EP3064617B1

EP3064617B1 - VERFAHREN ZUR VERNICKELUNG GROßFLÄCHIGER BAUTEILE

Info

Publication number: EP3064617B1
Application number: EP15157457.1A
Authority: EP
Inventors: Klaus Wilbuer
Original assignee: MTV Metallveredlung GmbH and Co KG
Current assignee: MTV Metallveredlung GmbH and Co KG
Priority date: 2015-03-03
Filing date: 2015-03-03
Publication date: 2018-08-15
Anticipated expiration: 2035-03-03
Also published as: EP3064617A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur elektrolytischen Vernickelung großflächiger Bauteile.
Ein Problem bei der Vernickelung großflächiger Bauteile ergibt sich aus der praktischen Abwicklung. Zu vernickelnde Bauteile müssen bei herkömmlichen Vernickelungsverfahren etwa 25 verschiedene Bäder durchlaufen, woraus sich ein immenser Raumbedarf ergibt. Die Bäder müssen hierbei vergleichsweise groß sein. Aufgrund der Tatsache, dass die Vernickelung absolut porenfrei erfolgt und darüber hinaus eine Antrocknung der zu vernickelnden Oberfläche während des Verfahrens unbedingt vermieden werden muss (wasserbruchfrei), ergeben sich eine Vielzahl vorrichtungs- und verfahrensseitiger Schwierigkeiten. Insbesondere die Vernickelung von in dieser Hinsicht ohnehin problematischen Materialien oder die Innenbeschichtung großvolumiger Behälter sind mit besonders großen Schwierigkeiten verbunden. So ist aufgrund der mit entsprechend großen Volumina einhergehenden großen Tiefe solcher Behälter und den üblicherweise unterschiedlichen Durchmessern in verschiedenen Tiefen eine gleichmäßige Beschichtung mit vergleichsweise großen Problemen verbunden. So ist insbesondere eine Bewegung oder Entleerung solcher Behälter, welche ohne weiteres ein Gewicht von über 100 t haben können, nahezu unmöglich.
Ein entsprechender Anwendungsbereich, für eine Innenvernicklung großvolumiger Behälter fällt in den Bereich der der Transport- und Lagerbehälter für radioaktive Abfälle. Die Behälter weisen einen zylindrischen und/oder quadratischen Aufnahmebereich und einen Abdichtbereich mit unterschiedlichen Durchmessern auf, so dass sich für besondere Anforderungen bei der Ausbildung einer Nickelbeschichtung ergeben.
Zur Vermeidung der vorgenannten Probleme und der Bereitstellung einer porenfreien Vernicklung ist aus der DE 195 02 358 A1 ein Verfahren bekannt geworden, bei dem ein großflächiges Bauelement erwärmt, nach der Erwärmung gebeizt, gespült, dekapiert, im Rahmen einer Elektrolyse beschichtet und gespült wird. Ferner ist aus dieser Druckschrift eine Vorrichtung zur Durchführung des vorgenannten Verfahrens bekannt geworden, die An- bzw. Umbauelemente zur Bildung einer Wanne, ein Anodengefach aus mehreren, im Wesentlichen parallelen stangenförmigen Anoden, die nahe zu den zu beschichtenden Oberflächen positionierbar sind, und eine Verfahrvorrichtung für das Anodengefach aufweist.
Ferner ist es aus der US 2001/0054556 A1 bekannt, eine Platte zum Beispiel elektrolytisch zu vernickeln. Hierzu dient eine Vorrichtung mit einem Elektrolysebehälter, der perforierte Platten aufweist, die zwischen Anode und zu beschichtendem Bauteil angeordnet sind.
Obwohl sich die vorbeschriebenen Verfahren in der Praxis bewährt haben, besteht gleichwohl Verbesserungsbedarf hinsichtlich der Präzision und der Flexibilität des Verfahrens insgesamt. Es haben sich insbesondere Schwierigkeiten bei der Abscheidung einer homogenen Schichtstärke der Nickelschicht ergeben. Es hat sich ferner gezeigt, dass bestimmte Bereiche der zu beschichtenden Oberfläche größeren Belastungen widerstehen müssen als andere Bereiche. Es ist hierzu erforderlich, in diesen einander übergehenden Bereichen voneinander abweichende Schichtstärken abzuscheiden, wobei jede Fläche für sich nach Möglichkeit keine Schichtdifferenzen aufweisen darf. Bei den vorgenannten Schwierigkeiten stößt das aus dem Stand der Technik bekannte Verfahren an seine Grenzen.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung ein Verfahren bereitzustellen, welches die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile beseitigen.
Zur Lösung der Aufgabe wird ein Verfahren gemäß Anspruch 1 vorgeschlagen.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung ist es vorteilhafterweise möglich, die Oberfläche großflächiger Bauteile durch segmentweises vernickeln besonders homogen zu beschichten. Insbesondere können hiermit Schichten hergestellt werden, bei denen Differenzen in der Schichtstärke nahezu vollständig vermieden werden können. Es hat sich herausgestellt, dass es durch die erfindungsgemäße Anordnung von Abschirmelementen zwischen den für die Beschichtung erforderlichen Anoden oder Anodengruppen und dem zu beschichtenden Oberflächensegment zur Ausbildung von besonders homogenen elektrischen Feldern kommt. Dies ermöglicht im Gegensatz zu den aus dem Stand der Technik bekannten Ansätzen eine nahezu störungsfreie Steuerung der Abscheidungsprozesse in den einzelnen abgeschirmten Bereichen. In abschirmungsfreien Systemen, wie es sich im Stand der Technik etabliert hat, ist die Aufrechterhaltung eines sich über die gesamte Oberfläche des zu beschichtenden Bauteils erstreckenden homogenen elektrischen Feldes nahezu unmöglich. Insbesondere die an den Rändern der Anoden auftretenden Störfelder führen zu einer unerwünschten Heterogenität des elektrischen Feldes insgesamt. Die Abscheidung homogener Schichten gleicher Schichtstärke ist in diesen Systemen daher nur sehr eingeschränkt möglich. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden in Abkehr vom Stand der Technik eine Mehrzahl räumlich begrenzter, vergleichsweise kleiner elektrischer Felder aufgebaut, die leichter zu handhaben und weniger anfällig für Störungen sind. Darüber hinaus wird die Ausbildung von Störfeldern an den Rändern der Anoden durch die erfindungsgemäße Zwischenordnung der erfindungsgemäßen Abschirmelemente vorteilhafterweise unterbunden. Die Erfindung ermöglicht somit die Abscheidung einer besonders homogenen Nickelschicht, die an jedem Oberflächenabschnitt des zu beschichtenden Bauteils im Wesentlichen die gleiche Schichtstärke aufweist. Im Wesentlichen die gleiche Schichtstärke bedeutet im Sinne der Erfindung eine Schichtstärke, die um weniger als ±2 µm, vorzugsweise um weniger als ±1 µm und besonders bevorzugt um weniger als ±0,5 µm von der mittleren Schichtstärke der Nickelbeschichtung abweicht.
Erfindungsgemäß sind die Abschirmelemente flächig ausgebildet. Hierdurch sind die Abschirmelemente vorteilhafterweise vergleichsweise leicht und bilden dennoch einen vergleichsweise großen elektrisch abgeschirmten Volumenbereich aus. Die Abschirmelemente können hierzu in beliebiger flächiger Form ausgestaltet sein. Bevorzugt sind die Abschirmelemente in Form von Platten, Blättern, Membranen, Scheiben und Ähnlichem ausgebildet. Die bevorzugte Form richtet sich im Wesentlichen nach der Stärke des abzuschirmenden elektrischen Feldes. Soll ein elektrisches Feld mit vergleichsweise hoher Feldstärke abgeschirmt werden, sind Abschirmelemente mit vergleichsweise großer Dicke, also platten- oder scheibenförmige Abschirmelemente bevorzugt. Soll hingegen ein elektrisches Feld mit vergleichsweise geringer Feldstärke abgeschirmt werden, sind Abschirmelemente mit vergleichsweise geringer Dicke, also blatt- oder membranförmige Abschirmelemente bevorzugt. Im besonderen Fall der Innenbeschichtung zylinderförmiger großvolumiger Behälter sind die Abschirmelemente jeweils vorzugsweise kreisförmiger Platten oder Scheiben ausgebildet. Besonders bevorzugt ist hierbei die Ausgestaltung als Lochscheibe. Hierbei kann zwischen zwei Abschirmelementen ein im Wesentlichen ringförmiger Volumenbereich ausgebildet werden, in welchem eine vorzugsweise ebenfalls ringförmig ausgebildete Anode angeordnet ist. Es hat sich hierbei herausgestellt, dass etwaige im Inneren der ringförmigen Anode vorliegende Felder keinerlei Einfluss auf das Beschichtungsergebnis haben. Vorteilhafterweise führt die Ausbildung des Abschirmelements als Lochscheibe damit zu Materialeinsparungen, ohne die Abschirmwirkung im Ergebnis negativ zu beeinflussen.
Gemäß einem bevorzugten Merkmal der Erfindung sind die Abschirmelemente austauschbar innerhalb der Vorrichtung angeordnet. Es ist hierdurch möglich, reparaturbedürftige oder anderweitig unbrauchbare Elemente in einfacher Weise zu ersetzen. Hierdurch wird insbesondere der Wartungsaufwand der Vorrichtung in vorteilhafter Weise insgesamt gesenkt. Es ermöglicht ferner die Anpassung der erfindungsgemäßen Vorrichtung an die jeweiligen Anforderungen, insbesondere der einzustellenden Feldstärken. Hier können je nach Bedarf Abschirmelemente unterschiedlichen Typs gegeneinander ausgetauscht werden. Als Beispiel sei hier der Austausch von plattenförmigen Elementen gegen membranförmige Elemente genannt. Auf diese Weise ist die erfindungsgemäße Vorrichtung an eine Vielzahl möglicher Vernickelungsverfahren anpassbar und weist damit ein vergleichsweise breites Anwendungsspektrum auf. Besonders bevorzugt kann es vorgesehen sein, Abschirmelemente unterschiedlichen Typs für die Abschirmung unterschiedlicher Volumenbereiche parallel zu verwenden. Dies ist insbesondere in solchen Fällen von Vorteil, in denen Anoden oder Anodengruppen unterschiedlicher Volumenbereiche individuell angesteuert werden und mit unterschiedlichen Verfahrensparametern betrieben werden. Dies kann insbesondere für den Fall vorteilhaft sein, in welchem manche Oberflächensegmente des großflächigen Bauteils bewusst und zeitgleich mit unterschiedlichen Schichtstärken beschichtet werden sollen. Hierbei kann es vorgesehen sein, in den einzelnen Volumenbereichen unterschiedliche Feldstärken vorzusehen. Zur Abschirmung der unterschiedlichen Feldstärken ist es bevorzugt vorgesehen, in Abhängigkeit der jeweiligen Feldstärke hinsichtlich Form und Material hierfür vorstehend genannte geeignete Abschirmelemente miteinander zu kombinieren.
Gemäß einem bevorzugten Merkmal der Erfindung sind die Abschirmelemente aus einem elektrisch isolierenden Material ausgebildet. Bevorzugt sind hierbei insbesondere polymere Materialien, die im verwendeten Elektrolyten stabil sind. Besonders bevorzugt sind hierbei Polypropylen (PP), Polytetrafluorethylen (PTFE), Polyimide (PI) und Polysulfon (PSU). Diese Werkstoffe sind einerseits elektrische Isolatoren und weisen andererseits eine exzellente Beständigkeit gegenüber bei der Vernickelung typischerweise verwendeten Elektrolyten auf. Je nach Einstellung der Verfahrensparameter kann es vorzugsweise vorgesehen sein, Abschirmelemente aus unterschiedlichen Materialien zu verwenden.
Erfindungsgemäß ist vorrichtungsseitig ein Elektrolysebehälter vorgesehen. Alternativ sind An- bzw. Umbauelemente zur Bildung eines Elektrolysebehälters vorgesehen. Die zweite Variante dient hierbei insbesondere der Innenbeschichtung von großvolumigen Behältern. Durch die erfindungsgemäßen An- bzw. Umbauelemente wird der zu beschichtende Behälter zu einem Elektrolysebehälter umgebildet. Durch diese Maßnahme können große Tauchbehälter, wie sie nach der ersten Variante vorgesehen sind, entfallen, da der Elektrolysebehälter zur Aufnahme des Elektrolyten im Wesentlichen durch den zu beschichtenden großvolumigen Behälter selbst gebildet wird. Die An- und Umbauelemente stellen Kragen, Überlaufbereiche, Entwässerungsbohrungen oder dergleichen dar und werden bedarfsweise an den zu beschichtenden Behälter angeordnet.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist wenigstens ein Teil der Anoden und/oder der Anodengruppen individuell ansteuerbar ausgebildet. Individuell bedeutet im Sinne der Erfindung insbesondere, dass verschiedenen Anoden oder Anodengruppen zeitgleich, aber unabhängig voneinander betrieben werden können. Vorzugsweise lassen sich die Oberflächensegmente des zu beschichtenden Bauteils verfahrensseitig hierdurch entweder mit gleichen Abscheidecharakteristika, wie insbesondere Stromdichte und Feldstärke oder mit unterschiedlichen Abscheidecharakteristika beschichten. Werden die Oberflächensegmente mit gleichen Abscheidecharakteristika beschichtet, so resultiert hieraus eine erfindungsgemäß homogene Nickelbeschichtung mit im Wesentlichen gleichen Schichtstärken. Werden die Oberflächensegmente hingegen mit unterschiedlichen Abscheidecharakteristika beschichtet, so können einzelne Oberflächensegmente vorzugsweise mit unterschiedlichen Schichtstärken oder unterschiedlichen Geschwindigkeiten beschichtet werden. Eine solche Verfahrensführung kann dort von Vorteil sein, wo unterschiedliche Segmente des großflächigen Bauteils unterschiedlich starken Belastungen ausgesetzt sind und mit entsprechend größerer Schichtstärke beschichtet werden müssen. Diese, durch die Erfindung eröffnete Möglichkeit der Beschichtung unterschiedlicher Oberflächensegmente mit unterschiedlichen Schichtstärken in einem Verfahrensschritt erlaubt eine weitgehende Vereinfachung des Vernickelungsverfahrens. Im Stand der Technik muss das Bauteil hierfür verschiedene Bäder durchlaufen, was einerseits ein vergleichsweise großes logistisches Problem darstellt und andererseits zu einer ineffizienten Nutzung von Ressourcen führt. Vorgenannte Probleme können durch die Erfindung vollumfänglich vermieden werden. Vorzugsweise ist die individuelle Ansteuerbarkeit der Anoden und/oder der Anodengruppen durch die Zuordnung jeweils eines separaten Gleichrichters realisiert. Die Gleichrichter und die Anoden und/oder die Anodengruppen sind zu diesem Zweck steuerungstechnisch miteinander verbunden.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Anoden und/oder die Anodengruppen derart ausgebildet, dass ihre räumliche Position und/oder ihre Ausrichtung variierbar sind. Vorzugsweise sind die Anoden und/oder Anodengruppen hierzu verfahrbar von der Vorrichtung aufgenommen. Ferner sind die Anoden und/oder Anodengruppen vorzugsweise verschwenkbar ausgebildet. Besonders bevorzugt sind die Anoden und/oder Anodengruppen sowohl verfahrbar von der Vorrichtung aufgenommen als auch verschwenkbar ausgebildet. Hierdurch können die Anoden und/oder die Anodengruppen räumlich an die Geometrie des zu beschichtenden Oberflächensegments angepasst werden oder deren Positionierung und Ausrichtung auf das zu beschichtende Material abgestimmt werden. In der Praxis müssen häufig Oberflächen mit komplexen Oberflächenbeschaffenheiten beschichtet werden, wodurch sich oftmals suboptimale Beschichtungsergebnisse ergeben können. Durch die räumlich flexible Ausgestaltung der Anoden und/oder Anodengruppen lassen trotz komplexer Oberflächenbeschaffenheiten hochqualitative Nickelschichten mit den erfindungsgemäßen Vorteilen herstellen. Vorzugsweise sind die Anoden und/oder Anodengruppen derart verfahrbar von der Vorrichtung aufgenommen, dass sie ausschließlich innerhalb des elektrisch abgeschirmten Volumenraumes verfahrbar sind. Hierdurch wird vermieden, dass die Anoden und/oder Anodengruppen aus dem elektrisch abgeschirmten Bereich heraus verfahren werden. Hierdurch wird die erfindungsgemäße Abschirmung und die damit verbundene Ausbildung einer homogenen Nickelbeschichtung auch bei einer Verfahrung der Anoden in vorteilhafter Weise in vollem Umfang gewährleistet. Weiter bevorzugt sind die Anoden und/oder die Anodengruppen lediglich linear verfahrbar von der Vorrichtung aufgenommen. In diesem Szenario ist ein abgeschirmter Volumenraum erfindungsgemäß von wenigstens zwei Abschirmelementen begrenzt. Im Inneren des Volumenraumes ist die Anode angeordnet. Die Seite des Volumenraumes, welche im bestimmungsgemäßen Verwendungsfall dem zu beschichtenden Oberflächensegment zugewandt ist erfindungsgemäß abschirmelementfrei ausgebildet. Vorzugsweise ist diese Seite vollständig offen ausgestaltet, um den für die Beschichtung notwendigen Ionenfluss in Richtung des zu beschichtenden Oberflächensegments zu gewährleisten. Die Anode ist in diesem Fall in Richtung der abschirmelementfreien, vorzugsweise der vollständig offenen Seite und in die Gegenrichtung linear verfahrbar von der Vorrichtung aufgenommen. Auf diesem Wege wird gewährleistet, dass das für die Ausbildung einer homogenen Nickelschicht notwendige elektrische Feld stets in Richtung des zu beschichtenden Oberflächensegments ausgerichtet ist, wodurch die Ausbildung von Störfeldern wirkungsvoll unterbunden wird.
Erfindungsgemäß können die Anoden beliebig geformt sein. Vorzugsweise richtet sich die Entscheidung welche Anode Verwendung findet, jedoch nach den bevorzugten Verfahrensparametern, der Oberflächenbeschaffenheit des zu beschichtenden Bauteils und nach den gewünschten Eigenschaften der resultierenden Nickelbeschichtung. Hinsichtlich der Innenbeschichtung großvolumiger zylinderförmiger und/oder quadratischer Behälter aus z.B. Sphäroguss (GJS-400-15 gemäß EN 1563), welcher besonders schwierig zu beschichten ist, ist insbesondere der Einsatz von stangenförmigen Anoden mit rundem oder ovalem Querschnitt bevorzugt. Für den Fall, dass großflächige Bauteile mit ebener Oberfläche beschichtet werden sollen, ist die Ausgestaltung der Anoden in Plattenform von besonderem Vorteil. In den Fällen, in denen ein Bauteil Oberflächensegmente unterschiedlicher Oberflächenbeschaffenheit und/oder Materialien aufweist, kann die Anordnung von Anoden unterschiedlicher Geometrie in den einzelnen Volumenbereichen bevorzugterweise mit besonderem Vorteil vorgesehen sein. Neben der Anordnung einzelner Anoden in den Volumenräumen kann es erfindungsgemäß ebenfalls vorgesehen sein, Anodengruppen in den Anodenräumen anzuordnen. Anodengruppen sind vorzugsweise aus wenigstens zwei, bevorzugt einer Mehrzahl, Anoden des gleichen Typs gebildet. Hierdurch können vergleichsweise starke elektrische Felder und eine hohe Stromdichte erzeugt werden, was insbesondere bei einer Beschichtung mit hoher Schichtstärke von Vorteil ist. Vorteilhafterweise wird hierdurch die Verfahrensdauer verringert, was verfahrensseitig zu einer Verbesserung der Wirtschaftlichkeit führt.
Durch die erfindungsgemäße Verfahrensführung ist es vorteilhafterweise möglich, die Oberfläche großflächiger Bauteile durch segmentweises vernickeln besonders homogen zu beschichten. Insbesondere können hiermit Schichten hergestellt werden, bei denen Differenzen in der Schichtstärke nahezu vollständig vermieden werden können. Erfindungsgemäß ist der Effekt unter Anderem auf eine nahezu störungsfreie Steuerung der Abscheidungsprozesse in den einzelnen abgeschirmten Bereichen zurückzuführen. Insbesondere kann eine unerwünschte Ausbildung von Störfeldern, welche zu einer schädlichen Heterogenität des elektrischen Feldes insgesamt führen vorteilhafterweise vermieden werden. Erfindungsgemäß werden während des Verfahrens eine Mehrzahl vergleichsweise kleiner, räumlich begrenzter elektrischer Felder aufgebaut, die leichter zu handhaben und weniger anfällig für Störungen sind, als die aus dem Stand der Technik hierfür vorgesehenen vergleichsweise großen elektrischen Felder. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht somit die Abscheidung einer besonders homogenen Nickelschicht, die an jedem Oberflächenabschnitt des zu beschichtenden Bauteils im Wesentlichen die gleiche Schichtstärke aufweist.

(Hieran schließen sich unverändert die ursprünglich eingereichten Beschreibungsseiten 8 bis 11 der Anmeldung an)

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die Oberflächensegmente vor der Elektrolyse vorbehandelt. Eine solche Vorbehandlung kann insbesondere die Verfahrensschritte des Erwärmens, des Beizens, des Spülens und/oder des Dekapierens umfassen. Bei einer solchen Vorbehandlung ist es mitunter notwendig, vergleichsweise große Stromdichten an die vorzubehandelnde Oberfläche anzulegen. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung können diese Stromdichten segmentweise eingestellt werden, was hinsichtlich des Transports des hierfür benötigten Stroms von Vorteil ist.
Gemäß einem bevorzugten Merkmal der Erfindung werden die Anoden und/oder die Anodengruppen zur segmentweisen Beschichtung der Oberfläche des Bauteils individuell angesteuert. Vorzugsweise lassen sich die einzelnen Oberflächensegmente des zu beschichtenden Bauteils in einem Verfahrensschritt unabhängig voneinander hierbei entweder mit gleichen Abscheidecharakteristika, wie insbesondere Stromdichte und Feldstärke oder mit unterschiedlichen Abscheidecharakteristika beschichten. Werden die Oberflächensegmente mit gleichen Abscheidecharakteristika beschichtet, so resultiert hieraus eine erfindungsgemäß homogene Nickelbeschichtung mit im Wesentlichen gleichen Schichtstärken. Werden die Oberflächensegmente hingegen mit unterschiedlichen Abscheidecharakteristika beschichtete, so können einzelne Oberflächensegmente vorzugsweise mit unterschiedlichen Schichtstärken und/oder unterschiedlichen Geschwindigkeiten beschichtet werden. Eine solche Verfahrensführung kann dort von Vorteil sein, wo unterschiedliche Segmente des großflächigen Bauteils unterschiedlich starken Belastungen ausgesetzt sind und mit entsprechend größerer Schichtstärke beschichtet werden müssen. Diese, durch die Erfindung eröffnete Möglichkeit der Beschichtung unterschiedlicher Oberflächensegmente mit unterschiedlichen Schichtstärken in einem Verfahrensschritt erlaubt eine weitgehende Vereinfachung des Vernickelungsverfahrens. Im Stand der Technik muss das Bauteil hierfür verschiedene Bäder durchlaufen, was einerseits ein vergleichsweise großes logistisches Problem darstellt und andererseits zu einer ineffizienten Nutzung von Ressourcen führt. Vorgenannte Probleme können durch die Erfindung vollumfänglich vermieden werden.
Erfindungsgemäß wird das Bauteil mit Nickel beschichtet. Bevorzugt wird Nickel hierbei aus einer wässrigen Nickelsulfamatlösung abgeschieden. Die Nickelsulfamatlösung enthält neben Nickelsulfamat und Wasser wenigstens noch Borsäure. 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.. 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. Vorzugsweise ist es hierbei vorgesehen verschiedene Oberflächensegmente mittels unterschiedlicher Stromdichten zu vernickeln.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines für den Fachmann nicht beschränkend zu verstehenden Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigt

Fig.1: eine erfindungsgemäße Anordnung der Anoden und der Abschirmelemente in schematischer Schnittdarstellung;

Fig.1 zeigt eine erfindungsgemäße Anordnung der Anoden 1, 2, 3 und der flächigen Abschirmelemente 4, 5, 6, 7 in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur elektrolytischen Vernickelung eines großflächigen Bauteils 8 in Schnittdarstellung.
Die Abschirmelemente 4, 5, 6, 7 sind vorliegend derart angeordnet, dass sie die elektrisch voneinander abgeschirmten Volumenbereiche 9, 10, 11 zwischen sich ausbilden. Die Anode 1 ist hierbei im Inneren des Volumenbereichs 9, die Anode 2 im Inneren des Volumenbereichs 10 und die Anoden 3, die zusammen die Anodengruppe 12 bilden, im Inneren des Volumenbereichs 11 angeordnet.
Die Volumenbereiche 9, 10, 11 sind auf ihrer jeweiligen bauteilseitigen Seite 13, 14, 15 abschirmelementfrei ausgebildet. Sie sind vorliegend vollständig offen ausgestaltet, so dass ein ungehinderter Ionentransport in Richtung des Bauteils 8 gewährleistet ist.
Die im Volumenbereich 9 angeordnete Anode 1 ist vorliegend stabförmig und mit kreisförmigem Durchmesser ausgebildet. Die im Anodenbereich 10 angeordnete Anode 2 ist vorliegend plattenförmig ausgebildet. Die im Volumenbereich 11 angeordnete Anodengruppe 12 ist aus einer Mehrzahl stabförmiger Anoden 3 mit kreisförmigem Querschnitt gebildet. Die Anoden 1, 2 und die Anodengruppe 12 sind vorliegend individuell ansteuerbar ausgebildet. Die Anordnung von individuell ansteuerbaren Anoden unterschiedlichen Typs in den jeweils von einander elektrisch abgeschirmten Volumenbereichen 9, 10, 11 erlaubt die Beschichtung der jeweiligen Oberflächensegmente 16, 17, 18 mit unterschiedlichen Verfahrensparametern. Dies kann vorliegend dazu genutzt werden, die Oberflächensegmente 16, 17, 18 im Parallelbetrieb mit unterschiedlicher Schichtstärke, unterschiedlicher Geschwindigkeit und Ähnlichem zu vernickeln. Ferner sind die Anoden 1, 2 und die Anodengruppe 12 durch ihre jeweilige Formausgestaltung an die vorliegend nicht gezeigte unterschiedliche Geometrie und an das teilweise unterschiedliche Material der einzelnen Oberflächensegmente 16, 17, 18 angepasst, um innerhalb des jeweiligen Segments die Abscheidung einer homogenen Nickelschicht zu optimieren.
Die Anoden 1, 2 sowie die Anodengruppe 12 sind vorliegend von der Vorrichtung linear verfahrbar aufgenommen. Sie sind hierbei jeweils in Richtung der bauteilseitigen Seite 13, 14, 15 des jeweiligen Volumenraumes 9, 10, 11 verfahrbar. Auf diesem Wege ist eine weitere Anpassung an die Oberflächenbeschaffenheit des jeweiligen Oberflächensegments 16, 17, 18 möglich. Im Sinne einer noch weiteren Anpassung sind die Anoden 1, 2 sowie die Anodengruppe 12 darüber hinaus verschwenkbar ausgebildet. Vorzugsweise sind sie mit einem Winkel von bis zu 20 ° in Relation zu der jeweiligen Mittelsenkrechten verschwenkbar.
Der Elektrolysebehälter (nicht gezeigt) ist vorliegend mit einem Elektrolyten zur Vernickelung des zu beschichtenden Bauteils 8 befüllt. Der Elektrolyt füllt hierbei die Volumenbereiche 9, 10, 11 vollständig aus und sorgt für eine ständige Benetzung der zu beschichtenden Oberflächensegmente 16, 17, 18 des Bauteils 8. Der Elektrolyt 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. Verfahrensseitig wird der pH-Wert des Elektrolyten auf einen Wert von 3,2 eingestellt. Die Elektrolyttemperatur wird auf einen Wert von 40 °C eingestellt. Im Volumenbereich 9 wird vorliegend eine Stromdichte von 10 mA/cm² eingestellt. Im Volumenbereich 10 wird eine Stromdichte von 15 mA/cm² eingestellt Im Volumenbereich 11 wird eine Stromdichte 18 mA/cm² eingestellt. Durch die Wahl der vorgenannten Parameter werden die Oberflächensegmente 16, 17, 18 mit verschiedenen Schichtstärken vernickelt, wobei Oberflächensegment 16 mit einer vergleichsweise geringen Schichtstärke im µm-Bereich und Oberflächensegment 18 mit einer vergleichsweise hohen Schichtstärke im mm - Bereich vernickelt werden. Oberflächensegment 17 wird im Vergleich hierzu mit einer mittleren Schichtstärke vernickelt.
Die Abschirmelemente 4, 5, 6, 7 sind vorliegend als Platten ausgebildet. Die Platten bestehen vollständig aus dem elektrischen Isolator Polytetrafluorethylen. Ferner ist das Material gegenüber dem verwendeten Elektrolyten beständig.

Bezugszeichen liste

1: Anode
2: Anode
3: Anode
4: Abschirmelement
5: Abschirmelement
6: Abschirmelement
7: Abschirmelement
8: Bauteil
9: elektrisch abgeschirmter Volumenbereich
10: elektrisch abgeschirmter Volumenbereich
11: elektrisch abgeschirmter Volumenbereich
12: Anodengruppe
13: bauteilseitige Seite des Volumenbereichs 9
14: bauteilseitige Seite des Volumenbereichs 10
15: bauteilseitige Seite des Volumenbereichs 11
16: Oberflächensegment
17: Oberflächensegment
18: Oberflächensegment

Claims

Verfahren zur elektrolytischen Vernickelung eines großflächigen Bauteils mittels einer Vorrichtung zur elektrolytischen Vernickelung eines großflächigen Bauteils (8), aufweisend einen Elektrolysebehälter und voneinander beabstandete Anoden (1, 2) und/oder Anodengruppen (12), wobei flächige Abschirmelemente (5, 6, 7) zwischen einzelnen Anoden (1, 2) und/oder Anodengruppen (12) angeordnet sind, wobei zur segmentweisen Beschichtung des großflächigen Bauteils (8) wenigstens zwei der besagten Abschirmelemente (5, 6, 7) einen abgeschirmten Volumenbereich (9, 10, 11) ausbilden, wobei die wenigstens zwei Abschirmelemente (5, 6, 7) einander gegenüberliegend angeordnet sind und die Anode (1, 2) oder die Anodengruppe (12) im Inneren des Volumenbereiches (9, 10, 11) positioniert ist, wobei der Volumenbereich (9, 10, 11) bauteilseitig abschirmelementfrei ausgebildet ist, wobei die Oberfläche des Bauteils mittels der Anoden und eines nickelhaltigen Elektrolyten mit Nickel beschichtet wird, wobei die Oberfläche segmentweise beschichtet wird, wobei jedes Oberflächensegment (16, 17, 18) räumlich einer Anode (1, 2) oder einer Anodengruppe (12) zugeordnet wird, und wobei die Anode (1, 2) oder die Anodengruppe (12) des jeweiligen Oberflächensegments (16, 17, 18) elektrisch von Anoden (1, 2) oder Anodengruppen (12) der übrigen Oberflächensegmente (16, 17, 18) abgeschirmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anoden (1, 2) zur segmentweisen Beschichtung individuell angesteuert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Anoden (1, 2), welche unterschiedlichen Oberflächensegmenten (16, 17, 18) zugeordnet sind, wenigstens teilweise simultan betrieben werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Oberflächensegmenten (16, 17, 18) und der jeweiligen Anode (1, 2) wenigstens teilweise unterschiedliche Stromdichten eingestellt werden.