DE2000407A1 - Verfahren zum Befestigen von pulverfoermigen Metallen auf leitenden Oberflaechen - Google Patents

Description

Dr* W. Kampschulte & CIe₀

5650 Solingen

— 5, Januar 1970

Schützenstrasse 62-72 &

Verfahren zum Befestigen von pulverförmigen Metallen auf leitenden Oberflächen

Das Aufbringen von Metallschichten auf leitende oder nichtleitende Unterlagen wird vielfach durch Aufspritzen von zerstäubtem Metall unter Verwendung von Spritzpistolen vorgenommen. Diese Arbeitsweise weist neben den fraglos vorhandenen Vorteilen aber auch Nachteile auf. Vor allem werden die in der Flamme oder im Lichtbogen aufgeschmolzenen Metallpartikel oxydiert, so dass sie vielfach mehr die Eigenschaften der Metalloxyde als die der Metalle aufweisen. Darunter leidet natürlich sehr die Haftfestigkeit der Schichten auf den Unterlagen.

Das Spritzen der Metalle ist aber auch verhältnismässig teuer, weil immer ein nicht unbeachtlicher Teil des aufzuspritzenden Metallpulvers verlorengeht. Das ist insbesondere dann der Fall, wenn die zu behandelnden Gegenstände verhältnismässig kleine Oberflächen haben oder aber wenn ihre Formen komplizierterer Natur sind.

In der englischen Patentschrift 884 979 wird ein Verfahren beschrieben, ein Metallpulver auf einem anderen Wege auf eine metallische Unterlage aufzubringen.

Hierzu wird Aluminium-Pulver in Alkohol aufgerührt, welchem noch ein kleiner Zusatz (1m mol) eines Alumi niumsalzes hinzugefügt wurde, und bei einer Spannung von 200 Volt auf einer leitenden Unterlage elektrophore tisch niedergeschlagen. Diese so aufgebrachte Schicht

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wird alsdann bei erhöhter Temperatur aufgewalzt und so fest mit der Unterlage verbunden.

Dieses Verfahren ermöglicht zwar eine Beschichtung metallischer Werkstoffe mit Metallpulvern. Es setzt aber voraus, dass eine Diffusion der beiden Metalle ineinander möglich ist, macht andererseits aber auch eine Erwärmung vor dem Aufwalzen erforderlich.

Es sind auch bereits Verfahren bekannt geworden, metallische Oberflächen auf eine andere Weise mit Nichtleitern wie Hartmetallen, wie Titankarbid, Tantalkarbid oder Wolframkarbid, oder Diamantpulver zu versehen. In diesem Falle hat man die Pulver auf eine ebene leitende Oberfläche aufgestreut und diese dann waagerecht liegend in einem Kupfer- oder Nickel-Elektrolyten fest haftend mit der Unterlage galvanisch verbunden. Im Gegensatz zu diesem Verfahren, Nichtleiter aufzubringen, ist aber bisher noch kein Verfahren bekannt geworden, Metallpartikel auf ähnliche Welse mit einer leitenden metallischen Unterlage zu verbinden. Von solchen Versuchen hat man wohl deshalb Abstand genommen, weil man der Meinung war, dass sich eine galvanisch aufzubringende Schicht auf dem Metallpulver niederschlagen würde und dass infolgedessen keine Bindung zwischen dem Pulver und der leitenden Unterlage auftreten könne.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, mit dem Metallpartikel ohne Anwendung von Aufspritz- und Walzverfahren mit der Oberfläche einer leitenden metallischen Unterlage verbunden werden können«

Wider Erwarten haben Versuche ergeben, dass Metall- und Legierungspulver (wie Aluminium und seine Legierungen, Wolfram, Molybdän und andere), wenn sie auf die oben genannte Art des Aufstreuens auf (flache) metallische

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Unterlagen aufgelegt oder aber vorteilhafter noch in der eingangs geschilderten Weise elektrophoretisch auf der Werkstückoberfläche abgeschieden werden, festhaftend mit der leitenden Unterlage verbunden werden können, indem erfindungsgemäß das Pulver mit der leitenden Unterlage mittels eines aus einem Elektrolyten abscheidbaren Metalles oder mittels einer aus einem Elektrolyten abscheidbaren Metallegierung fest verbunden wird.

Als solche kommen insbesondere in Betracht Nickel, Kupfer, Blei, Zink, Gold, Silber, Eisen, Kobalt, und als Legierungselektrolyten insbesondere solche, aus denen Legierungen wie Messing, Bronze oder Edelmetall-Legierungen und andere abgeschieden werden.

In manchen Fällen kann es von Vorteil sein, die leitende Oberfläche zunächst mit einem Metall zu belegen, welches sich von dem zur Befestigung des Pulvers dienenden Metall unterscheidet; z.B. ist bei rostfreien Stählen das vorherige Vernickeln vorteilhaft.

Es kommt vor, dass das Befestigen des Metallpulvers auf der leitenden Unterlage in der oben beschriebenen Weise nicht oder unvollkommen verwirklicht werden kann. In solchen Fällen kann Abhilfe dadurch geschaffen werden, dass dem Elektrolyten, aus dem das zur Befestigung des Pulvers dienende Metall abgeschieden wird, ein Netzmittel zugegeben wird.

Die Wirkung eines solchen Netzmittels ist nicht ganz geklärt· Es dürfte wohl die Feinheit von Wasserstoffblasen in den Poren der Metallpulverschicht fördern, so dass diese Blasen leichter austreten können«

Auf die eine oder andere oben beschriebene Weise ist sichergestellt, dass ein festhaftender und auch beliebig

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dicKer Belag des aufzubringenden Metallpulvers mit der metallischen Unterlage fest verankert wird. Dabei ist der Vorgang so, dass sich zunächst das im Elektrolyten sich abscheidende Metall auf der metallischen Unterlage niederschlägt und darauf in den Poren des Metallpulvers· Sind auch die Poren ausgefüllt und weist die abgeschiedene Metallschicht eine grössere Stärke auf als die aufgebrachte Pulverschicht, so wächst die aus dem Elektrolyten stammende Metallschicht auch nach den leiten hin und bedeckt das abgeschiedene Pulver·

In den Fällen - und das ist die Mehrzahl - in denen eine solche das Metallpulver bedeckende Schicht unerwünscht ist, muss demnach der Galvanisiervorgang beendet werden, bevor die abgeschiedene Metallschicht in ihrer Stärke die der aufgebrachten Pulverschicht übersteigt·

Dieser Ablauf des Galvanisiervorganges kann noch nicht mit Sicherheit erklärt werden« Es kann aber vermutet werden, dass der Widerstand des betreffenden Metallpulvers, hervorgerufen durch den Übergangswiderstand zwischen den einzelnen Pulverteilchen, so hoch 1st, dass er die Abscheidung des Metalles auf den Pulverteilchen verhindert· An Oberflächen, die eine Passivschicht besitzen, 1st eine geeignete Vorbehandlung vorzunehmen.

Beispiele:

Zum Beschichten vorgesehene 20 qcm große Messingbleche wurden 20 see. bei einer Spannung von 6 V kathodisch und anschließend 10 see· anodlsoh entfettet, anschließend 50 Sekunden lang bei einer Stromdioke von 1 A/da in einem Bad, bestehend aus 240 g/l Nickelohlorid und 45 ml/1 Salzsäure (D - 1.19) vorvernickelt und dann

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in ein elektrophoretisches Bad eingebracht, welches 1 1 Alkohol, 25 ml Nickelchlorid und 20 g Tantalpulver enthielt·

Ein Magnetrührer, der mit einer Tourenzahl von 200/min. lief, sorgte für eine genügend große, aber nicht zu intensive Strömungsgeschwindigkeit in der Flüssigkeit. Zwischen die mit dem Minuspol verbundene Probe und eine Nickelelektrode wurde alsdann eine Spannung von 200 V gelegt. Nach der ersten Beschichtung, welche 7 min. dauerte, wurden die Bleche getrocknet und dann nochmals 3 min, lang in gleicher Weise behandelt. Durch die elektrophoretische Beschichtung waren 1,2 g Tantal-Pulver abgeschieden worden· Dieses so vorbereitete Blech wurde in einem Kupfersulfat-Elektrolyten verkupfert.

Zum Ansatz dieser Lösung dienten 250 g Kupfersulfat Der pH-Wert wurde auf 4 eingestellt· Des fehlenden Säurezusatzes wegen, wurde die Stromdichte auf

0,5 A/dm beschränkt· Es hatte sich nämlich gezeigt, dass bei pH-Werten unter 2 sich die Tantal-Schichten beim Einbringen in den Elektrolyten von der Unterlage abhoben·

Die Probe wurde nach jeweils 10 min. herausgenommen und nach der Trocknung bei 200-facher Vergrößerung unterbucht· Zuerst konnten keine Kupferabscheidungen beobachtet werden, weil die Abscheidung des Kupfers in den unteren, der Messingoberfläche benachbarten und deshalb nicht sichtbaren Schichten erfolgte. Erst nach Ausfüllung der unteren Schichten konnte ein Herauswachsen des Kupfers aus den Poren des Überzuges festge stellt werden* Nach einer Behandlungsdauer von einigen Stunden war auf dem Tantal-Pulver eine dichte Kupferschloßt aufgewachsen·

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2. In ähnlicher Weise wurde Tantalpulver auch durch galvanische Abscheidung von Nickel auf einem Messing blech befestigt. Die Nickelabscheidung erfolgte hier bei in einem Bad, welches

340	g	Nickel	enthielt.
45	g	TT Τ*)Λ\ χα —ψ IJ Vy ~-z
15	g	NiCl2 und
		Qlanzzusätze

Die Beschichtung erfolgte bei einem pH-Wert von 6 mit einer Stromdichte von 0,5 A/dm bei Zimmertemperatur. Auch hier war anfänglich eine Nickelabscheidung nicht zu erkennen, weil diese ebenfalls in den der Messingblechoberfläche benachbarten Schichten stattfand.

Patentansprüche:

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   Verfahren zum Befestigen von pulverförmigen Metallen auf leitenden Oberflächen, wobei das Pulver auf die metallische Unterlage aufgebracht oder elektrophoretisch auf ihr abgeschieden wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Pulver mit der leitenden Unterlage mittels eines aus einem Elektrolyten abscheidbaren Metalles fest verbunden wird.

   2· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Elektrolyten ein Netzmittel zugegeben wird·

   3· Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mit einem Elektrolyten mit einem pH-Wert von mindestens 2 gearbeitet wird·

   4· Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Elektrolyten gearbeitet wird, dessen pH-Wert zwischen 2 und 6 liegt·

   OFBQINAL INSPECTED

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