CN102187016A - 用于制造低磨损的硬质涂层的方法及装置 - Google Patents

用于制造低磨损的硬质涂层的方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种在金属表面上制造低磨损的含有镍和硼的硬质涂层的方法以及装置。在依据本发明的方法中，硼颗粒或者硼化合物颗粒在含镍的电解液中借助流过电解液的气体分散。所述气体穿过容器底部的液体密封的但气体可通的区域流到电解液中，并且使电解液中存在的颗粒分散。

Description

用于制造低磨损的硬质涂层的方法及装置
技术领域
本发明涉及一种用于在金属表面制造低磨损的含有镍和硼的硬质涂层的方法及装置。此外，本发明还涉及这种硬质涂层本身。
背景技术
由现有技术公知呈多种形式的利用硬质涂层对摩擦方面的或者其它机械方面高要求的金属表面进行涂层。已确立的在金属表面上产生硬质涂层的方法是PVD(物理气相沉积法)、CVD(化学气相沉积法)、堆焊法、火焰喷涂法或者利用硬质金属或硬质合金进行的电镀技术涂层法。
这些方法应用在发动机技术领域以及这里举例的机械要求严格的构件中，如阀门、阀杆、凸轮轴等等。此外，其它的应用领域是液压技术领域或者印刷工业领域，在这些领域中，活塞辊子或者印刷辊子必须具有低磨损的表面，以便拥有尽可能高的使用寿命。
这些由现有技术公知的用于在金属表面上产生硬质涂层的方法有缺点。利用如化学气相沉积法、火焰喷涂法或者堆焊法的方法通常只能对简单的几何成型体或者相对较小的构件进行硬质涂层。公知的电镀技术法经常不能提供沉积层的足够的硬度。
发明内容
因此，本发明的任务在于，提供一种在金属表面上制造硬质涂层的方法，该方法相对于由现有技术公知的方法拥有更好的特性。此外，本发明的任务是，提供一种用于执行这种方法的装置。
就方法而言，这个任务通过在金属表面上制造低磨损的含有镍和硼的硬质涂层的方法得以解决，其中，待涂层的金属表面在施加沉积电压的情况下与含镍的电解液接触，所述电解液以分散池的形式含有硼颗粒或硼化合物颗粒。
依据本发明，处于电解液中的硼颗粒或硼化合物颗粒在涂层过程期间保持分散，并且颗粒的沉淀得到阻止。有利的是，所述硼颗粒或硼化合物颗粒借助流过电解液的气体而保持分散。在这种情况下，气体基本上逆重力地流过电解液。
有利的是，在依据本发明的方法中流过电解液的气体是由氮气、氧气、氦气、氖气、氩气、二氧化碳、氢气所构成的组中的至少一种气体或者其混合物。在依据本发明的方法的一种设计方式中，使用空气作为气体。
依据本发明的方法在容器中执行，在该容器中，所述气体从容器底部出发穿过电解液流到电解液表面。有利的是，所述容器底部至少部分地设计为液体密封的但气体可通的，并且所述气体穿过容器底部的液体密封的但气体可通的区域而流入到电解液中。在本发明的一种设计方式中，所述容器底部的液体密封的但气体可通的区域由隔膜或者薄膜形成。
依据本发明，通过调整在容器底部的液体密封的但气体可通区域的与电解液相对置侧上的气压，可以调整涂层结果。通过改变气压来改变流过电解液的气体的量，所述气体由于容器底部的构成为隔膜或者薄膜的、液体密封的但气体可通的区域而以小气泡的形式流过电解液。由此，可以调整处于电解液中的颗粒的分散度。
公知的是，在电解期间在阳极区域会形成颗粒沉积，该颗粒沉积产生所谓的阳极泥。在现有技术中公知的是，围绕阳极布置一种袋子，以便收纳阳极泥，并阻止阳极泥散布在电解液中。然而在此存在以下问题，即，该阳极袋对分散体(Dispergat)而言不是密封的。于是阳极会逐渐烧结(zubacken)，并且具有在整个高度上不均匀的分散体分布。对于技术上的解决方案而言，本发明做出的贡献是，以对离子开放的、对泥和分散体密封的薄膜包围阳极。在这个意义上的薄膜在本发明的范围内被理解为由一种材料构成的外壳，该外壳对于相应物质和相应方向而言是密封的或者开放的。
以这种方法确保的是，分散体不能烧结阳极，并且基于其它依据本发明的构造方式，在电解液池的整个高度上具有相同的分散体分布。阳极侧对接在金属离子上的分散体的特性也就是说导电能力通过调节来达到。
在温度范围、镍浓度、硼或硼化合物浓度、在电解液中分散的硼颗粒或硼化合物颗粒的颗粒大小、pH值或施加的沉积电压方面没有任何限制。在这种情况下，可以将电压作为直流电压、脉冲电压或者反向脉冲电压施加。在此，这些参数的通常范围落在本发明的范围内。
就装置而言，本专利的任务通过容纳电解液的容器来解决，该容器的特征在于，容器底部至少部分地构造为液体密封的但气体可通的。
所述容器底部的液体密封的但气体可通的区域由隔膜或者薄膜形成。
依据本发明的装置具有用于调节在容器底部的液体密封的但气体可通的与电解液相对置侧上的气压的机构。
利用依据本发明的方法以及依据本发明的装置，含有镍和硼的硬质涂层可以沉积在金属表面上。
除了镍和硼，利用依据本发明的方法和依据本发明的装置沉积的涂层还可以具有其它组成成分。这些组成成分是由钛、铬、钒、锰、钼、镁、钴、铜、锌、铌、钨、锡、铝、硅、磷、碳或氮构成的组中的至少一种元素或者这些元素的化合物。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.用于在金属表面上制造低磨损的含有镍和硼的硬质涂层的方法，其中，待涂层的金属表面在施加沉积电压的情况下与含镍的电解液接触，所述电解液以分散池的形式含有硼颗粒或硼化合物颗粒，其中，在所述电解液中包含的硼颗粒或硼化合物颗粒在涂层过程期间借助流过所述电解液的气体保持分散，并且颗粒的沉淀得到阻止，其中，所述方法在容器中执行，在所述容器中所述气体从容器底部出发穿过所述电解液流到电解液表面，其中，所述容器底部至少部分地构造为液体密封的但气体可通的，并且所述气体通过所述容器底部的液体密封的但气体可通的区域流入到所述电解液中。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，流过所述电解液的所述气体基本上逆重力地流过所述电解液。
3.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，流过所述电解液的所述气体是由氮气、氧气、氦气、氖气、氩气、二氧化碳、氢气构成的组中的至少一种气体或者其混合物。
4.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述容器底部的所述液体密封的但气体可通的区域由隔膜或者薄膜形成。
5.按照权利要求1至4之一所述的方法，其特征在于，依赖于期望的涂层结果来调整在所述容器底部的所述液体密封的但气体可通的区域的与所述电解液相对置侧上的气压。
6.按照上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，利用直流电压、脉冲电压或者利用反向脉冲电压来执行所述方法。
7.按照上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，阳极利用对离子开放的、对泥和分散体密封的薄膜来遮隔。
8.用于执行按照上述权利要求之一所述的方法的装置，该装置具有用于容纳电解液的容器，其特征在于，容器底部至少部分地构造为液体密封的但气体可通的。
9.按照权利要求8所述的装置，其特征在于，所述容器底部的液体密封的但气体可通的区域由隔膜或者薄膜形成。
10.按照权利要求8或9所述的装置，其特征在于，所述装置具有用于调节在所述容器底部的所述液体密封的但气体可通的区域的与所述电解液相对置侧上的气压的机构。
11.按照权利要求8至10之一所述的装置，其特征在于，阳极利用对离子开放的、对泥和分散体密封的薄膜来遮隔。
12.按照权利要求1至6之一所述的方法制造硬质涂层，其特征在于，所述涂层除了镍和硼还具有其它组成成分。
13.按照权利要求12所述的硬质涂层，其特征在于，所述硬质涂层具有由钛、铬、钒、锰、钼、镁、钴、铜、锌、铌、钨、锡、铝、硅、磷、碳、氮构成的组中的至少一种元素或者其化合物作为其它组成成分。

Claims (15)

1.用于在金属表面上制造低磨损的含有镍和硼的硬质涂层的方法，其中，待涂层的金属表面在施加沉积电压的情况下与含镍的电解液接触，所述电解液以分散池的形式含有硼颗粒或硼化合物颗粒。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述电解液中包含的硼颗粒或硼化合物颗粒在涂层过程期间保持分散，并且颗粒的沉淀得到阻止。
3.按照权利要求2所述的方法，其特征在于，所述颗粒借助流过所述电解液的气体保持分散。
4.按照权利要求3所述的方法，其特征在于，流过所述电解液的所述气体基本上逆重力地流过所述电解液。
5.按照权利要求3或4之一所述的方法，其特征在于，流过所述电解液的所述气体是由氮气、氧气、氦气、氖气、氩气、二氧化碳、氢气构成的组中的至少一种气体或者其混合物。
6.按照上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，所述方法在容器中执行，在所述容器中所述气体从容器底部出发穿过所述电解液流到电解液表面。
7.按照权利要求6所述的方法，其特征在于，所述容器底部至少部分地构造为液体密封的但气体可通的，并且所述气体通过所述容器底部的液体密封的但气体可通的区域流入到所述电解液中。
8.按照权利要求7所述的方法，其特征在于，所述容器底部的所述液体密封的但气体可通的区域由隔膜或者薄膜形成。
9.按照权利要求7或8之一所述的方法，其特征在于，依赖于期望的涂层结果来调整在所述容器底部的所述液体密封的但气体可通的区域的与所述电解液相对置侧上的气压。
10.按照上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，利用直流电压、脉冲电压或者利用反向脉冲电压来执行所述方法。
11.用于执行按照上述权利要求之一所述的方法的装置，该装置具有用于容纳电解液的容器，其特征在于，容器底部至少部分地构造为液体密封的但气体可通的。
12.按照权利要求18所述的装置，其特征在于，所述容器底部的液体密封的但气体可通的区域由隔膜或者薄膜形成。
13.按照权利要求18或19所述的装置，其特征在于，所述装置具有用于调节在所述容器底部的所述液体密封的但气体可通的区域的与所述电解液相对置侧上的气压的机构。
14.按照权利要求21至23之一所述的硬质涂层，其特征在于，所述涂层除了镍和硼还具有其它组成成分。
15.按照权利要求24所述的硬质涂层，其特征在于，所述硬质涂层具有由钛、铬、钒、锰、钼、镁、钴、铜、锌、铌、钨、锡、铝、硅、磷、碳、氮构成的组中的至少一种元素或者其化合物作为其它组成成分。
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