DE102004019546A1

DE102004019546A1 - Method and device for coating an object

Info

Publication number: DE102004019546A1
Application number: DE200410019546
Authority: DE
Inventors: Nikita Hirsch; Volker Gallatz; Irina Tarasova
Original assignee: Volker Gallatz
Current assignee: IGH INGENIEURBUERO GALLATZ & HIRSCH GMBH, 7218, DE
Priority date: 2004-04-22
Filing date: 2004-04-22
Publication date: 2005-11-17
Also published as: WO2005103330A1; EP1737999A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten eines Gegenstandes (2), wobei der zu beschichtende Gegenstand (2) und ein Beschichtungsmaterial (4) in einen Reaktor (3) eingebracht werden und anschließend durch Einkoppeln von mechanischer Energie in den Reaktor (3) und Übertragung der mechanischen Energie im Reaktor (3) bis an eine Oberfläche (2a) des zu beschichtenden Gegenstandes (2) mindestens ein Teil des Beschichtungsmaterials (4) sich mit der Oberfläche (2a) des zu beschichtenden Gegenstandes (2) dauerhaft verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass in den Reaktor (3) Schallwellen (8) in einem Frequenzbereich zwischen 15kHz und 1 GHz eingekoppelt werden und dass das Beschichtungsmaterial (4) selbst die mechanische Energie bis an die Oberfläche (2a) des zu beschichtenden Gegenstandes (2) überträgt, sowie eine zugehörige Vorrichtung zum Beschichten.The invention relates to a method for coating an article (2), wherein the article (2) to be coated and a coating material (4) are introduced into a reactor (3) and subsequently by coupling mechanical energy into the reactor (3) and transfer the mechanical energy in the reactor (3) up to a surface (2a) of the object to be coated (2) at least a part of the coating material (4) permanently with the surface (2a) of the object to be coated (2), characterized that in the reactor (3) sound waves (8) are coupled in a frequency range between 15kHz and 1 GHz and that the coating material (4) itself transfers the mechanical energy to the surface (2a) of the object to be coated (2), as well as a associated device for coating.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Beschichten eines Gegenstandes.The The invention relates to a method and a device for coating of an object.

Beschichtungen können beispielsweise zum Metallisieren, zum chemischen und/oder optischen Veredeln von Oberflächen, zum Aufbringen von Isolationsschichten oder dergleichen eingesetzt werden. Heute sind verschiedene Beschichtungsverfahren bekannt. Diese werden beispielsweise angewandt, um metallische Teile vor Korrosion zu schützen oder um deren Oberfläche zu verändern. Beispielsweise werden in den USA für Zinkbeschichtungen jedes Jahr ca. 80.000 Tonnen Zink benötigt. Darüber hinaus wird für den Korrosionsschutz und für ästhetische Anwendungen fast die gleiche Menge an Chrom benötigt. In Europa kann von einem entsprechenden Verbrauch von Zink und Chrom ausgegangen werden. Allein die bekannten Verfahren zum Verchromen und Verzinken verursachen in etwa die zehnfache Menge der oben genannten Massen in Form von hochgiftigen Abfällen. Diese Abfälle sind z. B. Zyanide, Chrom-Ionen usw. Neben einer unnötigen Belastung der Umwelt entstehen hier hohe Entsorgungskosten. Diese schlagen sich signifikant auf die Stückkosten der oberflächenbeschichteten Gegenstände nieder.coatings can for example, for metallizing, for chemical and / or optical finishing of surfaces, used for applying insulation layers or the like become. Today, various coating methods are known. These are used, for example, to metal parts before To protect corrosion or around their surface to change. For example, in the US, zinc coatings are used every year about 80,000 tons of zinc needed. About that Beyond for the corrosion protection and for aesthetic Applications needed almost the same amount of chrome. In Europe can of a corresponding consumption of zinc and chromium can be assumed. Alone, the known methods for chrome plating and galvanizing cause in about ten times the amount of the above-mentioned masses in the form of highly toxic Waste. This waste are z. As cyanides, chromium ions etc. In addition to an unnecessary Pollution of the environment causes high disposal costs. These significantly affect the unit cost of the surface-coated Down objects.

Aus dem Stand der Technik sind folgende Verfahren zur Oberflächenbehandlung, Oberflächenbeschichtung und zum Oberflächenschutz bekannt:

• Elektrolytische Abscheidung
• Galvanisierung
• Anodisierung, Eloxierung
• Tauchbeschichtung, z. B. Feuerverzinkung
• Chemische, stromlose Absetzung (Abscheidung), z. B. stromlose Vernickelung
• Thermische Sprühbeschichtung, einschließlich Plasmabeschichtung, Bogenentladungsbeschichtung, Flammbeschichtung, einschließlich Hochgeschwindigkeits-Flammbeschichtung, und Explosionsplattierung
• Diffusionsbeschichtung, einschließlich Satz-Zementierung
• Mechanische Beschichtungsverfahren
• Kalte Pulverbeschichtung
• Physikalisches Vakuum-Verdampfung;
• Ionen-Plattierung
• Chemische Dampfabsetzung
• Schweißraupenbeschichtung
• Heißsalzbadverfahren, einschließlich Zyanidbäder für Aufkohlungsverfahren, Kadmiumbeschichtung
• Plasma-Elektrolytisches-Oxidationsverfahren, Mikro-Plasmabeschichtung, einschließlich Keronite-Verfahren.

The following processes for surface treatment, surface coating and surface protection are known from the prior art:

• Electrolytic deposition
• galvanization
• Anodization, anodization
• dip coating, z. B. hot dip galvanizing
• Chemical electroless deposition (deposition), eg. B. electroless nickel plating
Thermal spray coating, including plasma coating, arc discharge coating, flame coating, including high speed flame coating, and explosion plating
• diffusion coating, including compound cementation
• Mechanical coating process
• Cold powder coating
• Physical vacuum evaporation;
• Ion plating
• Chemical vapor deposition
• weld bead coating
• Hot salt bath process, including cyanide baths for carburization, cadmium plating
Plasma Electrolytic Oxidation Process, Micro Plasma Coating, including Keronite Process.

Bei elektrolytischen oder galvanischen Prozessen wird eine Beschichtung, häufig eine metallische Beschichtung, auf die Kathodenoberfläche aufgebracht. Diese Verfahren basieren auf elektrochemischen Prozessen. Dabei kommen unterschiedliche elektrolytische Lösungen zum Einsatz. Diese Lösungen sind häufig Säurelösungen und enthalten oft Zyanide.at electrolytic or galvanic processes becomes a coating, often a metallic coating applied to the cathode surface. These methods are based on electrochemical processes. there different electrolytic solutions are used. These solutions are often Acid solutions and often contain cyanides.

Aus der US 6,319,385 ist eine elektrolytische Beschichtung elektrisch leitfähiger Oberflächen mit gepulstem Stromverlauf bekannt. Aus der US 4,750,977 ist bekannt, bei einem elektrolytischen Beschichtungsverfahren die Homogenität der elektrolytischen Lösung während des Beschichtens durch Einkopplung von Ultraschall zu verbessern. Aus der US 6,368,482 ist bekannt, bei einem elektrolytischen Beschichtungsverfahren durch Einkoppeln gerichteter akustischer Strahlen hoher Intensität in den Elektrolyten gezielt nichtlineare Effekte in dem elektrolytischen Abscheideprozess hervorzurufen, insbesondere gezielt eine überwiegend lokale Beschichtung am Ort des gerichteten akustischen Strahls zu erreichen, ohne dass Maskierungsschichten auf dem zu beschichtenden Gegenstand erforderlich sind. Aus der US 6,398,937 ist bekannt, die elektrolytische Lösung Ultraschallschwingungen auszusetzen, um das Abscheiden von Kupferionen aus der elektrolytischen Lösung in Sacklöchern einer gedruckten Schaltkreisplatine zu verbessern.From the US 6,319,385 is an electrolytic coating of electrically conductive surfaces with pulsed current profile known. From the US 4,750,977 It is known to improve the homogeneity of the electrolytic solution during the coating by coupling ultrasound in an electrolytic coating process. From the US 6,368,482 It is known, in an electrolytic coating process by coupling directed high-intensity acoustic rays into the electrolyte, to intentionally cause non-linear effects in the electrolytic deposition process, in particular to achieve a predominantly local coating at the location of the directed acoustic beam, without requiring masking layers on the object to be coated are. From the US 6,398,937 It is known to subject the electrolytic solution to ultrasonic vibrations to improve the deposition of copper ions from the electrolytic solution in blind holes of a printed circuit board.

Nachteilig an diesen Prozessen ist die eingeschränkte Anzahl der verwendbaren Beschichtungswerkstoffe, denn es können nur Beschichtungswerkstoffe mit einer vergleichsweise hohen elektrochemischen Aktivität verwendet werden. Praktisch alle bekannten elektrolytischen und galvanischen Prozesse stellen eine Gefahrenquelle in gesundheitlicher und ökologischer Hinsicht dar.adversely in these processes is the limited number of usable ones Coating materials, because only coating materials can be used used with a comparatively high electrochemical activity become. Virtually all known electrolytic and galvanic Processes pose a danger in health and environmental Respect.

Bei der chemischen oder stromlosen Abscheidung wird oft ein Säurebad, z.B. ein Thio-Harnstoff-Säurebad mit anschließendem alkalischen Pufferbad verwendet. Bei diesen Verfahren werden Ionen des Beschichtungsmetalls mit Hilfe des Reduktionsmittels auf der Oberfläche des Gegenstandes angelagert.at the chemical or electroless deposition is often an acid bath, e.g. a thiourea acid bath followed by alkaline buffer bath used. In these processes, ions of the coating metal with the aid of the reducing agent on the surface attached to the object.

Die Tauchbeschichtung, beispielsweise die Feuerverzinkung, ist durch einen hohen Energieverbrauch charakterisiert. Bei diesem Verfahren werden bestimmte Metalle, z.B. Zinn, Aluminium oder Zink bis zur Schmelztemperatur aufgeheizt und die zu beschichtenden Teile in die geschmolzenen Beschichtungsmetalle eingetaucht.The Dip coating, for example, the hot dip galvanizing is through characterized a high energy consumption. In this process certain metals, e.g. Tin, aluminum or zinc up to Melting temperature heated and the parts to be coated in dipped the molten coating metals.

Aus der US 4,307,128 und der US 4,006,707 ist bekannt, bei Tauchbeschichtungsverfahren entweder das geschmolzene flüssige Metall oder den in das flüssige Metall eingetauchten und zu beschichtenden Gegenstand Ultraschallschwingungen auszusetzen.From the US 4,307,128 and the US 4,006,707 It is known that in dip-coating processes either the molten liquid metal or the one immersed in the liquid metal and coated to suspend ultrasonic vibration.

Beim Aufkohlungsverfahren oder beim Kohlenstoffbeschichtungsverfahren werden fast immer verschiedene Zyanidsalze verwendet. Dieses Verfahren ist aufgrund seiner hohen Toxizität nur mit hermetisch abgeschlossenen heißen Bädern durchführbar.At the Carburizing or carbon coating process almost always different cyanide salts are used. This method is only hermetically sealed due to its high toxicity be called bathrooms feasible.

Das Verfahren der thermischen Sprühbeschichtung schließt die Plasmabeschichtung, die Bogenentladungsbeschichtung, die Flammbeschichtung und die Explosionsplattierung mit ein. Bei all diesen thermischen Sprühverfahren wird der Beschichtungswerkstoff in die Flamme (Plasma, Bogenentladung, Chemische Flamme) eingebracht und meist bis zum Schmelzpunkt erhitzt. Der geschmolzene, tröpfchenförmige Werkstoff wird dann durch eine Gasströmung auf die zu beschichtende Oberfläche transportiert. Auf dieser Oberfläche bildet der Beschichtungswerkstoff durch Kondensation die gewünschte Schutzschicht.The Method of thermal spray coating includes the plasma coating, the arc discharge coating, the flame coating and the explosion plating with. With all these thermal spraying is the coating material in the flame (plasma, arc discharge, Chemical flame) introduced and usually heated to the melting point. The molten, droplet-shaped material is then through a gas flow transported to the surface to be coated. On this surface the coating material forms the desired protective layer by condensation.

Aus der US 5,932,302 ist ein Plasma-Beschichtungsverfahren für Kohlenstoff bekannt, bei dem das zu beschichtende Substrat während der Abscheidung von Kohlenstoff aus dem Plasma Ultraschallschwingungen ausgesetzt wird, um das Anlagern großer Kohlenstoffmoleküle zu verhindern und dadurch eine gleichmäßige Beschichtung mit feinen Kohlenstoffmolekülen zu erreichen.From the US 5,932,302 For example, a plasma coating process for carbon is known in which the substrate to be coated is subjected to ultrasonic vibrations during the deposition of carbon from the plasma in order to prevent the deposition of large carbon molecules and thereby achieve a uniform coating with fine carbon molecules.

Bei den Diffusionsbeschichtungsverfahren werden die zu beschichtenden Oberflächen zusammen mit einer Pulverkomposition beispielsweise durch eine Stickstoff- oder Edelgasatmosphäre aufgeheizt. Die Pulverkomposition besteht aus dem Beschichtungswerkstoff, aus einem auf Halogeniden basierenden Salzaktivator (z.B. NaCl oder NaF) und aus einem inerten Füllpulver (z. B. Al₂O₃ oder SiO₂). Die gasförmigen Metallhalogenide werden auf der Oberfläche angelagert und dort zerlegt. Danach diffundieren die metallischen Elemente in die Oberfläche des Gegenstandes.In the diffusion coating process, the surfaces to be coated are heated together with a powder composition, for example by a nitrogen or inert gas atmosphere. The powder composition consists of the coating material, a halide-based salt activator (eg NaCl or NaF) and an inert filler powder (eg Al ₂ O ₃ or SiO ₂ ). The gaseous metal halides are deposited on the surface and decomposed there. Thereafter, the metallic elements diffuse into the surface of the article.

Beim mechanischen Beschichtungsverfahren, einschließlich dem Vibrationsbeschichtungsverfahren, wird mit Hilfe von mechanischer Energie eine Beschichtung aufgehämmert. Hierzu werden die zu beschichtenden Gegenstände in einem Schlamm (slurry) aus einem pulverförmigen Beschichtungsmaterial und einem Aufhämmermedium, wie beispielsweise Hartstahl- oder Glaskugeln, in einem Reaktor bewegt, beispielsweise in einer rotierenden Trommel. Durch die Rotationsbewegung wird mechanische Energie in den Reaktor eingekoppelt und durch das Aufhämmermedium bis an die Oberfläche der zu beschichtenden Gegenstände übertragen, nämlich das Beschichtungsmaterial von dem Aufhämmermedium auf die Oberfläche der Gegenstände gehämmert. Bei diesem Verfahren muß die Oberfläche der zu beschichtenden Gegenstände zuvor gründlich gereinigt werden.At the mechanical coating processes, including the vibration coating process, A coating is hammered with the help of mechanical energy. For this are the objects to be coated in a slurry from a powdery Coating material and a hammering medium, such as Hard steel or glass spheres, moved in a reactor, for example in a rotating drum. The rotational movement becomes mechanical Energy is coupled into the reactor and through the hammering medium to the surface transferred to the objects to be coated, namely the coating material from the hammering medium on the surface of the objects hammered. In this method, the surface the objects to be coated thoroughly before getting cleaned.

In der US 5,762,942 , US 5,587,006 und US 4,202,915 werden verschiedene Zusammensetzungen der Schlämmlösung zur Verbesserung von mechanischen Beschichtungsverfahren beschrieben. In der US 4,849,258 , US 4,950,504 und US 4,714,622 werden verschiedene Aufhämmermedien vorgeschlagen, beispielsweise Glaskugeln mit unterschiedlichen Abmessungen und Stahlkugeln mit unterschiedlichen Zusammensetzungen und Abmessungen.In the US 5,762,942 . US 5,587,006 and US 4,202,915 Various compositions of the slurry solution for improving mechanical coating processes are described. In the US 4,849,258 . US 4,950,504 and US 4,714,622 various hammering media are proposed, for example glass spheres of different dimensions and steel balls of different compositions and dimensions.

Beim Anodisierungsverfahren wird wie bei der thermischen Oxidation eine Oxidschicht auf der Substratoberfläche gebildet. Die Anode reagiert mit den negativen Ionen des kochend heißen Elektrolyts und bildet dadurch eine Oxidschicht.At the Anodization method becomes like in the thermal oxidation Oxide layer formed on the substrate surface. The anode reacts with the negative ions of the boiling hot electrolyte, forming thereby an oxide layer.

Bei der Physikalischen Vakuum-Verdampfung und Ionen-Plattierung werden die Beschichtungswerkstoffe in einem Vakuum geschmolzen oder ionisiert. Verfahrensbedingt ist dies mit hohen Anlagenkosten verbunden. Das Behältervolumen des Vakuumraumes ist begrenzt und das Verfahren selbst ist verhältnismäßig langsam. Bei der Ionen-Plattierung wird keine separate Schicht aufgebaut, vielmehr ändert der Prozess des Verfahrens den elementaren chemischen Aufbau der Oberfläche des zu bearbeitenden Substrates.at Physical Vacuum Evaporation and Ion Plating the coating materials are melted or ionized in a vacuum. Due to the process, this is associated with high system costs. The container volume the vacuum space is limited and the process itself is relatively slow. Ion plating does not build a separate layer rather changes the process of the process the elementary chemical structure of the surface of the substrate to be processed.

Beim chemischen Dampfabsetzungsverfahren wird eine Reaktionsmittel-Gasmischung mit dem zu beschichtenden Substrat in Berührung gebracht. Um die Gasmischung zur Reaktion zu bringen, wird der Gasvorläufer oft auf Temperaturen über 800°C erhitzt. Die Beschichtung selbst wird durch ein anderes Vorläufermaterial wie z.B. reagierender Dampf gebildet.At the chemical vapor deposition process, a reactant gas mixture with the coating substrate in contact brought. In order to react the gas mixture, the gas precursor often becomes to temperatures above Heated to 800 ° C. The coating itself is replaced by another precursor material such as. reactive steam formed.

Die gründliche Vorbehandlung der Substratoberfläche ist ausschlaggebend für die Beschichtungsgüte und deshalb ein wichtiger und kostenintensiver Prozessschritt.The thorough Pretreatment of the substrate surface is crucial for the coating quality and therefore an important and cost-intensive process step.

Beim Plasma-Elektrolytischen-Oxidationsverfahren oder Mikro-Plasma-Beschichtungsverfahren (einschließlich Keronite) wird in einem Elektrolyt eine Entladung erzeugt. Bei diesen Verfahren wird eine „galvanische Wanne" benötigt. Nachteilig ist auch, dass nur eine begrenzte Anzahl von Metallen wie z.B. Magnesium, Aluminium oder Titan beschichtet werden können. Die Beschichtung selbst formiert sich aus einer Oxidschicht im Oberflächenbereich der Metalle. Die Vorreinigung der zu beschichtenden Oberflächen hat bei diesen Verfahren wie beim zuvor genannten Chemischen Dampfabsetzungsverfahren dieselbe Bedeutung und Kostenwirkung. Hinzu kommt, dass für jeden zu beschichtenden Werkstoff eine spezielle elektrolytische Lösung verwendet werden muss.In the plasma electrolytic oxidation process or micro plasma coating process (including keronites), discharge is generated in an electrolyte. A disadvantage is also that only a limited number of metals such as magnesium, aluminum or titanium can be coated.The coating itself is formed from an oxide layer in the surface area of the metals coating surfaces has in these methods as in the aforementioned chemical vapor deposition method the same meaning and cost effect. In addition, a special electrolytic solution must be used for each material to be coated.

Alle bekannten Verfahren haben mehrere entscheidende Nachteile: hoher Kapitalaufwand und/oder hohe Investitionskosten beim Bau von Beschichtungsvorrichtungen, hoher Energieverbrauch im Betrieb, geringe Effektivität der Prozesse, Gesundheitsgefahren während des Betriebs, Umweltbelastung und hohe Entsorgungskosten. Darüber hinaus sind alle heute bekannten Beschichtungsverfahren in ihrer Anwendung technisch, chemisch oder physikalisch begrenzt, insbesondere gibt es Einschränkungen bezüglich der Beschichtungswerkstoffe und Beschichtungsdicken, jedenfalls bei vertretbaren Verfahrensdauern.All known methods have several major disadvantages: high Capital expenditure and / or high investment costs in the construction of coating devices, high energy consumption during operation, low efficiency of processes, Health hazards during of operation, environmental impact and high disposal costs. Furthermore are all currently known coating methods in their application technically, chemically or physically limited, in particular there there are limitations in terms of the coating materials and coating thicknesses, anyway at reasonable process times.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Beschichten von Gegenständen bereitzustellen, welche die Nachteile des Standes der Technik überwinden. Insbesondere soll mit geringen Herstellungs- und Betriebskosten eine Vielzahl von Beschichtungen auf nahezu beliebigen Oberflächen möglich sein, insbesondere sowohl auf metallischen als auch auf nichtmetallischen Oberflächen. Das Beschichten soll ökologisch und ökonomisch sein, insbesondere sollen wenig oder vorzugsweise keine ökologisch problematischen Rückstände anfallen. Die Beschichtungen sollen dauerhaft und abriebfest sein.Of the Invention is based on the object, a method and an apparatus for coating objects which overcome the disadvantages of the prior art. In particular, with low manufacturing and operating costs a variety of coatings on almost any surface be possible in particular on both metallic and non-metallic surfaces. The Coating should be ecological and economically in particular, should be little or preferably no ecological problematic residues. The coatings should be durable and resistant to abrasion.

Die Aufgabe ist durch das im Anspruch 1 bestimmte Verfahren und durch die im nebengeordneten Anspruch bestimmte Vorrichtung gelöst. Einige besondere Ausführungsarten der Erfindung sind in den Unteransprüchen bestimmt.The The object is achieved by the method defined in claim 1 and by solved the device defined in the independent claim. Some special embodiments The invention are defined in the subclaims.

Die Aufgabe ist gelöst bei einem Verfahren zum Beschichten eines Gegenstandes, wobei der zu beschichtende Gegenstand und ein Beschichtungsmaterial in einen Reaktor eingebracht werden, und anschließend durch Einkoppeln von mechanischer Energie in den Reaktor und Übertragung der mechanischen Energie im Reaktor bis an eine Oberfläche des zu beschichtenden Gegenstandes mindestens ein Teil des Beschichtungsmaterials sich mit der Oberfläche des zu beschichtenden Gegenstandes dauerhaft verbindet, dadurch, dass in den Reaktor Schallwellen in einem Frequenzbereich zwischen 15 kHz und 1 GHz eingekoppelt werden, und dass das Beschichtungsmaterial selbst die mechanische Energie bis an die Oberfläche des zu beschichtenden Gegenstandes überträgt.The Task is solved in a method for coating an article, wherein the to be coated object and a coating material in one Reactor are introduced, and then by coupling of mechanical energy in the reactor and transfer the mechanical energy in the reactor to a surface of the to be coated article at least a portion of the coating material yourself with the surface permanently connecting the object to be coated, that in the reactor sound waves in a frequency range between 15 kHz and 1 GHz, and that the coating material even transfers the mechanical energy to the surface of the object to be coated.

Die vorzugsweise ausschließlich von dem Beschichtungsmaterial an die Oberfläche des zu beschichtenden Gegenstandes übertragenen Schallwellen transportieren jene Energie, die erforderlich ist, damit sich das Beschichtungsmaterial an der Oberfläche des Gegenstandes anlagert und/oder in diese einlagert. Dabei kann es sich um jede Form der Anlagerung oder Einlagerung, einschließlich des Eindringens in die Oberfläche des Gegenstandes durch Diffusion, und die damit einhergehenden Bindungskräfte handeln, insbesondere sowohl starke als auch schwache chemische Bindungskräfte.The preferably exclusively transferred from the coating material to the surface of the article to be coated Sound waves transport the energy that is required so that the coating material on the surface of Attaches and / or stored in this object. It can to any form of attachment or storage, including the Penetration into the surface the object by diffusion, and the associated binding forces, in particular both strong and weak chemical binding forces.

Vorzugsweise bildet sich eine Schicht, die aus demselben Werkstoff besteht wie das Beschichtungsmaterial. In einer Ausführungsart der Erfindung ist es aber auch möglich, das überwiegend oder ausschließlich bestimmte Bestandteile des Beschichtungsmaterials sich an der Oberfläche anlagern oder in diese eindringen. Vorzugsweise sind in dem Reaktor nur der zu beschichtende Gegenstand und das Beschichtungsmaterial eingebracht, insbesondere keine weiteren flüssigen oder festen Werkstoffe.Preferably Forms a layer that consists of the same material as the coating material. In one embodiment of the invention but it is also possible that mostly or exclusively certain constituents of the coating material accumulate on the surface or penetrate into it. Preferably, in the reactor, only the to be coated object and the coating material, in particular, no further liquid or solid materials.

In einem dem Beschichten vorangehenden oder überlagerten Verfahrensschritt kann auch eine Reinigung oder Konditionierung der zu beschichtenden Oberfläche im Reaktor aufgrund der Einkopplung der mechanischen Energie erfolgen. Hierzu können beispielsweise Schallwellen einer bestimmten Frequenz, Impulsform und/oder Amplitude verwendet werden. Als Reinigungsmedium kann auch das Beschichtungsmaterial selbst dienen.In a process step preceding or superimposed on the coating may also be a cleaning or conditioning of the to be coated surface take place in the reactor due to the coupling of the mechanical energy. You can do this For example, sound waves of a certain frequency, pulse shape and / or amplitude are used. As a cleaning medium can also the coating material itself serve.

Das Beschichten kann maskiert oder unmaskiert erfolgen, vorzugsweise ganzflächig, insbesondere kann der zu beschichtende Gegenstand vollständig in das Beschichtungsmaterial eingetaucht werden. Eine Maskierung von nicht zu beschichtenden Bereichen kann beispielsweise durch Abdeckung der betreffenden Oberfläche mit einem Kunststoff erfolgen, beispielsweise auch mit einem strukturierten Lack, wobei zum Strukturieren auch Verfahren der Photolithographie eingesetzt werden können.The Coating may be masked or unmasked, preferably the whole area, In particular, the article to be coated completely in the coating material are immersed. A mask of areas not to be coated can be covered, for example, by covering the surface in question done with a plastic, for example, with a structured Lack, wherein for structuring also methods of photolithography can be used.

Unter Beschichten ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung jede Art von Veränderung der chemischen oder physikalischen Eigenschaften der Oberfläche des zu beschichtenden Gegenstandes zu verstehen, insbesondere die Veränderung der Zusammensetzung der oberflächennahen Schicht des Gegenstandes, entweder durch Einlagerung von Fremdatomen aus dem Beschichtungsmaterial oder durch Aufwachsen von Schichten. Beschichtungswerkstoffe können metallische, nichtmetallische, kristalline, amorphe oder polymere Werkstoffe sein.Under Coating is in the context of the present invention any type of change the chemical or physical properties of the surface of the to be coated object, in particular the change the composition of the near-surface Layer of the object, either by incorporation of foreign atoms from the coating material or by growing layers. Coating materials can metallic, non-metallic, crystalline, amorphous or polymeric Be materials.

Unter Reaktor ist allgemein eine Einrichtung zu verstehen, in der eine chemische und/oder physikalische Reaktion abläuft, im einfachsten Fall ein Behälter oder eine Wanne. Der Reaktor kann offen oder geschlossen sein. Bei vielen Ausführungsarten der Erfindung kann das Beschichten bei Atmosphärenbedingungen erfolgen, insbesondere bei Raumtemperatur, unter Atmosphärendruck und in Luft. Für einige Ausführungsarten kann eine bestimmte Atmosphäre, beispielsweise unter Schutzgas, ein erhöhter Druck und/oder eine erhöhte Temperatur vorteilhaft sein.Under reactor is generally understood to mean a device in which a chemical and / or physical reaction takes place, in the simplest case a container or a tub. The reactor may be open or closed. In many embodiments of the In the invention, the coating may be carried out under atmospheric conditions, in particular at room temperature, under atmospheric pressure and in air. For some embodiments, a certain atmosphere, for example under protective gas, an increased pressure and / or an elevated temperature may be advantageous.

Der Reaktor bildet einen Beschichtungsraum, in dem sich einer, mehrere oder eine Vielzahl zu beschichtender Gegenstände in regelmäßiger oder unregelmäßiger Anordnung und ein Beschichtungsmaterial befinden, vorzugsweise in Pulverform. Um eine Beschichtung aufzubauen wird durch einen Ultraschallgenerator, der sich außerhalb oder innerhalb des Reaktors befinden kann, eine Ultraschallstrahlung erzeugt und in den Reaktor eingekoppelt. Die Energie für die Ultraschall-Wandlerelemente wird von einem elektrischen Ultraschallgenerator in gleichbleibender oder vorzugsweise in modulierter Form bereitgestellt. Die eingekoppelte Ultraschallstrahlung kann den Diffusionsprozess des Beschichtungsmaterials in die zu beschichtende Oberfläche des Gegenstandes erleichtern und beschleunigen. Das gesamte Beschichtungsverfahren wird vorzugsweise durch die Einkopplung von modulierter Ultraschallstrahlung betrieben. Dadurch läuft die gesamte Prozesskette schneller und effektiver ab.Of the Reactor forms a coating space in which one, several or a variety of objects to be coated in regular or irregular arrangement and a coating material, preferably in powder form. Around a coating is built up by an ultrasonic generator, who is outside or within the reactor may be ultrasonic radiation generated and coupled into the reactor. The energy for the ultrasonic transducer elements becomes steady from an electric ultrasonic generator or preferably provided in modulated form. The coupled Ultrasonic radiation can the diffusion process of the coating material in the surface to be coated of Facilitate and accelerate the object. The entire coating process is preferably by the coupling of modulated ultrasonic radiation operated. That's how it works the entire process chain faster and more effective.

Im ersten Schritt kann beispielsweise eine chemische, atomare Grenzschichtbildung erfolgen, bei der sich das Beschichtungsmaterial mit dem Werkstoff des zu beschichtenden Gegenstandes auf atomarer Ebene verbindet und eine Grenzschicht bildet. In einem zweiten Schritt wird auf dieser Grenzschicht weiteres Beschichtungsmaterial abgesetzt und die Beschichtung aufgebaut, die vorzugsweise dieselben Eigenschaften hat wie das Beschichtungsmaterial. Das beschriebene Verfahren ermöglicht eine gleichmäßige, gleichartige und werkstoffhomogene Beschichtung.in the For example, the first step may be a chemical, atomic boundary layer formation take place, in which the coating material with the material of the object to be coated at the atomic level and forms a boundary layer. In a second step will open this boundary layer deposited further coating material and the coating constructed, preferably the same properties has like the coating material. The method described allows a uniform, similar and material homogeneous coating.

Die Partikelgröße des Pulvers beträgt vorzugsweise zwischen 1 nm und 500 μm, vorzugsweise zwischen 1 nm und 10 μm, und insbesondere zwischen 1 nm und 1 μm. Die Ultraschalleistung ist abhängig vom jeweiligen Anwendungsfall und kann beispielsweise zwischen 50 Watt und 100 kW liegen. Der Frequenzbereich des Ultraschalls liegt zwischen 15 kHz und 1 GHz, vorzugsweise zwischen 20 kHz und 100 MHz, und insbesondere zwischen 22 kHz und 500 kHz. Durch die gleichzeitige Einkopplung von zwei oder mehreren Ultraschallfrequenzen durch zwei oder mehrere Wandlerelemente wird die Effektivität des erfindungsgemäßen Beschichtungsverfahren erhöht. Beispielsweise können Frequenzpaarungen von 21,7 kHz und 880 kHz oder etwa 20 kHz und etwa 400 kHz verwendet werden.The Particle size of the powder is preferably between 1 nm and 500 μm, preferably between 1 nm and 10 μm, and in particular between 1 nm and 1 μm. The ultrasound power is dependent from the respective application and can, for example, between 50 Watt and 100 kW are. The frequency range of the ultrasound is between 15 kHz and 1 GHz, preferably between 20 kHz and 100 MHz, and in particular between 22 kHz and 500 kHz. By the simultaneous Coupling of two or more ultrasonic frequencies by two or more transducer elements is the effectiveness of the coating method of the invention elevated. For example, you can Frequency pairings of 21.7 kHz and 880 kHz or about 20 kHz and about 400 kHz can be used.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Ultraschall moduliert und/oder impulsförmig eingekoppelt, wobei hierfür wahlweise ein oder mehrere Ultraschallimpulse verwendet werden können.In a preferred embodiment According to the invention, the ultrasound is modulated and / or coupled in a pulsed manner, with this optionally one or more ultrasonic pulses can be used.

Die Grundschwingung kann beispielsweise sinusförmig, dreieckförmig, rechteckförmig oder deren Superpositionen sein. Als Modulationsarten sind in Abhängigkeit von dem Werkstoff des zu beschichtenden Gegenstandes, dem Beschichtungsmaterial und den gewünschten Schichteigenschaften insbesondere Amplitudenmodulation, Frequenzmodulation oder Phasenmodulation möglich. Der Modulationsgrad beträgt vorzugsweise zwischen 1% und 100%, insbesondere zwischen 20% und 100%, und typischerweise zwischen 50% und 100%, insbesondere bei der Amplitudenmodulation. Die Modulationsfunktionen können symmetrische oder asymmetrische Formen bzw. deren Superpositionen aufweisen. Der Modulationsfrequenzbereich beträgt vorzugsweise zwischen 50 Hz und 1 GHz, insbesondere zwischen 500 Hz und 25 MHz und typisch zwischen 1000 Hz und 880 kHz.The Basic vibration, for example, sinusoidal, triangular, rectangular or whose superpositions are. As modulation types are dependent from the material of the article to be coated, the coating material and the wished Layer properties, in particular amplitude modulation, frequency modulation or phase modulation possible. The degree of modulation is preferably between 1% and 100%, in particular between 20% and 100%, and typically between 50% and 100%, especially at the amplitude modulation. The modulation functions can be symmetric or asymmetrical shapes or their superpositions. Of the Modulation frequency range is preferably between 50 Hz and 1 GHz, in particular between 500 Hz and 25 MHz and typically between 1000 Hz and 880 kHz.

Im Impulsbetrieb liegt die Zeitspanne der Impulsperioden beispielsweise zwischen 1 ns und 100 s, wobei der Impulsabstand bei mehreren Ultraschallimpulsen typisch zwischen 100 ns und 100 ms liegt. Dabei wird die zugeführte Ultraschallenergie unmittelbar zur Erzeugung einer gleichmäßigen und werkstoffhomogenen Beschichtung verwendet.in the Pulse mode is the period of the pulse periods, for example between 1 ns and 100 s, with the pulse spacing at several ultrasonic pulses typically between 100 ns and 100 ms. In this case, the supplied ultrasonic energy directly to produce a uniform and material homogeneous Coating used.

In einer Ausführungsform der Erfindung wird zusätzlich (optional) ein elektromagnetisches oder elektrostatisches Feld eingekoppelt, um die Effektivität des erfindungsgemäßen Beschichtungsverfahren noch zu erhöhen. Bei einem elektrisch leitenden Beschichtungsmaterial kann insbesondere ein Steuerstrom eingeprägt werden, bei einem elektrisch isolierenden Beschichtungsmaterial ein elektrostatisches Steuerfeld eingekoppelt werden.In an embodiment the invention is additionally (optionally) an electromagnetic or electrostatic field coupled, for the effectiveness the coating process according to the invention still to increase. In the case of an electrically conductive coating material, in particular impressed a control current be, in an electrically insulating coating material An electrostatic control field can be coupled.

Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens.The The present invention also relates to an apparatus for carrying out the inventive method.

Der Generator zum Erzeugen der mechanischen Energie umfasst zunächst einen oder mehrere elektrische Signalgeneratoren und ein oder mehrere Wandlerelemente, beispielsweise keramische piezoelektrische Wandlerelemente, piezokeramische Komposit-Wandlerelemente (1-3, 3-0 und andere), magnetoresistive Wandlerelemente, elektrooptische Wandlerelemente und dergleichen, auch in Mischform, welche die elektrischen Signale in mechanische Schwingungen umwandeln.The generator for generating the mechanical energy first comprises one or more electrical signal generators and one or more transducer elements, for example ceramic piezoelectric transducer elements, piezoceramic composite transducer elements ( 1 - 3 . 3 - 0 and others), magnetoresistive transducer elements, electro-optical transducer elements, and the like, also in hybrid form, which convert the electrical signals into mechanical vibrations.

Der Reaktor besteht im einfachsten Fall aus einer Wanne oder einem Becken, das vorzugsweise mit Kunststoff ausgekleidet ist oder jedenfalls auf seiner Oberfläche, die mit dem Beschichtungsmaterial in Berührung kommt, mit einer Kunststofffolie bedeckt ist, wodurch eine Beschichtung des Reaktors verhindert wird.The reactor consists in the simplest case of a tub or a basin, which is preferably lined with plastic or at least be on ner surface, which comes into contact with the coating material, is covered with a plastic film, whereby a coating of the reactor is prevented.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht eine preiswerte und hoch effektive Beschichtung von nahezu allen technischen Werkstoffen mit nahezu beliebigen Beschichtungswerkstoffen. Beispielsweise kann man Polymerwerkstoffe ohne Gefahr der Verschmelzung mit Metallen beschichten. Weiterhin ist es u.a. möglich, niedrigschmelzende Metalle mit beliebigen Keramiken zu beschichten.The present invention enables a cheap and highly effective coating of almost all technical materials with almost any coating materials. For example, one can polymer materials without risk of fusion coat with metals. Furthermore, it is u.a. possible, low-melting Coat metals with any ceramics.

Die Beschichtungen, die durch die Anwendung der Erfindung entstehen, haben folgende vorteilhafte Eigenschaften:

• sehr glatte, glänzende Schichten
• geringste Porosität – infolgedessen ist Gasdichtheit erreichbar
• mehrere Schichten von verschiedenen Werkstoffen sind nach Belieben möglich
• keine Beschränkung der Beschichtungsstärke
• keine nachfolgende Temperaturbehandlung nötig
• stärkere Verbindung der Beschichtung mit der Oberfläche des zu beschichtenden Gegenstandes als bei allen bekannten Beschichtungsverfahren
• Beschichtungen können von beliebiger Härte sein; die Härte hängt nur von dem verwendeten Beschichtungsmaterial ab, beispielsweise wird durch die Verwendung von keramischem Pulver aus TiAlN (Titan-Aluminiumnitrid), WC (Wolframkarbid) oder BC (Borkarbid) eine sehr hohe Oberflächenhärte erreicht.

The coatings resulting from the practice of the invention have the following advantageous properties:

• very smooth, shiny layers
• lowest porosity - as a result, gas tightness can be achieved
• several layers of different materials are possible at will
• no limit on the coverage
• no subsequent temperature treatment necessary
• stronger connection of the coating with the surface of the object to be coated than in all known coating methods
• coatings can be of any hardness; the hardness depends only on the coating material used, for example, a very high surface hardness is achieved by the use of ceramic powder of TiAlN (titanium-aluminum nitride), WC (tungsten carbide) or BC (boron carbide).

Die Beschichtungen können je nach Beschichtungswerkstoff kratzfeste, verschleißfeste und/oder korrosionsbeständige Oberflächen bilden. Das Beschichtungsmaterial kann ausschließlich und unmittelbar aus dem Beschichtungswerkstoff bestehen. Es ist auch möglich, zusätzlich ein hinsichtlich der Beschichtung inertes pulverförmiges Material wie beispielsweise Quarzsand hinzuzufügen, beispielsweise um die Übertragung der mechanischen Energie an den zu beschichtenden Gegenstand gezielt beeinflussen zu können. Im Gegensatz zu den bekannten Beschichtungsverfahren benötigt das erfindungsgemäße Verfahren keine reaktiven Flüssigkeiten und verursacht deshalb keine umweltbelastenden Stoffe.The Coatings can depending on the coating material scratch-resistant, wear-resistant and / or corrosion-resistant surfaces form. The coating material can exclusively and directly from the Coating exist. It is also possible, in addition, regarding the Coating inert powdery Add material such as quartz sand, for example, the transmission of the mechanical energy to the object to be coated targeted influence to be able to. In contrast to the known coating processes that requires inventive method no reactive liquids and therefore does not cause polluting substances.

Die Erfindung ermöglicht es, auch rauhe oder matte Beschichtungen zu erzeugen. Um diesen Oberflächeneffekt zu erhalten, verwendet man vorzugsweise absetzbare Pulver mit großen Partikeln. Je größer die Pulverpartikel sind, desto gröber ist die Oberflächenstruktur der Beschichtung.The Invention allows it also produces rough or matt coatings. To this surface effect Preferably, settable powders with large particles are used. ever bigger the Powder particles are the coarser is the surface texture the coating.

Durch die Anwendung der Erfindung können sehr kleine Bohrungen, Löcher und poröse Oberflächen beschichtet werden. So können Bohrungen bzw. Löcher mit einem Durchmesser bis zu 50 nm beschichtet werden, was bisher nicht möglich ist.By the application of the invention can be very small holes, holes and porous surfaces be coated. So can Holes or holes be coated with a diameter up to 50 nm, which so far not possible is.

Die Schichtwachstumsrate ist vom absetzbaren Werkstoff, von der Partikelgröße des Pulvers, vom Werkstoff des zu beschichtenden Gegenstandes und von der Form und Intensität der Ultraschallenergie abhängig und liegt beispielsweise im Bereich von mehreren μm/min bis zu mehreren mm/min.The Layer growth rate is of the settleable material, the particle size of the powder, of Material of the object to be coated and the shape and intensity the ultrasonic energy depends and is for example in the range of several microns / min to at several mm / min.

Weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel im einzelnen beschrieben ist. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.Further Features and details of the invention will become apparent from the dependent claims and the following description, with reference to the drawings an embodiment is described in detail. It can in the claims and mentioned in the description Features in each case individually or in any combination essential to the invention be.

1 zeigt schematisch den Aufbau einer erfindungsgemäßen Beschichtungsvorrichtung. 1 schematically shows the structure of a coating device according to the invention.

1 zeigt schematisch den Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zum Beschichten eines Gegenstandes 2, im vorliegenden Fall eines Quaders aus Aluminium. Hierzu wird der zuvor jedenfalls vorgereinigte Gegenstand 2 in den Reaktor 3 eingebracht, der im vorliegenden Fall durch eine Wanne 9 gebildet ist, die mit einer Kunststofffolie 10 ausgekleidet ist und mit einem Deckel 11 verschließbar ist. Die Wanne 9 ist mit einem pulverförmigen Beschichtungsmaterial 4 so weit gefüllt, dass der Gegenstand 2 vollständig darin eintaucht. Bei dem Beschichtungsmaterial 4 kann es sich beispielsweise um ein Pulver aus einem keramischen Beschichtungswerkstoff handeln mit einer Korngröße zwischen 1 nm und 1 μm, mit einer mittleren Korngröße von etwa 100 nm. Es wird mit einem deutlichen Überschuss an Beschichtungsmaterial 4 gearbeitet, so dass sich nur ein geringer Teil des in dem Reaktor 3 befindlichen Beschichtungsmaterials 4 mit dem Gegenstand 2 verbindet. 1 schematically shows the structure of a device according to the invention 1 for coating an object 2 , in the present case a cuboid made of aluminum. For this purpose, the previously at least pre-cleaned object 2 in the reactor 3 introduced in the present case by a tub 9 is formed with a plastic film 10 is lined and with a lid 11 is closable. The tub 9 is with a powdery coating material 4 filled so far that the object 2 completely immersed in it. In the coating material 4 it may be, for example, a powder of a ceramic coating material with a particle size between 1 nm and 1 micron, with an average particle size of about 100 nm. It is with a significant excess of coating material 4 worked, leaving only a small part of the reactor 3 located coating material 4 with the object 2 combines.

Von dem Reaktor 3 beabstandet ist ein Signalgenerator 6 angeordnet, der kontinuierliche oder impulsartige elektrische Signale mit einer vorzugsweise einstellbaren Signalform und einer Frequenz zwischen 20 kHz und 1000 kHz und einer Leistung von 1 kW erzeugt. Eine Modulationseinrichtung 5 kann beispielsweise eine Amplitudenmodulation des Ausgangssignals des Signalgenerators 6 steuern, wobei das Modulationssignal und der Modulationsgrad einstellbar ist.From the reactor 3 spaced is a signal generator 6 arranged, the continuous or pulse-like electrical signals generated with a preferably adjustable waveform and a frequency between 20 kHz and 1000 kHz and a power of 1 kW. A modulation device 5 For example, an amplitude modulation of the output signal of the signal generator 6 control, wherein the modulation signal and the degree of modulation is adjustable.

Das vorzugsweise dreieckförmige elektrische Ausgangssignal des Signalgenerators 6 wird über Koaxialleiterverbindungen 12 zu Wandlerelementen 7 geführt, die an den Wänden der Wanne 9 des Reaktors 3 angeordnet sind, beispielsweise angeklebt sind, und im Ausführungsbeispiel aus einem keramischen piezoelektrischen Werkstoff hergestellt sind. Die Anzahl der Wandlerelemente 7 ist unter anderem von der Baugröße der Wanne 9 abhängig. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind nur beispielhaft drei Wandlerelemente 7 vorgesehen; dabei sind zwei Wandlerelemente 7 auf gegenüberliegenden Seitenwänden der Wanne 9 angeordnet und ein Wandlerelement 7 ist an der Bodenfläche der Wanne 9 angeordnet. In Abhängigkeit des Anwendungsfalles können auch mehrere Wandlerelemente 7 an der Bodenfläche der Wanne 9 angeordnet sein, und/oder es können nur an einer Seitenwand oder allseitig an der Wanne 9 ein oder mehrere Wandlerelemente angeordnet sein.The preferably triangular elektri output signal of the signal generator 6 is via coaxial cable connections 12 to transducer elements 7 led to the walls of the tub 9 of the reactor 3 are arranged, for example, are glued, and are made in the embodiment of a ceramic piezoelectric material. The number of transducer elements 7 is among other things of the size of the tub 9 dependent. In the illustrated embodiment, by way of example only, three transducer elements 7 intended; There are two transducer elements 7 on opposite side walls of the tub 9 arranged and a transducer element 7 is at the bottom surface of the tub 9 arranged. Depending on the application, several transducer elements can also be used 7 on the bottom surface of the tub 9 can be arranged, and / or it can only on a side wall or on all sides of the tub 9 be arranged one or more transducer elements.

Die Wandlerelemente 7 koppeln die mechanische Energie in Form von Ultraschallwellen 8 in der Reaktor 3 ein. Dabei dient das Beschichtungsmaterial 4 selbst als Übertragungsmedium für die mechanische Energie des Ultraschalls bis an die Oberfläche 2a des zu beschichtenden Gegenstandes 2, wodurch sich mindestens ein Teil des Beschichtungsmaterials 4 mit dem zu beschichtenden Gegenstand 2 dauerhaft verbindet. Die eingekoppelten Schallwellen liegen in einem Frequenzbereich zwischen 15 kHz und 1 GHz.The transducer elements 7 couple the mechanical energy in the form of ultrasonic waves 8th in the reactor 3 one. The coating material is used 4 itself as a transmission medium for the mechanical energy of the ultrasound up to the surface 2a of the object to be coated 2 , whereby at least a part of the coating material 4 with the object to be coated 2 permanently connects. The coupled sound waves are in a frequency range between 15 kHz and 1 GHz.

Es ist auch möglich, die beiden einander gegenüberliegenden Elektrode 13 mit einer ersten, modulierten Frequenz zu betreiben und die an der Bodenfläche der Wanne 9 angeordnete dritte Elektrode 13 mit einer zweiten, unmodulierten Frequenz und/oder unterschiedlicher Leistung zu betreiben. Dadurch kann der Schichtaufbau gezielt beeinflusst werden, insbesondere kann die Homogenität der Beschichtung gesteuert werden. Es ist auch möglich, die dritte Elektrode 13 in einem der eigentlichen Beschichtung vorgeschalteten Verfahrensschritt zu betreiben, um dadurch die Oberfläche des zu beschichtenden Gegenstandes 2 zu konditionieren, insbesondere zu reinigen.It is also possible to use the two opposite electrodes 13 operate at a first, modulated frequency and at the bottom surface of the tub 9 arranged third electrode 13 to operate with a second, unmodulated frequency and / or different power. As a result, the layer structure can be specifically influenced, in particular the homogeneity of the coating can be controlled. It is also possible to use the third electrode 13 to operate in a process step upstream of the actual coating, thereby to the surface of the object to be coated 2 to condition, in particular to clean.

Die leicht auswechselbare Kunststofffolie 10 schützt die Wanne 9 einfach aber wirksam gegen eine Beschichtung mit dem Beschichtungsmaterial 4. Pulverreste, die sich als Beschichtung an der Kunststofffolie 10 aufgebaut haben, können damit zur Wiederverwertung aufgearbeitet werden.The easily replaceable plastic film 10 protects the tub 9 simple but effective against coating with the coating material 4 , Powder residues, which act as a coating on the plastic film 10 can be worked up for recycling.

Der Deckel 11 schließt die Wanne 9 nach oben ab, im wesentlichen um die Verunreinigung durch Fremdstoffe zu verhindern. Der Reaktor 3 muss nicht gasdicht sein, insbesondere kann das Beschichten unter Atmosphärendruck bei Raumtemperatur erfolgen. In der Wanne 9 sind außerdem Elektroden 13 angeordnet, die durch entsprechende Öffnungen im Deckel 11 hindurchtreten. Die Anordnung der Elektroden 13 ist vorzugsweise so, dass sie den zu beschichtenden Gegenstand 2 zwischen sich aufnehmen, insbesondere ist der Abstand des Gegenstandes 2 zu den beiden Elektroden 13 etwa gleich groß. Die Elektroden 13 sind mit einem Feldgenerator 14 zum Erzeugen eines elektromagnetischen oder elektrostatischen Feldes verbunden, durch das die Beschichtung zusätzlich steuerbar ist.The lid 11 closes the tub 9 upwards, essentially to prevent contamination by foreign matter. The reactor 3 does not have to be gas-tight, in particular the coating can be carried out under atmospheric pressure at room temperature. In the tub 9 are also electrodes 13 arranged through corresponding openings in the lid 11 pass. The arrangement of the electrodes 13 is preferably such that it is the object to be coated 2 between them, in particular, the distance of the object 2 to the two electrodes 13 about the same size. The electrodes 13 are with a field generator 14 connected to generate an electromagnetic or electrostatic field, through which the coating is additionally controllable.

Das erfindungsgemäße Beschichtungsverfahren wurde mit verschiedenen Beschichtungswerkstoffen auf Gegenständen aus verschiedenen Werkstoffen getestet. Darüber hinaus wurden sowohl Platten, Röhren oder Nadeln als auch Gegenstände mit komplexen Geometrien wie zum Beispiel Kühlkörper erfindungsgemäß beschichtet. Die Schichtdicke lag typisch bei 0,1 μm, mit einer Wachstumsrate von 0,02 μm/min.The coating method according to the invention was made with different coating materials on objects tested different materials. In addition, both plates, roar or needles as well as objects coated with complex geometries such as heat sink according to the invention. The layer thickness was typically 0.1 μm, with a growth rate of 0.02 μm / min.

Bei den Werkstoffen der zu beschichtenden Gegenstände handelte es sich beispielsweise um Aluminium, Titan, Niobium, verschiedene Stähle und Stahllegierungen und Kunststoffe. Als Werkstoff des pulverförmigen Beschichtungsmaterials wurde u.a. Nickel, Chrom, Hafnium, Titan, Siliziumkarbid, Borkarbid, Siliziumaluminiumnitridkarbid, Titanaluminiumkarbid, Wolframkarbid, Zirkoniumkarbid, Zirkondioxid, Titaniumdioxid, Aluminiumoxid eingesetzt. Diese Werkstoffe konnte man bei den bisherigen Beschichtungsverfahren nur mit hohem technischen Aufwand als Beschichtungswerkstoffe verwenden.at The materials of the objects to be coated were, for example to aluminum, titanium, niobium, various steels and steel alloys and Plastics. As a material of the powdery coating material was u.a. Nickel, chromium, hafnium, titanium, silicon carbide, boron carbide, Silicon aluminum nitride carbide, titanium aluminum carbide, tungsten carbide, Zirconium carbide, zirconia, titania, alumina. These materials could be used in the previous coating processes only use with great technical effort as coating materials.

Versuchsergebnisse haben gezeigt, dass metallische Beschichtungspulver sehr glatte und glänzende Schichten bilden. Beschichtungswerkstoffe auf keramischer Basis bilden kratzfeste Oberflächen mit Härten bis zu 4800 HV. Deren Korrosionsbeständigkeit wurde mit dem Heiß-Salzsprühverfahren getestet. Der Versuch wurde nach 580 Stunden abgebrochen, da weder makroskopisch noch mikroskopisch eine Korrosion oder eine sonstige Oberflächenveränderung erkennbar waren. Aluminiumteile mit keramischen Beschichtungen zeigen bei Langzeittests in Säurebädern wie zum Beispiel Schwefelsäure, Fluorwasserstoffsäure oder auch in Laugenbädern sehr gute Resultate betreffend die Beständigkeit der Beschichtungen.test results have shown that metallic coating powders are very smooth and shining Form layers. Coating materials based on ceramics form scratch resistant surfaces with hardships up to 4800 HV. Their corrosion resistance was tested by the hot salt spray method. The experiment was stopped after 580 hours as neither macroscopic still microscopically a corrosion or other surface modification were recognizable. Show aluminum parts with ceramic coatings in long-term tests in acid baths like for example sulfuric acid, Hydrofluoric acid or in caustic baths very good results regarding the durability of the coatings.

Claims

Method for coating an article ( 2 ), the article to be coated ( 2 ) and a coating material ( 4 ) in a reactor ( 3 ) and then by coupling mechanical energy into the reactor ( 3 ) and transfer of mechanical energy in the reactor ( 3 ) to a surface ( 2a ) of the article to be coated ( 2 ) at least one part of the coating material ( 4 ) with the surface ( 2a ) of the article to be coated ( 2 ) permanently, characterized in that in the reactor ( 3 ) Sound waves ( 8th ) are coupled in a frequency range between 15 kHz and 1 GHz, and that the coating material ( 4 ) even the mechanical energy to the surface ( 2a ) of the article to be coated ( 2 ) transmits.

Method according to claim 1, characterized in that the coating material ( 4 ) is introduced in powder form and in the reactor ( 3 ) in powder form on the object to be coated ( 2 ) is present.

Method according to claim 2, characterized in that that the particle size of the powder between 1 nm and 500 μm is, preferably between 1 nm and 10 μm, and in particular between 1 nm and 1 μm.

Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the sound waves ( 8th ) are coupled in continuously or in pulses, preferably with a triangular waveform.

Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the sound waves ( 8th ) are modulated, in particular amplitude modulated, frequency modulated and / or phase modulated.

Method according to claim 5, characterized in that the modulation signal is symmetrical and / or asymmetric.

Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that the frequency of the sound waves ( 8th ) is between 15 kHz and 100 MHz, preferably between 20 kHz and 1 MHz, and in particular between 22 kHz and 800 kHz.

Method according to one of claims 1 to 7, characterized in that sound waves ( 8th ) of different frequencies, amplitudes and / or phases are coupled simultaneously and / or in succession.

Method according to one of claims 1 to 8, characterized in that two sound waves ( 8th ) are coupled with different frequency simultaneously, preferably a first low-frequency sound wave ( 8th ) with a frequency of about 20 kHz and a second high-frequency sound wave ( 8th ) with a frequency of about 400 kHz.

Method according to one of claims 1 to 9, characterized in that the power of a generator ( 5 . 6 . 7 ) of sound waves ( 8th ) is between 50 W and 100 kW, preferably between 100 W and 10 kW, and in particular between 500 W and 2 kW.

Method according to one of claims 1 to 10, characterized in that the coating by a in the reactor ( 3 ) additionally coupled electrostatic and / or electromagnetic field is supported.

Contraption ( 1 ) for coating an article ( 2 ), with a reactor ( 3 ) into which the object to be coated ( 2 ) and a coating material ( 4 ) and with a generator ( 5 . 6 . 7 ) for generating mechanical energy, wherein by coupling the mechanical energy into the reactor ( 3 ) and transfer of mechanical energy in the reactor ( 3 ) to a surface ( 2a ) of the article to be coated ( 2 ) at least a part of the coating material ( 4 ) with at least a portion of the surface ( 2a ) of the article to be coated ( 2 ) permanently connects, characterized in that the generator ( 5 . 6 . 7 ) in the reactor ( 3 ) can be coupled in sound waves ( 8th ) in a frequency range between 15 kHz and 1 GHz, and that the coating material ( 4 ) even the mechanical energy to the surface ( 2a ) of the article to be coated ( 2 ) transmits.

Contraption ( 1 ) according to claim 12, characterized in that the sound waves ( 8th ) by transducer elements ( 7 ), preferably directly on a wall of the reactor ( 3 ) are arranged.

Contraption ( 1 ) according to claim 12 or 13, characterized in that a plurality of transducer elements ( 7 ) are provided, in particular on opposite walls of the reactor ( 3 ) are arranged.

Contraption ( 1 ) according to claim 14, characterized in that by a first transducer element ( 7 ) Sound waves ( 8th ) can be coupled with a first frequency, and that by a second transducer element ( 7 ) Sound waves ( 8th ) can be coupled with a second frequency which is higher than the first frequency.

Contraption ( 1 ) according to one of claims 12 to 15, characterized in that an inner side of the reactor ( 3 ) has a surface on which no permanent attachment of the coating material ( 4 ), in particular a surface made of a plastic.

Contraption ( 1 ) according to one of claims 12 to 16, characterized in that the device ( 1 ) additionally electrodes ( 13 ) has for the Coupling an additional electrostatic and / or electromagnetic field into the reactor ( 3 ).