DD221762A1

DD221762A1 - Verfahren zur erzeugung einer strahlungsabsorbierenden oberflaeche

Info

Publication number: DD221762A1
Application number: DD25875683A
Authority: DD
Inventors: Peter Kurze; Waldemar Krysmann; Joachim Schreckenbach; Karl-Heinz Dittrich; Thomas Schwarz
Original assignee: Karl Marx Stadt Tech Hochschul
Priority date: 1983-12-28
Filing date: 1983-12-28
Publication date: 1985-05-02

Abstract

Durch die Anwendung des erfindungsgemaessen Verfahrens ist es moeglich, in einem Einstufenprozess auf sperrschichtbildenden Metallen in einfacher Weise dunkel gefaerbte Oxidschichten zu erhalten, die ein grosses, konstantes Absorptionsvermoegen der einfallenden Strahlung im Sichtbaren und den angrenzenden Bereichen aufweisen. Dem Grundelektrolyten nach DD-WP 142 360 werden dunkelfaerbende Metallsalze als Farbstoffbildner, insbesondere K4 (Fe(CN)6) in den Konzentrationen von 0,8 bis 2,0 mol/l gemeinsam mit NH4OH in dem Masse zugefuegt, dass die Zuendspannung bis zu 150 V erhoeht und der p H-Wert der ammoniakalischen Elektrolytloesung auf 9 bis 12 eingestellt wird. Durch die Anwendung der anodischen Oxidation unter Funkenentladung bildet sich bei Nutzung dieses Elektrolyten ein schwarzes Eisen-Aluminium-Spinell in den Oxidschichten. Das Verfahren ist nicht zuletzt auch durch das hohe Streuvermoegen des Elektrolyten, welches fuer gute Innenbeschichtungen eine notwendige Voraussetzung ist, im optischen und/oder feinmechanischen Geraetebau, insbesondere bei der Beschichtung von Fernrohrhuelsen, Kameragehaeusen sowie in der Vakuumtechnik, insbesondere bei der Beschichtung von Vakuumkammerwaenden, einsetzbar.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die erfindungsgemäße Lösung ist im optischen und/oder feinmechanischen Gerätebau, insbesondere bei der Beschichtung von Fernröhrhülsen, Kameragehäusen sowie in der Vakuumtechnik, insbesondere bei der Beschichtung von Vakuumkammerwänden, einsetzbar.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es werden große Anstrengungen unternommen, um Gegenstände mit stark strahlungsabsorbierender Oberfläche, insbesondere im IR-, UV- und VIS-Bereich, herzustellen. Bekannte optisch schwarze Überzüge, z.B. 3M-Samtschwarzfarbe oder Parson's Schwarz zeigen gutes Absorptionsvermögen, können aber, da sie leicht abblättern und entgasen, in ihrer Haltbarkeit und Dauerfestigkeit keinesfalls befriedigen. : !:

Strahlungsabsorbierende Oberflächen werden auch durch anodische Oxidation von Metalloberflächen geschaffen, (GBPS 821237). Diese besitzen aber auf Grund der glatten Oberfläche ein hohes Reflexionsvermögen, und dadurch wird das Einsatzgebiet beschränkt. \

Durch ein aufwendiges, neun Stufen umfassendes Verfahren nach DE-PS 23 58642können Oberflächen mit gutem Absorptionsvermögen erzeugt werden. Dabei wird die Oberfläche durch Besprühen mit AI₂O₃-Schrot aufgerauht und anschließend für die Zeitdauer von zwei Stunden anodisch oxidiert. Nachteilig wirken sich dabei sowohl das geringe Streuvermögen des AI₂O₃-Schrots während des Besprühens auf die Oberflächenrauhigkeit als auch der ungenügende Umgriff des Elektrolyten bei der anodischen Oxidation bei kompliziert geformten Teilen aus. Für die Praxis notwendige Innenbeschichtungen, z.B. an Kameras, können nur in unzureichender Qualität ausgeführt werden. Durch die zeit- und arbeitsaufwendigen Arbeitsschritte ist dieses Verfahren unökonomisch.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, dauerfeste, stark Strahlungsabsorbierende Oberflächen im sichtbaren Strahlungsbereich und/oder den angrenzenden Bereichen herzustellen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in einfacher Weise die zu beschichtenden Oberflächen so aufzurauhen und einzufärben, daß sie ein hohes, dauerfestes Absorptionsvermögen besitzen. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß durch die Anwendung der anodischen Oxidation unter Funkenentladung dem wäßrigen Grundelektrolyten dunkelfärbende Metallsalze zugesetzt werden und der pH-Wert der Lösung mittels NH₄OH auf 9 bis 12 eingestellt wird, so daß Oxidschichten mit einer Vielzahl von Erhöhungen und Vertiefungen entstehen und die Anzahl der Reflexionen einer einfallenden Strahlung bis zum Erreichen des Bodens der Vertiefungen signifikant erhöht und damit eine maximale Absorption erreicht wird. Durch den Zusatz dunkelfärbender Metallsalze in Verbindung mit NH₄OH wird erreicht, daß die Zündspannungen bis zu |50V höher liegen als beim Verfahren zur Erzeugung von a-AljiOshaltigen Schichten nach DD-WP 142360. Die Ursache der Zündspannungserhöhung besteht darin, daß die Viskosität der Elektrolytlösungen herabgesetzt und der Gasfilm destabilisiert wird. Das für eine Funkenentladung notwendige Gas, in dem die Plasmaentladung vor sich geht, besteht auf Grund hohen Dampfdruckes von NH₃ in der Lösung nicht nur aus Sauerstoff, sondern auch aus NH₃. Für NH₃ wird eine höhere lonisierungsertergie benötigt. Durch die Vergrößerung der Zündspannung wird damit auch die Energie des Einzelentladungsimpulses erhöht, so daß die mittlere Rauheit und die mittlere Schichtdicke der so hergestellten ANOF-Schichten vergrößert werden und Werte von 10 bis 30μιή in der mittleren Rauheit und bis 50jim in der mittleren Schichtdicke entstehen. . .' -'.'.''.' ''. ' . ' .;' ·'· ' . ν ; ' ' . - .·/'' ^: . ' ' -'' " ' .·.' '.. .

Erfindungsgemäß verhindert der Zusatz von NH₄OH zum Funkenentladungselektrolyten das Ausfallen der Schwermetallionen, da eine partielle pH-Werterhöhung vermieden wird. Werden starke Basen (NaOH, KOH) zugegeben, fallen sofort die jSchwermetaliionen in Form von Oxiden und/oder Hydroxiden aus und sind erst bei hohen ρΗΛ/Verten wieder in Lösung zu bringen. Bei diesen hohen pH-Werten ist eine Funkenentladung auf Grund der Verfahrenspezifik nicht mehr durchführbar. Insbesondere ist erfindungsgemäß die für die Funkenentladung notwendige Voraussetzung einer Passivschichtbildung auf dem sparrschichtbildenden Metall unterbunden. Durch das sich bei der Funkenentladung ausbildende gleichmäßige Potential an der Phasengrenze Gas/Festkörper wird auch bei sehr kompliziert gestalteten Bauteilen besonders in Hohl- und Innenräumen pine gleichmäßige Schichtdicke erzielt.

Durch metailsalzhaltige Elektrolyte (z. B. Fe, Co, Ni, Cr u. a.) in Kombination mit NH₄QH werden die Voraussetzungen geschaffen, farbige dunkle Oxidschichten in einem Einstufenprozeß durch Oxidation mit Gleich- und/oder Impulsspannungen herzustellen. Bei dem Einsatz eines eisenhaltigen ammoniakalischen Elektrolyten zur anodischen Oxidation unter Funkenentladung entstehen schwarze Schichten, die ein großes konstantes Absorptionsvermögen der einfallenden Strahlung im Sichtbaren und den angrenzenden Bereichen aufweisen. Verglichen mit SM-Samtschwarzfarbe, Parson's-Schwarz u.a. zeigt sich, daß das Absorptionsvermögen dieser so hergestellten ANOF-Schichten besser ist. Dem konventionellen Elektrolyten nach DD-,WP 142360wird 0,8 bis 2,OmOlZIK₄ [Fe(CN)₈] als Farbstoffbildner zugesetzt und mit NH₄OH ein £H-Wert zwischen 9 und 12 eingestellt. Die Mindestkonzentration an K₄ [Fe(CN)₆] muß 0,8mol/l zum ANOF-Grundelektrolyten betragen, um eine tiefschwarze Färbung mit hohem Absorptionsvermögen für die einfallende Strahlung im Sichtbaren und den angrenzenden Bereichen zu erreichen. : ^: · : :;

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Die mittels dem angeführten Verfahren hergestellten Schichten haben eine Haftfestigkeit bis.45 MPa. Das ist durch den hohen , Energieeintrag, verursacht durch die großen Zündungsspannungen, bedingt. Es erfojgt ein gutes Anschmelzen der Schicht auf der Oberfläche des sperrschichtbildenden Metalls. Außerdem beeinflußt das sich bei der Funkenentladung bildende Ferraspinell (FeAI₂O₄) positiv die Haftfestigkeit der Schicht zum Grundmaterial. . _

Ausführungsbeispiel ' .

In einer Grundelektrolytkombinatioh, die 0,5 mol/l NaF, 0,5 mol/l NaH₂ PO₄; 0,1 rriol/l Na₂B₄Q₇ und 0,1 mol/l NH₄F enthält, wird als Metallsälz 1,0'mdl/l K₄ [Fe(CN)₆] zügegeben und mit NH₄OH in eine basische Lösung bis pH-Wert 12 überführt. Ein als Anode geschaltetes alkalisch gebeiztes 100mm langes Rohr aus Al 99,5 mit einem Durchmesser von 50 mm wird bei einer Spannung von 190V bei Elektrolyttemperaturen von 25⁰C unter Funkenentladung allseitig oxidiert. Man erhält gleichmäßige, 'geschlosseneschwarze Schichten mit einer mittleren Rauheit von 25/^m sowohl innen als auch außen, welche ein sehr großes konstantes Absorptionsvermögen im Sichtbaren und den angrenzenden Bereichen der einfallenden Strahlung aufweisen_v Rontgenographisch wird in den erzeugten Schichten Ferrospinell FeAI₂O₄ identifiziert.

Claims

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Erfindungsansprüche:

1. Verfahren zur Erzeugung einer Strahlungsabsorbierenden Oberfläche unter Anwendung der anodischen Oxidation unter Funkenentladungι auf sperrschichtbildenden Metalien mittels deich- und/oder Impulsspannungen, gekennzeichnet dadurch, daß dem Grundelektrolyten dunkelfärbende Metallionen wie Fe, Ni, Co, Cv u. a. in Verbindung mit NH₄OH bis pH-Wert 9 bis

. . 12 zugesetzt, dadurch die Zündspannung bis zu 15OV erhöht wird und mittlere Rasheiten von 10 bis 30/xm in einem ^; Einstufenprozeß erzeugt werden. . ,
2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der schwarze Farbstoffbildner K₄ [Fe(CN)₆] in den Konzentrationen von 0,8 bis 2,0 mol/l vorliegt.
3. Verfahren nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß sich ein schwarzes Eisen-Aluminium-Spinell bildet.