VERFAHREN ZUM GALVANISCHEN AUFBRINGEN EINER OBERFLÄCHENBESCHICHTUNG

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum elektrochemischen (galvanischen) Aufbringen einer Oberflächenbeschichtung gemäß der deutschen Anmeldung mit dem Aktenzeichen DE 42 11 881.6-24.

[0002] Solche Oberflächenstrukturen werden durch chemische Ätzprozesse im Anschluß an die Beschichtung oder durch mechanische Bearbeitungsverfahren wie etwa Schleifen oder Sandstrahlen mehr oder weniger gut erreicht. Auf die so geschaffene Oberflächenstruktur wird dann eine Hartchromschicht aufgebracht. Diese verschiedenen, zur Erstellung notwendigen Arbeitsschritte sind aufwendig und erfordern eine komplizierte Verfahrenstechnik. Die Kosten werden im Wesentlichen durch die mechanischen oder chemischen Bearbeitungsschritte zur Strukturerzeugung bestimmt.

[0003] Im Bereich der Strukturierung von Metallschichten werden auch aufwendige und nur sehr schwer beherrschbare Dispersionsabscheideverfahren eingesetzt, bei denen eine spezifische Oberflächenstruktur durch organische oder anorganische Fremdsubstanzen erzielt wird, die zum Beispiel in einer Chromschicht eingebaut werden und/oder das Wachstum der Chromschicht während des Abscheidevorganges blockieren, so daß rauhe Oberflächen entstehen. Die Fremdsubstanzen liegen als Dispergat im Elektrolyt vor.

[0004] Die DE 33 07 748 betrifft ein Verfahren zur elektrochemischen Beschichtung, bei dem zur Keimbildung ein pulsförmiger Strom verwendet wird. Wenn eine geeignete Stromdichte verwendet wird, bilden die entstehenden Keime eine dendritische Struktur. Damit lassen sich in einem Arbeitsgang rauhe, dendritisch strukturierte Oberflächen erzeugen. Unter der Stromdichte wird die mittlere Stromdichte an der Kathodenoberfläche verstanden.

[0005] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zum elektrochemischen Aufbringen von Strukturmetallschichten, das auf mechanische oder chemische Nachbehandlungen verzichtet und mit dem vielfältige Strukturmetallschichten erzeugbar sind, sowie eine Vorrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens zu schaffen.

[0006] Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gemäß den Merkmalen der Kennzeichen der Patentansprüche gelöst.

[0007] Die Strukturschicht wird direkt galvanisch auf das zu beschichtende Objekt aufgetragen. Dieses muß dazu eine elektrisch leitfähige Oberfläche aufweisen, die in der Regel geschliffen ist um eine glatte Basis für die Strukturschicht zu bieten. Vor dem Beschichtungsprozeß wird das Objekt nach üblichen galvanotechnischen Regeln gereinigt und entfettet. Es ist als Kathode in ein galvanisches Bad eingetaucht, in dem sich auch eine Anode befindet. Der Abstand zwischen Anode und Kathode wird meist im Bereich zwischen 1 und 40 cm gewählt. Als Elektrolyt werden bevorzugt Chromelektrolyte, insbesondere Schwefelsaure Chromelektrolyte, Mischsaure Chromelektrolyte oder Legierungselektrolyte verwendet.

[0008] Zwischen Anode und Kathode kann eine Prozeßspannung angelegt werden und der fließende Strom bewirkt einen Materialauftrag an dem als Kathode benutzten, zu beschichtenden Objekt. Die Erfindung schlägt vor, zur Bildung von Keimen positive Stromsprünge anzulegen. Der Prozeß der Strukturerzeugung besteht aus einer Keimbildungsphase und einer Keimwachstumsphase. Zunächst werden in der Keimbildungsphase Prozeßspannung und Prozeßstrom in mehreren Stufen mit jeweils einer vorbestimmbaren Änderung der Stromdichte von 1 bis 6 mA/cm² pro Stufe von einem Anfangswert auf eine Strukturstromdichte erhöht. Der Anfangswert beträgt 0 mA/cm², der kann jedoch auch höher sein, wenn die Keimbildungsphase direkt auf eine vorhergehende galvanische Prozeßphase folgt und der Strom dazwischen nicht auf Null abgesenkt wird. Die Zeit zwischen zwei Stromdichte-Erhöhungen beträgt 0,1 bis 30 Sekunden. am häufigsten werden Stufenabstände von etwa 7 Sekunden verwendet. Mit jedem Stromsprung werden neue Keime gebildet. Im Gegensatz zum Pulsstrom-Beschichten geht hier der Prozeßstrom nicht nach jedem positiven Sprung wieder auf Null zurück sondern er wird mit jedem Stromsprung weiter erhöht. Damit können insbesondere runder und gleichmäßiger geformte Keime, bzw. Körper auf dem Objekt abgeschieden werden, als dies mit den bekannten Pulsstrom-Verfahren möglich ist. Die Stromstufen werden in einer solchen Anzahl an das Bad gelegt, bis eine Strukturschicht bestehend aus einem Niederschlag aus einzelnen oder aneinandergelagerten, etwa kugelförmigen oder dendritischen Körpern auf der Oberfläche des Objekts erreicht ist.

[0009] Vorzugsweise wird mit der Keimbildungsphase eine Strukturschichtdicke von 4 µm bis 10 µm angestrebt. Dazu sind in der Regel zwischen 10 und 240 Stromstufen notwendig, besonders gute Ergebnisse werden mit 50 bis 60 Stufen erreicht.

[0010] Die nach Abschluß der letzten Stromstufe erreichte Stromdichte ist die Strukturstromdichte. Mit dem Erreichen dieser Strukturstromdichte ist die Keimbildungsphase, die eigentliche Bildung der Struktur, weitgehend abgeschlossen. Der Aufbau der entstehenden Struktur ist von vielen Parametern, vor allem von der gewählten Strukturstromdichte, von der Anzahl, der Höhe und dem zeitlichen Abstand der Stromstufen, von der Badtemperatur und von dem verwendeten Elektrolyten abhängig. Die Änderung der Stromdichte pro Stufe wie auch die Zeit zwischen zwei Stromdichte-Erhöhungen kann während der Keimbildungsphase verändert werden. Je nach Charakter der Stromfunktion können unterschiedliche Oberflächenstrukturen erzeugt werden, die in der Hauptsache durch unterschiedliche Rauhtiefen gekennzeichnet sind. Die idealen Verfahrensparameter können einfach empirisch festgestellt werden. In der Regel läßt sich sagen, daß bei höherer Badtemperatur und höherem Säuregehalt des Elektrolyten auch eine größere Strukturstromdichte verwendet wird.

[0011] Diese Strukturstromdichte beträgt in der Regel das Zwei- bis Dreifache der bei normalem Gleichstrombeschichten verwendeten Stromdichte. Beim Gleichstrombeschichten wird mit Stromdichten im Bereich von 15 bis 60 mA/cm² gearbeitet. Der Wert der Stromdichte ist dabei vom Elektrolyt und der Badtemperatur abhängig. Beim Strukturbeschichten sind Stromdichten im Bereich von 30 bis 180 mA/cm² möglich.

[0012] Danach folgt die Keimwachstumsphase. Dabei wird während einer vorbestimmbaren Rampenarbeitszeit ein Prozeßstrom mit einer Stromdichte im Bereich von 80% bis 120% der Strukturstromdichte angelegt. Während der Rampenarbeitszeit fließt ein etwa gleichmäßiger Strom, dies führt zum Wachstum der auf dem Objekt erzeugten Struktur. Je nach Dauer der Rampenarbeitszeit kann diese Strukturschicht mehr oder weniger stark ausgeprägt werden. Das Wachstum vollzieht sich dabei an den höchsten Punkten der Strukturschicht schneller als an den Tiefpunkten zwischen den in der Keimbildungsphase auftragenden Körpern. Dadurch ergibt sich zunächst eine weitere Zunahme der Rauheit während der Keimwachstumsphase. Die Rampenarbeitszeit liegt meist in einem Bereich von 1 bis 600 Sekunden, vorzugsweise bei etwa 30 Sekunden.

[0013] Nach Ablauf der Rampenarbeitszeit wird der Prozeßstrom auf einen Endwert, häufig auf Null, abgesenkt. Dieses Absenken des Prozeßstroms auf den Endwert kann sprungartig geschehen, es ist jedoch auch ein rampenförmiges Absenken möglich. Auch hier wurden mit stufenweiser Änderung des Prozeßstroms gute Resultate erzielt. Die Stromstufen liegen dabei vorzugsweise in einem Bereich von -1 bis -8 mA/cm² pro Stufe und die Zeit zwischen zwei Stromstufen wird vorzugsweise im Bereich von 0,1 bis 1 Sekunde gewählt.

[0014] Vorstehend wurden drei Verfahrensschritte beschrieben: Das stufenweise Erhöhen des Prozeßstroms während der Keimbildungsphase bis zum Erreichen der Strukturstromdichte, das Halten des Prozeßstroms im Bereich der Strukturstromdichte während der Rampenarbeitszeit (Keimwachstumsphase) und das anschließende Absenken des Prozeßstroms auf einen Endwert. Diese Verfahrensschritte stellen einen Strukturerzeugungs-Zyklus dar. Sie können zyklisch wiederholt werden. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn eine stärkere Strukturierung der Oberfläche gewünscht ist. Dabei entspricht jeweils der Endwert des vorhergehenden Zyklus dem Anfangswert des folgenden Zyklus. Die Anzahl der Wiederholungen ist von der gewünschten Oberflächenstruktur und Schichtdicke abhängig. Gute Resultate wurden mit Wiederholungen zwischen zweimal und zwanzigmal erreicht. Die Endwerte der einzelnen Zyklen können unterschiedlich hoch sein.

[0015] Mit Vorteil wird das zu beschichtende Objekt bereits einige Zeit, vorzugsweise eine Minute vor Prozeßbeginn in das Bad eingetaucht. Diese Wartezeit dient vor allem der Temperaturangleichung, das heißt, der Grundwerkstoff nimmt etwa die Temperatur des Elektrolyten an.

[0016] Gute Resultate werden erreicht, wenn vor dem Auftragen der Strukturschicht unter beim Normalverchromen üblichen Bedingungen eine Gleichstrom-Grundschicht aufgetragen wird. Dies wird dadurch erreicht, daß zu Beginn der Beschichtung ein Grundimpuls (Spannungs- bzw. Stromimpuls) angelegt wird. Dabei wird eine Stromdichte von 15 bis 60 mA/cm² verwendet, was den beim Normalverchromen üblichen Stromwerten entspricht. Dieser Grundimpuls hat eine Dauer von etwa 600 Sekunden. Um Konzentrationsänderungen durch die vorgeschaltete Gleichstrombehandlung in der Phasengrenzschicht vor der Strukturerzeugung zu eliminieren ist es vorteilhaft, wenn nach dem Grundimpuls und vor Beginn der Strukturerzeugung eine stromfreie Zwischenzeit von etwa 60 Sekunden eingefügt wird.

[0017] Dieses Verfahren wird in vielen Bereichen der Technik für Bauteile mit speziellen Oberflächeneigenschaften benötigt. Es ist bekannt, Oberflächenbeschichtungen auf Bauteilen mittels galvanischer Prozesse aufzubringen. Häufig werden bestimmte Anforderungen an die Oberflächenstruktur des beschichteten Werkstücks gestellt. Zum Beispiel sollen Zylinderlaufflächen definierte Schmierstoffdepots zur Aufnahme von Schmiermitteln aufweisen und medizinische oder optische Geräte sollen Oberflächen mit niedrigem Reflexionsgrad aufweisen. Definierte Reflexionsgrade sind auch für funktionelle und dekorative Anwendungen in der Möbel- und Sanitär-Armaturen-Industrie gefordert. In der graphischen Industrie werden für Druckmaschinen Feuchtreibzylinder mit einer speziellen, "rauhen" Oberfläche benötigt. In der Umformtechnik können strukturverchromte Werkzeuge verwendet werden um dem Werkstück eine strukturierte Oberfläche zu geben. Zum Beispiel kann die Oberfläche von Blech durch Walzen mit strukturverchromten Rollen strukturiert werden.

[0018] Die Vorrichtung zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens besteht aus einem galvanischen Bad, das eine eine Metallkonzentration enthaltende elektrolytische Badlösung enthält. Als Elektrolyt werden Chromelektrolyte bevorzugt, insbesondere Schwefelsaure Chromelektrolyte, Mischsaure Chromelektrolyte oder Legierungselektrolyte. Ein bevorzugter Elektrolyt weist eine Konzentration von 180 bis 300 Gramm Chromsäure CrO₃ pro Liter auf. Dazu können Fremdzusätze wie z. B. Schwefelsäure H₂SO₄, Fluorwasserstoffsäure H₂F₂, Kieselfluorwasserstoffsäure H₂SiF₆ und deren Mischungen zugefügt werden. Ein bevorzugter Elektrolyt enthält 1 bis 3.5 Gramm Schwefelsäure H₂SO₄ pro Liter. Das galvanische Bad wird in der Regel beheizt, die Temperatur des Elektrolyts beträgt vorzugsweise 30 bis 55 Grad Celsius.

[0019] In die elektrolytische Badlösung sind eine Anode und eine Kathode eingetaucht, wobei das zu beschichtende Objekt die Kathode bildet oder zumindest Teil der Kathode ist. Bei Verwendung eines Chromelektrolyten werden bevorzugt platiniertes Platin oder PbSn7 als Anodenmaterial verwendet. Anode und Kathode sind mit einer Einrichtung zum Einspeisen eines Prozeßstroms verbunden. Der Prozeßstrom ist in mehreren Stufen mit jeweils einer vorbestimmbaren Änderung der Stromdichte von 1 bis 6mA/cm² pro Stufe von dem Anfangswert auf die Strukturstromdichte erhöhbar. Die zeitlichen Abstände zwischen zwei Stromerhöhungen sind zwischen 0,1 und 30 Sekunden einstellbar. Nach Erreichen der Strukturstromdichte ist für eine vorbestimmbare Rampen-Arbeitszeit ein Prozeßstrom mit einer Stromdichte im Bereich von 80% bis 120% der Strukturstromdichte anlegbar. Um eine gleichmäßige Beschichtung zu erreichen, kann die Vorrichtung mit einem Rotationsantrieb zum kontinuierlichen Drehen des Objekts ausgestattet sein. Der Abstand zwischen der Anode und dem zu beschichtenden Objekt wird im Bereich von 1 bis 40 cm, vorzugsweise bei 25 cm gewählt.

[0020] Die Erfindung ist in den folgenden Ausführungsbeispielen anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1

Schematische Darstellung einer Vorrichtung zum galvanischen Aufbringen von Strukturschichten,

Fig. 2

Grafische Darstellung eines zeitlichen Stromdichteverlaufs beim Erzeugen einer Strukturschicht,

Fig. 3

Fotografische Abbildung im Maßstab 200:1 der Oberflächenstruktur eines Objekts, beschichtet nach dem zu Fig. 2 beschriebenen Verfahrensverlauf,

Fig. 4

Fotografische Abbildung im Maßstab 500:1 der in Fig. 3 gezeigten Oberflächenstruktur und

Fig. 5

Grafische Darstellung eines zeitlichen Stromdichteverlaufs beim Erzeugen einer Strukturschicht,

Fig. 6

Grafische Darstellung eines zeitlichen Stromdichteverlaufs beim Erzeugen einer Strukturschicht und

Fig. 7

Grafische Darstellung eines zeitlichen Stromdichteverlaufs beim Erzeugen einer Strukturschicht.

[0021] Fig. 1 zeigt die schematische Darstellung einer Vorrichtung zum galvanischen Aufbringen von Strukturschichten. Ein mit elektrolytischer Flüssigkeit 1 gefüllter Behälter bildet das galvanische Bad. In das galvanische Bad ist ein zu beschichtendes Objekt 2 und eine Anode 3 eingetaucht. Das zu beschichtende Objekt bildet die Kathode 2. Anode und Kathode sind mit einer gesteuerten elektrischen Energiequelle 4 verbunden. Bei der Energiequelle kann es sich um eine Strom- oder um eine Spannungsquelle handeln. Da, was die elektrischen Einflüsse betrifft, der Strom, bzw. die Stromdichte an der Kathode für die Beschichtung maßgebend ist, läßt sich der Prozeß mit einer Stromquelle genauer kontrollieren. Der Einsatz einer Spannungsquelle hat demgegenüber den Vorteil eines geringeren elektrischen Schaltungsaufwands. Solange sich andere Parameter, wie z. B. die Badtemperatur und die Konzentration des Elektrolyts nicht maßgeblich ändern, läßt sich der Prozeß auch mit einer Spannungsquelle gut kontrollieren.

[0022] Die elektrische Energiequelle 4 wird von einer programmierbaren Steuereinheit 5 angesteuert. Mit der Steuereinheit lassen sich beliebige zeitliche Spannungs-, bzw. Stromverläufe vorgeben, die dann automatisch über Energiequelle 4 an die Elektroden gelegt werden.

[0023] Fig. 2 zeigt die grafische Darstellung des zeitlichen Verlaufs der Prozeßstromdichte beim Erzeugen einer Strukturschicht. Die horizontale Achse von Fig. 2 ist die Zeitachse, auf der vertikalen Achse y ist die Stromdichte dargestellt. Dabei handelt es sich um ein Ausführungsbeispiel für einen möglichen Verfahrensablauf, das im Folgenden genauer beschrieben ist. Die Figuren 3 und 4 zeigen fotografische Darstellungen der mit diesem Verfahren erzeugten Strukturschicht.

[0024] Als galvanisches Bad wird ein schwefelsaurer Chromelektrolyt mit 200 Gramm Chromsäure CrO₃ und 2 Gramm Schwefelsäure H₂SO₄ verwendet. Bei dem zu beschichtenden Werkstück handelt es sich um ein rotationssymmetrisches Bauteil, einen Feuchtreibzylinder für die Druckindustrie. Um eine für die Strukturverchromung geeignete Ausgangsfläche zu schaffen, wird der aus St52 bestehende Zylinder zunächst feingeschliffen, mit einer Rauhtiefe von Rz < 3 µm. Anschließend wird nach in der Galvanotechnik üblichen Bedingungen eine 30 µm dicke Nickelschicht und darauf eine 10 µm dicke, rißarme Chromschicht aufgetragen. Das so vorbereitete Werkstück wird zur Strukturverchromung im galvanischen Bad rotiert, um eine möglichst gleichmäßige Beschichtung zu erreichen. Das Werkstück bildet die Kathode, als Anode wird platiniertes Titan oder PbSn7 verwendet. Der Elektrodenabstand Anode/Kathode wird auf 25 cm eingestellt.

[0025] Während einer ersten Prozeßphase 7 bleibt der Prozeßstrom abgeschaltet. Diese Phase dient dem Akklimatisieren des Werkstücks an das galvanische Bad. Dabei nimmt das Werkstück die Temperatur des Elektrolyten an. Nach etwa einer Minute wird ein Gleichstrom zwischen Anode und Kathode eingeschaltet. Dieser bleibt während der Phase 8 die etwa 600 Sekunden lang dauert, eingeschaltet. Dabei wird eine Chrom-GLeichstromgrundschicht auf das Werkstück aufgetragen. Die verwendete Stromdichte ist auch beim Normalverchromen üblich, hier 20 mA/cm². Nach dem Auftrag der Gleichstrom-Grundschicht folgt eine zweite Phase 9 ohne Strom.

[0026] Danach beginnt das eigentliche Erzeugen der Struktur. Während der Phasen 10 und 11 wird die Stromdichte in Stufen auf die Strukturstromdichte 14 erhöht. Die Kenndaten der Stufen (Höhe der Stromstufen und Zeitabstand zwischen zwei Stromschritten) werden dabei während dem Anstieg variiert. In der ersten Phase 10 wird der Strom in 16 Stufen auf 40 mA/cm² erhöht. Das entspricht einer Änderung der Stromdichte von 2,5 mA/cm² pro Stufe. Die Zeit 28 zwischen zwei Stromstufen beträgt 5 Sekunden. Danach wird die Stromdichte während der Phase 11 in 62 weiteren Schritten auf die Strukturstromdichte von 100 mA/cm² erhöht, die Zeit zwischen zwei Stromstufen beträgt 6 Sekunden (der im Graph von Fig. 2 dargestellte Stromdichteverlauf ist nicht maßstabgetreu, dasselbe gilt für die in den Fig. 5 und 6 gezeigten Graphen).

[0027] Nachdem die Strukturstromdichte erreicht ist, wird diese Stromdichte während der Rampenarbeitszeit 12 gehalten. Der dabei fließende Gleichstrom führt zum Wachstum der in den Phasen 10 und 11 erzeugten Strukturschicht. Die Dauer der Rampenarbeitszeit beträgt 60 Sekunden. Danach wird die Stromdichte wiederum stufenweise, in 22 Schritten, auf den Endwert von 0 mA/cm² abgesenkt. Die Zeit zwischen zwei Stromschritten beträgt dabei 4 Sekunden.

[0028] Aus anwendungstechnischen Gründen wird im Falle des Feuchtreibzylinders anschließend auf die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Chrom-Strukturschicht noch eine 4 bis 8 µm dicke mikrorissige Chromschicht aufgetragen. Dies geschieht unter den in der Galvanotechnik üblichen Gleichstrombedingungen und wird hier nicht näher erläutert.

[0029] Die Fig. 3 und 4 zeigen mikroskopische Aufnahmen der Chrom-Strukturschicht, die nach dem zu Figur 2 beschriebenen Verfahren erzeugt wurde. Die Strukturschicht besteht vorwiegend aus etwa kugelförmigen, einzelnen und teilweise auch aneinanderliegenden Körpern. Die gezeigte Strukturschicht weist eine Oberflächenrauheit von Rz=8 µm bei einem Traganteil von 25% auf. Der "Traganteil" ist auch als "Materialanteil" gemäß DIN 4762 definiert.

[0030] Fig. 5 zeigt den zeitlichen Stromdichteverlauf eines weiteren Verfahrensablaufs zur Strukturbeschichtung. Die Prozeßphasen 7, 8 und 9 wurden bereits in den Ausführungen zu Fig. 2 erörtert. In der darauf folgenden Phase 15 wird die Stromdichte in 110 gleichen Schritten auf die Strukturstromdichte von 100 mA/cm² erhöht. Die Zeit zwischen zwei Stromschritten beträgt 10 Sekunden. Nach der Rampenarbeitszeit 16 von 60 Sekunden wird die Stromdichte, diesmal in 22 gleichen Schritten, bis auf den Endwert von O mA/cm² abgesenkt. Die Zeit zwischen zwei Stromschritten beträgt 4 Sekunden. Im Anschluß daran wird nach einem kurzen stromfreien Moment, der Prozeßzyklus bestehend aus den Phasen 15, 16 und 17 wiederholt.

[0031] Fig. 6 zeigt den zeitlichen Stromdichteverlauf eines weiteren Verfahrensverlaufs. Nach der Wartephase 7 zum Akklimatisieren des Werkstücks an das galvanische Bad folgt ein Gleichstromimpuls 18, der in seiner Art dem Gleichstromimpuls 8 in Fig. 2 entspricht. Im Anschluß daran folgt direkt eine Keimbildungsphase 19, in der die Stromdichte stufenweise auf die Strukturstromdichte 24 erhöht wird. Die Stromdichte wird dann während der Rampenarbeitszeit 20 auf der Strukturstromdichte gehalten und anschließend, während der Phase 21 rampenförmig auf einen Endwert 26 abgesenkt. Nach einer kurzen Wartezeit 22 folgt erneut eine Keimbildungsphase 23 mit stufenweiser Erhöhung der Stromdichte bis auf die neue Strukturstromdichte 25. Dabei ist die Anfangsstromdichte der Keimbildungsphase 23 gleich dem Endwert 26, auf den die Stromdichte am Ende des vorhergehenden Strukturerzeugungszyklus abgesenkt wurde. Die Stromdichte wird dann während der Rampenarbeitszeit 27 auf der Strukturstromdichte 25 gehalten und im Anschluß daran sprungartig auf den neuen Endwert von 0 mA/cm² abgesenkt.

[0032] Fig. 7 zeigt den zeitlichen Stromdichteverlauf einer weiteren Variante des Verfahrensablaufs. Die Verfahrensabschnitte 7 bis 9 wurden bereits zu Fig. 2 besprochen. Der Prozeßstrom wird dann während Phase 29 stufenweise auf die Strukturstromdichte 30 erhöht. Danach wird während der Rampenarbeitszeit 32 ein Prozeßstrom mit einem Stromdichtewert von 80% der Strukturstromdichte 30 angelegt. Dazwischen liegt eine stromfreie Ruhezeit 31. Nach Ablauf der Rampenarbeitszeit 32 wird der Prozeßstrom während Phase 33 auf einen Endwert abgesenkt. Dieser Endwert dient als Anfangswert für einen zweiten Strukturerzeugungszyklus, beginnend mit dem stufenweisen Stromanstieg in Phase 35. Nach erreichen der neuen Strukturstromdichte 36 wird während der Rampenarbeitszeit 38 ein Prozeßstrom mit einem Stromdichtewert von 120% der Strukturstomdichte 36 angelegt. Dazwischen liegt wiederum eine stromfreie Ruhezeit 37.

Ansprüche

1. Verfahren zum elektrochemischen (galvanischen) Aufbringen einer
Oberflächenbeschichtung auf ein Maschinenbauteil, mittels eines Gleichstrom-Auftragsverfahrens, wobei mittels mindestens eines Anfangsimpulses der elektrischen Spannung und/oder des elektrischen Stromes auf der zu beschichtenden Fläche Keimbildungen des Abscheidematerials erreicht werden und daß anschließend mittels mindestens eines Folgeimpulses ein Wachstum der Abscheidematerialkeime durch Anlagerung von weiterem Abscheidematerial herbeigeführt wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß während der Keimbildungsphase die Erhöhung der elektrischen Spannung und/oder des elektrischen Stromes in mehreren Stufen erfolgt, die Zeit zwischen den Erhöhungen zwischen 0,1 und 30 Sekunden liegt, wobei Stromdichteänderungen in Stufen von 1 bis 6 mA/cm² erfolgen.

2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Stufen mit jeweils einer vorbestimmbaren Änderung der Stromdichte von 1 bis 6 mA/cm² pro Stufe von einem Anfangswert auf eine Strukturstromdichte (14, 24, 25) erhöht werden, es sich bei den Erhöhungen um Stromdichteerhöhungen handelt und die Stufen in einer solchen Anzahl an das Bad gelegt werden, bis eine Strukturschicht, bestehend aus einem Niederschlag aus einzelnen aneinander gelagerten, etwa kugelförmigen oder dendritischen Körpern, auf der Oberfläche des Objektes erreicht ist, und danach in einer Keimwachstumsphase während einer vorbestimmbaren Rampenarbeitszeit (12, 16) ein Prozeßstrom mit einer Stromdichte im Bereich von 80% bis 120% der Strukturstromdichte gelegt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Dauer der einzelnen Stufen etwa 7 Sek. beträgt.

4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Stromdichte in 10 bis 240 Stufen erhöht wird.

5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Strukturstromdichte (14, 24, 25) im Bereich von 30 mA/cm² bis 180 mA/cm² liegt.

6. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Rampenarbeitszeit (12, 16) 1 bis 600 Sek., vorzugsweise etwa. 30 Sek. beträgt.

7. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Prozeßstrom nach Ablauf der Rampen-Arbeitszeit auf einen Endwert (26) abgesenkt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Prozeßstrom nach Ablauf der Rampen-Arbeitszeit stufenweise mit jeweils einer vorbestimmten Änderung von -1 bis -8 mA/cm² pro Stufe auf den Endwert abgesenkt wird.

9. Verfahren zum Auftragen einer Oberflächenbeschichtung auf die elektrisch leitfähige Oberfläche eines Objekts,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 7 oder 8 zyklisch zwei bis zwanzig mal wiederholt wird, wobei jeweils der Endwert des vorhergehenden Zyklus dem Anfangswert des folgenden Zyklus entspricht.

10. Verfahren nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Endwerte (26) unterschiedlich hoch sind.

11. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß vor der Strukturerzeugung ein Gleichstrom-Impuls (8, 18) mit einer Stromdichte von 15 bis 60 mA/cm² zum Aufbau einer Gleichstrom-Grundschicht angelegt wird.

12. Verwendung des Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß es angewendet wird

- zur Strukturerzeugung von Zylinderoberflächen für Schmierstoffdepots zur Aufnahme von Schmiermitteln,

- zur Einstellung von definierten Reflexionsgraden von Oberflächen in optischen, medizinischen Geräten und für funktionale und dekorative Anwendungen in der Möbel- und Sanitärindustrie,

- zur Erzeugung von Oberflächen mit definierter Rauhigkeit in Produkten der graphischen Industrie,

- zur Erzeugung von strukturierten Oberflächen bei Werkzeugen.

Claims

1. Process for the electrochemical (galvanic) application of a surface coating to a machine component, by means of a direct current application process, the formation of nuclei of the deposition material on the area to be coated being achieved by means of at least one starting pulse of the electrical voltage and/or the electrical current, and subsequently a growth of the deposition material nuclei being brought about by means of at least one following pulse, as a result of the addition of further deposition material, characterized in that, during the nucleus formation phase, the increase in the electrical voltage and/or the electrical current is carried out in a plurality of stages, the time between the increases lying between 0.1 and 30 seconds, current density changes being carried out in stages of 1 to 6 mA/cm².

2. Process according to Claim 1, characterized in that the stages are increased with in each case a predefinable change of the current density of 1 to 6 mA/cm² per stage, from a starting value to a structuring current density (14, 24, 25), the increases are increases in current density, and the stages are applied to the bath in a sufficient number until a structure layer, consisting of a deposit of individually superimposed, approximately spherical or dendritic bodies, is achieved on the surface of the object, and thereafter in a nucleus growth phase, during a predeterminable ramp working time (12, 16), a process current having a current density in the range from 80% to 120% of the structuring current density is applied.

3. Process according to Claim 1 or 2, characterized in that the duration of the individual stages is about 7 seconds.

4. Process according to at least one of Claims 1 to 3, characterized in that the current density is increased in 10 to 240 stages.

5. Process according to at least one of Claims 1 to 4, characterized in that the structuring current density (14, 24, 25) lies in the range from 30 mA/cm² to 180 mA/cm².

6. Process according to at least one of Claims 1 to 5, characterized in that the ramp working time (12, 16) is 1 to 600 seconds, preferably about 30 seconds.

7. Process according to at least one of Claims 1 to 6, characterized in that the process current is reduced to a final value (26) after the ramp working time has elapsed.

8. Process according to Claim 7, characterized in that the process current, after the ramp working time has elapsed, is lowered to the final value in stages with in each case a predefined change of -1 to -8 mA/cm² per stage.

9. Process for the application of'a surface coating to the electrically conductive surface of an object, characterized in that the process according to one of Claims 7 or 8 is repeated cyclically two to twenty times, in each case the final value of the preceding cycle corresponding to the starting value of the following cycle.

10. Process according to Claim 9, characterized in that the final values (26) have different levels.

11. Process according to at least one of Claims 1 to 10, characterized in that, before the generation of the structure, a direct current pulse (8, 18) having a current density of 15 to 60 mA/cm² is applied in order to build up a direct current base layer.

12. Use of the process according to at least one of Claims 1 to 11, characterized in that it is applied

- in order to generate structure on cylinder surfaces for lubricant stores for the accommodation of lubricants,

- in order to set defined degrees of reflectance of surfaces in optical and medical instruments and for functional and decorative applications in the furniture and sanitary fittings industry,

- in order to generate surfaces with defined roughness in products in the graphics industry,

- in order to generate structured surfaces on tools.

Revendications

1. Procédé électrochimique d'application (par galvanoplastie) d'un revêtement de surface sur un élément d'agencement de machines, par mise en oeuvre d'un procédé de courant continu, dans lequel grâce à une impulsion de tension électrique et/ou de courant électrique de départ au moins, on obtient une formation de germes du matériau à déposer sur la surface à revêtir et que, à l'aide au moins d'une impulsion ultérieure, on provoque par la suite une croissance des germes du matériau à déposer par une fixation complémentaire d'un matériau à déposer, caractérisé en ce que :
   pendant la phase de formation des germes l'accroissement de la tension électrique et/ou du courant électrique se produit en plusieurs étapes, le temps séparant les accroissements est compris entre 0,1 et 30 secondes, ce qui procure des changements par étapes de la densité de courant de 1 à 6 mA/ cm².

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que :
   les étapes se produisent avec à chaque fois un accroissement de la densité de courant d'une valeur prédéterminée allant de 1 jusqu'à 6 mA/ cm² par étape, depuis une valeur de départ jusqu'à une densité de courant de structure (14, 24, 25), il s'agit par les accroissements d'augmenter la densité du courant et les étapes sont appliquées au bain en nombre tel que l'on obtient une couche de structure, se composant d'un dépôt de corps de forme pratiquement de sphérique ou dendritique, isolés disposés les uns près des autres à la surface de l'objet, et ensuite, dans une phase de croissance des germes, pendant un temps de travail d'une rampe (12, 16) prédéterminé, on applique un courant de processus ayant une densité de courant de 80% à 120% de la densité de courant de structure.

3. Procédé selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que :
   la durée des étapes individuelles s'élève à 7 secondes environ.

4. Procédé selon l'une au moins des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que,
   on augmente la densité de courant en 10 à 240 étapes.

5. Procédé selon l'une au moins des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que :
   la densité du courant de structure (14, 24, 25) se situe dans un domaine allant de 30 mA/ cm² à 18 mA/ cm².

6. Procédé selon l'une au moins des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que :
   le temps de travail de la rampe (12, 16) est de 1 à 600 secondes, de préférence de 30 secondes environ.

7. Procédé selon l'une au moins des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que :
   après la fin du temps de travail de la rampe le courant de processus est diminué jusqu'à une valeur finale (26).

8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que :
   après la fin du temps de travail de la rampe le courant de processus est diminué par étapes jusqu'à la valeur finale avec chaque fois un changement prédéterminé de -1 à -8 mA/ cm² par étape.

9. Procédé pour mettre en oeuvre un revêtement de surface sur la surface externe d'un objet, ladite surface étant conductrice de l'électricité, caractérisé en ce que :
   le procédé selon l'une des revendications 7 ou 8 est répété de manière cyclique de deux à vingt fois, et à chaque fois la valeur finale du cycle qui précède correspond à la valeur de départ du cycle qui suit.

10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que :
   les valeurs finales sont élevées de manière différente.

11. Procédé selon l'une au moins des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que :
   avant de faire naître la structure une impulsion de courant continu (8, 18) ayant une densité de courant de 15 à 60 mA/ cm² est appliquée pour la mise en oeuvre d'une couche de base par une technique de courant continu.

12. Mise en oeuvre d'un procédé conforme à l'une au moins des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que :
   il est mis en oeuvre :

- pour engendrer une structure de surfaces externes de cylindres pour des dépôts de lubrifiant pour l'accueil de lubrifiants,

- pour déterminer des pouvoirs réflecteurs définis pour des surfaces externes d'appareillages optiques, médicaux, et pour des applications décoratives et fonctionnelles dans l'industrie de l'ameublement et l'industrie sanitaire,

- pour fournir des surfaces externes ayant une rugosité définie, dans des produits de l'industrie graphique,

- pour fournir des surfaces externes structurées pour des outils.

Zeichnung