DD208486A3 - Verfahren zur metallisierung von aluminium und aluminiumhaltigen oberflaechen - Google Patents

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Hendrik Boehme
Hans-Juergen Albrecht
Wolfgang Scheel
Juergen Labs
Dagmar Konrad
Hans Loewe
Monika Hannemann
Klaus-Dieter Gruner
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Humboldt Uni Zu Berlin Buero F
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Metallisierung von Aluminium und aluminiumhalt. Oberflaechen und kann insbesondere bei der stromlosen und galvanischen Abscheidung von Metallen verwendet werden. Ziel der Erfindung ist es, haftfeste Metallschichten auf aluminiumhaltigen Oberflaechen zu erhalten. Aufgabe der Erfindung ist die Entwicklung eines einfachen Verfahrens zur Metallisierung von Aluminium und aluminiumhaltigen Oberflaechen, das mit wenigen Verfahrensschritten diese Oberflaeche von oxidischen Deckschichten befreit und bis zur Einbringung in ein Metallisierungsbad vor erneuter oxid- oder Hydroxidbildung schuetzt. Erfindungsgemaess werden diese Oberflaechen dadurch erzeugt, dass sie mit Loesungen organischer Saeuren, vorzugsweise mehrwertiger Hydroxy- und/oder Karbonsaeuren, in Wasser o. anderen polaren Loesungsmitteln im Temperaturintervall von Raumtemperatur bis 513K behandelt u. danach mit einer die Behandlungsloesung enthaltende Fluessigkeitsschicht in ein Metallisierungsbad eingebracht werden.

Description

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U 3 O O
Verfahren zur Metallisierung von Aluminium und aluminiumhaltlgen Oberflächen
Anwendungsgebiet der Erfindung
Die Erfinduno betrifft sin Verfahren zur Metallisierung von Aluminium und aluminiuHihaltigen Oberflächen und kann insbesondere bei der stromlosen und galvanischen Abscheidung von Metallen verwendet werden» Die abgeschiedenen Metallschicht ten können sowohl dekorativen eis euch funktionellen Zwecken dienen und die Abscheidung weiterer Metallschicht en ermöglichen.
Charakteristik der bekannten technischen Lösungen
Die Metallisierung von Aluminium (Al) und Alu'niniumlegierungen ist für bestimmte Anwendungszivecke einerseits unerläßlich= andererseits infolge der Stellung des Al in der eiek-irochsmischen Spannungsreihe, dem amphoteren Verhalten von Al und seinen Oxiden, seiner hohen O0-Affinitat sowie eines im Vergleich zu gebräuchlichen Metallisierungsschichten (z.Bo : Ag5 Cu ϋ(3(] hohen thermischen Ausdehnungskoeffizienten nicht unproblematisch»
Die bisherigen Ausführungen für die Metallisierung von Al-Werkstoffen umfassen eine Reinigung der Oberfläche durch organische Lösungsmittel, eine Behandlung in anorganischen Säuren oder Laugen (Beizen) zur Beseitigung von Oxiden oder Ls» gierungsrssϊen sowie eine Aktivierung der Oberfläche durch Aufbringen einer dünnen metallischen Schicht mittels Tauchabscheidung^ die als Grundlage für die eigentliche stromlose oder elektrolytische Abscheidung und eine nachfolgende strom-
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lose oder elektrolytische Verstärkung dient, /WP C 23 C/219 066, DDR, 19Sl; OS 2 512 339, BRD 1975/. Diese Verfahrensweise erfordert eine unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten unzulässig hohe Anzahl an'Verfahrensschritte;n und einen durch den Aktivierungsschritt zusätzlichen. Materialsinsatz, teilweise auch von Edel- oder Oefizitrnetallen. Des weiteren wirkt sich nachteilig aus, daß die Oxidschicht, die während des Beizprozesses entfernt wurde, unmittelbar 'wieder auf der Oberfläche entsteht, wenn der zu beschichtende Gegenstand dem Beizbad entnommen und der Einwirkung von anhaftenden Säureresten mit Wasser gespült wird« Infolge der o,g, Tauchabscheidung treten Probleme bei der Haftung der Metallisierungsschichten auf* Wegen des Gebrauches von aggressiven Chemikalien zur Oberfläcbenvorbereitung (z,B, HNO_., HF u»a„) ist es erforderlich,- besondere-Maßnahmen das.Gesundheits— und Arbeitsschutzes zu treffen»
Andere Ausführungen befassen sich mit der Metallisierung von Al-Werkstoffen über eine durch anodische Behandlung gezielt aufgebrachte poröse Oxidschicht /Lashmors, D.S, Metal Finishing (1980)4,- S, 21-24; Lashmore, D*S„ Plating and Surface. Finishing (1981)4, 43-51; US-Patent 4 115.211, Sept,
Dadurch soll eine gleichmäßigere Niederochlagsverteilung ermöglicht werden» Obwohl diese Verfahren gegenüber den oben beschriebenen einige Vorteile liefern, z„3, niedrigere Cheraikalienkosten, cyanidfreie Elektrolyte u.a.m,, sind sie nicht in dem Maße verbreitet, wie die vorher genannten. Der Grund dafür liegt u.a. dar±n} daß für fast jede Legierungszusaramensatzung eine modifizierte Vorbehandlung erforderlich ist, daS die für eine ausreichende Haftung erforderlichen Poren in dar Oxidschicht im R.ealfall inhomogen verteilt sind und somit zu Haftfestigkeitsprobleinen führen können„ Der Energieaufwand für den AnodisierungsprozeE ist ziemlich hoch* und infoige einer dielektrischen Zwischenschicht muß mit einer nachteiligen Beeinflussung des übergangswiderstand es Substrat/Metallisierung gerechnet werden, «as das Verfahren für bestimmte Amvendungszwecka in der Slektrotachnik/Elaktronik völlig ausschließt.
Zur Ausschaltung o,g. Nachteile wäre eine direkte Metallisierung von Al-Werkstoffen ohne metallische oder dielektrische Zwischenschichten anzustreben. Von Feldstein /RCA Reviev Ouni 1970,- S, 317-329/ -wird beispielsweise ein Verfahren zur direkten stromlosen Vernicklung von Aluminium beschrieben. Dieses Verfahren bezieht sich jedoch nur auf Reinaluminium und ist auf ein Nickelbad mit Dimethylamine boran als Reduktionsmittel begrenzt.
Ziel der Erfindung
Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahrensschritt reduziertes Oberflächenbehandlungsverfahren anzugeben, mit dem es gelingt, haftfeste Metallschichten auf Aluminium und aluminiumhaltigen Oberflächen zu erzeugen.
Darlegung des Wesens der Erfindung
Der Erfindung wird die Aufgabe zugrunde gelegt, ein Verfahren zu entwickeln, das sait wenigen Verfahrensschritten ohne Zwischenmetallschichten und ohne anodisch erzeugte Oxidschichten sowie ohne zusätzliche Aktivierung Aluminium und Alurainiumlegierungen von oxidischen Deckschichten und schwer löslichen Legierungsbestandteilen befreit und die Oberfläche bis zum Einbringen in ein Metallisierungsbad, insbesondere ein stroraloses Vernicklung sbad, vor erneuter Bedeckung mit Oxiden oder Hydroxiden weitgehend schützt« ErfindungsgeraäS wird nach diesem Verfahren die Aluminium-Oberfläche mit einer Lösung einer organischen Säure oder einetn Gemisch organischer Säuren, vorzugsweise Apfelsäure j-Malonsäure, Bernsteinsäure,- Weinsäure oder Zitronensäure ohne starken Metallabtrag bei erhöhten Temperaturen im Teraperaturintervall von Raumtemperatur bis 513 K,- insbesondere 303 - 458 K so geätzt, daß sich oxidische Deckschichten, teilweise infolge Unterätzung ablösen und eine saubere aktive Metalloberfläche entsteht, Der Ätzvorgang wird dabei erfindungsgesäß nicht durch Verdrängen der Ätzlösung mit Wasser, sondern im wesentlichen durch Senken der Temperatur verlangsamt, so daß die Reaktionsprodukte der Ätzreaktion weiterhin komplex in Lösung gehalten vierden und eine
2/ η ο f f^* w ,^ UU
Hydroxidbedeckung der Oberfläche infolge Hydrolyse weitgehend verhindert wird,
Ξ rf indungsgemäß werden dia so vorbehandelten Oberflächen mit einem anhaftenden Flüssigkeitsfilm, der genügend Komplexbildner für Aluminium-Ionen enthält, direkt in das Meta.llbeschichtungs.bad eingebracht, das in vielen Fällen selbst organische Säuren als Komplexbildner enthält und gegen einen Eintrag der Ätzlösung weitgehend unempfindlich ist, Hs ist jedoch"auch möglich durch eine Obergangsspülung der' vorbehandelt en Oberflächen in einer Lösung, die Alkali- oder Ammoniumsalze der verwendeten organischen Säuren und gegebenenfalls Ammoniak enthält, den pH-Wert ^des der Oberfläche anhaftenden Flüssigkeitsfilras und des Hetallbeschichtungsbades anzugleichen. Das erfindungsgemäße Verfahren laßt sich auch vorteilhaft mit.. Lösungen von organischen Säuren in ein- oder mehrwertigen Alkoholen oder anderen nichtwäßrigen polaren 'Lösungsmitteln bzw, in Gemischen dieser Losungsmittel mit '//asser gegebenenfalls rait -überlagerung von Ultraschall durchführen. Besonders hervorzuheben ist dabei, daß es mit dem erfiridungsg.emäS/en Verfahren möglich ist, nicht nur Aluminium, sondern auch eine breite Palette unterschiedlich zusammengesetzter Legierungen ohne Modifizierung der Vorbehandlung direkt stromlos zu metallisieren,.vorzugsweise durch Aufbringen einer stromlosen Nickelschicht.
Die Anwendung ist dabei nicht nur auf ein Nickelbad mit. einem bestimmten Reduktionsmittel beschränkt, sondern es ist über die Wahl des'Reduktionsmittels möglich, eine gezielte Beeinflussung von mechanisch-physikalischen und elektrischen Schichteigenschaften vorzunehmen.
24 U y 6-6 :0
Ausführungsbeispiele
Es werden Festkörper aus Aluminium oder Aluminiuralsgierungen mit Fe, Cu1 3i, Mg und Zn als Legierungsbestandteile
1. in einer Lösung von 1000 g Weinsäure in iOOO ml H2O '. bei 363 !< 2 min behandelt und ohne Zwischenspülung nach kurzem Abschleudern der anhaftenden Flüssigkeit in einem Dimethylaminboran enthaltenden Nickelbad nach Feldstein /RCA Review, 3une 197O1 S. 317-329/ stromlos mit 0,4,Um Nickel in 10 min beschichtet;
2. in einer Lösung von
500 g Weinsäure in 50 ml H2O
50 ml Äthanol und 900 ml Glycerol
bei 343 K 5 min behandelt, anschließend 40 s in eine Lösung von 270 g Ammoniumtartrat
300 g Ammoniaklösung 25 % in 200 ml H3O und
80 g Äthanol bei 333 K
und Ultraschalleinwirkung getaucht und anschließend ohne Zwischenspülung bei 368 K in 7,5 min in einem 3ad nach Epifanowa-f- W.3. u.a. /Saschita metallow 1978, S» 226-228/ bei einem pH-Wert von 9 mit einer 0,5yUm dicken Nickelschicht versehen;
3· in einer Lösung aus 50 g Malonsäure--
200 g Zitronensäure und 800 g Weinsäure in 100 ml Wasser
bei 370 K 3 min vorbehandelt und anschließend in einem Bad nach Epifanowa, L«C, bei einem pH-Wert von 4 während 5 min mit 0,4yUm Nickel beschichtet»
Alle Nickelschichten waren auch nach mehrmaliger Verformung durch Biegen haftfest und rißfrei.

Claims (2)

24 0 Erfindungsanspruch
1, Verfahren zur Metallisierung von Aluminium und aluminiumhaltigen/Oberflächen, dadurch gekennzeichnet, daß dia Oberfläche durch Lösungen organischer Säuren, vorzugsweise mehrwertiger Hydroxy- und Karbonsäuren, in Wasser oder anderen polaren Lösungsmitteln bzw, deren Mischungen im Temperaturintervall von Raumtemperatur bis 513 K, insbesondere 303 bis 458 K, gegebenenfalls unter Ultraschallsinwirkung behandelt und anschließend entweder sofort mit . einer die Beh.andlungslösung enthaltenden Flüssigkeitsschicht in ein Metallisierungsbad eingebracht oder zuvor zwecks Angleichung des pH-Wertes dieser Flüssigkeitsschicht mit dem des Metallisierungsbades in_ eine Lösung eingetaucht werden, die Alkali- oder Ammoniumsalze dieser organischen Säuren sowie gegebenenfalls Ammoniak enthält,
2, Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekannzeichnet, daß als organische Säuren vorzugsweise Apfelsäure, Malonsäure, Bernsteinsäure, Zitronensäure, Weinsäure und Milchsäure oder Mischungen dieser Säuren verwendet werden.
Λ i ! 1 ί. _,, ΓΓΟ.Λ L\'t\
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19730372C5 (de) * 1997-07-16 2007-01-18 IVA Industrieöfen - Verfahren - Anlagen Beratungs-, Produktions- und Vertriebs GmbH Reinigung und Entpassivierung von zu nitrierenden oder nitrocarburierenden Oberflächen mit leichten Säuren

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE19730372C5 (de) * 1997-07-16 2007-01-18 IVA Industrieöfen - Verfahren - Anlagen Beratungs-, Produktions- und Vertriebs GmbH Reinigung und Entpassivierung von zu nitrierenden oder nitrocarburierenden Oberflächen mit leichten Säuren

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