Verfahren zur Herstellung von Oxyd- und Silikatschichten auf Metalloberflächen

Abstract

 Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Oxyd- und Silikatschichten auf Metalloberflächen in einem flüssigen Elektrolyten, insbesondere für die Metalle Aluminium, Magnesium und deren Legierungen, sowie für Tantal, Titan, Niob und Zirkonium. Es wird vorgeschlagen, dass bei der Herstellung der Oxyd- und Silikatschichten im flüssigen Elektrolyten eine bipolare Stromquelle verwendet wird, deren Polarität verändert werden kann.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Oxyd- und Silikatschichten auf Metalloberflächen in einem flüssigen Elektrolyten, insbesondere für die Metalle Aluminium, Magnesium und deren Legierungen, sowie für Tantal, Titan, Niob und Zirkonium.

[0002] Die DE 41 04 847 C2 zeigt ein Verfahren zur Keramisierung von Metalloberflächen, bei dem Metallteile in einem flüssigen Elektrolyten durch Funkenentladung keramisiert werden. Dabei sind die Teile so an die mehrphasige, periodische Stromquelle angeschlossen, so dass die Teile wechselweise die Funktion der Anode und Kathode übernehmen. Eine nicht zu keramisierende Gegenelektrode ist damit nicht erforderlich.

[0003] Aus dem Patent DD 299 074 A5 geht ein Schmiermittel auf anorganischer Basis zum Pressen und Ziehen hervor, das aus einem Mehrschichtaufbau aus arteigenen Oxyden besteht. Zur Herstellung dieser Oxydschichten werden die Metallteile in einem flüssigen Elektrolyten einer stets gleichgerichteten Impulsspannung ausgesetzt.

[0004] Ferner ist aus dem Prospekt "AHC Oberflächentechnik: Magoxyd - Coat" ein Oberflächenschutz für Magnesiumwerkstoffe bekannt, bei dem an der Oberfläche eines zu schützenden Magnesiumteiles eine schützende, keramische Schicht aus Magnesiumoxyd aufgebracht wird. Die Herstellung dieser Schicht erfolgt durch anodische Oxydation in einem gekühlten, schwach alkalischen Elektrolyten.

[0005] Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von Oxyd- und Silikatschichten auf Metalloberflächen, insbesondere für Magnesium, Aluminium und deren Legierungen, sowie für Tantal, Titan, Niob und Zirkonium, zu schaffen, mit dem eine Korrosions- und Verschleissschutzschicht in wirtschaftlicher Weise herstellbar ist.

[0006] Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass bei der Herstellung der Oxyd- und Silikatschichten im flüssigen Elektrolyten eine bipolare Stromquelle verwendet wird, deren Polarität verändert werden kann.

[0007] Es wurde festgestellt, dass die Schichtaufbaurate bei diesem Verfahren höher als bei den bekannten Verfahren mit Gleichstrom oder Impulsstrom ist. Oxyd- und Silikatschichten mit einer Dicke von mehr als 20µm können dadurch schneller und preiswerter hergestellt werden.

[0008] Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in denn Unteransprüchen beschrieben.

[0009] So wird die Einwirkung des Stromes im Sekunden- bzw. Millisekundenbereich vorgenommen. Dazwischen wird im Millisekundenbereich umgepolt. Durch diese Maßnahme kann die Dichte der Oxyd- und Silikatschichten merklich erhöht werden. Ferner wird vorgeschlagen, das Pulsverhältnis größer 1 : 1 zu wählen, d. h. die Zeitspanne, während der das zu beschichtende Teil als Kathode geschaltet ist, größer zu wählen, als die Zeitspanne, während der das zu beschichtende Teil als Anode geschaltet ist.

[0010] Durch aufeinander folgende Beschichtungen in verschiedenen Elektrolyten sind unterschiedliche Schichtfolgen möglich.

[0011] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend näher beschrieben.

[0012] Ein geschmiedetes Kraftfahrzeugrad, bestehend aus der Magnesiumlegierung AZ80 wird zunächst in einem Bad aus 10 prozentiger Essigsäure gereinigt.

[0013] Im zweiten Schritt wird das Kraftfahrzeugrad in einem Elektrolyten I, bestehend aus einer wässrigen Lösung von Kaliumhydroxyd (KOH) und Natriumfluorid (NaF), eingetaucht und mit einer Stromquelle verbunden. Die Stromquelle liefert einen Strom zwischen 30 bis 100 A.

[0014] Zunächst wird das Kraftfahrzeugrad als Kathode geschaltet und für ca. 40 Sekunden aktiviert. Anschließend wird der Strom für 30 Minuten so gepulst, dass das Kraftfahrzeugrad für ein Zeitraum von 30 ms als Anode und für einen Zeitraum von 130 ms als Kathode geschaltet ist. Es entsteht eine Schicht aus Magnesiumoxyden und Aluminiumoxyden in der Stärke von 3 bis 10 µm.

[0015] Danach erfolgt die weitere unipolare Beschichtung im Elektrolyten II, bestehend aus einer wässrigen Lösung von KOH, NaF und Natriummetasilikat (Na₂O₃Si). Das in den Elektrolyten II getauchte Rad wird jeweils für 55 ms mit +250 V als Anode und für 500 ms bei -250 V als Kathode geschaltet. Die gesamte Behandlungsdauer beträgt 20 Minuten. Während der Behandlungsdauer entsteht eine Schicht aus Magnesiumsilikat Schichtstärke von 10 bis 20 µm.

[0016] Beide Elektrolyten werden auf 30 bis 40°C temperiert bzw. gekühlt.

[0017] Die auf diese Weise erzeugte ca. 25 µm starke Gesamtschicht aus Magnesiumoxyden und Aluminiumoxyden und anschließend Magnesiumsilikat ist dicht gegen korrosive Medien. Die Gesamtschicht ist im Schliffbild nach der einzigen Figur gezeigt: auf einem Rad 1 aus Magnesium sind nach dem vorbeschriebenen Verfahren eine 3,25 µm starke Oxydschicht 2, bestehend aus Magnesiumoxyden, und eine 11,61 µm starke Silikatschicht 3, bestehend aus Magnesiumsilikat, aufgebracht.

[0018] Alternativ können folgende Schichtfolgen erzeugt werden:

Alternative A: durch aufeinander folgende Anwendung von Elektrolyt I, dann Elektrolyt II und dann wieder Elektrolyt I die Schichtfolge Oxydschicht, Silikatschicht, Oxydschicht.

Alternative B: durch aufeinander folgende Anwendung von Elektrolyt II, dann Elektrolyt I und dann wieder Elektrolyt II die Schichtfolge Silikatschicht, Oxydschicht, Silikatschicht.

Ansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von Oxyd - Silikatschichten auf Metalloberflächen in einem flüssigen Elektrolyten, insbesondere für die Metalle Aluminium, Magnesium und deren Legierungen, sowie für Tantal, Titan, Niob und Zirkonium, dadurch gekennzeichnet, dass die die Metalloberflächen tragenden Teile leitend mit einer bipolare Stromquelle, deren Polarität wechselt, verbunden sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Umpolen der Stromquelle im Millisekundenbereich erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitspanne, während der das zu beschichtende Teil als Anode geschaltet ist, kleiner gewählt ist, als die Zeitspanne, während der das beschichtende Teil als Kathode oder stromlos geschaltet ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine gezielte Prozessführung unterschiedliche Schichtfolgen möglich sind.

Zeichnung