 45 °, preferably 5 ° to 20 ° and particularly preferably 7 ° to 10 °.
  • the electrolyte is at least temporarily circulated during the electrolysis.
  • a flow is generated in the electrolysis bath, which leads to a relative movement between the electrolyte and the component to be coated.
  • the circulation can be provided here as an alternative to the above-described movement of the component and / or the electrolysis bath or in conjunction therewith.
  • a combination of tumbling movement of the electrolytic bath and circulation of the electrolyte is preferred. This combination has proven to be particularly advantageous in terms of improving the efficiency and quality of the process.
  • the circulation is preferably carried out with the aid of nozzles.
  • the nozzles are preferably part of the anodes.
  • an electrolyte flow is generated by means of the nozzle, which is directed counter to the relative movement of the electrolyte generated by the movement of the component and / or the electrolysis bath.
  • the component is coated in segments.
  • the surface of the component to be coated is subdivided into segments, to which a separate rectifier and an anode are spatially assigned.
  • the anodes of the individual segments are electrically shielded from the anodes of the other surface segments.
  • layers can be produced here in which differences in the layer thickness can be almost completely avoided.
  • different layer thicknesses can be achieved on the individual segments.
  • this effect can be attributed to a virtually trouble-free control of the deposition processes in the individual shielded segments.
  • an undesirable formation of interference fields at the edges of the anode, which lead to a detrimental heterogeneity of the electric field as a whole can be advantageously avoided.
  • different layer thicknesses can also be used in different segments.
  • the inventive method can be coated in particular metallic complex components, especially those made of steel or ductile iron.
  • Ductile iron refers here to spheroidal graphite cast iron. It is also referred to as ductile cast iron and has steel-like mechanical properties. It is particularly advantageous to coat complex components made of ductile iron with the designation GJS-400-15 according to EN 1563 by means of the method according to the invention.
  • GJS-400-15 ductile cast iron and has steel-like mechanical properties.
  • complex components made of ductile iron with the designation GJS-400-15 according to EN 1563 by means of the method according to the invention.
  • all metals and alloys which can be electrodeposited can be deposited by means of the method according to the invention.
  • complex components may therefore preferably be nickel-plated, copper-plated, tinned and galvanized.
  • the deposition of alloy layers, in particular bronze layers or tin-nickel layers, is likewise possible and preferred with the method according to the invention.
  • the component is coated with nickel and / or a nickel-containing alloy.
  • nickel is deposited here from an aqueous nickel sulfamate solution.
  • the nickel sulfamate solution also contains at least boric acid and nickel (II) bromide.
  • the nickel sulfamate concentration is preferably adjusted to a value between 60 and 100 g / l, preferably 80 g / l.
  • the boric acid concentration is preferably adjusted to a value between 20 and 50 g / l, preferably 30 g / l.
  • the nickel (II) bromide concentration is preferably adjusted to a value between 60 and 100 g / l, preferably 80 g / l.
  • the pH of the electrolyte is preferably adjusted to a value between 3 and 4, preferably 3.2.
  • the electrolyte temperature is preferably set to a value between 35 and 45 ° C, preferably 40 ° C.
  • the current density is preferably set to a value between 1 and 20 mA / cm 2 , preferably 15 and 18 mA / cm 2 .
  • Fig. 1 shows an electrolytic bath 1 for the electrodeposition of nickel in a sectional view.
  • the electrolysis bath 1 has anodes 2.
  • the anodes 2 have anode nozzles 3, by means of which the electrolyte 4 present in the electrolytic bath 1 is circulated during the electrolysis. This allows a comparatively near-component flow of the electrolyte 4 effect, which in particular the removal of any resulting hydrogen gas bubbles is improved by the surface to be coated of the component 5.
  • the component 5 to be coated is a complex component in the sense of the invention. It has a plurality of sub-components 8, 9, 10 and 11. In the present case form the sub-components a container 8 with a lid holder 12.
  • a constant supply of metal ions as would be necessary for the deposition of a homogeneous nickel plating in particular the lid holder, could not be guaranteed. Rather, relatively much hydrogen would form there, which would be detrimental both in terms of electrolyte and power consumption and in terms of coating quality.
  • these disadvantages are completely avoided by the above-described wobble of the electrolysis bath, which induces a particularly advantageous relative movement between the component and the electrolyte, and the circulation of the electrolyte using the anode nozzles.
  • the electrolytic bath 1 is filled with an electrolyte 4 for nickel plating of the component 5 to be coated.
  • the electrolyte 4 is formed from an aqueous nickel sulfamate solution.
  • the solution contains nickel sulfamate in a concentration of 80 g / l, boric acid in a concentration of 30 g / l and nickel (II) bromide in a concentration of 80 g / l.
  • the pH of the electrolyte is adjusted to a value of 3.2.
  • the electrolyte temperature is set to a value of 40 ° C.
  • the current density is set to a value of 18 mA / cm 2 .

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur galvanischen Beschichtung komplexer Bauteile, wobei das Bauteil im Rahmen einer Elektrolyse mittels eines Elektrolyten mit wenigstens einer Schicht eines Metalls oder einer Legierung beschichtet wird, dadurch gekennzeichnet, dass während der Elektrolyse wenigstens zeitweise eine Relativbewegung zwischen dem zu beschichtenden Bauteil und dem Elektrolyten erzeugt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur elektrolytischen Beschichtung komplexer Bauteile, wobei das Bauteil im Rahmen einer Elektrolyse mittels eines Elektrolyten mit wenigstens einer Schicht eines Metalls oder einer Legierung beschichtet wird.
  • Elektrolytische Beschichtungsverfahren sind aus dem Stand der Technik gut bekannt und haben sich in der Industrie mit großem Erfolg etabliert.
  • Ein generelles Problem bei der elektrolytischen Beschichtung ergibt sich daraus, dass bei der Metallabscheidung aus wässriger Lösung Elektrolyse-Wasserstoff entsteht, welcher mengenmäßig durch den Wirkungsgrad des entsprechenden Elektrolyten bestimmt wird. Es bildet sich elementarer Wasserstoff in Form kleiner Bläschen, die die Metallabscheidung lokal blockieren und so die Qualität der resultierenden Beschichtung nachhaltig mindern. Je nach Beschichtung und den mit dieser zu erzielenden Eigenschaften ergeben sich eine Reihe von Nachteilen, wie insbesondere eine verringerte Lebensdauer des Bauteils, eine verminderte Schutzwirkung z.B. gegenüber Strahlung oder auch die Mehrung von Unfällen durch unerwarteten Materialausfall.
  • Es hat sich daher etabliert, die Metallabscheidung durch Verfahrensparameter wie insbesondere den pH-Wert, die Temperatur und die Stromdichte an die jeweiligen abzuscheidenden Metall oder Legierungen anzupassen und die Bildung von Wasserstoff zu minimieren.
  • Ein Problem ergibt sich jedoch dann, wenn komplexe Bauteile beschichtet werden sollen. Komplexe Bauteile sind insbesondere solche, welche aus wenigstens zwei, in der Regel jedoch mehreren Unterbauteilen zusammengesetzt sind. Derartige komplexe Konfigurationen im inneren der Bauteile weisen hierbei konstruktions- und/oder zweckbedingt wenigstens bereichsweise keine ebenen Oberflächen, sondern Strukturen wie insbesondere Ausnehmungen, Erhebungen, Hinterdrehungen, Einschnürungen, Löcher, Nuten, Sicken, Kanten, Verbindungsstellen aus zwei oder mehr Unterbauteilen, Scharniere, Griffe, und ähnliches auf.
  • Aufgrund der besonderen dreidimensionalen Geometrie derartiger Bauteile kann eine ständige Zufuhr von Metallionen, wie sie zur Abscheidung einer homogenen Beschichtung der vorgenannten Strukturen notwendig wäre, im Stand der Technik nicht gewährleistet werden. Demgemäß sammelt sich an solchen Strukturen im Vergleich mit ebenen, senkrechten Oberflächen vergleichsweise viel Wasserstoff, der nicht entweichen kann, was in diesem Bereich eine Metallabscheidung verhindert.
  • Es ist daher die Augabe der Erfindung, ein Verfahren zur elektrolytischen Beschichtung komplexer Bauteile bereitzustellen, welches die Beschichtungsqualität von aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren verbessert.
  • Zur Lösung der Aufgabe wird ein eingangs genanntes Verfahren vorgeschlagen, welches sich dadurch auszeichnet, dass während der Elektrolyse wenigstens zeitweise eine Relativbewegung zwischen dem zu beschichtenden Bauteil und dem Elektrolyten erzeugt wird.
  • Es hat sich gezeigt, dass die Ansammlung von Wasserstoff an komplexen Strukturen durch die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens wirkungsvoll eliminiert werden kann. Dies führt vorteilhafterweise zu einer Verbesserung der Qualität der Beschichtung an komplexen Strukturen wie insbesondere Ausnehmungen, Erhebungen, Hinterdrehungen, Einschnürungen, Löcher, Nuten, Sicken, Kanten, Verbindungsstellen aus zwei oder mehr Unterbauteilen, Scharniere, Griffe, und ähnlichem. Erfindungsgemäß wird während der Elektrolyse eine Relativbewegung zwischen dem zu beschichtenden Bauteil und dem Elektrolyten des Elektrolysebades erzeugt. Es hat sich herausgestellt, dass es im Zuge dieser Relativbewegung zu einer Durchmischung des Elektrolysebades kommt, wodurch Konzentrationsunterschiede im Elektrolysebad ausgeglichen werden. Hierdurch wird die Konzentration von Metallionen an für die Abscheidung problematischen Strukturen des Bauteils erhöht. Darüber hinaus werden sich bildende Wasserstoffbläschen durch die erfindungsgemäße Relativbewegung abtransportiert. Eine lokale Blockade von zu beschichtenden Oberflächen durch eine Ansammlung von Gasbläschen wird damit in vorteilhafter Weise vorgebeugt und verhindert. Insgesamt lässt sich durch das erfindungsgemäße Verfahren die Qualität der Beschichtung an komplexen Strukturen immens steigern.
  • Erfindungsgemäß wird die Relativbewegung während der Elektrolyse zumindest zeitweise erzeugt. Es hat sich gezeigt, dass selbst eine nur zeitweise erzeugte Relativbewegung die Effizienz und das Beschichtungsergebnis des Verfahrens verbessert. Vorzugsweise kann die Relativbewegung zur weiteren Verbesserung des Verfahrens über längere Zeit erzeugt werden. Es ist hierbei bevorzugt, die Relativbewegung intervallweise zu erzeugen. Die Dauer der Intervalle kann hierbei für einen Beschichtungsvorgang vorgegeben und unveränderlich sein. Vorzugsweise beträgt die Summe der Dauer der Intervalle dabei wenigstens die Hälfte der Elektrolysedauer. Alternativ oder in Kombination hierzu können Sensoren vorgesehen sein, die Konzentrationsunterschiede der Metallionen im Elektrolysebad detektieren. Bei Überschreiten eines vorgebbaren Grenzwertes wird dann in erfindungsgemäßer Weise eine Relativbewegung erzeugt. Als Sensoren können vorzugsweise auch pH-Sensoren eingesetzt werden, die den pH-Wert des Elektrolyten überwachen. Es ist hierdurch möglich, die Energie, die durch die Erzeugung der Relativbewegung aufgewendet werden muss zu senken und gleichzeitig den erfindungsgemäßen Abtransport des Elektrolyse-Wasserstoffs zu erreichen. Gemäß einem besonders bevorzugten Merkmal der Erfindung wird die Relativbewegung während der gesamten Dauer der Elektrolyse erzeugt und aufrechterhalten. Es hat sich gezeigt, dass auf diesem Wege besonders hochqualitative Schichten erzeugt werden können.
  • Erfindungsgemäß wird während der Elektrolyse eine Relativbewegung zwischen dem zu beschichtenden Bauteil und dem Elektrolyten im Bauteil erzeugt. Die Relativbewegung wird vorzugsweise dadurch erzeugt, dass das Bauteil und/oder Elektrolysebad zur Aufnahme des Elektrolyten relativ zueinander bewegt werden. Es kann hierfür vorgesehen sein, das Bauteil im Elektrolysebad verschieblich stehend oder hängend anzuordnen. Dies kann durch Schienen oder einer ähnlichen Führung realisiert werden. Das Bauteil wird in dieser Konfiguration relativ gegenüber dem unbewegten Elektrolysebad bewegt. Vorzugsweise kann das Elektrolysebad verschieblich angeordnet sein. Dies kann durch Schienen oder einer ähnlichen Führung realisiert werden. Hierbei wird das Elektrolysebad relativ gegenüber dem unbewegten Bauteil bewegt. Besonders bevorzugt sind sowohl das Bauteil als auch das Elektrolysebad verschieblich, vorzugsweise durch Schienen oder ähnliche Führungen, ausgebildet. In dieser Konfiguration werden Bauteil und Elektrolysebad relativ zu einander bewegt. Das Bauteil und/oder das Elektrolysebad können vorzugsweise linear bewegt werden. Eine solche Bewegung ist mit einfachen Mitteln zu erreichen und erfordert keine aufwändige Steuerung. Alternativ oder in Kombination mit einer linearen Bewegung sind auch andere Bewegungsarten denkbar. Insbesondere kreisförmige, elliptische, kurvige oder
  • Kombinationen aus diesen. Es hat sich gezeigt, dass insbesondere kreisförmig, taumelnde Bewegungen für den Abtransport von Wasserstoff von Vorteil sind
  • Erfindungsgemäß ist das Verfahren zur Beschichtung jedweder komplexen Bauteile geeignet. So ist es insbesondere bevorzugt, behälterartige Bauteile, mit vergleichsweise großen Oberflächen zu beschichten. Eine Besonderheit stellt hierbei die Innenbeschichtung solcher Behälter dar. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Behälter hierzu mit Elektrolyt befüllt. Er bildet dabei selbst das Elektrolysebad. Vorzugsweise wird der Behälter hierzu mit entsprechenden An- bzw. Umbauvorrichtungen für die Elektrolyse verwendbar gemacht. Zur Erzeugung der erfindungsgemäßen Relativbewegung zwischen Bauteil und Elektrolyt wird vorzugsweise der Behälter bewegt.
  • Gemäß einem bevorzugten Merkmal der Erfindung wird die Relativbewegung dadurch erzeugt, dass das zu beschichtende Bauteil und/oder das Elektrolysebad während der Elektrolyse wenigstens zeitweise, vorzugsweise für die gesamte Dauer der Elektrolyse, in Rotation versetzt wird. Es hat sich gezeigt, dass eine durch Rotation bewirkte Relativbewegung zwischen zu beschichtendem Bauteil und dem Elektrolyten hinsichtlich der Ansammlung einer unerwünschten Wasserstoffblase besonders wirksam ist. Vorzugsweise wird das zu beschichtende Bauteil in Rotation versetzt. Es kann hierzu auf einer drehbar gelagerten Vorrichtung angeordnet sein. Die Vorrichtung kann darüber hinaus eine Haltevorrichtung aufweisen, von welcher das Bauteil verrutschsicher gehalten wird. Insbesondere bei der Innenbeschichtung von Behältern hat sich eine solche Verfahrensführung bewährt. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird die Relativbewegung dadurch erzeugt, dass das Elektrolysebad wenigstens zeitweise in Rotation versetzt wird. Es kann hierzu auf einer drehbar gelagerten Vorrichtung angeordnet sein. Die Vorrichtung kann darüber hinaus eine Haltevorrichtung aufweisen, von welcher das Elektrolysebad verrutschsicher gehalten wird. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird die Relativbewegung dadurch erzeugt, dass das zu beschichtende Bauteil und das Elektrolysebad wenigstens zeitweise in Rotation versetzt werden. Vorzugsweise werden das Bauteil und das Elektrolysebad hierbei jeweils in eine Rotation mit einander gegenläufigen Rotationsrichtungen versetzt.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird die Richtung der Rotationsachse des zu beschichtenden Bauteils und/oder des Elektrolysebades während der Rotation wenigstens zeitweise verändert. Hieraus ergeben sich komplexe Bewegungsmuster, die sich hinsichtlich einer homogenen Durchmischung des Elektrolyten und der damit einhergehenden Entfernung punktueller Ansammlung von Wasserstoff als besonders vorteilhaft erwiesen haben. Es ist hierbei insbesondere bevorzugt, die Rotationsachse des zu beschichtenden Bauteils während der Rotation wenigstens zeitweise, vorzugsweise für die gesamte Dauer der Rotation, in Präzession zu versetzen. Hieraus ergibt sich eine Taumelbewegung des zu beschichtenden Bauteils und/oder des Elektrolysebades, was in der Konsequenz zu einer besonders vorteilhaften Relativbewegung zwischen dem zu beschichtenden Bauteil und dem Elektrolyten führt, mit welcher die Ansammlung einer Wasserstoffblase an prädestinierter Stelle des Bauteiles verhindert wird. Vorzugsweise wird die Rotationsachse zu diesem Zweck mit einem Winkel zwischen 1 ° und 45 °, vorzugsweise 5 ° bis 20 ° und besonders bevorzugt 7 ° bis 10 °, ausgelenkt.
  • Gemäß einem bevorzugten Merkmal der Erfindung wird der Elektrolyt während der Elektrolyse wenigstens zeitweise umgewälzt. Hierdurch wird im Elektrolysebad eine Strömung erzeugt, welche zu einer Relativbewegung zwischen Elektrolyt und zu beschichtendem Bauteil führt. Die Umwälzung kann hierbei alternativ zu vorbeschriebener Bewegung des Bauteils und/oder des Elektrolysebades oder auch in Verbindung damit vorgesehen werden. Bevorzugt ist hierbei insbesondere eine Kombination aus Taumelbewegung des Elektrolysebades und einer Umwälzung des Elektrolyten. Diese Kombination hat sich hinsichtlich der Verbesserung der Effizienz und der Qualität des Verfahrens als besonders vorteilhaft erwiesen. Die Umwälzung wird vorzugsweise unter Zuhilfenahme von Düsen vorgenommen. Die Düsen sind vorzugsweise Teil der Anoden. Durch die Umwälzung des Elektrolyten unter Einsatz solcher Anodendüsen lässt sich eine vergleichsweise bauteilnahe Strömung des Elektrolyten erreichen, wodurch insbesondere der Abtransport von eventuell entstehenden Gasbläschen von der zu beschichtenden Oberfläche verbessert wird. Vorzugsweise wird mittels der Düse eine Elektrolytströmung erzeugt, welche der durch die Bewegung des Bauteils und/oder des Elektrolysebades erzeugten Relativbewegung des Elektrolyten entgegengerichtet ist.
  • Gemäß einem bevorzugten Merkmal der Erfindung wird das Bauteil segmentweise beschichtet. Hierzu wird die Oberfläche des zu beschichtenden Bauteils in Segmente unterteilt, denen räumlich jeweils ein gesonderter Gleichrichter und eine Anode zugeordnet wird. Vorzugsweise sind die Anoden der einzelnen Segmente dabei elektrisch von den Anoden der anderen Oberflächensegmente abgeschirmt. Hierdurch ist es vorteilhafterweise möglich, die Oberfläche von insbesondere großflächigen Bauteilen besonders homogen zu beschichten. Insbesondere können hiermit Schichten hergestellt werden, bei denen Differenzen in der Schichtstärke nahezu vollständig vermieden werden können. Dadurch können auch unterschiedliche Schichtstärken auf den einzelnen Segmenten erzielt werden. Dieser Effekt ist unter anderem auf eine nahezu störungsfreie Steuerung der Abscheidungsprozesse in den einzelnen abgeschirmten Segmenten zurückzuführen. Insbesondere kann eine unerwünschte Ausbildung von Störfeldern an den Rändern der Anode, welche zu einer schädlichen Heterogenität des elektrischen Feldes insgesamt führen vorteilhafterweise vermieden werden. Alternativ hierzu können in unterschiedlichen Segmenten auch gezielt unterschiedliche Schichtstärken eingesetzt werden.
  • Durch das erfindungsgemäße Verfahren lassen sich insbesondere metallische komplexe Bauteile, insbesondere solche aus Stahl oder Sphäroguss beschichten. Sphäroguss bezeichnet hierbei Gusseisen mit Kugelgraphit. Es wird auch als duktiles Gusseisen bezeichnet und besitzt stahlähnliche mechanische Eigenschaften. Besonders vorteilhaft lassen sich komplexe Bauteile aus Sphärogüssen mit der Bezeichnung GJS-400-15 gemäß EN 1563 mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens beschichten. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich prinzipiell alle Metalle und Legierungen abscheiden, die galvanisch abscheidbar sind. Bevorzugt können komplexe Bauteile im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens damit insbesondere vernickelt, verkupfert, verzinnt und verzinkt werden. Die Abscheidung von Legierungsschichten, wie insbesondere Bronzeschichten oder Zinn-Nickel-Schichten ist mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ebenfalls möglich und bevorzugt.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird das Bauteil mit Nickel und/oder einer nickelhaltigen Legierung beschichtet. Bevorzugt wird Nickel hierbei aus einer wässrigen Nickelsulfamatlösung abgeschieden. Die Nickelsulfamatlösung enthält neben Nickelsulfamat und Wasser wenigstens noch Borsäure und Nickel(II)-bromid. Die Nickelsulfamatkonzentration wird vorzugsweise auf einen Wert zwischen 60 und 100 g/l, bevorzugt 80 g/l eingestellt. Die Borsäurekonzentration wird vorzugsweise auf einen Wert zwischen 20 und 50 g/l, bevorzugt 30 g/l eingestellt. Die Nickel(II)-bromid-Konzentration wird vorzugsweise auf einen Wert zwischen 60 und 100 g/l, bevorzugt 80 g/l eingestellt. Der pH-Wert des Elektrolyten wird vorzugsweise auf einen Wert zwischen 3 und 4, vorzugsweise 3,2 eingestellt. Die Elektrolyttemperatur wird vorzugsweise auf einen Wert zwischen 35 und 45 °C, vorzugsweise 40 °C eingestellt. Die Stromdichte wird vorzugsweise auf einen Wert zwischen 1 und 20 mA/cm2, bevorzugt 15 und 18 mA/cm2 eingestellt. Die bevorzugten Verfahrensparameter erbringen für sich genommen und in Kombination miteinander und in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Relativbewegung zwischen dem zu beschichtendem Bauteil und dem Elektrolyten den Vorteil, dass die Wasserstoffbildung gemindert und der Abtransport von Wasserstoffbläschen verbessert wird.
  • Sämtliche erfindungsgemäßen und bevorzugten Merkmale führen für sich genommen und in Kombination miteinander in synergetischer Weise zu einer Steigerung der Effizienz und der Qualität gegenüber aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines für den Fachmann nicht beschränkend zu verstehenden Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigt
    • Fig.1
    eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in halbgeschnittener, schematischer Darstellung.
  • Fig. 1 zeigt ein Elektrolysebad 1 zur galvanischen Abscheidung von Nickel in Schnittdarstellung. Das Elektrolysebad 1 verfügt über Anoden 2. Die Anoden 2 weisen Anodendüsen 3 auf, mit deren Hilfe der im Elektrolysebad 1 befindliche Elektrolyt 4 während der Elektrolyse umgewälzt wird. Hierdurch lässt sich eine vergleichsweise bauteilnahe Strömung des Elektrolyten 4 bewirken, wodurch insbesondere der Abtransport von eventuell entstehenden Wasserstoffgasbläschen von der zu beschichtenden Oberfläche des Bauteils 5 verbessert wird.
  • Das Elektrolysebad 1 ist auf einer drehbar gelagerten Vorrichtung 6 angeordnet. Die Vorrichtung 6 verfügt an ihrer elektrolysebadentfernten Seite 7 über eine Ausnehmung in Form einer Kugelgelenkaufnahme (nicht gezeigt). Auf diesem Wege kann das Elektrolysebad 1 sowohl Rotationsbewegungen mit starrer Rotationsachse, als auch Rotationsbewegungen mit zeitlich veränderbarer Richtung der Rotationsachse vollziehen. Verfahrensseitig wird das Elektrolysebad 1 während der gesamten Dauer der Elektrolyse mittels der Vorrichtung 6 in Präzession um die Rotationsachse A versetzt. Hierdurch ergibt sich eine, für das Verfahren besonders vorteilhafte Taumelbewegung des Elektrolysebades. Die Präzession ergibt sich aus vorliegend aus der Auslenkung der Rotationsachse A mit einem Auslenkungswinkel α von 15°.
  • Das zu beschichtende Bauteil 5 ist ein komplexes Bauteil im Sinne der Erfindung. Es verfügt über eine Mehrzahl von Unterbauteilen 8, 9, 10 und 11. Vorliegend bilden die Unterbauteile einen Behälter 8 mit einer Deckelhalterung 12. In einem aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren könnte eine ständige Zufuhr von Metallionen, wie sie zur Abscheidung einer homogenen Vernickelung insbesondere der Deckelhalterung notwendig wäre, nicht gewährleistet werden. Es würde sich dort vielmehr vergleichsweise viel Wasserstoff bilden, was sowohl hinsichtlich des Elektrolyt- und Stromverbrauchs, als auch hinsichtlich der Beschichtungsqualität nachteilig wäre. Erfindungsgemäß werden diese Nachteile durch die vorbeschriebene Taumelbewegung des Elektrolysebades, welche eine besonders vorteilhafte Relativbewegung zwischen Bauteil und Elektrolyt induziert, und der Umwälzung des Elektrolyten unter Einsatz der Anodendüsen vollumfänglich vermieden werden.
  • Das Elektrolysebad 1 ist vorliegend mit einem Elektrolyten 4 zur Vernickelung des zu beschichtenden Bauteils 5 befüllt. Der Elektrolyt 4 ist vorliegend aus einer wässrigen Nickelsulfamatlösung gebildet. Die Lösung enthält hierbei Nickelsulfamat in einer Konzentration von 80 g/l, Borsäure in einer Konzentration von 30 g/l und Nickel(II)-bromid in einer Konzentration von 80 g/l. Verfahrensseitig wird der pH-Wert des Elektrolyten auf einen Wert von 3,2 eingestellt. Die Elektrolyttemperatur wird auf einen Wert von 40 °C eingestellt. Die Stromdichte wird auf einen Wert 18 mA/cm2 eingestellt. Diese Verfahrensparameter erbringen für sich genommen und in Kombination miteinander und in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Relativbewegung zwischen dem zu beschichtendem Bauteil und dem Elektrolyten den Vorteil, dass die Wasserstoffbildung gemindert und der Abtransport von Wasserstoffbläschen verbessert wird.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Elektrolysebad
    2
    Anode
    3
    Anodendüsen
    4
    Elektrolyt
    5
    komplexes Bauteil
    6
    Vorrichtung
    7
    badentfernte Seite der Vorrichtung 6
    8
    Unterbauteil, Behälter
    9
    Unterbauteil
    10
    Unterbauteil
    11
    Unterbauteil
    12
    Deckelhalterung
    A
    Rotationsachse des Elektrolysebades
    α
    Auslenkungswinkel

Claims (10)

  1. Verfahren zur elektrolytischen Beschichtung komplexer Bauteile, wobei das Bauteil im Rahmen einer Elektrolyse mittels eines Elektrolyten mit wenigstens einer Schicht eines Metalls oder einer Legierung beschichtet wird, dadurch gekennzeichnet, dass während der Elektrolyse wenigstens zeitweise eine Relativbewegung zwischen dem zu beschichtenden Bauteil und dem Elektrolyten erzeugt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zu beschichtende Bauteil und/oder ein Elektrolysebad zur Aufnahme des Elektrolyten während der Elektrolyse wenigstens zeitweise in Rotation versetzt wird.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein als Behälter ausgebildetes Bauteil innenseitig beschichtet wird, wobei das Bauteil mit Elektrolyt befüllt wird und während der Elektrolyse wenigstens zeitweise in Rotation versetzt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Richtung der Rotationsachse des zu beschichtenden Bauteils und/oder des Elektrolysebades während der Rotation wenigstens zeitweise verändert wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationsachse des zu beschichtenden Bauteils und/oder des Elektrolysebades während der Rotation wenigstens zeitweise in Präzession versetzt wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrolyt während der Elektrolyse wenigstens zeitweise umgewälzt wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrolyt unter Einsatz von Anodendüsen umgewälzt wird.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil mit Nickel und/oder einer nickelhaltigen Legierung beschichtet wird.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Elektrolyt eine wässrige Nickelsulfamatlösung verwendet wird.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zu beschichtende komplexe Bauteil segmentweise beschichtet wird, wobei jedes Bauteilsegment räumlich einer Anode zugeordnet wird, wobei die Anode des jeweiligen Bauteilsegments elektrisch von den Anoden der übrigen Bauteilsegmente abgeschirmt wird.
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