WO2017071817A1 - Verfahren zur effizienten schwarzverchromung i - Google Patents

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WO2017071817A1
WO2017071817A1 PCT/EP2016/025118 EP2016025118W WO2017071817A1 WO 2017071817 A1 WO2017071817 A1 WO 2017071817A1 EP 2016025118 W EP2016025118 W EP 2016025118W WO 2017071817 A1 WO2017071817 A1 WO 2017071817A1
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black
chromium
nickel layer
plating
bath
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Franz Wolf-Dieter
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Franz GmbH
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • C25D5/38Pretreatment of metallic surfaces to be electroplated of refractory metals or nickel
    • C25D5/40Nickel; Chromium
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    • C25D5/48After-treatment of electroplated surfaces
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25FPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC REMOVAL OF MATERIALS FROM OBJECTS; APPARATUS THEREFOR
    • C25F1/00Electrolytic cleaning, degreasing, pickling or descaling

Definitions

  • the present invention relates to a process for the blackening of surfaces, in particular for automotive interior surfaces.
  • Black chromium plating is a well-established and long-known method of surface coating in which, in addition to metallic chromium, more or fewer polychromates are deposited, depending on the morphology and the state of germination. It creates dark and especially black surfaces of decorative function. Black chromed surfaces generally suffer from limited abrasion resistance and also contain i. d. R. hexavalent chromium ions. Abrasion resistance varies depending on the application, but can be a significant disadvantage. The presence of hexavalent chromium is fundamentally disadvantageous because of the health hazard it poses and the environmental regulations that prevail, particularly in the automotive industry (eg RoHS conformity).
  • the described problem of loading with hexavalent chromium ions has been solved or considerably reduced, whereby the following disclosure in principle also relates to a method deviating from this patent for black chromium plating.
  • black chromium plating next to a good thermal efficiency in terms of efficiency of the process and blackening is desired.
  • the present invention is the technical problem of providing an improved method for black chrome plating. This problem is solved by a method for black chrome plating of surfaces in a bath with chromic acid, characterized by a fluoride content in the bath of between 0.03 g / l and 0.2 g / l.
  • the black chrome plating is generally carried out in chromic acid baths with other additives, such as potassium nitrate, potassium hexafluorosilicate and barium carbonate.
  • the additives are individually different and fulfill purposes such.
  • fluoride ions are also present in a typical galvanic black plating bath, for example at equilibrium with silica (compare hexafluorosilicate as mentioned above).
  • this fluoride content is increased or adjusted to a quantitative range between 0.03 g / l and 0.2 g / l (based on the fluoride mass and the volume of the electroplating bath), with the lower limit of this interval being increasingly preferred in the following order are: 0.035; 0.04; 0.045; 0.05; 0.055 and finally 0.06 g / l, and as upper limit also in the following order: 0.18; 0.16; 0.14; 0.12; 0.1; 0.095; 0.09; 0.085 and finally 0.08 g / l.
  • the fluoride content can be increased by adding potassium fluoride or hydrofluoric acid.
  • the inventor has found that the current efficiency and rate of deposition are significantly improved, especially in an initial phase. It may happen that the layers according to the invention are deposited in the long term in a very similar or identical manner as in a comparable process without increased fluoride content. However, the separation takes place in a phase which is decisive for practical cases much faster, for example in some cases twice as fast.
  • a further embodiment of the black chromium plating process according to the invention relates to an increased value of trivalent chromium ions (chromium III) relative to the chromium ions having an oxidation number 6 (chromium VI), namely between 2 and 6%.
  • Preferred lower limits of this interval are 2.2; 2.4; 2.8 and finally 3%, preferred upper limits at 5.5; 5.0; 4.6; 4.4; 4.2 and finally 4%, each in that order.
  • a preferred chromium Ii content is between 6 g / l and 50 g / l, with preferred lower limits being 8; 10; 11 and 12 g / l and preferred upper limits at 45; 40; 35; 30; 25 and finally 20 g / l, each in that order.
  • the inventor has found that this can improve the degree of blackening and decrease the tendency of the layers to a slight browning.
  • a brownish tint may be bothersome for aesthetic reasons, but is also associated with some increased effort independently, if other (especially decorative) surfaces must be matched appropriately, eg. B. black painted parts.
  • the chromium ions can be added as such or can also be produced by reducing the chromium VI which is already present in large quantities because of the chromic acid.
  • a known per se reducing agent is used.
  • a particularly inexpensive and simple solution is the addition of sugar, which is thereby oxidized to carbon dioxide.
  • the ultrasonic cleaning in alkaline solution already described in the cited EP 1 876 268 B, ie from pH 8, is still preferred.
  • the resulting reduction in the chromium-VI load makes black-chromium plating significantly more attractive or even usable, with details referring to the cited patent.
  • This cleaning step after black chromium plating is preferably carried out in an alkaline solution in a pH range between 9 and 13, with pH values below 12 or below 11 being preferred, for example at pH 10.
  • the solution may optionally also contain surfactants. These improve the cleaning properties, but do not make the ultrasonic treatment unnecessary.
  • the ultrasonic treatment is carried out in a temperature range between 50 and 60 ° C.
  • the ultrasound treatment itself preferably lasts at least 30 s.
  • the ultrasound power can range between 0.5 and 2 W / l.
  • the black chrome plating requires a metallic surface, which in individual cases, for example, in metallic copper workpieces or stainless steel workpieces, even in an uncoated work piece surface itself can exist.
  • an additional metallization preferably a galvanic metallization, is preferred.
  • nickel metallizations into consideration.
  • a cathodic activation of the metallized surface is preferably additionally provided before the black chrome plating.
  • a cathodic activation significantly improves the quality of the black chrome plating, above all it leads to a lower crack formation and thus supports the cleaning options by the ultrasonic cleaning step according to the invention.
  • the cathodic activation of the metallized surface before the black chromium plating also ensures a particularly efficient cleaning of the surface, also with regard to organic impurities remaining from previous metallization steps.
  • cathodic activation offers a especially fine-grained germination in the course of the following black chrome plating. This may be related to the reduction of particles on the surface by the cathodic circuit.
  • the layers according to the invention show a good and even improved abrasion resistance on the substrate compared to conventional layers and at the same time a significantly reduced cracking of the black chromium plating layer.
  • the initial metallization before cathodic activation is preferably a galvanic metallization, even in the case of materials other than nickel, for example in the case of copper.
  • a galvanic high-gloss nickel layer that is to say a nickel layer deposited from a galvanic bath with brightener additives.
  • the procedure according to the invention for black chrome plating is also suitable, in particular, for plastic surfaces.
  • metal is preferably first germinated, preferably with palladium. Germination may be preceded by a chemical pretreatment step, such as sulfonation or pickling in chromic acid solution. The germination is followed by a chemical nickel coating, ie a nickel layer deposited without external current. This nickel layer can then be galvanically reinforced, in particular with nickel or copper. Preference is given to pure galvanic nickel layers, ie without brightener additives in the galvanic bath, or copper layers of acidic electroplating solution, ie. H. based on sulfuric acid and not on cyanide.
  • metals are considered here: non-ferrous metals, zinc die casting, light metals and light metal alloys, iron and steel materials.
  • an initially conventional layer structure is predetermined, such as with a galvanic metallization, in particular copper, and a then the following galvanic high-gloss metallization, in particular copper coating of acidic solution or nickel coating.
  • the high-gloss layers have the function of leveling the surface. The following procedure then continues as already explained in connection with the plastic surfaces; so it follows the cathodic activation.
  • Another aspect of the invention relates to options for setting the Glanz upon. Mattness of the black-chromed surface.
  • Here are to be created by fotomatten to high-gloss layers of play.
  • To set certain degrees of matting here is provided to produce the initial metallization of the surface by applying a matte nickel layer on a smooth surface of the workpiece by electrodeposition without organic matting additives and further applying a Sulfamatnickel- layer.
  • the basic idea of this aspect of the invention is to apply a matt nickel layer on a smooth workpiece surface and adjust the mattness over the thickness of the nickel layers. This is aimed at galvanic nickel layers in which no organic matting additives are used. Rather, in a preferred embodiment, it may be a known Wattsche nickel layer, which is technically simple and easy to control.
  • the smooth surface on the workpiece under the matt nickel layer may, for example, be a polished workpiece surface itself or else an applied metal layer. If a preferred bright nickel layer is used here, this has the particular advantage of very well leveling any surface defects and defects. Thus, it can improve the quality of the final gloss content of the finished metal surface according to the invention. Galvanic processes for bright nickel coatings are well known and need not be detailed here.
  • the matte galvanic nickel layer is preferably applied as a known and technically well-controlled Wattsche nickel layer, d. H. as galvanic nickel layer without organic matting additives. This results in a microscopically bulbous layered structure, in which the tuber sizes and tuber intervals can be set via the current intensity and / or coating time, which ultimately determine the dullness. A maximum dullness arises when the tubers are practically close to each other.
  • the galvanic deposition of a sulfamate nickel layer is also conventional and known.
  • the corresponding solutions contain nickel sulfamate, that is, the salt of amidosulfuric acid.
  • the sulfamate nickel coating rounds and reinforces the aforementioned nodular or otherwise matt nickel layer something, however, does not really level it.
  • the sulfamate nickel layer also enhances the grain size without altering the basic graininess described above with "nodular.” It thus acquires the matting character, possibly only slightly increasing the gloss, but above all provides increased stability and resilience Material thickness and for better wiper sensitivity or better dirt-repellent properties The reduced roughness due to the rounding offers less grip to soiling.
  • a particular advantage of this embodiment is that the degree of gloss or degree of matting can be set by galvanic parameters in a very simple manner and also has the desired effect after black chromium plating.
  • Different optical properties can be generated with one and the same basic process, that is, the same solution compositions, identical baths, etc.
  • the dullness can be set from batch to batch simply via the amperage, or even more favorably over the treatment time.
  • An economically quite interesting alternative is to resort to the production of already chrome parts, which then under the chrome layer z. B. are constructed according to the above description. Such parts are often available at very reasonable cost. There, the chrome layer z.
  • Example be removed by electroplating and then the Schwarzver chromung invention are applied, preferably after cathodic activation.
  • This cathodic activation can be carried out (also in the above process) in alkaline or acidic solution, with a pH between 11 and 13 or 1 and 2.
  • alkaline cathodic activation gives good results
  • acidic cathodic activation helps to avoid occasional difficulties with the carryover of alkaline solution residues into the acidic black plating bath.
  • the chrome-Vl-freedom is particularly important.
  • increased demands are placed on the abrasion resistance of surface layers. But also applications, for example in medical technology come into consideration.
  • a plastic door interior handle for automobiles made of glass fiber or mineral fiber reinforced polyamides, ABS or ABS PC can be coated according to the invention by initially treating in the case of ABS and ABS PC a dressing with chromic acid or sulfonation in the case of polyamides.
  • a metal part namely a motor vehicle head restraint brace made of an aluminum alloy, is first coppered electrolytically with a thickness of 3 to 10 ⁇ m. This is followed by an acidic high-gloss copper layer of thickness 20 - 25 pm and optionally another high-gloss nickel layer.
  • an already chrome-plated trim part of an instrument panel or in the front area under a bumper can be galvanized.
  • an aqueous solution of 60 g / l of sodium bisulfate at a pH value of about 1.8 cathodically activated at 3 A / dm 2 for a time of 30 s.
  • the solution contains relatively small amounts of surfactants and fluorides to support the cleaning and activation function.
  • a black coating layer can be electrodeposited using wells which are generally known per se.
  • the company Schlötter provides appropriate formulations and the necessary chemicals.
  • about 1 g / l potassium nitrate and (preferably to saturation) potassium hexafluorosilicate and barium carbonate can be added.
  • the latter in an amount sufficient to precipitate the sulphate impurities present in the chromic acid (as sparingly soluble barium sulphate). So far, however, the process is conventional.
  • 0.2 g / l potassium fluoride (equivalent to a little 0.06 g / l fluoride) is then added and sugar in an amount that produces about 16 g / l chromium III (which can be measured and the amount of sugar dictates).
  • the desired layers z. B. produced in 5 minutes instead of 10 minutes at 20% reduced current and correspondingly lower cooling requirement, the layers show a very good and little tendency to browning blackening.
  • z. B. 12 simultaneously treated automotive interior trim strips or the like instead of 1,800 A only 1,500 A are used or even only 1,200 A, the process time is still shortened.
  • Chromium Vl oxides and polychromates are initially present on the black chromium plating layer. These impurities can be removed very successfully by a first simple water bath and then an ultrasound assisted cleaning in an alkaline solution at pH 10 and about 50-60 ° C for preferably at least 1-2 minutes. According to experience, treatments beyond 5 minutes do not bring any significant improvements. After the ultrasonic treatment in the alkaline solution again a water bath is run through.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine verbesserte Schwarzverchromung bspw. von Autoteilen.

Description

Verfahren zur effizienten Schwarzverchromung I
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Schwarzverchro- mung von Oberflächen, insbesondere für Automobilinnenoberflächen.
Die Schwarzverchromung ist ein gängiges und seit langem bekanntes Verfahren zur Oberflächenbeschichtung, bei dem neben metallischem Chrom je nach Morphologie und Bekeimungszustand mehr oder weniger Polychromate abgeschieden werden. Es werden dunkle und insbesondere schwarze Oberflächen von dekorativer Funktion erzeugt. Schwarzverchromte Oberfläche leiden grundsätzlich unter einer begrenzten Abriebfestigkeit und enthalten darüber hinaus i. d. R. sechswer- tige Chromionen. Die Abriebfestigkeit ist anwendungsabhängig von unterschiedlicher Bedeutung, kann jedoch einen wesentlichen Nachteil darstellen. Das Vor- handensein von sechswertigem Chrom ist wegen der von ihm ausgehenden Gesundheitsgefahr und der vor allem in der Automobilindustrie herrschenden Umweltvorschriften (z. B. RoHS-Konformität) grundsätzlich nachteilig.
Mit der in dem europäischen Patent EP 1 876 268 B geschützten Erfindung ist das geschilderte Problem der Belastung mit sechswertigen Chromionen gelöst bzw. ganz erheblich verringert worden, wobei sich die hier folgende Offenbarung grundsätzlich auch auf von diesem Patent abweichende Schwarzverchromungs- verfahren bezieht. Grundsätzlich ist beim Schwarzverchromen daneben eine gute Wärmewirksamkeit hinsichtlich Effizienz des Verfahrens und Schwärzung gewünscht. Davon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung das technische Problem zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Schwarzverchromung anzugeben. Dieses Problem wird gelöst durch ein Verfahren zur Schwarzverchromung von Oberflächen in einem Bad mit Chromsäure, gekennzeichnet durch einen Fluorid- Anteil in dem Bad zwischen 0,03 g/l und 0,2 g/l. Die Schwarzverchromung erfolgt grundsätzlich in Chromsäurebädern mit weiteren Zusätzen, etwa Kaliumnitrat, Kaliumhexafluorosilikat und Bariumcarbonat. Die Zusätze sind individuell verschieden und erfüllen Zwecke wie z. B. eine Erhöhung der Stromausbeute oder z. B. eine Beseitigung von Sulfatverunreinigungen etwa der Chromsäure (durch Ausfällen mit Bariumionen). Auf diese Details kommt es vorliegend nicht primär an. Wesentlich ist vielmehr, dass in einem typischen galvanischen Schwarzverchromungsbad auch Fluorid-Ionen vorhanden sind, etwa im Gleichgewicht gegen Kieselsäure (vgl. Hexafluorosilikat wie oben erwähnt). Erfin- dungsgemäß wird dieser Fluoridanteil erhöht bzw. eingestellt auf einen quantitativen Bereich zwischen 0,03 g/l und 0,2 g/l (bezogen auf die Fluoridmasse und das Volumen des Galvanikbades), wobei als Untergrenze dieses Intervalls in folgender Reihenfolge zunehmend bevorzugt sind: 0,035; 0,04; 0,045; 0,05; 0,055 und schließlich 0,06 g/l, und als Obergrenze ebenfalls in folgender Reihenfolge: 0,18; 0,16; 0,14; 0,12; 0,1 ; 0,095; 0,09; 0,085 und schließlich 0,08 g/l.
Bspw. kann der Fluoridanteil durch Zugabe von Kaliumfluorid oder Flusssäure erhöht werden. Der Erfinder hat herausgefunden, dass die Stromausbeute und die Geschwindigkeit der Abscheidung vor allem in einer Anfangsphase erheblich verbessert werden. Es kann dazu kommen, dass die erfindungsgemäß hergestellten Schichten langfristig in sehr ähnlicher oder identischer Weise abgeschieden werden wie bei einem vergleichbaren Prozess ohne erhöhten Fluoridanteil. Jedoch erfolgt die Ab- Scheidung in einer für praxisrelevante Fälle entscheidenden Phase sehr viel schneller, bspw. in Einzelfällen doppelt so schnell.
Ferner hat sich herausgestellt, dass der erhöhte Fluoridanteil auch die Stromausbeute und damit bei ansonsten vergleichbarer Prozessführung den Energieauf- wand für die elektrische Versorgung selbst und für die häufig erforderliche Kühlung des Bades (wegen der Joule'schen Verlustwärme) deutlich verringert, bspw. in Einzelfällen in der Größenordnung von 20 % weniger Stromaufwand und dem- entsprechend auch geringerer Kühlleistung. Unter Berücksichtigung der zuvor angesprochenen schnelleren Prozessführung ergeben sich damit wesentliche Energieeinsparpotenziale, eine größere Ausbeute im Prozess hinsichtlich Zeiteffizienz und geringere Anforderungen an die elektrische Versorgung und die Kühlanlage.
Eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Schwarzverchromungsver- fahrens betrifft einen erhöhten Wert an dreiwertigen Chromionen (Chrom III) relativ zu den Chromionen mit Oxidationszahl 6 (Chrom VI), nämlich zwischen 2 und 6 %. Bevorzugte Untergrenzen dieses Intervalls liegen bei 2,2; 2,4; 2,8 und schließlich 3 %, bevorzugte Obergrenzen bei 5,5; 5,0; 4,6; 4,4; 4,2 und schließlich 4 %, jeweils in dieser Reihenfolge.
In absoluten Werten formuliert (und auch unabhängig von den obigen relativen Werten gemeint) liegt ein bevorzugter Chrom-I Ii-Anteil zwischen 6 g/l und 50 g/l, wobei bevorzugte Untergrenzen bei 8; 10; 11 sowie 12 g/l liegen und bevorzugte Obergrenzen bei 45; 40; 35; 30; 25 und schließlich 20 g/l, jeweils in dieser Reihenfolge. Der Erfinder hat festgestellt, dass sich hiermit der Schwärzungsgrad verbessern lässt und die Neigung der Schichten zu einem leichten Braunstich abnimmt. Ein Braunstich kann aus ästhetischen Gründen als störend empfunden werden, ist aber unabhängig auch dann mit etwas erhöhtem Aufwand verbunden, wenn andere (insbesondere dekorative) Oberflächen passend abgestimmt werden müssen, z. B. schwarz lackierte Teile.
Die Chrom-I ll-lonen können als solche zugegeben werden oder auch durch Re- duktion des wegen der Chromsäure ohnehin in großer Menge vorhandenen Chrom VI erzeugt werden. Bevorzugt wird dazu ein an sich bekanntes Reduktionsmittel eingesetzt. Eine besonders kostengünstige und einfache Lösung ist die Zugabe von Zucker, der dabei zu Kohlendioxid oxidiert wird. Wie bereits erläutert, ist in Verbindung mit dieser Erfindung nach wie vor die bereits in der zitierten EP 1 876 268 B beschriebene Ultraschallreinigung in alkalischer Lösung, d. h. ab pH 8, bevorzugt. Je nach Einsatzbereich und gesetzlichen Rahmenbedingungen macht die damit erfolgende Reduktion der Chrom-Vl- Belastung eine Schwarzverchromung deutlich attraktiver oder überhaupt erst einsetzbar, wobei zu Einzelheiten auf das zitierte Patent verwiesen werden kann. Dieser Reinigungsschritt nach der Schwarzverchromung erfolgt bevorzugt in einer alkalischen Lösung in einem pH-Bereich zwischen 9 und 13, wobei pH-Werte unter 12 bzw. unter 11 bevorzugt sind, beispielsweise bei pH 10. Die Lösung kann optional ebenfalls Tenside enthalten. Diese verbessern die Reinigungseigenschaften, machen jedoch die Ultraschallbehandlung nicht überflüssig. Vorzugsweise erfolgt die Ultraschallbehandlung in einem Temperaturbereich zwischen 50 und 60 °C. Die Ultraschallbehandlung selbst dauert vorzugsweise mindestens 30 s. Die Ultraschallleistung kann in einem Bereich zwischen 0,5 und 2 W/l liegen.
Diese erfindungsgemäße Vorgehensweise ist für die unterschiedlichsten zu be- schichtenden Oberflächen geeignet, wobei auf bevorzugte Ausgestaltungen des Verfahrens für Kunststoffoberflächen einerseits und Metalloberflächen andererseits noch näher eingegangen wird. Die Schwarzverchromung setzt eine metallische Oberfläche voraus, die in Einzelfällen, beispielsweise bei metallischen Kupferwerkstücken oder Edelstahlwerkstücken, auch in einer unbeschichteten Werk- Stückoberfläche selbst bestehen kann. Bevorzugt ist jedoch eine zusätzliche Metallisierung, vorzugsweise eine galvanische Metallisierung. Hier kommen besonders Nickelmetallisierungen in Betracht.
Ferner ist vorzugsweise zusätzlich vor der Schwarzverchromung eine kathodische Aktivierung der metallisierten Oberfläche vorgesehen. Eine kathodische Aktivierung verbessert die Qualität der Schwarzverchromung deutlich, vor allem führt sie zu einer geringeren Rissbildung und unterstützt damit die Reinigungsmöglichkeiten durch den erfindungsgemäßen Ultraschallreinigungsschritt. Grundsätzlich sorgt die kathodische Aktivierung der metallisierten Oberfläche vor der Schwarz- verchromung auch für eine besonders effiziente Reinigung der Oberfläche, auch in Bezug auf aus vorhergehenden Metallisierungsschritten noch vorhandene organische Verunreinigungen. Auch dadurch bietet die kathodische Aktivierung eine be- sonders feinkörnige Bekeimung im Laufe der folgenden Schwarzverchromung. Dies hängt möglicherweise mit der Reduktion von Teilchen auf der Oberfläche durch die kathodische Schaltung zusammen. Jedenfalls zeigen die erfindungsgemäßen Schichten im Vergleich zu konventionellen Schichten eine gute und sogar verbesserte Abriebfestigkeit auf dem Untergrund und gleichzeitig eine deutlich verringerte Rissbildung der Schwarzverchromungsschicht.
Bei der anfänglichen Metallisierung vor der kathodischen Aktivierung handelt es sich vorzugsweise um eine galvanische Metallisierung, auch im Falle anderer Ma- terialien als Nickel, etwa im Fall von Kupfer. Besonders bevorzugt ist eine galvanische Hochglanznickelschicht, also eine aus einem Galvanikbad mit Glanzzusätzen abgeschiedene Nickelschicht.
Die erfindungsgemäße Vorgehensweise zur Schwarzverchromung eignet sich ins- besondere auch für Kunststoffoberflächen. Hier wird vorzugsweise zunächst Metall bekeimt, und zwar vorzugsweise mit Palladium. Der Bekeimung kann ein chemischer Vorbehandlungsschritt vorangestellt werden, etwa eine Sulfonierung oder eine Beizung in Chromsäurelösung. Auf die Bekeimung folgt eine chemische Nickelbeschichtung, also eine außenstromlos abgeschiedene Nickelschicht. Diese Nickelschicht kann dann galvanisch verstärkt werden, insbesondere mit Nickel oder Kupfer. Bevorzugt sind reine galvanische Nickelschichten, also ohne Glanzzusätze im Galvanikbad, oder Kupferschichten aus saurer Galvaniklösung, d. h. auf Schwefelsäurebasis und nicht auf Cyanidbasis.
Ferner ist die erfindungsgemäße Vorgehensweise aber auch für Metalloberflächen geeignet. Als Metalle kommen hier insbesondere in Betracht: Buntmetalle, Zink- druckguss, Leichtmetalle und Leichtmetalllegierungen, Eisen- und Stahl Werkstoffe.
Auf Metalloberflächen wird ein zunächst konventioneller Schichtaufbau vorgegeben, etwa mit einer galvanischen Metallisierung, insbesondere Kupfer, und einer dann folgenden galvanischen Hochglanzmetallisierung, insbesondere Kupferbe- schichtung aus saurer Lösung oder Nickelbeschichtung. Die Hochglanzschichten haben die Funktion der Einebnung der Oberfläche. Im Folgenden wird dann weiter vorgegangen wie bereits in Zusammenhang mit den Kunststoffoberflächen erläu- tert; es folgt also die kathodische Aktivierung.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft Möglichkeiten der Einstellung des Glanzbzw. Mattheitsgrades der schwarzverchromten Oberfläche. Hier sollen von fotomatten bis hochglänzenden Schichten Spielräume geschaffen werden. Zur Ein- Stellung bestimmter Mattheitsgrade ist hierbei vorgesehen, die anfängliche Metallisierung der Oberfläche herzustellen durch Aufbringen einer matten Nickelschicht auf eine glatte Oberfläche des Werkstücks durch galvanische Abscheidung ohne organische Mattierungszusätze und weiterhin Aufbringen einer Sulfamatnickel- schicht.
Der Grundgedanke dieses Aspekts der Erfindung besteht darin, eine matte Nickelschicht auf einer glatten Werkstückoberfläche aufzubringen und die Mattheit über die Stärke der Nickelschichten einzustellen. Dies richtet sich auf galvanische Nickelschichten, bei denen keine organischen Mattierungszusätze verwendet wer- den. Vielmehr kann es sich bei einer bevorzugten Ausgestaltung um eine an sich bekannte Wattsche Nickelschicht handeln, die technisch einfach und leicht beherrschbar ist.
Auf die matte Nickelschicht soll dann eine weitere Sulfamatnickelschicht aufge- bracht werden. Diese hat den Vorteil und die Funktion, die mehr oder weniger kornähnliche Struktur der matten Nickelschicht etwas zu verrunden und damit etwas weniger rau und verschmutzungsempfindlich zu gestalten.
Insgesamt ergibt sich aus dem Zusammenwirken der abhängig von der Stärke der matten Nickelschicht noch durch einen mehr oder weniger ausgeprägten Restglanz in Erscheinung tretenden glatten Oberfläche auf dem Werkstück mit der durch die matte Nickelschicht verliehenen Mattheit und schließlich der erläuterten Verrundung durch die Sulfamatnickelschicht ein optisch attraktiver und vor allem gut reproduzierbarer Seidenglanz. Dieser steht in seiner optischen Qualität den bekannten Nickelschichten mit organischen Mattierungszusätzen in keiner Weise nach. Darüber hinaus lässt sich bei diesem Verfahren der Glanzgrad bzw. Matt- heitsgrad durch verschiedene galvanische Parameter, insbesondere durch Behandlungszeit und/oder Stromstärke, leicht und gut einstellbar steuern. Die Notwendigkeit der Filterung der Lösungen zum Ausfiltern von organischen Mattierungszusätzen entfällt zudem. Die Verwendung an sich konventioneller Nickelschichten mit durch organische Mattierungszusätze einstellbarem Mattheitsgrad ist allerdings im Rahmen der vorliegenden Erfindung ebenfalls möglich.
Die glatte Oberfläche auf dem Werkstück unter der matten Nickelschicht kann beispielsweise eine polierte Werkstückoberfläche selbst sein oder auch eine aufgebrachte Metallschicht. Wenn hier eine bevorzugte Glanznickelschicht Verwendung findet, hat diese den besonderen Vorteil, etwaige Oberflächenfehler und - Störungen sehr gut einzuebnen. Sie kann also den letztlich den Glanzanteil der fertigen erfindungsgemäßen Metalloberfläche mitbestimmenden Glanz in seiner Qualität verbessern. Galvanische Prozesse für Glanznickelschichten sind allgemein bekannt und müssen hier nicht im Einzelnen dargelegt werden.
Die matte galvanische Nickelschicht wird vorzugsweise als an sich bekannte und technisch gut beherrschte Wattsche Nickelschicht aufgebracht, d. h. als galvanische Nickelschicht ohne organische Mattierungszusätze. Hierbei entsteht eine mikroskopisch knollenartige Schichtstruktur, bei der sich über die Stromstärke und/oder Beschichtungszeit die Knollengrößen und Knollenabstände einstellen lassen, die letztlich die Mattheit bestimmen. Eine maximale Mattheit entsteht, wenn die Knollen praktisch abstandslos dicht liegen.
Die galvanische Abscheidung einer Sulfamatnickelschicht ist ebenfalls konventio- nell und bekannt. Die entsprechenden Lösungen enthalten Nickelsulfamat, also das Salz der Amidoschwefelsäure. Die Sulfamatnickelschicht verrundet und verstärkt zwar die erwähnte knollenartige oder in anderer Weise matte Nickelschicht etwas, ebnet sie jedoch nicht wirklich ein. Die Sulfamatnickelschicht verstärkt insbesondere auch die Korngröße, ohne an der oben mit„knollig" bezeichneten Körnigkeit Grundsätzliches zu ändern. Sie erhält also den Mattierungscharakter, erhöht evtl. den Glanz nur ein wenig, sorgt aber vor allem für eine aus Gründen der Stabilität und Belastbarkeit erhöhte Materialstärke und für eine bessere Wischempfindlichkeit bzw. bessere Schmutzabweisungseigenschaften. Die durch die Verrundung verringerte Rauheit bietet Verschmutzungen weniger Halt.
Ein besonderer Vorteil dieser Ausgestaltung liegt darin, dass durch galvanische Parameter in sehr einfacher Weise der Glanzgrad bzw. Mattheitsgrad eingestellt werden kann und sich auch nach der Schwarzverchromung in der gewünschten Weise auswirkt. Es können mit ein und demselben Grundprozess, also gleich bleibenden Lösungszusammensetzungen, identischen Bädern usw., unterschiedliche optische Eigenschaften erzeugt werden. Insbesondere kann von Charge zu Char- ge einfach über die Stromstärke, oder noch günstiger über die Behandlungszeit, die Mattheit eingestellt werden. Je dicker die matte Nickelschicht ist, umso höher ergibt sich der Mattheitsgrad. Dies gilt auch noch nach dem Aufbringen der folgenden Schwarzchromschicht. Eine ökonomisch durchaus interessante Alternative besteht darin, bei der Herstellung auf bereits verchromte Teile zurückzugreifen, die dann unter der Chromschicht z. B. entsprechend der obigen Beschreibung aufgebaut sind. Solche Teile sind häufig zu sehr günstigen Kosten verfügbar. Dort kann die Chromschicht z. B. galvanisch abgenommen werden und dann die erfindungsgemäße Schwarzver- chromung aufgebracht werden, vorzugsweise nach kathodischer Aktivierung. Diese kathodische Aktivierung kann (auch im obigen Prozess) in alkalischer oder saurer Lösung erfolgen, und zwar mit einem pH-Wert zwischen 11 und 13 bzw. 1 und 2. Bevorzugt ist eine Kombination, weil die alkalische kathodische Aktivierung gute Ergebnisse liefert, eine darauffolgende saure kathodische Aktivierung aber gele- gentlich auftretende Schwierigkeiten mit der Verschleppung von Resten der alkalischen Lösung in das saure Schwarzverchromungsbad vermeiden hilft. Eine besonders günstige Anwendung findet die Erfindung bei Beschichtungen von Teilen, deren Oberflächen im Innenbereich, aber auch Außenbereich, von Automobilen und anderen Fahrzeugen auftreten. Hier ist wegen der Berührung durch die menschliche Haut die Chrom-Vl-Freiheit besonders wichtig. Ferner werden in diesem Bereich erhöhte Anforderungen an die Abriebfestigkeit von Oberflächenschichten gestellt. Aber auch Anwendungen beispielsweise in der Medizintechnik kommen in Betracht.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines konkreten Ausführungsbeispiels näher erläutert, wobei die offenbarten Merkmale auch in anderen Kombinationen erfindungswesentlich sein können.
Beispielsweise kann ein Kunststofftürinnenhandgriff für Automobile aus glasfaser- oder mineralfaserverstärkten Polyamiden, aus ABS oder ABS-PC erfindungsge- mäß beschichtet werden, indem zunächst im Falle von ABS und ABS-PC eine Beizung mit Chromsäure oder im Falle der Polyamide eine Sulfonierung erfolgt.
Daraufhin wird in an sich konventioneller Weise mit Palladium bekeimt und eine ebenfalls konventionelle chemische Nickelschicht der Stärke von 0,1 - 1 pm abge- schieden.
Es folgt eine Verstärkung mit einer matten galvanischen Nickelschicht der Stärke 3 - 15 pm gefolgt von einer galvanischen Hochglanznickelschicht zur Einebnung der Stärke 15 - 25 pm.
Bei einem anderen Beispiel wird ein Metallteil, nämlich eine Kraftfahrzeugkopfstüt- zenhaltestrebe aus einer Aluminiumlegierung, zunächst elektrolytisch mit einer Stärke von 3 - 10 pm verkupfert. Darauf folgt eine saure Hochglanzkupferschicht der Stärke 20 - 25 pm und optional eine weitere Hochglanznickelschicht.
Auch kann ein bereits verchromtes Zierteil einer Instrumententafel oder im Frontbereich unter einem Stoßfänger galvanisch entchromt werden. Bei allen Beispielen wird dann in einer wässrigen Lösung von 60 g/l Natriumhydrogensulfat bei einem pH-Wert von etwa 1 ,8 kathodisch aktiviert, und zwar bei 3 A/dm2 für eine Zeit von 30 s. Die Lösung enthält dabei relativ geringe Mengen an Tensiden und Fluoriden zur Unterstützung der Reinigungs- und Aktivierungsfunktion.
Daraufhin kann mit an sich weitgehend bekannten Bädern eine Schwarzverchro- mungsschicht elektrolytisch abgeschieden werden. Bspw. stellt die Firma Schlötter entsprechende Rezepturen und die nötigen Chemikalien zur Verfügung. Neben bspw. 450 g/l Chromsäure kann ungefähr 1 g/l Kaliumnitrat und (vorzugsweise bis zur Sättigung) Kaliumhexafluorosilikat sowie Bariumcarbonat zugegeben werden. Letzteres in einer Menge, die ausreicht, die in der Chromsäure vorhandenen Sulfatverunreinigungen auszufällen (als schwer lösliches Bariumsulfat). Soweit ist der Prozess jedoch konventionell. Zusätzlich werden nun 0,2 g/l Kaliumfluorid (entsprechend etwas 0,06 g/l Fluorid) zugegeben und Zucker in einer Menge, die etwa 16 g/l Chrom III erzeugt (was gemessen werden kann und die Zuckermenge vorgibt). Im Ergebnis werden die gewünschten Schichten z. B. in 5 Minuten statt in 10 Minuten bei 20 % reduzierter Stromstärke und entsprechend geringerem Kühl- bedarf erzeugt, wobei die Schichten eine sehr gute und wenig ins Braun tendierende Schwärzung zeigen. Je nach individuellem Teil können für z. B. 12 gleichzeitig behandelte Automobilinnenverkleidungsleisten oder Ähnliches statt 1.800 A nur noch 1.500 A verwendet werden oder gar nur noch 1.200 A, wobei sich die Prozesszeit trotzdem verkürzt.
Auf der Schwarzverchromungsschicht sind zunächst Chrom-Vl-Oxide und - Polychromate vorhanden. Diese Verunreinigungen können sehr erfolgreich entfernt werden durch ein erstes einfaches Wasserbad und dann eine ultraschallunterstützte Reinigung in einer alkalischen Lösung bei pH 10 und etwa 50 - 60 °C für vorzugsweise mindestens 1 - 2 min. Behandlungen über 5 min hinaus bringen erfahrungsgemäß keine nennenswerten Verbesserungen. Nach der Ultraschallbehandlung in der alkalischen Lösung wird wiederum ein Wasserbad durchlaufen.

Claims

Ansprüche
Verfahren zur Schwarzverchromung von Oberflächen in einem Bad mit Chromsäure, gekennzeichnet durch einen Fluorid-Anteil in dem Bad zwischen 0,03 g/l und 0,2 g/l.
Verfahren nach Anspruch 1 mit einem Anteil von Chrom III, der relativ zu dem Anteil von Chrom VI in dem Bad zwischen 2 % und 6 % beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 mit einem Anteil von Chrom III, der zwischen 6 g/l und 50 g/l beträgt.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, bei dem der Chrom-Ill-Anteil erzeugt wird durch Reduzieren von Chrom-Vl-Ionen, insbesondere durch Zugabe eines Reduktionsmittels.
5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem das Reduktionsmittel Zucker ist.
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das Schwarzverchromen auf einer Nickelschicht erfolgt, insbesondere einer galvanischen Nickelschicht, insbesondere einer Hochglanz-Nickelschicht. 7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die Nickelschicht vor der Schwarzverchromung kathodisch aktiviert wird, und zwar in alkalischer Lösung, insbesondere bei einem pH-Wert zwischen 11 und 13.
Verfahren nach Anspruch 6 oder Anspruch 7, bei dem die Nickelschicht vor
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der Schwarzverchromung kathodisch aktiviert wird, und zwar in saurer Lösung, insbesondere bei einem pH-Wert zwischen 1 und 2.
9. Verfahren nach einem der vorstehenden Schritte, bei dem nach dem Schwarzverchromen die schwarzverchromte Oberfläche in alkalischer Lösung mit Ultraschallbehandlung gereinigt wird, insbesondere bei einem pH- Wert zwischen 9 und 13, insbesondere bei einer Temperatur zwischen 50 °C und 60 °C und insbesondere bei einer Ultraschallleistung von 0,5 W/l bis 2 W/l.
10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem ein bereits verchromtes Teil entchromt wird, insbesondere galvanisch, und danach schwarzverchromt wird.
11. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem eine Automobilinnenoberfläche schwarzverchromt wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem eine Automobilaußenoberfläche schwarzverchromt wird.
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