DE1496936C - Verfahren zur Vorbehandlung von Metall oberflachen fur das elektrolytische Abschei den von Alumimumuberzugen aus Salzschmel zen - Google Patents
Verfahren zur Vorbehandlung von Metall oberflachen fur das elektrolytische Abschei den von Alumimumuberzugen aus Salzschmel zenInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf Verbesserungen bei der elektrolytischen Beschichtung von Stahl-, Kupferoder
anderen Metallblechen oder -oberflächen mit Aluminium in Salzschmelzen, die Aluminiumhalogenide
oder ähnliche Verbindungen enthalten, wobei 5 ein der Elektrolyse vorgeschaltetes Vorbehandlungsverfahren,
nach · dem kompakte und gut haftende Aluminiumüberzüge ohne Poren oder Löcher auf den
Endprodukten erzeugt werden können, angewandt wird. ίο
Obgleich die Beschichtung mit Aluminium in üblicher Weise und in großem Umfang schon in verschiedenen
Industrien durchgeführt wird, ist keiner der zu beschichtenden metallischen Werkstoffe ideal, da er
immer nichtmetallische Einschlüsse oder andere Oberflächenfehler aufweist. Wird ein solcher Werkstoff
elektrolytisch beschichtet, so werden die nichtleitenden Teilchen nicht von dem Metallniederschlag bedeckt,
wodurch sich im Überzug viele Poren bilden. Bisher gibt es noch kein praktisch durchführbares Verfahren
zur Entfernung dieser Einschlüsse.
Nach der Arbeitsweise der deutschen Patentschrift 545 382 können zwar durch Mitabscheiden von Zink
in geringen Mengen fest haftende und dichte Aluminiumüberzüge erhalten werden, doch ist es hierdurch
nicht möglich, auf der Metalloberfläche vorliegende Fremdstoffe und Unregelmäßigkeiten, die die ideale
dichte Bildung der gewünschten reinen Oberflächenschicht erheblich stören, zu bedecken und einzubetten.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Vorbehandlung von Metalloberflächen
für das eiektrolytische Abscheiden von Aluminiumüberzügen aus Salzschmelzen zur Verfügung
zu stellen, durch welches die nachteiligen Oberflächenfehler, von denen kein Werkstoff frei ist, ausgeglichen
werden können, so daß die spätere Abscheidung eines dichten und porenfreien Aluminiumüberzugs ermöglicht
wird.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß eine Zinkzwischenschicht aufgebracht wird.
Diese Zinkzwischenschicht kann gegebenenfalls nach vorhergehendem Elektronenbeschuß des Grundmaterials
durch Aufdampfen im Vakuum, auf galvanischem Wege oder durch Plattieren aufgebracht werden.
Es hat sich fernerhin als zweckmäßig erwiesen, die galvanisch aufgebrachte Zinkzwischenschicht aufzuwalzen
oder aufzuschmelzen. Hierbei wird das Aufschmelzen in der Weise vorgenommen, daß das aufgebrachte
Metall auf eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes erhitzt wird und unmittelbar nach
dem Schmelzen mit Wasser abgekühlt wird. Auf diese Weise kann eine glänzende Oberfläche des abgeschiedenen
Metalls mit ausgezeichneten Eigenschaften erhalten werden.
Nach dem Verfahren der Erfindung läßt sich in einem vorbereitenden Schritt eine kompakte metallische
Zwischenschicht ohne Poren erzeugen, durch die die störenden Oberflächenfehler im Werkstoff
ausgeschaltet werden. Die für diesen Zweck verwendete metallische Schicht besteht ausschließlich aus
Zink, dessen Wasserstoffüberspannung bekanntlich höher als die von Eisen oder Stahl ist; der darauf
abgeschiedene Überzug haftet sehr gut.
Wird der so behandelte Werkstoff einem elektrolytischen Beschichtungsverfahren der vorstehend angegebenen
Art unterworfen, so wird ein viel fester haftender und kompakterer Aluminiumüberzug als
nach den üblichen Verfahren, bei denen der Überzug ohne die Zwischenschicht aus Zink direkt aufgebracht
wird, auf dem Werkstoff gebildet. Weiterhin kann durch Anwendung höherer Stromdichten je Zeiteinheit
eine höhere Produktionsleistung erzielt werden.
Es ist zweckmäßig, die an der Oberfläche des Werkstoffes absorbierten Gase bei der Herstellung der
Zwischenschicht zu entfernen. Zu diesem Zweck kann die Oberfläche des Werkstoffes nach dem Entfetten
im Vakuum, beispielsweise bei einem Druck von ΙΟ"4 mm Hg, mit Elektronen beschossen werden.
Dieser Elektronenbeschuß verstärkt sehr nachhaltig die Bindung zwischen der Zinkzwischenschicht und
dem Werkstoff.
Beim galvanischen Auftragen der Zinkzwischenschicht muß die Korngröße durch geeignete Maßnahmen
geregelt werden.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgenden Beispielen.
Ein Stahlblech mit den Abmessungen 50 · 150 • 0,5 mm wurde zum Entfetten 3 Stunden in eine wäßrige
Ätznatronlösung von 70°C eingetaucht, anschließend einige Sekunden in eine wäßrige, 2°/0'ge Schwefelsäurelösung
eingetaucht, mit Wasser gespült und mit Heißluft getrocknet.
Das so gereinigte Werkstück wurde dann in ein Vakuumgefäß gebracht, das etwa 20 Minuten bis auf
10~4 mm Hg evakuiert wurde. Dann wurde das Werkstück bei einer Gleichspannung von 5 kV zwischen
dem Werkstück und einer Wolframelektrode, die 20 bis 30 cm unterhalb des Werkstückes angeordnet war,
mit Elektronen beschossen, um die absorbierten Gase aus dem Werkstück zu entfernen.
Das Material wurde im Gefäß auf eine Temperatur von weniger als 100°C abkühlen gelassen, worauf die
unterhalb des Werkstückes angeordneten Zinkgranalien elektrisch auf etwa 400°C erhitzt und etwa
2 Minuten auf dieser Temperatur gehalten wurden, so daß sie sublimierten oder verdampften. Auf diese
Weise wurde auf der Stahloberfläche ein dünner, etwa 0,3 bis 0,5 μ starker Zinkfilm im Vakuum abgeschieden.
Das so mit Zink überzogene Werkstück wurde dann ί7
in einem Schmelzbad, bestehend aus 60 Molprozent ^" Aluminiumchlorid, 25 Molprozent Natriumchlorid
und 15 Molprozent Kaliumchlorid, von 160 bis 180°C bei einer Kathodenstromdichte von 2 Amp/dm2 und
einer Spannung von etwa 0,6 Volt der Elektrolyse unterworfen, wobei eine Aluminiumplatte als Anode
verwendet wurde. Nach 10 Minuten hatte sich auf beiden Seiten des Stahlbleches eine Aluminiumschicht
mit einer mittleren Stärke von 1,9 μ gebildet. Diese hatte ein schönes, silberartiges Aussehen, war glatt
und kompakt und hatte eine hohe Qualität. Die Korrosionsbeständigkeit des Produktes erwies sich
als ausgezeichnet, wie aus Zeile II der nachstehenden Tabelle I ersichtlich ist.
In ähnlicher Weise wie im Beispiel 1 wurde ein Stahlblech mit den gleichen Abmessungen entfettet,
abgebeizt, mit Wasser gewaschen und getrocknet. Auf diesem Werkstück wurde dann in alkalischer
Lösung mit einem geringen Gehalt an Quecksilber zwecks Vermeidung einer möglichen Wasserstoffblasenbildung
elektrolytisch eine möglichst feinkörnige
Zinkschicht aufgetragen. Der Aluminiumüberzug mit einer Stärke von 1,7 μ wurde in ähnlicher Weise wie
im Beispiel 1 auf dem Werkstück aufgebracht. An Stelle eines alkalischen Elektrolyten kann man ebenso gut
einen sauren Elektrolyten verwenden. In diesem Fall muß man jedoch darauf achten, daß an den Stellen
der Stahloberfläche, wo sich Einschlüsse, insbesondere Kohlenstoffteilchen, befinden, keine Wasserstoffblasen
gebildet werden. Infolge der geringeren Wasserstoffüberspannung an diesen Stellen ist die Neigung zur
Bildung von Wasserstoffblasen, die dann aufbrechen und den Niederschlag porös machen, größer.
Das mit Aluminium überzogene Stahlblech nach
Das mit Aluminium überzogene Stahlblech nach
Beispiel 2 hat eine sehr gute Korrosionsbeständigkeit,
wie aus Zeile III von Tabelle 1 ersichtlich ist.
B e i s ρ i e 1 3
Es wurde eine nichtporöse Zinkfolie mit einer Stärke von 100 μ hergestellt und auf ein Stahlblech mit den
im Beispiel 1 angegebenen Abmessungen plattiert, indem es bei erhöhter Temperatur, beispielsweise bei
400"C, aufgepreßt wurde. Die weitere Behandlung
ίο erfolgte wie nach' Beispiel 1. Auf diese Weise wurde
ein mit Aluminium überzogenes Stahlblech mit ähnlichen Eigenschaften wie bei dem Produkt nach Beispiel
2 erhalten.
| Ver such |
Oberflächen behandlung |
Stärke der Al-Schicht (μ) |
Wasserein tauchversuch |
Feuchtigkeits versuch (relative Feuchtigkeit 98%, 500C) |
In Industrie atmosphäre |
Heizversuch 650 C |
Wasserein- · tauchver such nach dem Biegen |
| I - | Al direkt auf Stahl abge schieden |
2,0 | roter Rost nach 7 Tagen |
roter Rost nach 3 Tagen |
roter Rost nach 7 Tagen |
— | ·— |
| H | Al auf im Vakuum auf gedampften Zn-FiIm ab geschieden (Beispiel 1) |
1,9 | keine Ver änderungen in 6 Mona ten |
keine Verände rungen in 30 Tagen |
keine Verände rungen in 3 Monaten |
länger als 60 Stun den be ständig |
langer als 240 Stun den be ständig |
| III | Al auf elek trolytisch erzeugten Zn-FiIm ab geschieden (Beispiel 2) |
1,7 | keine Ver änderungen in 6 Mona ten |
keine wesent lichen Ver änderungen in 30 Tagen, leichte Farb änderung |
keine wesent lichen Ver änderungen in 3 Monaten, leichte Farb änderung nach grau |
wie oben | wie oben |
| IV | auf schmelz flüssigem Wege erzeugter Al-Überzug |
25 . | roter Rost nach 1 Tag |
wie links | verfärbt nach 7 Tagen |
Aus der vorstehenden Tabelle ergibt sich, daß die erfindungsgemäß hergestellten Produkte trotz dünnem
Überzug eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit aufweisen. Auch nach starker mechanischer Verformung
behalten — wie die Ergebnisse der Wassereintauchversuche nach dem Biegen (vgl. Tabelle 1)
zeigen—die Produkte ihre Korrosionsbeständigkeit bei.
Das Verfahren nach der Erfindung ist neben Stahl auch auf andere Metalle anwendbar.
Aus dem vorstehend Gesagten ergibt sich, daß mit einem vorher mit Zink überzogenen Werkstoff die
elektrolytische Abscheidung des gewünschten Aluminiumüberzugs für die Massenproduktion bei verhältnismäßig
hohen Stromdichten ausgeführt werden kann. Zur Erläuterung sind in der nachstehenden
Tabelle 2 die Ergebnisse von Vergleichsversuchen angegeben, bei denen die Kathodenstromdichtc laufend
erhöht wurde.
| . Tabelle 2 | |
| Werkstoff | Kathodcnstromdichte, Amp/dni- 2 5 10 |
| Blankes Stahlblech Mit Zn überzogenes Stahlblech |
gutes Aussehen Auftreten von grauen Auftreten von schwar- i Dendriten; schlechte zen Dendriten; 1 Haftung ' schlechte Haftung gutes Aussehen ι gutes Aussehen weißer Silberton; giattes und schönes ι Ι Aussehen |
Claims (2)
1. Verfahren- zur Vorbehandlung von Metall- des Grundmaterials, durch Aufdampfen im Vaobcrflächcn
für das elektrolytische Abscheiden kuum, auf galvanischem Wege oder durch Platvoii
Aluminiumüberzügen aus Salzschmelzen, tieren aufgebracht wird.
dadurch gekennzeichnet, daß eine 5 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch
Zinkzwischenschicht aufgebracht wird. gekennzeichnet, daß die galvanisch aufgebrachte
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- Zinkzwischenschicht gewalzt oder aufgeschmolzen
zeichnet, daß die Zinkzwischenschicht, gegebenen- wird.
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