Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vernickelung größflächiger Bauele¬ mente. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Ein Problem bei der Vernickelung großflächiger Bauelemente ergibt sich zu¬ nächst aus der praktischen Abwicklung. Zu vernickelnde Bauelemente müssen bei herkömmlichen Vernickelungsverfahren ca. 25 verschiedene Bäder durch¬ laufen, woraus sich ein immenser Raumbedarf ergibt. Die Bäder müssen über die Maßen groß sein. Da die Vernickelung absolut porenfrei erfolgen muß, und darüber hinaus wasserbruchfrei gearbeitet werden muß, das heißt, die zu ver¬ nickelnde Flächen dürfen während des Verfahrens nicht antrocknen, ergeben sich vorrichtungs- und verfahrensseitig eine Vielzahl von Schwierigkeiten. Wenn dann beispielsweise noch ein von sich aus schwer bzw. problematisch zu beschichtender Werkstoff vernickelt werden soll, lassen sich die Probleme praktisch nicht mehr befriedigend mit herkömmlichen Verfahren lösen. Das gleiche gilt dann, wenn großvolumige Behälter innenbeschichtet werden sol¬ len. Nicht nur, daß auch trotz der großen Volumina und der damit zwangsläu¬ fig einhergehenden großen Tiefen eine spannungsfreie Beschichtung mit her¬ kömmlichen Methoden praktisch nicht realisierbar ist, ist auch aufgrund üb¬ licherweise unterschiedlicher Durchmesser in verschiedenen Tiefen eine gleichmäßige Beschichtung nicht erzielbar.

Ein Anwendungsbereich, in welchem sich ein immenser Bedarf für porenfreie und spannungsfreie Beschichtungen im Inneren großvolumiger Behälter ergibt, ist der Bereich der Transport- und Lagerbehälter für radioaktive Abfälle. Die

ERSÄTZBLATT (BEGE 26)

Behälter weisen einen zylindrischen Aufnahmebereich und einen Abdichtbe¬ reich mit unterschiedlichen Durchmessern auf, so daß sich besondere Anfor¬ derungen bei der Ausbildung einer Nickelbeschichtung ergeben. Mit herkömm¬ lichen Verfahren lassen sich derartige großvolumige Behälter praktisch nicht porenfrei und spannungsfrei beschichten, wobei auch die atomare Bindung nicht erzeugt werden kann, insbesondere weil die Wasserbruchfreiheit nicht gewährleistet werden kann. Insbesondere weisen die genannten Behälter im Dichtbereich eine definierte Oberflächenrauhigkeit auf, beispielsweise sich aus dem Drehvorgang ergebende Riefen von 10 bis 20 μm, so daß hier eine entsprechende Dichtwirkung erzielbar ist. Durch herkömmliche Beschich- tungsverfahren werden dieses Oberflächenprofil jedoch eingeebnet. Insbesondere werden Edenstahlmaterialen verwendet. Die Verwendung beispielsweise von GGG40, welcher überaus günstiger wäre, kommt bisher wegen der starken Graphitanlagerungen nicht in Frage, da dieser nur schwer porenfrei beschichtbar ist.

Davon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung A u f g a b e zugrunde, ein Verfahren zur Vernickelung großflächiger Bauelemente bereitzustellen, mit welchem auch groß dimensionierte Bauelemente poren- und spannungsfrei ohne Wasserbruch mit einer ausreichenden Nickelschicht versehen werden können.

Zur technischen L ö s u n g dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß ein Verfahren zur Vernickelung großflächiger Bauelemente vorgeschlagen, wobei das Bauelement

- erwärmt,

- nach der Erwärmung gebeizt,

- gespült,

- dekapiert,

- im Rahmen einer Elektrolyse beschichtet und

- gespült wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren reduziert die erforderlichen Verfahrens¬ schritte auf ein Minimum. Durch den der Elektrolyse vorhergehenden elek¬ trolytischen Beizvorgang wird die zu beschichtende Oberfläche aufgerissen. Abgelagertes Graphit wird herausgerissen und die Rückstände separiert. Durch den anschließenden Spülvorgang werden die Oberflächen gereinigt. Bei der Dekapierung löst sich die Beize von der Oberfläche, die durch die stark verdünnte Lösung nur noch gering angegriffen wird. Je nach Verfahrens¬ steuerung läßt sich hier ein definierter Abtrag erzielen.

Im Rahmen der Elektrolyse wird die Oberfläche mit Elektrolyt in Verbindung gebracht und als Katode einer im Elektrolyt angeordneten Anode spannungs¬ technisch gegenübergestellt.

Zur Vermeidung von Wasserbruch wird vorgeschlagen, zwischen dem Deka¬ piervorgang und der Elektrolyse die Oberfläche benetzt zu halten. Weiterhin wird vorgeschlagen, die Oberflächen während der Elektrolyse mit Elektrolyt zu umströmen. Schließlich wird vorgeschlagen, mehrere stromtechnisch separat schaltbare Anodenbereiche zu verwenden.

Mit der erfindungsgemäßen Verfahren wird die effektive Vernickelung auch großflächiger Bauelemente ohne großen Aufwand ermöglicht. Auch werden so dünne Schichten erzielbar, daß vorhandene Oberflächenrauhigkeiten, bei¬ spielsweise Drehriefen, erhalten bleiben. Auch ist die Verwendung kosten¬ günstigerer Werkstoffe möglich.

Sollen insbesondere großvolumige Behälter innenbeschichtet werden, so wird verfahrensgemäß vorgeschlagen, daß der Behälter durch eine Kombination mit An- bzw. Umbauelementen zum Wannenelement umgebildet wird. Durch diese Maßnahme entfallen große Tauchbehälter und die zur Durchführung des Ver¬ fahrens erforderliche Wanne zur Aufnahme der Flüssigkeit wird im wesent¬ lichen durch den Behälter selbst gebildet. Die An- bzw. Umbauelemente stellen Kragen, Überlaufbereiche oder dergleichen dar und werden bedarfsweise an den zu beschichtenden Behälter angeordnet. In vorteilhafter Weise wird vor¬ geschlagen, daß die Erwärmung durch die Oberflächenspülung mit Warmwas-

ser erfolgt. Vorzugsweise wird eine Erwärmung auf 50 °C durchgeführt. Das ausreichend erwärmte Bauelement wird gemäß einem weiteren Vorschlag der Erfindung mit Schwefelsäure gebeizt. Diese kann in den Behälter eingeleitet werden. Vorzugsweise wird 60-prozentige Schwefelsäure verwendet, die auf Raumtemperatur erwärmt ist. Durch differenziert gesteuerte Bleianoden kann der Beizvorgang gezielt auch an unterschiedlich ausgebildete Bereich im Behäl¬ terinneren durchgeführt werden. Wesentlich ist der Abstand der Bleianoden zur zu beizenden Oberfläche sowie ein definierter Stromübergang. In vorteil¬ hafter Weise wird Strom intervallweise angelegt. Durch die zwangsläufige Wasserstoffentwicklung erfolgt eine mechanisch/chemische Behandlung, so daß die Oberfläche aufgerissen und Graphit herausgerissen wird. Rückstände schwimmen auf und werden in an sich bekannter Weise abgeschieden.

Die aus dem Behälter gepumpte Schwefelsäure kann nach der Reinigung wie¬ derverwendet werden.

Zum Spülen wird in vorteilhafter Weise wiedererwärmtes Wasser verwendet, wobei das zur ursprünglichen Erwärmung verwendete Wasser eingesetzt wer¬ den kann. Durch die Spülung erfolgt eine starke Verdünnung der Schwefel¬ säurenreste, so daß gleichzeitig ein Dekapierprozeß durchgeführt wird. Vor¬ zugsweise wird die Oberfläche etwa 30 Minuten mit Wasser gespült. Dabei löst sich die Beize an der Oberfläche und der Angriff der Oberfläche durch die Verdünnung ist gering. Durch entsprechende Steuerung dieses Verfahrens läßt sich der Abtrag definieren. Während und nach dem Abpumpen des Wassers aus dem Dekapierprozeß darf die zu vernickelnde Oberfläche nicht mehr an¬ trocknen. Dies würde zu dem gefürchteten Wasserbruch führen. Aus diesem Grunde wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, die Oberflächen zu vernebeln, in vorteilhafter Weise wird dazu Sulfaminsäure verwendet. Diese kann mit herkömmlichen Dampfstrahlern auf der Oberfläche vernebelt werden und so einen Wasserbruch absolut verhindern. Während dieser Phase kann, nachdem die Dekapierlösung abgepumpt ist, das Anodengefach, beim Vernickelungs¬ vorgang ein Nickelgefach, an die zu vernickelnden Oberflächen herangeführt werden. Während dieses Vorgangs wird bereits eine Spannung angelegt, die unterhalb der Galvanisierspannung liegt, aber oberhalb der sogenannten Sud¬ vernickelung. Schließlich wird das Elektrolyt eingeleitet. In vorteilhafter Weise

ERSÄΓZBLÄΓT (REGEL 26)

wird vorgeschlagen, als Elektrolyt Nickelsulfamat einzusetzen. Mit Vorteil wird vorgeschlagen, den Elektrolyten während der Elektrolysephase umzupumpen.

Mit besonderem Vorteil wird vorgeschlagen, daß die Elektrolytströmung vari¬ ierbar und ausrichtbar ist. Durch diese Maßnahme können bestimmte Oberflä¬ chenbereiche gezielt angeströmt werden. Weiterhin wird mit besonderem Vorteil vorgeschlagen, daß der Anodenabstand zu den jeweiligen Oberflächen variierbar ist. Durch diese Maßnahmen kann die Elektrolyse praktisch punkt¬ genau durchgeführt werden. Die Kombination der Abstandsvariationen und der ausrichtbaren und variablen Umströmung führt zu einer fast punktgenauen definierten Beschichtung.

Schließlich wird mit besonderem Vorteil vorgeschlagen, zum abschließenden Spülen die aus dem Dekapierprozeß zurückbehaltene schwache Lösung zu verwenden. Diese Maßnahme hat den Vorteil, gleichzeitig einen sogenannten Porenindikator zu haben, da sich die Oberfläche an den nicht porenfrei be¬ schichteten Stellen braun verfärben würde.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist ein einfaches und wirtschaftliches Verfahren zur Vernickelung großflächiger Bauelemente, insbesondere auch der inneren Oberflächen großvolumiger Behälter bereitgestellt, mit welchen poren¬ freie und dünne Nickelschichten ausgebildet werden können, die über die ge¬ samte Oberfläche druckspannungsfrei sind, so daß Risse vermieden werden. Der Beschichtungsvorgang ist auf ein Minimum von Einzelvorgängen reduziert, kann also auch für großflächige Bauelemente durchgeführt werden. Darüber hinaus ist das Verfahren überaus wirtschaftlich, da die verwendeten Mittel für unterschiedliche Zwecke oder mehrfach einsetzbar sind.

Vorrichtungsseitig wird zur L ö s u n g der oben genannten Aufgabe vor¬ geschlagen, daß die Vorrichtung An- bzw. Umbauelemente zur Bildung einer Wanne, ein Anodengefach aus mehreren, im wesentlichen parallelen stangen- förmigen Anoden, die nahe zu den zu beschichtenden Oberflächen positionier¬ bar sind, und eine Verfahrvorrichtung für das Anodengefach aufweist.

Mit Vorteil wird vorgeschlagen, daß das Anodengefach mehrere Gruppen von Anoden für jeweils andere Oberflächenbereiche aufweist.

ERSATZBLAΓΓ (REGEL 26)

In vorteilhafter Weise ist wenigstens eine der Anoden zur Veränderung des Abstandes zu der zu beschichtenden Oberfläche bewegbar.

Mit besonderem Vorteil wird weiterhin vorgeschlagen, daß die Vorrichtung ei¬ ne lanzenformige Zuführleitung für Flüssigkeiten aufweist, an deren Ende eine Verwirbelungsvorrichtung ausgebildet ist. Eine derartige Lanze kann zur Zu¬ führung von Beize oder einem Elektrolyt eingesetzt werden. Die Verwir¬ belungsvorrichtung kann beispielsweise durch einen strδmungsangetriebenen Propeller gebildet sein. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht die ef¬ fektive und wirtschaftliche Vernickelung großflächiger Bauelemente, insbeson¬ dere der Innenflächen großvolumiger Behälter, und ist mit einfachen Mitteln und wirtschaftlich herstellbar.

Durch zum Teil bewegbare Anoden und gezielt einsetzbare Zuführlanzen mit oder ohne Verwirbelungsvorrichtung können gezielte Vernickelungspositionen bearbeitet werden.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Figur. Dabei zeigt:

Figur 1 eine schematische Darstellung einer Anordnung zur Vernickelung.

Die in Figur 1 schematisch und teilgeschnittene dargestellte Anordnung um¬ faßt einen Behälter 1 , der eine Behälterwandung 2 und eine Innenraum 3 auf¬ weist, der im oberen Bereich einen sogenannten Dichtsitz 4 hat, welcher zur Bildung von im wesentlichen horizontalen Dichtflächen einen vergrößerten Durchmesser aufweist, im gezeigten Ausführungsbeispiel sollen die inneren Oberflächen 5 des Behälters 1 beschichtet werden.

Zu diesem Zwecke wird der Behälter 1 selbst zu einem Teil der Beschich- tungswanne gemacht, indem beispielsweise ein Anbauelement 6 im oberen Bereich angeordnet wird. Dieses Anbauelement 6 weist Bohrungen 7, 8 auf, die beispielsweise Anschlüsse für Zuführ- und Abflußleitungen und dergleichen aufweisen. Das Anbauelement 6 stellt beispielsweise eine Art Überlaufwanne dar. Nicht zu beschichtende Elemente, beispielsweise Gewindebohrungen, sind durch Dichtbolzen 14 verschlossen.

Zur Durchführung der Beschichtung ist im gezeigten Ausführungsbeispiel ein Anodengefach 9 gezeigt, welches Anoden 10 und 1 1 sowie eine Lanze 12 aufweist. Die Anoden 10 und 1 1 sind parallel zueinander ringförmig angeord¬ net und miteinander verbunden. Dabei ist ein Anodenring mit langen Anoden 10 zur Beschichtung des Behälterinnenraums 3 und ein zweiter Anodenring mit kurzen Anoden 1 1 zur Beschichtung des Dichtsitzes 4 vorgesehen. Je nach Anforderungen können weitere Anodenringe ausgebildet sind. Die Lanze 1 2 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel zentral angeordnet und dient bei¬ spielsweise der Zuführung des Elektrolyts. Die Lanze 12 kann eine nicht ge¬ zeigte Verwirbelungseinrichtung aufweisen, beispielsweise einen am unteren Ende angeordneten Propeller. Zur Durchführung der Beschichtung wird das Anodengefach mittels einer nicht gezeigten, geeigneten Hebevorrichtung in den Behälter verfahren bzw. aus diesem herausgeholt.

Der Ablauf einer derartigen Beschichtung mitteis der gezeigten Vorrichtung wird im folgenden beschrieben:

Zunächst wird der Behälter 1 zum Wannenelement umgebildet, beispielsweise durch den Anbau eines Anbauelementes 6. Zu schützende Bohrungen und dergleichen werden durch Dichtbolzen 14 verschlossen. Anschließend wird der Behälter durch Umspülen mit Warmwasser mit einer Temperatur von etwa 50 °C erwärmt. Das Wasser wird vollständig abgepumpt, nachdem der Behäl¬ ter die gewünschte Ausgangstemperatur erreicht hat. Schließlich wird das Be¬ hälterinnere durch Einbringung einer beispielsweise 60-prozentigen Schwefel¬ säure gebeizt, wobei die Schwefelsäure etwa Raumtemperatur hat. Dif¬ ferenziert gesteuerte Bleianoden, die an einem entsprechenden Gefach ange¬ ordnet sind, werden derart in den Behälter eingefahren, daß ein definierter Abstand und ein definierter Stromübergang gewährleistet sind. Der Strom wird beispielsweise intervallartig, zum Beispiel 3 mal 50 Sekunden, in der erforder¬ lichen Stärke angelegt und aufgrund der Wasserstoffentwicklung kommt es zu einer mechanisch-chemischen Behandlung der inneren Oberfläche 5 des Be¬ hälters, welche aufgerissen wird, wobei Graphitablagerungen herausgerissen werden. Die Rückstände schwimmen auf und können dort entsprechend abge¬ schieden werden. Nach dem Abpumpen der Säure kann diese gereinigt und wiederverwendet werden.

ERSATZBLÄTT (REGEL 26)

Nach dem Beizvorgang wird ein Spülvorgang durchgeführt, wobei das zum temperieren verwendete Wasser eingesetzt werden kann. Das Spülen geht über in einen Dekapierprozeß, wobei die im Behälter verbliebenden Säure¬ rückstände erheblich verdünnt werden. Das Dekapierbad bleibt etwa 30 Minu¬ ten im Behälter, wobei sich die Beize von der Oberfläche löst und der Angriff der Oberfläche durch die Lösung möglichst gering ist. Der Abtrag muß defi¬ niert sein. Vor dem Spülen wurde das Anodengefach wieder aus dem Behälter herausgefahren. Nachdem der Dekapierprozeß beendet ist, wird die Lösung abgepumpt. Es darf nun nicht mehr zu einem Antrocknen der inneren Ober¬ fläche 5 des Behälters 1 kommen. Deshalb werden die Oberflächen durch die Vernebelung beispielsweise von Sulfaminsäure benetzt. Somit werden die be¬ netzten Oberflächen aktiv gehalten, so daß es nicht zum gefürchteten Was¬ serbruch kommen kann.

Es wird nun ein aus Nickelanoden bestehendes Gefach eingefahren, während gleichzeitig die Rückstände abgepumpt werden. Es wird auch gleich ein ent¬ sprechendes Potential angelegt, welches unterhalb einer Gaivanisierspannung, jedoch oberhalb der sogenannten Sudvernickelungsspannung liegt. Nach er¬ folgtem Abpumpen wird das Elektrolyt eingeleitet. Bei dem Elektrolyt handelt es sich beispielsweise um ein mit einer Organik ergänztes Nickelsulfamat, wo¬ bei die Organik ein Netzmittel ist, welches zur Porenverhütung eingesetzt ist. Die Temperatur des Elektrolyts liegt zwischen 40 und 60°C. Während des Einleitens des Elektrolyts wird die innere Oberfläche 5 des Behälters 1 weiter benetzt, bis das Elektrolyt den Überlauf erreicht hat. Das Elektrolyt wird durch eine wie gezeigte Zentrallanze 12 eingeleitet, und somit in Strömung gehalten. Beispielsweise wird eine stündliche Umflutungsmenge gewählt, die zwischen dem 0,1 bis 0,5-fachen des Behälter- und Zusatzwannenvolumens liegt.

Schließlich wird der Galvanisierstrom in Abhängigkeit von der zu beschichten¬ den Oberfläche angelegt, wobei im gezeigten Ausführungsbeispiel zwei Stromkreise für den Behälterschacht und die Behälterdichtsitze ausgebildet sind. Nach einer entsprechenden Zeit haben sich die gewünschten Schicht¬ stärken gebildet, die im Normalfall zwischen 500 und 2.000 μm liegen.

Es lassen sich aber auch unter 100 μm liegende Dünnschichten ausbilden, in¬ dem die Elektrolysezeit verkürzt, der Strom verringert, die Umströmung abge-

ERSÄΓZBLÄΓT (REGEL 26)

sch wacht und die Temperatur verringert werden. Das Elektrolyt muß einen höheren Nickelanteil haben, und es ist von großem Vorteil, wenn die Elek¬ trolytströmung auf die kritischen Stellen gerichtet ist, was beispielsweise durch Düsen 13 erfolgen kann, und wenn die einzelnen Anoden derart schwenkbar sind, daß der Abstand zwischen der Anode und der zu beschich¬ tenden Oberfläche variabel ist.

Nach erfolgter Elektrolyse werden der Strom abgeschaltet, daß Gefach her¬ ausgezogen und das Elektrolyt abgepumpt. Schließlich wird über mehrere Stunden gespült, wobei die Dekapierlösung verwendet wird. Damit wird si¬ chergestellt, daß undichte Poren im Bereich der beschichteten Oberfläche braun gefärbt werden.

Bezugszeichenliste:

1 Behälter

2 Wandung

3 Innenraum

4 Dichtsitz

5 innere Oberfläche

6 Anbauelement

7 Bohrung

8 Bohrung

9 Anodengefach

10 Anode

1 1 Anode

12 Lanze

1 3 Düse

14 Dichtboizen