Verfahren und Vorrichtung zum selektiven Elektroplattieren

Abstract

 Verfahren und Vorrichtung zum Abscheiden von Metall, bei­spielsweise Nickel auf der zylindrischen Innenfläche einer Bohrung in einem komplizierten Bauteil, beispiels­weise einem Schmiedestück für das Fahrwerk von Luftfahr­zeugen, bei dem auf der ausgewählten Oberfläche des Werkstückes im Spalt-Elektroplattierverfahren aus einer Elektrolytflüssigkeit Metall angeschieden wird. Die hierzu verwendete Vorrichtung hat eine Anode (40) mit einer aktiven Oberfläche (300), deren Gestalt an die Gestalt der ausgewählten, zu beschichtenden Oberfläche (5) des Werkstük­kes (W) angepaßt ist und zusammen mit dieser einen langge­streckten Spalt (g) von wenigstens 0,050" bildet. Eine Pumpe (60) drückt die Elektroplat tierlösung (170) mit den Metallkationen in geschlossenem Kreislauf mit einer sehr hohen Geschwin­digkeit durch den Spalt (g), so daß die Elektroplattierlösung (170) im Spalt mindestens 25mal pro Minute ausgetauscht wird. Zwischen der ausgewählten, zu plattierenden Werkstück­oberfläche (5) und der aktiven Oberfläche (300) der Anode fließt durch den Spalt ein Strom mit einer Stromdichte von über 2,0 A/"².

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Elektroplattieren und mehr in einzelnen das galvanische Abscheiden von Metall auf einer ausgewählten Oberfläche eines Werstückes nach dem Spalt-Elektroplattier-Verfahren.

[0002] Im Gegensatz zur Tank- oder Badplattierung, bei der eine entfernt angeordnete, verbrauchbare oder nicht verbrauch­bare Anode zusammen mit einem zu behandelnden Werkstück in einem Behälter angeordnet wird, bezieht sich die Erfin­dung auf das Spalt-Elektroplattieren. Bei der Badplattie­rung wird das Metall nach der Elektrolysetechnologie auf allen Oberflächen des Werstückes niedergeschlagen, die sich im Tank befinden. Um bei einem solchen Tank- oder Behälterverfahren nur eine ausgewählte Oberfläche zu plat­tieren, muß das Werkstück maskiert, mit einem Schutzüber­zug versehen oder auf andere Weist vor der im Tank befind­lichen Badlösung geschützt werden. Bei der Spalt-Elektro­plattierung wird ein vollständig anderes Konzept verfolgt. Hierbei erhält eine Anode eine solche Gestalt und Oberflä­che, die der Gestalt und der ausgewählten Oberfläche des zu plattierenden Werkstückes weitgehend angepaßt ist. Der Strom fließt zwischen Anode und Kathode durch einen vor­herbestimmten Spalt, der sich durch die Geometrie der Anodenoberfläche ergibt, soweit diese an die zu plattieren­ de Werkstückoberfläche angepaßt ist. Diese Spalt-Elektro­plattierung kann in einem Behälter durchgeführt werden und wird auch oft in einem Behälter zur galvanischen Oberflä­chenbehandlung durchgeführt; die Spalt-Elektroplattierung benötigt jedoch nicht unbedingt einen Tank. Sie kann viel­mehr auch dadurch durchgeführt werden, daß eine Plattier­lösung in den Spalt zwischen Anode und Kathode geleitet wird, während man zwischen diesen beiden Elektroden einen Strom fließen läßt, solange ein geschlossener oder unun­terbrochener Plattiermittelstrom durch den Spalt fließt. Diese Art der Spaltplattierung ist Gegenstand der vorlie­genden Erfindung.

[0003] Eine Spalt-Elektroplattierung mit geschlossenem Kreislauf, wie sie Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, ist ganz allgemein in den US-Patenten 4 111 761 von LaBoda und 4 441 976 von Iemmi beschrieben, wo eine Anode mit einer zylindrischen Außenumfangsfläche konzentrisch in einer zylindrischen Fläche eines zu plattierenden Werkstückes angeordnet ist, mit der sie einen Spalt oder eine Plattier­zelle bildet. Der Rest des Werkstückes einschließlich seiner vollständigen Außenfläche soll nicht plattiert werden. Um zu verhindern, daß der Rest des Werkstückes plattiert wird, wird die Elektroplattierlösung mit derjeni- gen Fläche des Werkstückes nicht in Berührung gebracht, die nicht plattiert werden soll. Bei dem Verfahren nach dem US-Patent 4 345 977 von Blanc wird ein abgewandeltes Behältersystem benutzt. Eine Plattierung des äußeren Teiles des Werkstückes wird hier durch Dichtungen verhindert. Die innere Zylinderfläche wird durch diese Vorrichtung in erster Linie plattiert aufgrund der Anodenanordnung und des Lösungsstromes, andere Teile des Werstückes werden aber auch plattiert, weil der Tank tatsächlich mehr umschließt, als die ausgewählte innere Zylinderfläche. Dieses Patent offenbart keine Spalt-Elektroplattierung, aber es zeigt in allgemeiner Form eine Vorrichtung zum Plattieren einer ausgewählten Fläche.

[0004] Das Verfahren zum Spaltplattieren ist schon einige Jahre bekannt. Die Einspannvorrichtungen für diese Verfahren waren jedoch verhältnismäßig teuer und die Arbeitsergebnis­se waren nicht gleichmäßig, insbesondere bei langgestreck­ten, im allgemeinen unzugänglichen Bohrungen in komplexen Werkstücken. Aus diesem Grunde wurde für die Reparatur und das Wiederaufbauen von übergroßen Bohrungen in verschiede­nen Werkstücken oft entweder die Tankplattierung oder Bürstenplattierung ausgeführt. Die Tankplattierung geht extrem langsam vor sich und liefert ohne ausgedehntes, teures Maskieren keine gleichförmigen Ergebnisse auf ausge­wählten Teilflächen. Der Erfolg der Bürstenplattierung hängt wesentlich von der Erfahrung des Arbeiters ab und kann nur bei ganz besonderen, exponierten Flächen angewen­det werden. Es besteht deshalb ein echter Bedarf an einem Plattiersystem, mit dem in verschiedenen Bohrungen eines komplexen Werkstückes, beispielsweise in einem Schmiede­stück eines Flugzeugfahrgestelles, eine Plattierung gleichförmig bis zu einer beträchtlichen Dicken von über 0,050" aufgebracht werden kann. Außerdem ist es wesentlich, daß ein solches Plattierverfahren schnell und mit geringen Einrichtungskosten von Personen mit durchschnittlicher Erfahrung durchgeführt werden kann.

[0005] Es bestand auch ein Bedarf, in etwas schwer zugänglichen Stellen eines großes Werkstückes zu plattieren, um eine sehr verschleißfeste Schmiermittelfläche von erheblicher Dicke zu schaffen, um komplizierte Werkstücke, wie bei­spielsweise Schmiedestücke wiederzugewinnen, bei denen nur bestimmte Flächen über die akzeptierbaren Toleranzen hinaus verschlissen waren. Um diesen Anforderungen zu genügen, kann Chrom nicht immer verwendet werden, weil bei der Dicke, die erforderlich ist, um eine übergröße Bohrung in annehmbare Toleranzen zu bringen, mikroskopisch feine Risse auftreten. Auch wenn bei der Wiedergewinnung oder Reparatur von verschlissenen Teilflächen bei komplexen Werkstücken meistens Chrom verwendet wird, ist Chrom nicht immer ein optimales Material. Außerdem ist die Tankplattierung solcher Oberflächen mit Chrom nicht universell anwendbar. Dies ist insbesondere bei der Reparatur von zu groß gewordenen Löchern in Stahlschmiedestücken von höchster Festigkeit (240 KSI oder größer) der Fall, wie sie bei Raumfahrzeugen und Luftfahrzeugteilen verwendet werden. Im Hinblick auf diese Beschränkungen und Anforderungen ist Chrom aus der Behälterplattierung für die Reparatur von Werkstücken, d.h. zum Plattieren der Innenfläche einer Bohrung in einem hochfesten Stahlschmiedestück nicht vollständig zufriedenstellend. Ferner erfordert die Chromplattierung für die Reparatur verschlissener Flächen, auch wenn sie möglich und/oder wünschenswert ist, extrem lange Plattierzeiten. Höhere Stromdichten zum Verringern dieser Plattierzeit erhöhen die Geschwindigkeit, mit der Chrom abgelagert wird, nicht wesentlich, weil der Wirkungsgrad bei erhöhter Stromdichte rapide sinkt.

[0006] Auch wenn die Tankplattierung von Chrom auf Oberflächen eines komplexen Werkstückes zur Reparatur, Wiedergewinnung oder zum Auf-Maß-Bringen von Flächen verwendet wurde, ist dieses Verfahren doch nicht vollständig befriedigend. In der Tat kann es in manchen Fällen auch nicht wirksam ausgeführt werden. Die Tankplattierung mit Nickel ist als Reparatur-, Wiedergewinnungs- oder Kalibrierverfahren ebenfalls schwierig und teuer.

[0007] Im Hinblick auf die vielen erfahrenen Schwierigkeiten beim Versuch, verschlissene oder überdimensionierte Bohrungen in komplexen Werkstücken, wie beispielsweise in hochfesten Stahlschmiedestücken für Fahrwerke zu reparieren, wurde ein Plattierverfahren entwickelt, welches kein Chrom banötigt und das ohne hohen Kapitalaufwand, ohne lange Beschichtungszeiten und ohne besonders ausgebildetes Personal durchgeführt werden kann, wie es bei dem gemeinhin bekannten Tankplattierverfahren der Fall ist.

[0008] Das Plattierverfahren und die Plattiervorrichtung nach der Erfindung wurden geschaffen, um wesentliche Vorteile gegen­über der Spezialplattierung für eine spezielle Anwendung zu erreichen, bei der es darum geht, selektive Flächen zu plattieren, während das Werkstück selbst keine Spezialbe­handlung erfordert und bei dem die lange Beschichtungszeit, die beim Tankplattieren benötigt wird, nicht erforderlich ist. Mit dem Verfahren und der Vorrichtung nach der Erfin­dung wird eine bemerkenswert dicke Metallschicht rasch auf einer ausgewählten Fläche eines Werkstückes abgelagert, auch wenn das Werkstück eine komplexe Gestalt hat, wobei ein Maskieren und andere komplexe, langwierige und zeitrau­bende Vorplattierverfahren nicht erforderlich sind.

[0009] Mit der Erfindung wird eine Elektroplattiervorrichtung zum raschen Niederschlagen eines Metalles auf einer ausgewähl­ten Fläche des Werkstückes bereitgestellt, die eine Anode mit einer aktiven Fläche ausgewählter Gestalt aufweist, die zusammen mit der ausgewählten Flächengestalt des Werkstückes einen länglichen Spalt von mindestens 0,050" bildet. Außerdem hat die Elektroplattiervorrichtung einen Träger, der diese Anode in einer Stellung fixiert, um den länglichen Spalt zu bilden. Ferner ist eine Umwälzvorrich­tung vorgesehen, welche eine mit Metallionen beladene Elektroplattierlösung in einem im wesentlichen geschlos­senen Kreislauf mit einer Geschwindigkeit durch den Spalt drückt, daß die Elektroplattierlösung im Spalt mindestens 25mal pro Minute ausgetauscht wird. Ferner ist eine Stromquelle vorgesehen, um zwischen der ausgewählten Werkstückfläche und der aktiven Fläche der Anode einen Strom mit einer Stromdichte von mehr als 2,0 A/"² (2,0 Ampere/Quadratzoll) fließen zu lassen.

[0010] Diese neue Vorrichtung nach der Erfindung ist in erster Linie zum Plattieren einer zylindrischen Innenfläche in einem im wesentlichen komplex geformten, hochfesten Stahl­schmiedestück geeignet, bei dem der Spalt einen kreisring­förmigen Querschnitt hat und ein erstes und ein zweites Stirnende aufweist. Die Plattierlösung wird mit einer ultrahohen Geschwindigkeit von dem ersten Stirnende des Spaltes zu dessen zweitem Stirnende gedrückt.

[0011] Besonders zweckmäßig ist es, wenn die Anode eine nicht verbrauchbare Anode ist und die Plattierlösung aus Nickel-­Sulfamat besteht. Die Fließgeschwindigkeit durch den Spalt kann als "Ultrahochgeschwindigkeit" oder "Hochgeschwindig­keitsdurchfluß" bezeichnet werden, da die Fließgeschwindig­keit oder der Flüssigkeitsaustausch durch den Spalt größer ist als bisher. Vorzugsweise liegt die Fließgeschwindigkeit in der Größenordnung von 200 bis 1000mal Austausch von Lösung im Spalt pro Minute. Vorzugsweise kann die ultrahohe Flüssigkeitsaustauschgeschwindigkeit bei mindestens 2500mal pro Minute liegen, wobei sie nur durch die Ausrüstung und die erhältlichen Pumpen begrenzt wird. Bei Verwendung einer solchen ultrahohen Volumenaustauschgeschwindigkeit können zwischen den in ihrer Form aufeinander abgestimmten Flächen von Anode und Werkstück Stromdichten über 2,0 A/"² verwen­det werden, ohne hierbei die Elektroplattierlösung zu über­hitzen oder in irgendeiner Weise die Gleichförmigkeit der Plattierlösung zu beeinflussen, während diese vom einen Ende des Spaltes zum anderen fließt. Dieser ultrahohe Volumenstrom gewährleistet die Abscheidung von Gasblasen, die Beibehaltung der niedrigen Temperatur und den hohen Kontaktdruck der Lösung an der Anodenfläche und den Werk­stückflächen. Die radiale Breite des Spaltes, der die Plattierzelle bildet, beträgt mindestens 0,050" und vor­zugsweise zwischen 0,50 und 1,0". Spaltbreiten, die über 2,5" erreichen, können bei dem Verfahren nach der Erfindung verwendet werden, wenn das Durchflußvolumen erhöht wird.

[0012] Nach der Erfindung wird zwischen der ausgewählten Fläche einer feststehenden Anode und der ausgewählten, zu plattie­renden Fläche ein Spalt geschaffen. Dieser Spalt steuert den Losungsstrom längs dieser Flächen. Ultrahohe Durchfluß­geschwindigkeiten erlauben hohe Stromdichten, die wiederum eine rasche Metallabscheidung aus der strömenden Plattier­lösung zur Folge haben, welches vorzugsweise Nickel ist. In jedem beliebigen Fall steht in allen Querschnittsflächen des Spaltes eine frische, nicht verbrauchte Plattierlösung mit kontrollierter Temperatur für eine gleichmäßige Plat­tierung zur Verfügung, die einen hohen Kontaktdruck auf die den Spalt begrenzenden Flächen ausübt. In der Praxis wird die Plattierlösung vertikal nach oben gedrückt, so daß alles Gas, was sich bei der Elektrolyse im Spalt entwickelt, in gleicher Richtung wie die Plattierlösung nach oben wandert und ausgetrieben wird.

[0013] Das Verfahren nach der Erfindung, welches sich der oben erläuterten Vorrichtung bedient, dient zur Spaltplattierung einer ausgewählten Oberfläche eines Werkstückes. Hierbei bildet diese ausgewählte, zu plattierende Oberfläche die eine Begrenzung des oben erwähnten Plattierspaltes.

[0014] Hauptziel der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Spaltplattierung anzugeben, welches ultra­hohe Fließgeschwindigkeiten oder Durchflußmengen der Plat­tierlösung durch den Spalt anwendet. Der Spalt ist die Plattierzelle zwischen einer feststehenden Anode und der besonderen Oberfläche des Werkstückes, die für die Plattie­rung ausgewählt wurde.

[0015] Wie oben dargelegt, hat die Erfindung den Vorteil, daß Stromdichten verwendet werden können, die 2,0 A/"² über­steigen, so daß die Plattiergeschwindigkeit wesentlich erhöht wird und die Plattierzeit abnimmt, wodurch eine Applikation, die bisher in einem Tank über drei Tage dauerte, nun in weniger als zwei bis vier Stunden vor sich gehen kann.

[0016] Mit der Erfindung gelingt es, eine dicke Metallschicht auf einer ausgewählten Oberfläche eines Werkstückes schnell und gleichförmig über die ganze Fläche derart abzuscheiden, daß das Verfahren von einem Werkstück zum anderen wieder­holt werden kanne, ohne die Veränderungen, die durch die Grenzen der Handfertigkeit verursacht werden.

[0017] Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß dicke, gleichförmige Flächen hergestellt werden können, die bisher ohne wesentliche Einspannung und/oder Maskie­rung durch Tankplattierung nur schwierig, wenn überhaupt, zu erreichen waren.

[0018] Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird ein wirbeln­der Durchfluß der Plattierlösung durch den Ringspalt ver­wendet, wo die Strömung von der Plattierlösung selbst erzeugt wird.

[0019] Eine weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Plattierlösung auf der ganzen Länge des Spaltes auf einer gleichmäßigen, verhältnismäßig niedrigen Temperatur gehal­ten werden kann, um eine gleichförmige Plattierung längs des ganzen Spaltes zu gewährleisten.

[0020] Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und den Zeichnungen, in denen bevorzugte Ausführungsformen der Vorrichtung nach der Erfindung und des mit dieser durchgeführten Verfahrens erläutert sind. Es zeigt:

Fig. 1 eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei Verwendung an einem speziellen Werk­stück in einer seitlichen Ansicht und teilweise im Längsschnitt,

Fig. 2 den Gegenstand der Fig. 1 im Schnitt in einer vergrößerten Darstellung, wobei bestimmte Abmessungen und Para­meter einem Ausführungsbeispiel der Erfindung entsprechen,

Fig. 3 den Gegenstand der Fig. 2 in einem Querschnitt nach Linie 3-3,

Fig. 4 den Gegenstand der Fig. 3 in einem Schnitt nach Linie 4-4,

Fig. 5 den Gegenstand der Fig. 2 in einem Querschnitt nach Linie 5-5,

Fig. 6 den Gegenstand der Fig. 2 in einem Querschnitt nach Linie 6-6,

Fig. 7 die bei der bevorzugten Ausführungs­form nach der Erfindung verwendete Anode in einer Seitenansicht,

Fig. 8 eine schematische Darstellung, die bestimmte Durchflußcharacteristika der bevorzugetn Ausführungsform nach der Erfindung zeigt und

Fig. 9 eine graphische Darstellung, welche einen Betriebsparameter erläutert, der durch Verwendung der vorliegen­den Erfindung erhalten wird.

[0021] In Fig. 1 ist eine Vorrichtung A nach der Erfindung darge­stellt, die zum Aufbringen einer gleichförmigen Schicht eines elektroplattierbaren Metalles, wie beispielsweise Nickel auf eine ausgewählte Oberfläche S in Form einer zylindrischen Wand 10 dient, die einen unteren, konisch zurückweichenden Teil 12 und einen oberen, konisch zurück­weichenden Teil 14 in einem komplexen Werkstück W aufweist. Zur Vereinfachung werden diese drei Teile der selektiv zu plattierenden Oberfläche im folgenden als "Oberfläche S" bezeichnet. Obgleich die vorliegende Erfindung zum Plattie­ren von selektiven Flächen verhältnismäßig einfacher Werk­stückformen verwendt werden kann, besteht einer ihrer bemerkenswerten Vorteile darin, daß sie bei einem komplexen Werkstück eingesetzt werden kann, wie es von dem Werkstück W representiert wird, welches in der dargestellten Ausfüh­rungsform ein hochfestes Stahlschmiedestück für Flugzeug­fahrwerke ist, bei dem die Oberfläche 10 eine tragende Fläche ist, welche einer nagenden Korrosion unterworfen sein kann und von Zeit zu Zeit durch Aufplattieren von Metall repariert werden muß, um die Gebrauchsfähigkeit des Kernschmiedestückes wieder herzustellen. Bei der Durchfüh­rung der Erfindung ist die selektiv plattierte Oberfläche S im allgemeinen zylindrisch, wie dies bei dem Werkstück W dargestellt ist, welches viele Flächenbereiche aufweist, die nicht plattiert werden sollen, wie beispielsweise die gesamte Außenflache, zu der, als Beispiele für unplattierte Formen, ein Zahnradteil 20, eine längliche Buchse 22, nach außen vorspringende Bereiche, wie eine Schulter 24, ein unterer Flansch 26, ein nach außen vorspringender Stütz­vorsprung 28 und viele andere äußere und innere Flächen­bereiche gehören, die nicht plattiert werden sollen. Man erkennt, daß, wenn dieses Schmiedestück W in einem Plat­tiertank als Kathode plattiert würde, normalerweise bis zu einem gewissen Ausmaß die gesamte Oberfläche des Schmiedestückes plattiert werden würde. Um nur die Oberfläche S zu plattieren, wäre ein erheblicher Aufwand an Befestigung und Maskierung notwendig, wenn ein Tankplat­tierverfahren angewendet wird. Außerdem wurde in der Vergangenheit normalerweise Chrom auf der Oberfläche S plattiert. Wenn jedoch Chrom auch auf einer selektiven Oberfläche plattiert wird, bedarf dies einer erheblichen Plattierzeit. Eine erhöhte Stromdichte erhöht den Wirkungsgrad und die Abscheidegeschwindigkeit von Chrom in einem Tank oder auch bei einem modifizierten Tankplattiersystem nicht wesentlich. Auberdem kann Chrom in einer größeren Dicke wie beispielsweise 0,050", nicht leicht plattiert werden. Es ist deshalb vorteilhaft, bei dieser dargestellten Applikation auf der Oberfläche S eine Nickelbeschichtung aufzubringen.

[0022] Die vorliegende Erfindung gibt nun ein Verfahren an, bei dem die Stromdichte in einem Plattierprozeß drastisch erhöht werden kann, um die Ablagerungsgeschwindigkeit eines Materials, wie beispielsweise Nickel, auf der Oberfläche S zu erhöhen. Hierbei lagert sich das bevorzugte Material mit einer Geschwindigkeit ab, die sich mit steigender Stromdichte wesentlich erhöht, auch wenn der Wirkungsgrad etwas geringer sein kann, als derjenige, der mit niedrigen Stromdichten, wie beispielsweise mit weniger als 1,0 A/"² erreicht wird.

[0023] Die Vorrichtung A nach der Erfindung kann eine ausgewählte Oberfläche S mit ihren zurückspringenden Teilen 12 und 14 plattieren, wobei sie eine hohe Stromdichte über 2,0 A/"² verwendet, um die Plattierzeit zu verringern, die notwendig ist, um eine vorherbestimmte Metalldicke bis zu einer Größe über 0,050" zu erriechen. Bei der Erfindung kann eine hohe Stromdichte aufrechterhalten werden, so daß die niederge­schlagene Schicht proportional mit der Plattierzeit wächst. Die Erfindung ist insbesondere zum Niederschlagen von Nickel auf der ausgewählten Oberfläche S anwendbar, da die Ablagerung mit der Stromdichte wächst, ohne wesentlichen Abfall des Wirkungsgrades, wie dies bei der Chromplattie­rung im Tank beobachtet wurde. Das Werkstück W ist eines von vielen komplexen Schmiedestücken, bei denen oft innen­liegende Bohrungen nach ihrem Verschleiß, oder wenn sie auf Übermaß gearbeitet sind, wieder aufgebaut werden müs­sen. In der Tat werden in vielen Fällen Innenbohrungen in solchen Schmiedestücken anfänglich mit Übermaß hergestellt, so daß eine Metallplattierungsschicht auf die Oberfläche aufgebracht werden kann, um einen guten Korrosionswider­stand, eine bessere Verschleißfestigkeit und eine feinere Oberfläche zu erreichen. In der Vergangenheit wurde bei diesem Widergewinnungs- oder Aufbauprozeß gewöhnlich ein Tank oder ein modifizierter Tank verwendet, wobei Chrom oder Chrom- und Nickelschichten auf die Innenflächen der Bohrungen des Schmiedestückes aufgebracht wurden. Dieses Verfahren war sehr zeitaufwendig und es waren oft drei Tage erforderlich, um im Tank die bestimmte Oberfläche S zu plattieren, die Gegenstand des in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispieles ist. Wird mit der Erfindung die Vorrichtung A verwendet, wird auf der Oberfläche S eine Nickelbeschichtung bis zu der gleichen Tiefe und in besse­rer Gleichmäßigkeit in weniger als sechs Stunden und im allgemeinen zwischen zwei und sechs Stunden hergestellt. Der sich ergebende Nickelüberzug ist gleichmäßig, schmied­bar und glatt und kann dicker hergestellt werden als ein Chromüberzug, der mit steigender Dicke mikrofeine Risse erhälten kann. Zusammengefaßt kann bei Verwendung der Erfindung die Vorrichtung A Fehler in einem komplexen Werkstück in relativ kurze Zeit reparieren, beseitigen oder korrigieren, so daß das teure Schmiedestück W in wirtschaftlicher Weise erhalten werden kann. Dies rettet viele solche Schmiedestücke vor dem Schrott, weil in der Vergangenheit die Wiederaufarbeitung oft mehr kostete als ein neues Schmiedestück, die Wiederaufarbeitung oft unmög­lich war oder Schmiedestücke durch Eintauchen in Tankplat­tierlösungen schwer beschädigt werden konnten, insbesondere dann, wenn die Maskierung nicht ordentlich ausgeführt worden war. Mit der Erfindung kann die die gleiche Bohrung in ähnlichen Schmiedestücken mit der gleichen Vorrichtung ohne neue Justierung plattiert werden.

[0024] Die Vorrichtung A hat Komponenten, die für die Oberfläche S hergestellt sind. Andere Bohrungen oder Oberflächen erfordern abgewandelte, aber funktionell gleiche Komponen­ten wie die, die in Fig. 2 gezeigt sind. Eine untere oder erste Endkappe 30 greift in den Spalt g ein und dichtet ihn ab, der die Plattierzelle darstellt, die von der Oberfläche S und der Anode 40 begrenzt wird. Eine obere oder zweite Endkappe 32 verschließt das andere Ende der Plattierzelle an dem zurückweichenden Teil 14 der Oberfla­che S. Die Endkappen sind zusammengeklemmt und sitzen dicht auf den einander gegenüberliegenden Enden der Ober­fläche S, wobei die Anode 40 von der Oberfläche S konzen­trisch umgeben wird und sich parallel zu der Zylinderfläche 10 axial durch die Plattierzelle erstreckt. Um das Werk­stück W und die beiden aufgeklemmten Endkappen 30 und 32 in einer unverrückbaren Lage zu halten, ist eine geeignete Befestigungsvorrichtung vorgesehen, die als Stützfuß 50 dargestellt ist. Dieser Stützfuß trägt ein aufwärts gerich­tetes, starres Metallrohr 52, welches den Stützfuß 50 mit der Kappe 32 verbindet, wie dies in Fig. 1 und 2 darge­stellt ist, so daß das Werkstück W und die Endkappen 30 und 32 mit der Oberfläche S dazwischen schichtweise in fester Lage so angeordnet sind, daß sich die erste Endkappe unter der zweiten Endkappe befindet. Eine Flüssigkeitspumpe 60 mit ultrahohem Durchsatzvolumen, die ein Reservoir für die Elektroplattierlösung aufweist, die bei der bevorzugten Ausführungsform Nickelsulfamat ist, pumpt die Lösung in geschlossenem Kreislauf P durch die von den Endkappen 30 und 32 begrenzte Plattierzelle. Dieser Flüssigkeitsstrom hat ein ultrahohes Volumen.

[0025] Bei der dargestellten Ausführungsform pumpt die Flüssig­keitspumpe 60 300 bis 700 Gallonen Flüssigkeit pro Stunde, so daß die Lösung längs des durch die Pfeile in Fig. 1 und 2 angegebenen Weges mit einer so hohen Geschwindigkeit strömt, daß die Lösung in der Plattierzelle in der Größen­ordnung von 200 bis 1000mal pro Minute ausgetauscht wird. Nach der Erfindung hat die Pumpe einen ultrahohen Volumen­durchsatz, um einen Flüssigkeitsstrom durch den ringförmi­gen Spalt g mit einer Geschwindigkeit zu pressen, die mindestens 25mal/Minute einen vollständigen Wechsel der Flüssigkeit zur Folge hat. Dieser überaus große Volumen­strom erlaubt es, daß sich aus der Plattierlösung Nickel auf der Oberfläche S abscheidet, wenn eine Stromdichte über 2,0 A/"² verwendet wird. Da die Durchflußmenge oder Fließ­geschwindigkeit wächst, kann auch die Stromdichte minde­stens auf annähernd 10,0 A/"² erhöht werden, um die aus der Plattierlösung auf der Oberfläche S abgelagerte Nickelmenge wesentlich zu erhöhen. Die Anode 40 ist eine nicht verbrauchbare Anode. Aus diesem Grunde bleibt der Spalt g über den Plattierzyklus konstant, der bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel weniger als sechs Stunden dauert. Der gleiche Niederschlag an Nickel erforderte bis­her beim Plattieren nach dem Tankplattiersystem ungefähr drei Tage, wann er überhaupt erreichbar war.

[0026] Um den ultragroßen Volumenstrom oder den ultrahohen Fluid­durchfluß durch den geschlossenen Umlauf P zu drücken, för­dert die Pumpt 60 die Nickelsulfamat- oder eine ähnliche Plattierlösung in eine Hochdruck-Kunststoff-Förderleitung 62, welche sich in dem Rohr 52 aufwärts bis in die untere Endkappe erstreckt. Der Flüssigkeitsstrom bewegt sich dann aufwärts durch die Plattierzelle, die von der Oberfläche S und der Anode 40 begrenzt wird und tritt durch die obere Endkappe 32 in zwei Ausflußleitungen 64 und 66 aus, welche in eine größere Rückflußleitung 68 münden. Durch die Ver­wendung von zwei diametral im Abstand voneinander angeord­neten Ausflußleitungen 64 und 66 wird der Ausfluß durch die obere Endkappe 32 gleichmäßiger verteilt, um eine Cavitation zu verhindern und einen glatten Durchfluß der Plattierlösung durch die jeweilige Plattierzelle zu errei­chen.

[0027] In Übereinstimmung mit der Standardausführung wird Gleich­strom von einer üblicher, tragbaren Plattierstromquelle durch den ringförmigen Spalt g geleitet. Hierbei ist eine Anodenanschlußklemme 80 an die Anode 40 und eine Kathoden­anschlußklemme 82 an das Werkstück oder Schmiedestück W angeschlossen. In der praktischen Ausführung wird eine Kathode neben den Endkappen 30 und 32 der Vorrichtung A dadurch angeschlossen, daß in der Nachbarschaft der Ober­fläche S eine Klemme rund um das Werkstück W gelegt wird. Die besondere Konstruktion zum Anlegen eines Stromes, der durch den festen, ringförmigen Spalt g fließt, ist nicht Teil der Erfindung und kann durch verschiedene elektrische Anschlüsse verwirklicht werden.

[0028] Im Betrieb wird der elektrische Stromfluß zwischen den Anschlußklemmen 80 und 82 so eingestellt, daß die gewünsch­te Plattierleistung erreicht wird, der zum Erreichen des größten Nutzens der Erfindung extrem hoch ist und minde­stens etwa 2,0 A/"² beträgt. Die Stromdichte kann soweit erhöht werden, wie die von der Pumpe 60 geleistete Durch­flußmenge erhöht werden kann. Die derzeit verfügbaren Pumpen leisten etwa 300 bis 800 Gallonen/Min. und schaffen, wie oben ausge- führt, einen ultrahohen Volumenstrom, um mindestens etwa 200mal/Min. einen Austausch der Elektro­plattierlösung im Spalt g zu erreichen.

[0029] Die untere Endkappe 30 ist so konstruiert, daß sie eine gleichmäßige Verteilung der Plattierlösung im Spalt g bei den ultrahohen Durchfluß gewährleistet. Infolgedessen werden alle Querschnittsflächen der zylindrischen Anoden­fläche und der Oberfläche S kontinuierlich und gleichförmig mit einer frischen Plattierlösung in innigem, direktem, ununterbrochenem, physischem und elektrischem Oberflächen­kontakt versorgt. Zu diesem Zweck hat die Endkappe 30 eine Nase 100, die eine äußere Umfangsfläche hat, die derart speziell geformt und bemessen ist, daß sie der Kontur 102 der Werkstückes W angepaßt ist. In der Zeichnung hat diese Kontur ringförmige, konzentrische Schultern 104 und 106, die einen Teil der Gesamtform des Werkstückes bilden. Diese Schultern sind mit der Oberfläche S konzentrisch und bestimmen die äußere Umfangsfläche der Nase 100, die für die dargestellte Bohrung geformt ist. Ein zweiter Teil, nämlich eine untere Grundplatte 110 ist an parallelen, sich zur Seite hin erstreckenden Stirnflächen 112 und 114 mit mehreren im Abstand voneinander angeordneten Bolzen 116 angeklemmt, welche die Nase 100 und die Grundplatte 110 zusammenziehen. Ein O-Ring 118 dichtet die inneren Durch­flußöffnungen der Kappe 30 ab. Diese Durchflußöffnungen nehmen die Hochdruckplattierlösung auf, welche mit einem ultrahohen Mengenstrom durch die Zuflußleitung 62 fließt. Die Lösung bewegt sich durch die Kappe 30, wie dies durch die Pfeile in Fig. 2 angedeutet ist.

[0030] Die Grundplatte 110 hat eine zentrale Gewindebohrung 120, die das mit Gewinde versehene Ende 122 der Zuführleitung 62 aufnimmt, welches zum Anschluß diese Hochdruckrohres an die Grundplatte 110 dient. Eine konzentrische, zweite Gewindebohrung 130 nimmt das mit Gewinde versehene Ende 132 des starren Tragrohres 52 auf, welches die Vorrichtung A und das Werkstück W in seiner vertikalen Lage trägt.

[0031] Die Nase 100 ist mit den Grunddurchflußöffnungen der unteren Endkappe 30 versehen und hat eine nach außen gerichtete Schulter 140, die an der konzentrischen Schulter 106 des Werkstückes W anliegt, um die Kappe 30 auszufluch­ten. In einer Ausnehmung 144 der Nase 100 ist ein im Querschnitt rechteckiger O-Ring 142 derart angeordnet, daß sein äußerer kreisförmiger Rand 146 mit der Kante 148 am äußersten Ende des konischen Ausnehmungsteiles 12 derart übereinstimmt, daß der Rand 146 die Außenkante des Plat­tierbereiches der Plattierzelle begrenzt. Die Ränder 146 und 148 können durch Bewegung des Werkstückes W auf der Nase 100 von Hand genau miteinander in Übereinstimmung gebracht werden, bevor die Anode 40 die obere Endkappe 32 in ihrer Lage festklemmt.

[0032] Zu den inneren Durchflußöffnungen der Kappe 30 gehört eine konzentrische Plenumkammer 150, die einen Durchmesser e und eine Höhe von

" hat. Der Durchmesser e ist etwa ebenso groß wei der Durchmesser a des zylindrischen Teiles 10 der Oberfläche S, so daß ein großes Volumen an Lösung, die aus der Zuführleitung 62 kommt, sich in der Plenumkam­mer 150 sammeln kann, bevor sie aus der Plenumkammer in einen Verteilerraum 160 am oberen, freiliegenden Ende der Nase 100 geleitet wird. Durch die Anordnung einer Plenum­kammer und eines Verteilerraumes kann ein sehr großer Men­genstrom von dem Verteilerraum aus verteilt werden, nach­dem er in der Plenumkammer gleichmäßig unter Druck gesetzt wurde.

[0033] Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist eine neuarti­ge Düsenanordnung vorgesehen, um die Lösung aus der unteren Plenumkammer 150 in den oberen Verteilerraum zu bringen. Durch diese Düsenanordnung werden mehrere, voneinander ge­trennte und verschiedene, spiralförmige Ströme von Plat­tierlösung 170 erzeugt, die in Fig. 2 als spiralförmige Pfeile 170 schematisch dargestellt sind. Die Düseneinrich­tung zum Erzeugen dieses spiralförmig gestalteten Durch­flußes durch den Ringspalt g wird von mehreren, in Umfangs­richtung im Abstand voneinander angeordneten Löchern oder Bohrungen 180 erzeugt, von denen acht in einem gleichen Umfangsabstand voneinander dargestellt sind. Diese Löcher sind um einen Winkel von annähernd 30° (in der Praxis 27°) derart gegen die Längsachse geneigt, daß die Flüssigkeits­ ströme 170 in den Spalt g und nicht gegen die Anode 40 oder die Oberfläche S gerichtet sind. Auf diese Weise laufen die Düsenstrahlen oder Ströme der Plattierlösung im wesent­lichen in der Mitte des Spaltes schraubenlinienförmig durch diesen Spalt g, um alles andere zu verhindern, mit Ausnahme des normalen gleichmäßigen Durchflußes von Flüssigkeit längs der Anodenfläche und der zu plattierenden Oberfläche. Die besondere, bevorzugte wendelförmige Ausbilddung der Durchflußkanäle nach der Erfindung erhöht die Oberflächen­geschwindigkeit der Lösung auf einen Wert, der noch größer ist als die von der Pumpe 60 erzeugte Austauschgeschwindig­keit. Die tatsächliche Geschwindigkeit der durch die Plat­tierzelle oder den Spalt strömenden Flüssigkeit wird be­stimmt durch die Entfernung, welche die Lösung zurücklegt und die Zeit, welche die Lösung braucht, um den Spalt zu durchfließen. Die Geschwindigkeit des Durchflusses durch die Zelle ist sogar größer als die ultrahohe Geschwindig­keit der ultrahohen Durchflußmenge im übrigen Bereich. Die Löcher 180 in der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung haben einen Durchmesser von annähernd

", der schematisch als das Maß f in den Fig. 2 und 4 dargestellt ist.

[0034] Für den Anschluß der unteren Endkappe 30 an die Anode ist eine zentrale Gewindebohrung 190 vorgesehen, die das mit Gewinde versehene Ende 192 der Anode 40 aufnimmt und das untere Ende der Anode der Vorrichtung A abstützt, wenn die beiden Kappen sich Plattierstellung befinden. Wie dies in Fig. 2 angedeutet ist, bestehen die Nase 100 und die Grund­platte 110 aus einem geeigneten Kunststoffmaterial, welches nicht leitend ist und eine Isolierung zwischen der positi­ven Anode 40 und dem negativ gepolten Werkstück W bildet.

[0035] Aus den Fig. 2 und 6 geht hervor, daß die obere Endkappe 32 einen im wesentlichen flachen Kunststoffkörper hat, in dem sich eine ringförmige Ausnehmung 204 befindet, in der sich ein nach unten erstreckender, im Querschnitt recht­ eckiger O-Ring 202 befindet, dessen untere Innenkante 206 mit der Außenkante 208 des zu plattierenden, konischen, zurückspringenden Teiles 14 zusammenfällt. Der O-Ring 202 hat die gleiche Funktion wie der O-Ring 142 der unteren Endkappe, so daß diese beiden rechteckigen O-Ringe die äußerste Ausdehnung der im Betrieb der Vorrichtung A zu plattierenden ausgewählten Oberfläche begrenzen.

[0036] Für den Zusammenbau der beiden Endkappen hat der Körper 200 eine zentrische Mittelöffnung 210, welche den zylin­drischen Schaft 218 der Anode 40 aufnimmt. In der zentri­schen Öffnung 210 ist ein Standard-O-Ring 212 angeordnet, der diese Öffnung gegen den Schaft 218 der Anode abdich­tet, welche in der Öffnung gleiten kann. Am Schaft 218 ist ein oberer Kragen 214 mit einem geeigneten Mittel, bei­speilsweise einer Klemmschraube 216 befestigt.

[0037] Die Durchflußöffnungen für die Elektroplattierlösung in der oberen Kappe 32 sind so ausgebildet, daß sie alles Gas sammeln, welches sich während des Plattierprozesses bilden kann. Dieses Gas kann durch seinen Auftrieb von der Kappe 30 nach oben in die Kappe 32 gelangen. Damit sich die Flüs­sigkeit nach dem Plattiervorgang sammeln kann und um einen Sammler für jede Art von Gas zu schaffen, das während des Plattierprozesses entsteht, hat der Körper 200 einen sich nach außen erweiternden, konischen, oberen Sammelraum 220 mit einer im wesentlichen ebenen Oberfläche, die sich mit zwei im Abstand voneinander angeordneten Bohrungen 222 und 224 schneidet, welche die mit Gewinde versehenen Nippel 230 und 232 der Abflußleitungen 64 bzw. 66 aufnehmen. Diese Leitungen haben relativ große Querschnitte und müssen sich im Abstand von der Anode 40 befinden. Die Bohrungen 222 und 224 schneiden deshalb nach unten in die konischen Flä­chen 240 und 242 ein und bilden eine schräge Verschneidung mit der konischen Fläche, welche den Hohlraum 220 bildet, wie dies am besten aus den Fig. 2 und 6 hervorgeht. Auf diese Weise wird die durch den Spalt g strömende Lösung in dem Hohlraum 220 gesammelt, der sich in Querrichtung, d.h. in einer zur Bewegungsrichtung auf dem Wege P senk­rechten Richtung erweitert. Hierdurch wird die Geschwin­digkeit der Lösung in dem Hohlraum 220 zur Verteilung auf die beiden Auslaßleitungen 64 und 66 verringert. Dieser sich nach außen erweiternde, die Geschwindigkeit reduzie­rende Teil erlaubt das Sammeln aller Gase, die sich wäh­rend des Plattierprozesses bilden, die Querschnittsvergrö­ßerung der Querschnittsfläche der Fläche 10 hinaus reicht jedoch nicht aus, um die Geschwindigkeit wesentlich zu reduzieren.

[0038] Beim Zusammenbau der in Fig. 2 dargestellten Vorrichtung A wird das Ende 192 der Anode 40 in die Bohrung 190 der unteren Endkappe 30 eingeschraubt. Das Werkstück W wird dann auf dem quadratischen O-Ring 142 zentriert und so positioniert, daß die Ränder 146 und 148 aufeinanderliegen. Dann wird der Körper 200 über den Schaft 218 der Anode ge­schoben und in eine zentrische Position nach unten geführt, in der die Ränder 206 und 208 aufeinanderliegen. Dann wird der Kragen 214 auf dem Schaft 218 mit der Klemmschraube 216 festgesetzt. Anschließend wird die Anode 40 an ihrem oberen, mehrkantigen Teil 250 gedreht, um durch Einschrau­ben des unteren Endes 192 in die Gewindebohrung 190 der unteren Endkappe 30 die Endkappen zusammenzuklemmen. Danach läßt man ein geeignetes Anodenanschlußteil 252 in das obere Ende der Anode einschnappen und schließt die Anoden- und Kathodenleitungen an. Um den Arbeitsprozeß zu starten, drückt die Pumpe 60 die Plattierlösung durch die Plattier­zelle, wie dies durch die Pfeile in Fig. 2 angedeutet ist, während Strom durch den ringförmigen Spalt g fließt. Der Plattierprozeß dauert so lange an, bis die gewünschte Dicke des aufplattierten Metalles erreicht worden ist.

[0039] Wendet man sich nun der Fig. 7 zu, so erkennt man die Anode 40, die bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung benutzt wird. Eine standard-platinbeschichtete Titan-Ano­den-Stange ist so bearbeitet, daß sie einen ausgewählten Bereich des Abschnittes 300 aufweist, welcher auf die aus­gewählte Oberfläche S angepaßt ist, die plattiert werden soll. Nach einem Merkmal der Erfindung ist diese Oberfläche 10 zylindrisch. Deshalb ist auch die Oberfläche oder der ausgewählte Teil 300 zylindrisch und hat eine Länge h, die der Länge der zu plattierenden Oberfläche S angepaßt ist. Wenn der Plattierzprozeß eingeleitet wird, bestehen die freiliegenden Teile der Anode 40 mit Ausnahme des Bereiches 300 aus Titan, welches eloxiert ist und deshalb keinen Stromfluß erzeugt. Der Strom fließt deshalb nur von der Oberfläche 300 aus, die an die zu beschichtende Oberfläche S angepaßt ist. Da die Anode 40 bei der einen Ausführungs­form der Erfindung nich verbrauchbar ist, bleibt der Spalt g konstant und ermöglicht einen kontinuierlichen und gleichförmigen Durchfluß durch die Plattierzelle, ohne daß durch Erschöpfung oder Verarmung der Anode Änderungen her­vorgerufen werden.

[0040] Fig. 8 ist eine schematische Darstellung einer anderen Aus­führungsform der Erfindung. Der Lösungsstrom längs des Weges P durch den Spalt von dem Zuführende F zum Auslaßende D zwischen den Endkappen 30 und 32 wird so gesteuert, daß ein schneller und zwangsweiser Austausch von Plattierlösung im Spalt g erfolgt. Um dies zu bewerkstelligen, ist die Querschnittsfläche oder die Begrenzung der Auslaßleitungen 64 und 66 größer als die Querschnittsfläche oder die Be­grenzung der Zuführleitung 62; die vereinigte Fläche der Austrittsleitungen ist jedoch nicht größer als das Doppelte der Querschnittsfläche der Zuführleitung. Auf diese Weise wird der Lösungsstrom durch die Plattierzelle so gesteuert, daß ein Geschwindigkeitsabfall in der Zelle aufgrund einer Vergrößerung der Querschnittsflächen in dem Strömungsvor­ gang durch die Zelle verhindert wird. Aufgrund der Tat­sache, daß der Auslaßquerschnitt mindestens ebenso groß ist wie der Einlaßquerschnitt, tritt kein Rückstau auf und es gibt keine wesentliche Geschwindigkeitsreduzierung, da der Auslaßquerschnitt nicht größer ist als etwa das Dop­pelte des Einlaßquerschnitts. Dies ist ein anderes Merkmal der Erfindung, welches einen gleichförmigen und kontinu­ierlichen Durchfluß von Plattierlösungen durch den ring­förmigen Spalt g unterstützt.

[0041] Die Parameter, die in Fig. 2 angegeben sind und weiter oben diskutiert wurden, stellen ein Beispiel der vorliegenden Erfindung da. Hierbei hat die Oberfläche 10 einen Durchmes­ser von 1,62" und der Spalt ist 0,625". In der Praxis liegt dieser Spalt zwischen 0,050 und 2,0". Die Länge der Fläche S beträgt 1,50" und die Stromstärke beträgt ungefähr 30 A. 300 Gallonen einer Nickelsulfamat-Plattierlösung werden pro Stunde durch den Spalt g gepumpt. Die Querschnittsflä­che A_e der Plenumkammer 150 ist ungefähr gleich der Quer­schnittsfläche A_a der Bohrung des Werkstückes, die von der Fläche 10 begrenzt wird; sie ist jedoch größer als die Querschnittsfläche des Spaltes g und wesentlich größer als die Summe der Querschnittsflächen A_f der verschiedenen Lö­cher 180, welche die Düsen darstellen. Dieses Beispiel er­möglicht eine Nickelablagerung in der gewünschten Dicke mit einem Plattierzyklus zwischen 2,0 und 6,0 Stunden. Dem­gegenüber würde eine Tankplattierung der gleichen Oberflä­che unter Verwendung von Chrom bis zur gleichen Dicke, wenn sie überhaupt möglich wäre, mehr als drei Tage dauern.

[0042] Nach der Erfindung beträgt die Austauschgeschwindigkeit der Plattierlösung im Spalt g mindestens 25mal/Min. Dies wird in allgemeiner Form durch die graphische Darstellung in Fig. 9 gezeigt, wo die höchste Stromdichte mit der Aus­tauschgeschwindigkeit anwächst. Dieses Verhältnis definiert einen Betriebsbereich, der auf 10 oder mehr A/"² ansteigt, während die Austauschgeschwindigkeit bis auf 2500mal/Min. sich erhöht. Natürlich ist die im Verfahren verwendete Stromdichte nicht notwendigerweise die maximale Stromdich­te, da andere Verfahrensparameter die exakte Stromdichte bestimmen, die von dem jeweiligen Bedienungsmann für ein bestimmtes, zu bearbeitendes Werkstück gewünscht wird. Die gewünschte Stromdichte kann durch die Größe des Spaltes, durch die Temperatur im Spalt und durch verwandte Parame­ter bestimmte werden, die nicht Teil der vorliegenden Er­findung sind.

[0043] Nach der Erfindung wird die ultrahohe Durchflußgeschwin­digkeit so eingestellt, daß die Plattierung lediglich durch Verwendung von zwei getrennten Verschlüssen oder Endkappen erreicht werden kann, welche die Plattierzelle begrenzen und daß die Plattierlösung durch den Spalt zwischen Anode und ausgewählter, zu plattierender Oberfläche mit einer so hohen Geschwindigkeit durchgedrückt wird, das hohe Stromdichten möglich werden. In der Praxis ist die Plat­tierlösung eine Nickellösung und vorzugsweise Nickelsul­famat. Die Temperatur im Spalt wird auf einem Wert zwischen 110 und 130° F gehalten.

[0044] Nach einem Hauptmerkmal der Erfindung ist die Oberfläche 10 zylindrisch und die Umfangsfläche 300 der Anode 40 ist ebenfalls zylindrisch und begrenzt eine nicht verbrauch­bare Anode. Die Plattierlösung ist irgendeine der verschie­denen Plattierlösungen, die bei selektiven Plattierprozes­sen ohne Tank verwendet werden. Chrom wird gewöhnlich bei dieser Verfahrensart nicht eingesetzt. Die normalerweise beim selektiven Plattieren bevorzugten Lösungen sind Nickel, Blei, Kupfer, Eisen, Zinn und Zink. Natürlich könnten auch Edelmetalle verwendet werden; die Erfindung ist jedoch in erster Linie für industrielle Zwecke anwend­bar, welche den Einsatz von Edelmetallen nicht beabsich­tigen. Chrom macht bei der Verwendung der vorliegenden Erfindung insofern Schwierigkeiten, als die Plattierung sehr langsam durchgeführt werden muß und die durch den raschen Durchfluß erreichten Vorteile beim Chromplattie­ren nicht voll realisiert werden. Chromniederschläge sind spröde und in ihrer Dicke begrenzt, was von der Nützlich­keit der vorliegenden Erfindung ablenkt. In allen Fällen würde Chrom bei Verwendung der vorliegenden Erfindung Schwierigkeiten bereiten und es wird aus diesem Grunde nicht bevorzugt. Einige Merkmale der Erfindung können jedoch auch für ein Chromplattiersystem einen gewissen Vorteil bringen. Nickel wird als das bevorzugte und beste Metall angesehen, das bei der Durchführung der vorliegenden Erfindung zu verwenden ist.

[0045] Beim Gebrauch der Vorrichtung A ist der Lösungsstrom auf die zu plattierende Oberfläche und die Anodenoberfläche begrenzt. Es besteht keine Notwendigkeit für eine Lackie­rung oder eine andere isolierende Beschichtung, um eine unerwünschte Plattierung zu verhindern. Das Werkstück W kann verschiedene Formen haben. Durch Bereitstellung des hohen Durchflußvolumens gibt es eine gleichbleibende Lösung/Metall-Grenzfläche an der Anodenoberfläche 300 und der zu plattierenden Oberfläche S. Es gibt kein Flüssig­keitsspritzen der Lösung und keine anderen Hilfseingaben in den Spalt g, die von der Gleichmäßigkeit der rapide in axialer Richtung durch den Spalt fließenden Lösung ablenken können. Ferner nimmt die Neigung zur Gasbildung in der Lö­sung ab und es besteht ein hoher Oberflächendruck zwischen der Lösung einerseits und der Anodenfläche und der zu plat­tierenden Oberfläche S andererseits, so daß ein extrem in­tensiver Flüssigkeit/Metall-Grenzflächenkontakt mit der fließenden Lösung hergestellt wird. Der Spalt g braucht nicht genau kontrolliert zu werden, solange sein Quer­schnitt im wesentlichen gleich bleibt, um die hohe Flächen­druckberührung der axial durch den Spalt strömenden flüs­sigen Lösung nicht zu unterbrechen. Der Spalt sollte keine Bereiche haben, welche die Lösung sammeln oder die Ge­schwindigkeit der Lösung während ihrer Bewegung durch den Spalt herabestzen. Eine solche Geschwindigkeitsverminderung ist beim Tankplattieren allgemein üblich und führt zu einer Stagnation und Akkumulation von schwächerer Plattierlösung, die sich im Kontakt mit bestimmten Teilen der zu plattie­renden Oberfläche befindet.

[0046] Nach der Erfindung ist die Fließrichtung in vertikaler Richtung nach aufwärts gerichtet, um mit dem Strom irgend­welcher Gasblasen übereinzustimmen, die während des Plat­tiervorganges entstehen. Der Ausdruck "ultrahohes" Volumen, soweit er sich auf das Verhältnis oder die Zirkulation be­zieht, bedeutet mehr als 25 Lösungsaustauschvorgänge im Spalt g pro Minute und vorzugsweise mehr als 200 Austausch­vorgänge pro Minute. Die Anodenkonstruktion nach der Erfin­dung ist geometrisch der zu plattierenden Fläche 10 ange­paßt, zum Unterschied beim Tankplattierverfahren, wo sich die Anode weit weg von der zu plattierenden Fläche befin­det und mit diesem keine echte geometrische Verwandschaft hat. Die Anodenfläche wirkt mit der Oberfläche S zusammen und bildet den Spalt, durch den die Flüssigkeit mit ultra­hoher Geschwindigkeit fließt.

[0047] Dies ist ein außergewöhnliches Plattierverfahren und ganz verschieden von jeder Tank-oder normalen Spaltplattierung. Durch Verwendung einer unteren Plenumkammer 150 in der Kap­pe 30 wird die einströmende Flüssigkeit gleichmäßig ver­teilt, bevor sie mit hoher Geschwindigkeit die Löcher 180 durchströmt. Dieser Geschwindigkeitswechsel in den Düsen gewährleistet, daß die einzelnen Düsenstrahlen, die von den in Umfangsrichtung im Abstand voneinander angeordne­ten Löchern erzeugt werden, in eine Richtung zwischen der zu plattierenden Oberfläche und der Anodenoberfläche durch den Spalt getrieben werden. Da jeder Düsenstrahl als Wirbel oder Spirale erzeugt wird, steigt die Flüssigkeitsgeschwin­ digkeit im Spalt an, weil die Lösung auf ihrem Weg von der unteren Kappe 30 zur oberen Kappe 32 eine größere Strecke durchläuft.

[0048] Durch Verwendung der Kappenlösung ist die Wiederholbarkeit von einem Werkstück zum anderen erreicht. Jedes Werkstück könnte natürlich seine eigene, speziell ausgebildete Befe­stigungsvorrichtung haben. Diese Befestigungsvorrichtung mit der Pumpe für die Plattierlösung und die Stromversor­gung dazu sind tragbar. Die Lösung durchläuft ein geschlos­senes System und kann nach einer vorherbestimmten Ge­brauchsdauer periodisch wieder aufgefrischt werden. Mit der Erfindung wird eine gleichförmige Plattierung im ge­samtem Spalt erzielt und es gibt keine Bereiche der Stag­nation, einer erhöhten Temperatur oder geringerer Durch­flußmengen. Dieser Vorteil wird durch die hohen Lösungs-­Austauschraten erzielt, welche in erster Linie durch die Widerstandsfähigkeit und Bauart der Ausrüstung beschränkt werden und 2500 Austauschvorgänge pro Minute erreichen, wie dies graphisch in Fig. 9 dargestellt ist. Die Anode ist so geformt, daß sie mit der ausgewählten, zu plattie­renden Form übereinstimmt, sie ist bei der einen bevorzug­ten Ausführungsform unlöslich, d.h. unverbrauchbar und läßt Strom nur von der ausgewählten Oberfläche, beispielsweise von der in den Fig. 2 und 7 dargestellten Oberfläche 300 abfließen. Auf diese Weise fließt auch ein gleichmäßiger Strom durch den Spalt von der Fläche 300 der Anode zu der zu plattierenden Oberfläche S.

Ansprüche

1. Verfahren zum selektiven Elektroplattieren, bei dem auf einer ausgewählten Oberfläche (S) eines Werkstük­kes (W) Metall angelagert wird, gekenn­zeichnet durch folgende Verfahrens­schritte:

a)Bereitstellen einer Anode (40), welche eine aktive Oberfläche (300) von ausgewählter Gestalt aufweist, die mit der ausgewählten, zu beschichtenden Oberfläche (S) des Werk­stückes (W) einen langgestreckten Spalt (g) von mindestens 0,050" bildet;

b) Unterstützen dieser Anode (40) in einer festgelegten Lage, um den langgestreckten Spalt (g) zu bilden;

c) Hindurchleiten einer Elektroplattier­lösung (170) mit Metallkationen bzw. einer Elektrolyt-Lösung durch den Spalt (g) mit einer so hohen Geschwindigkeit, daß die Lösung im Spalt mindestens 25mal/­Min. bzw. 200mal/Min. ausgetauscht wird und

d) Fließenlassen eines elektrischen Stromes von der aktiven Oberfläche (300) der Anode (40) durch den Spalt zu der aus­gewählten Werkstückoberfläche (s) mit einer Stromdichte von über 2,0 A/"².

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge­kennzeichnet, daß als Lösung eine Nickel­plattierlösung verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Lösung eine Nickelsulfamat-Lösung verwendet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­durch gekennzeichnet, daß die Temperatur der Lösung im Spalt in einem allgemeinen Bereich von 110° - 130° F gehalten wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­durch gekennzeichnet,daß die Stromdichte im Bereich von 2 bis 10 A/"² liegt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­durch gekennzeichnet, daß der Lösungsaustausch im Spalt 200 bis 1000mal/Min. erfolgt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da­durch gekennzeichnet, daß die Durchflußmenge der Lösung im Spalt so groß ist, daß sie 25 bis 2500mal/Min. ausgetauscht wird.

8. Vorrichtung zum Elektroplattieren, mit der ein Metall auf einer ausgewählten Oberfläche (S) eines Werkstük­kes (W) abgelagert wird, gekennzeichnet durch eine Anode (40), deren aktive Oberfläche (300) in ihrer Form an die ausgewählte Oberfläche (S) des Werkstückes (W) angepaßt ist und mit dieser einen langgestreckten Spalt (g) mit einer Breite von minde­stens 0,050" bildet; Tragvorrichtungen (100, 190, 200) zum Abstützen der Anode (40) in einer festen Lage, um den langgestreckten Spalt (g) abzugrenzen; eine Zirkuliervorrichtung (60, 62, 150, 180, 64, 66, 70), die eine Elektroplattierlösung (170) mit Metall­ kationen in einem in wesentlichen geschlossenen Kreis­lauf mit einer ultrahohen Geschwindigkeit durch den Spalt (g) drückt, um die Elektroplattierlösung im Spalt mindestens 25 bis 200mal pro Minute auszutau­schen und durch Vorrichtungen (80, 82) zum Anlegen eines elektrischen Stromes an die zu beschichtende Werkstückoberfläche (S) und an die aktive Oberfläche (300) der Anode, so daß der Strom durch den Spalt mit einer Stromdichte von über 2,0 A/"² fließt.

9. Vorrichtung zum Elektroplattieren, wobei zwischen einer ausgewählten Oberfläche eines Werkstückes und einer Elektrode rasch Metall ausgetauscht wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode eine aktive Oberfläche aufweist, deren ausgewählte Gestalt mit der ausgewählten Oberfläche des zu beschichtenden Werkstückes einen langgestreck ten Spalt von mindestens 0,050" bildet, daß Tragmittel zum Stützen der Elektrode in einer unveränderlichen Stellung vorgesehen sind, um den langgestreckten Spalt zu begrenzen, daß eine Lösung-Zierkuliereinrichtung vorgesehen ist, welche eine Elektrolytlösung in einem im wesentlichen geschlossenen Kreislauf mit einer ultrahohen Geschwindigkeit durch den Spalt drückt, um mindestens 200mal pro Minute einen Lösungsaustausch in dem Spalt zu erreichen und daß Mittel zum Erzeugen eines elektrischen Stromflußes zwischen der ausgewähl­ten Werkstückoberfläche und der aktiven Oberfläche der Elektrode durch den Spalt hindurch mit einer Stromdichte von über 2,0 A/"² vorgesehen sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die ausgewählte Oberfläche (S) eine Zylinderinnenfläche (10) ist und daß der Spalt (g) im Querschnitt im wesentlichen ring­förmig ist und ein erstes, querverlaufendes Ende (12) und ein zweites querverlaufendes Ende (14) aufweist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, da­durch gekennzeichnet, daß über dem ersten Ende (12) des Spaltes (g) eine erste End­kappe (30) und über dem zweiten Ende (14) des Spaltes (g) eine zweite Endkappe (32) angeordnet ist und daß die beiden Endkappen (30 und 32) die Anode (40) tragen und Durchflußöffnungen (180 bzw. 64, 66) aufweisen, die einen Teil des Weges für den geschlossenen Lösungsmittelkreislauf bilden.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, da­durch gekennzeichnet, daß der geschlossene Weg (P) sich im Bereich des Spaltes (g) im wesentlichen in vertikaler Aufwärtsrichtung er­streckt.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, da­durch gekennzeichnet, daß sich die erste Endkappe (30) am Einlaßende des Spaltes (g) befindet und Durchflußöffnungen aufweist, die aus einem Plattierlösung-Einlaß, einer mit dem Lösungsein­laß in Verbindung stehenden Plenumkammer (150) und aus Düsen (180) besteht, welche mehrere, sich in Axialrichtung erstreckende Ströme der Lösung (170) aus der Plenumkammer (150) in den Spalt (g) leiten.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, da­durch gekennzeichnet, daß die Düsen (180) derart ausgebildet und angeordnet sind, daß sie die einzelnen Axialströme spiralförmig axial durch den Spalt (g) leiten.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 14, da­durch gekennzeichnet, daß die Düsen (180) zum Erzeugen der einzelnen Flüssigkeits­ströme in Umfangsrichtung im Abstand voneinander um den Spalt (g) angeordnet sind.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 15, da­durch gekennzeichnet, daß die zweite Endkappe (32) am Auslaßende des Spaltes (g) angeordnet ist und Durchflußöffnungen aufweist, die aus einem Plattierlösungsauslaß (D), einer Gassammel­plenumkammer (220) und einer Einlaßöffnung bestehen, die mit dem Spalt (g) in Verbindung steht.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 16, da­durch gekennzeichnet, daß der Plattierlösungsauslaß (D) der zweiten Endkappe (32) ein Durchlaßvolumen aufweist, das mindestens gleich dem Durchsatzvolumen des Lösungsmitteleinlasses (F) der ersten Endkappe (30) und nicht größer als das Doppelte des Durchsatzvolumens des Lösungseinlasses (F) der ersten Endkappe (30) ist.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 17, da­durch gekennzeichnet, daß die zu beschichtende Werkstückfläche (S) zylindrisch und der Spalt (g) ringförmig ist.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 18, da­durch gekennzeichnet, daß der Spalt eine Breite von 0,050 bis 2,50" hat.

20. Vorrichtung zum Elektroplattieren, wobei ein Metall auf einer ausgewählten Oberfläche (S) eines Werkstük­kes (W) rasch abgelagert wird, gekennzeich­net durch eine nicht verbrauchbare Anode (40) mit einer aktiven Oberfläche (300), die eine aus­gewählte Form aufweist, welche der ausgewählten Ober­ fläche (S) des Werkstückes (W) angepaßt ist, um einen langgestreckten Spalt (g) zu bilden; Tragvorrichtungen (30, 32) zum Abstützen der Anode (40) in einer unver­rückbaren Lage, um den langgestreckten Spalt (g) zu bilden; Mittel zum Drücken einer Elektroplattierlösung mit Metallkationen durch den Spalt (g) mit einer Ge­schwindigkeit, daß die Elektroplattierlösung im Spalt (g) mindestens 25mal pro Minute ausgetauscht wird; Mittel zum Überleiten eines elektrischen Stromes zwi­schen der ausgewählten Werkstückoberfläche (S) und der aktiven Fläche (300) der Anode (40) durch den Spalt (g) mit einer Stromdichte von über 2,0 A/"² und durch eine Anode, die aus einem nicht-anodischen Basismetall und aus einem äußeren anodischen Überzug besteht und deren ausgewählte aktive Oberfläche (300) dadurch geschaffen ist, daß der äußere Überzug von dem Anodenbasismetall mit Ausnahme der ausgewählten Oberfläche entfernt ist.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 20, da­durch gekennzeichnet, daß der Überzug Platin ist.

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 21, da­durch gekennzeichnet, daß das Basismetall der Anode Titan ist.

Zeichnung