Selektivgalvanische Abscheidung funktioneller Hartchromüberzüge

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AHC Surface Technology SAS in Faulquemont (Lothringen/Frankreich) verfügt schon seit mehr als zehn Jahren über weitreichende Erfahrung bei der partiellen Hartanodisation von Aluminiumlegierungen. Daher lag es nahe, diese Erfahrungen und technischen Daten auf ein Verfahren zur selektiven High-Speed-Abscheidung von Hartchrom zu übertragen.

Prototypanlage bereits in Betrieb

Ausgangspunkt war die Darstellung einer funktionellen Hartchrombeschichtung auf Stoßdämpferrohren (Oberfläche 8 bis 10 dm²) für die Automobilindustrie mit einer geforderten Schichtdicke von 20 bis 25 µm. In Anlehnung an das Verfahren zur selektiven Hartanodisation von Aluminiumlegierungen (Selga-Coat) wird dieses Verfahren Selga-Coat Chrom genannt. Eine Prototypanlage für das selektive Hartchromverfahren wurde mit Unterstützung der Verfahrensspezialisten der AHC-Gruppe in Faulquemont entwickelt und dort errichtet. Im niederländischen AHC-Werk in Venlo (AHC Benelux BV) ist eine vollautomatische Anlage zur Serienbeschichtung von unlegiertem oder gehärtetem Stahl in geschlossener Werkzeugtechnik (Kreislaufsystem) im Aufbau (Bild 1). Die Anlagen enthalten keine offenen Behälter/Tanks mit Chromsäurelösung. Zudem ist kein Netzmittel (Tensid) im Elektrolyten notwendig. Der zu beschichtende Rohrkörper wird im Beschichtungswerkzeug positioniert (Bild 2). Je Beschichtungsstation sind nur circa 200 l Elektrolyt im Umlauf.

Der Chromsäureelektrolyt auf Basis von sechswertigem Chrom enthält ein spezielles Gemisch von Sonderkatalysatoren, das bei hohen Einsatztemperaturen im Durchflutsystem mit bis zu 1200 HV genügend harte und außerdem glänzende bis hochglänzende, mikrorissige Überzüge ergibt. Der Glanzbereich verschiebt sich dabei grundsätzlich zu höheren Stromdichten und höheren Elektrolyttemperaturen (Bild 3). Der bisher in der Literatur bekannte Stromdichte-Elektrolyttemperatur-Bereich wurde durch das Verfahren Selga-Coat Chrom deutlich erweitert.

Chromschichten von guter Qualität

Die gesamte Beschichtungseinheit mit allen Aggregaten wurde in einem Modul gekapselt. Es ist sowohl ein halb- als auch vollautomatischer Betrieb möglich. Die entstehende Kontaktwärme wird mit Wasser oder Luft über eine Zwangsführung abgeführt. Die sehr hohe Übergangswärme im Bereich der Grenzfläche Beschichtung/Grundwerkstoff wird vom Elektrolytdurchfluss während des Beschichtungsvorganges abgeführt. Die Abwärme, die durch die Elektrolytführung aus dem Prozess aufgenommen wird, wird dazu genutzt, die Spülwassermengen zu reduzieren, sodass die Einheit abwasserfrei und mit fast vollständiger Rückführung der Chemie betrieben werden kann. Die Hartchromschichten werden beim Selga-Coat-Chrom-Verfahren mit hoher Geschwindigkeit abgeschieden. Eine Schichtdicke von 25 µm lässt sich in 3 bis 4 min erzeugen. Die Schichten sind über den gesamt Verlauf der Beschichtungslänge (im Falle der Stoßdämpferrohre 800 mm) sehr gleichmäßig. Über den gesamten Verlauf ergibt sich bei einer Sollschichtdicke von 22 µm eine Abweichung von ± 2 µm. Auch bei dickeren Überzügen mit mehr als 30 µm werden keine größeren Abweichungen ermittelt (Bild 4). Die Härte der Überzüge konnte für die extrem hohen Stromdichten reproduzierbar mit 1050 bis 1200 HV gemessen werden.

Im Querschliff wurde erwartungsgemäß Mikrorissigkeit mit bis zu 400 Risse pro linearem Zentimeter (ausgezählt) festgestellt, die Schichten sind kompakt und bei störungsarmer Grundmaterialoberfläche von guter Beschaffenheit, dies zeigt Bild 5.

Es bleibt an dieser Stelle zu erwähnen, dass eine gute Grundwerkstoffbeschaffenheit eine der Voraussetzungen für störungsarme und korrosionsbeständige Überzüge ist. So können im neutralen Salznebeltest nach DIN EN ISO 9227 mehr als 240 h Beständigkeit bis Rp9/Rp10 (DIN EN ISO 10289) erzielt werden (Bild 6).

Literatur

[1] Urlberger, Hermann H.: „Umsetzung fertigungsintegrierter Beschichtungstechnik und Perspektive Betreibermodell“, in: Galvanotechnik 1/2005, S. 102-110.

[2] Dettner, Heinz W. und Elze, Johannes: Handbuch der Galvanotechnik. München: Carl Hanser Verlag, 1966, Band 1, S.148-257

* Dr. Hermann H. Urlberger ist Leiter Technik bei der AHC Oberflächentechnik GmbH in 50171 Kerpen, weitere Informationen: Céline Fundenberger, AHC Surface Technology SAS, F-57380 Faulquemont

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