DE2011966C3

DE2011966C3 - Verfahren zum elektrophoretischen Aufbringen einer festhaftenden Schicht aus pulverförnügen, nichtmetallischen Stoffen auf einer elektrisch leitenden Unterlage mit anschließender galvanischer Metallabscheidung

Info

Publication number: DE2011966C3
Application number: DE19702011966
Authority: DE
Inventors: Josef Dr. 4000 Duesseldorf Heyes
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1970-03-13
Filing date: 1970-03-13
Publication date: 1978-08-17
Also published as: DE2011966A1; DE2011966B2

Description

Es besteht in der Technik vielfach der Wunsch, elektrisch leitende, insbesondere metallische Unterlagen mit pulverförmigen Schichten aus nichtmetallischen Stoffen, insbesondere Metallverbindungen, zu belegen und sie dort fest zu verankern. Dabei handelt es sich im allgemeinen um Metallverbindungen, die sich durch hohe Härte und hohen Verschleißwiderstand auszeichnen. Es sind meist Stoffe, die in der Metallkeramik als Grundstoffe bekannt sind, wie Karbide, Nitride, Boride, Suizide und Oxide der Metalle Wolfram, Molybdän, Tantal, Niob, Titan, Zirkon; Karbide, Nitride und Oxide von Silizium und Bor oder auch Diamantpulver und andere, z. B. AL₁O₁.

Es ist ein Verfahren bekannt, bei welchem solche Stoffe auf eine elektrisch leitende, waagerecht liegende Oberfläche aufgebracht und dann in einem Kupfer- oder Nickel -Elektrolyten festhaftend mit der Unterlage galvanisch verbunden werden. Das Verfahren ist aber auf waagerechte Unterlagen beschränkt.

Es ist auch bekannt, in einem Elektrolyten pulverförmige Metallverbindungen durch Rühren in der Schwebe zu halten und sie gleichzeitig mit dem aus einem Elektrolyten abzuscheidenden Metall auf einer leitenden Oberfläche niederzuschlagen. Dabei ist aber die Menge der Metallverbindungen gegenüber der Menge der galvanisch abgeschiedenen Stoffe verhältnismäßig gering; sie steigt hei einem relativ hohen Anteil der Metallverbindungen am Volumen des Elektrolyten selten über 5 ⁰Ai.

Es lassen sich zwar auf elcktrophoretischcm Wege Metalloxide, Karbide, Nitride und andere in Pulverform auf Metallen abscheiden, worauf die abgeschiedene Schicht getrocknet und durch einen nachfolgenden Arbeitsgang auf der Unterlage befestigt wird.

Dies geht als bekannt hervor aus Veröffentlichungen der Firma VITRO, New York/USA, nämlich aus den USA.-Patentschriften 2 848 39), 2 858 256, der Zeitschrift »Plating« (Oktober 1955), S. 1255 bis 1258, und dem Artikel »Electrophoresis — a new coating tool« in »AMERICAN MACHINIST« (May 18, 1959), S. 138/139. Bei diesem Verfahren ist man auch in der Lage, die Stoffe nach dem Beschichten durch verschiedene Maßnahmen mit dem Grundmaterial zu verbinden, nämlich durch Glühen, Aufwalzen, oder durch galvanische Verfahren. In der zuletztgenannten Veröffentlichung ist jedoch nur noch als Befestigungsverfahren vorgesehen, daß man die mit der aufgebrachten Schicht versehenen Werkstücke mit einer Gummihülle versieht, sie alsdann in einen mit Glyzerin gefüllten Behälter einbringt, dort einem Druck von 1,55 bis 7,75t/cm^s ausbeizt, und anschließend, gegebenenfalls unter Schutzgas, einer Glühbehandlung aussetzt, um den Überzug zu sin-

ao tern. Dabei diffundieren Überzug und Grundmaterial ineinander. Die in diesem Verfahren gebildeten Schichten sind häufig rissig und deshalb unbrauchbar. Außerdem bedingen das Glühen und Aufwalzen einen hohen Aufwand an Betriebsmitteln und Ener-

a₅ gie.

Bei einem anderen bekannten Verfahren, dem Travers- Krome- Alume-Verfahren, wird zunächst auf einem Aluminiumkörper eine Oxydschicht erzeugt. Zur Vorbereitung dieser fest mit dem AIuminiumkörper verbundenen Oxydschicht für das anschließende Galvanisieren taucht man den Körper in eine Flußsäurelösung. Dadurch sollen die engen Poren erweitert werden, damit in ihnen bei der GaI-vanisierung keine Gase zurückbleiben. Anschließend wird in einem üblichen Galvanisierungsbad die Oxydschicht mit einer festhaftenden Schicht des Metalls des Galvanisierungsbades überzogen (Max Schenk, »Werkstoff Aluminium und seine anodische Oxydation«, 1948, S. 832, 833). Inzwischen wurde jedoch gefunden, daß die Behandlung der Oxydschicht mit Flußsäure nicht deshalb zu einer festhaftenden, galvanisch aufgebrachten Metallschicht führt, weil die Poren erweitert werden, sondern weil die Flußsäure die den leitenden Aluminiumkörper isolierende dielektrische Schicht durchbricht. Der Effekt der festen Verankerung der galvanisch niederzuschlagenden Metallschicht wurde also irrtümlicherweise mit einer Entfernung von Luft in den Poren der Oxydschicht gedeutet.

Es ist auch bekannt, als übliches Galvanisierungsbad einen Wattschen Elektrolyten zu verwenden. Um die Eindringtiefe in die poröse Oberfläche des zu behandelnden Körpers zu verbessern, ist auch vorgeschlagen worden, dem Elektrolyten ein Netzmittel zuzusetzen. Hinsichtlich des Zusatzes von Netzmitteln wird jedoch darauf hingewiesen, daß unerwünschte Nebenwirkungen auftreten, indem die Haftung zwischen Kathode und Teilchen derart beeinflußt wird, daß die Teilchen nicht oder nur schlecht auf der Kathode haften bzw, von dieser abgestoßen werden. Für eine elektrophoretisch aufgebrachte Pulverschicht bedeutet das, daß die Gefahr besteht, daß diese Pulverschicht sich beim Eintauchen in das mit einem Netzmittel versehene Galvanisierungsbad von der zu behandelnde Oberfläche löst (Dettner, Elze, Raub, »Handbuch der Galvanotechnik«, Band 2, Verfahren für die galvanische und stromlose Metallabscheidung, 1966, S. 102, 103, 110).

2 Oil

Die Aufgabe der Erfindung besteht demgemäß darin, ein Verfahren zu entwickeln, bei dem auf elektrisch leitenden Unterlagen beliebiger Form rißfrei und gleichmäßig mit geringem Aufwand festhaftende Schichten der obengenannten Stoffe aufgetragen werden können.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einem Verfahren zum Aufbringen einer festhaftenden Schicht aus pulverfömnigen, nichtmetallischen Stoffen auf eine elektrisch leitende Unterlage beliebiger Form « unter Anwendung der Elektrophorese, bei dem die elektrophoretisch aufgebrachte Schicht galvanisch durch Abscheiden eines Metalls oder einer Metalllegierung zuerst auf der Unterlage und alsdann in Poren der Pulverschicht befestigt wird, erfindungsgemäß so vorgegangen, daß vor Beginn des Galvanisierens die Poren der Pulverschicht von Luft oder Gas freigemacht werden mit Hilfe des in den Poren belassenen Suspensionsmittels der Elektrophorese.

Das Suspensionsmittel der Elektrophorese in den *o Poren der Pulverschicht wird auf dem Wege der Diffusion langsam durch den Elektrolyten ersetzt. Im Anschluß an diesen Fliissigkeitsaustausch erfolgt sodann die galvanische Abscheidung des im Elektrolyten enthaltenen Metalls. Sie beginnt zuerst auf der elektrisch leitenden Unterlage der Pulverschicht, seien es nun Bleche, Drähte, Siebe oder seien es Platten oder Formkörper aus Metall, Kohlenstoff oder Graphit. Die Poren des Pulvers werden langsam mit dem abgeschiedenen Metall gefüllt, bis die gewünschte Dicke dei galvanischen Abscheidung erreicht ist.

Je nach angestrebtem Zweck der Beschichtung mit dem Pulver kann man die galvanische Abscheidung unterbrechen, wenn die Poren ganz oder zum großten Teil gefüllt sind. Man kann aber auch die Abscheidung weiter fortsetzen, so daß sich eine nur aus galvanisch abgeschiedenem Metall bestehende Schicht über der Pulverschicht bildet.

Die zuletzt genannte Arbeitsweise kann insbesondere dann Vorteile bringen, wenn im Anschluß an die galvanische Abscheidung noch eine Schleifoperation vorgenommen wird.

Das Verhältnis der aufgebrachten Pulvermenge zu der in den Poren abgeschiedenen Metallmenge ist abhängig von der Korngröße und der Kornstruktur des elektrophoretisch abgeschiedenen Pulvers. Es läßt sich durch die Wahl dieser Einflußgrößen variieren.

Die erzeugten festhaftenden Schichten sind rißfrei und dicht.

Es kann jedoch auch der Wunsch bestehen, den aufgebrachten Pulverschichten eine bestimmte Porosität zu geben. Das kann z. B. dadurch bewirkt werden, daß man die zur Beschichtung verwendbaren Pulver vor ihrem Aufbringen auf die metallische Unterlage in an sich bekannter Weise mit einer dünnen Schicht von Lack, Paraffin oder einem ähnlichen dafür geeigneten Stoff versieht. Sind die so vorbehandelten Pulverteilchen durch die Abscheidung von Metallen in den Poren der Pulverschicht genügend fest mit der Unterlage verbunden, so kann man den vorher auf den Pulverteilchen aufgebrachten Überzug aus Lack, Paraffin oder dergleichen beseitigen, z. B. durch Eintauchen des beschichteten Werkstückes in ein geeignetes Lösungsmittel. Dieser Vorgang nimmt naturgemäß eine gewisse Zeit in Anspruch, weil die Entfernung der aufgebrachten Schicht nur durch Diffusion geschehen kann. Eine Temperatursteigerung beim Auflösen der organischen Schichten kann das Inlösunggehen der Schichten beschleunigen.

Die so gebildeten Zwischenräume zwischen den Pulverteilchen untereinander bzw. dem Bindemetall, lassen sich dann mit anderen Stoffen füllen, z. B. ähnlich wie das in der Pulver-Metallurgie zur Erreichung besonders niedriger Reibungswerte geschieht, mit Schmierstoffen tränken.

Claims

2 Oil 966 Patentansprüche:

1. Verfahren zum Aufbringen einer festhaftenden Schicht aus pulverförmigen, nichtmetallischen Stoffen auf einer elektrisch leitenden Unterlage beliebiger Form unter Anwendung der Elektrophorese, bei dem die elektrophoretisch aufgebrachte Schicht galvanisch durch Abscheiden eines Metalls oder einer Metallegierung zuerst auf der Unterlage und alsdann in Poren der Pulverschicht befestigt wird, dadurch gekennzeichnet, daß vor Beginn des Galvanisierens die Poren der Pulverschicht von Luft oder Gas freigemacht werden mit Hilfe des in den Poren belassenen Suspensionsmittels der Elektrophorese.

2. Verfahren nach Anspruch 1 zum Aufbringen vorbestimmt poröser Schichten, dadurch gekennzeichnet, daß die pulverförmigen Stoffe vor dem elektrophoretischen Abscheiden mit einer Deckschicht, vorzugsweise einer organischen, in einem Lösungsmittel löslichen Schicht, versehen werden, welche nach dem Galvanisieren entfernt werden, vorzugsweise durch Lösung mit einem Lösungsmittel.