DE102006025882A1 - Electroplating apparatus uses partial anode to increase current density around specific areas of workpiece - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Beschichtung eines Werkstücks nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The present invention relates to a device for coating a workpiece according to the preamble of claim 1.
Stand der TechnikState of the art
Zur Vergütung von Bauteilen sind elektrolytische Beschichtungsverfahren, z. B. die Galvano-Technik bekannt. Dabei wird die Oberfläche der Bauteile mit einem Material beschichtet, welches vergleichsweise vorteilhaftere Eigenschaften aufweist, als das Material, aus dem das Werkstück selbst gefertigt ist. Solche Eigenschaften können höhere Korrosionsbeständigkeit, festere oder zähere Abriebeigenschaften, eine optisch ansprechendere Oberflächenbeschaffenheit und dergleichen mehr sein.to compensation of components are electrolytic coating processes, for. B. the electroforming technique known. This is the surface of the components coated with a material which comparatively more advantageous Has properties as the material from which the workpiece itself is made. Such properties can be higher corrosion resistance, firmer or tougher Abrasive properties, a more visually pleasing surface finish and more.
Zur Durchführung solcher Verfahren sind Vorrichtungen bekannt, bei denen ein Beschichtungsmaterial durch einen von einer Anode über ein Elektrolyt zu einer Kathode fließenden elektrischen Strom an der Oberfläche des Werkstücks abgeschieden wird. Um große Durchsatzraten erzielen zu können, werden bevorzugt beschleunigte Beschichtungsverfahren mit einer sogenannten „Hochgeschwindigkeitsabscheidung" angewendet. Abhängig von den Eigenschaften des verwendeten Elektrolyts, zum Teil von den Eigenschaften des verwendeten Vergütungsmaterials, wie zum Beispiel Zink, und von der Komplexität der Oberflächenstruktur des zu beschichtenden Werkstücks sind bei diesen Verfahren unterschiedlich starke Schichtdicken des aufgebrachten Beschichtungsmaterials an der Werkzeugoberfläche festzustellen.to execution Such methods are known devices in which a coating material through one of an anode over an electrolyte to a cathode flowing electric current the surface of the workpiece is deposited. To big To be able to achieve throughput rates are preferred accelerated coating method with a So-called "high-speed separation" applied the properties of the electrolyte used, in part of the Properties of the used remuneration material, such as Zinc, and of complexity the surface structure of the workpiece to be coated are different thicknesses of the noted applied coating material on the tool surface.
Besonders kritisch sind Werkstückoberflächenbereiche, die gegenüber benachbarten Werkstückoberflächenbereichen vertieft ausgebildet sind. Durch experimentelle und simulative Untersuchungen sind Zonen mit sehr geringer bis gar keiner Beschichtungsabscheidung an der Werkstückoberfläche auszumachen. Durch Verlängerung der Beschichtungsdauer gegebenenfalls in Kombination mit reduzierter Stromstärke können zwar zum Teil auch solche Problemzone mit ausreichender Schichtdicke beschichtet werden. Nachteilig bei dieser Verfahrensweise ist jedoch, dass dann die Schichtdicke der Vergütungsschicht an der gesamten Oberfläche des Werkstücks sehr unterschiedlich und zum Teil unnötig materialverbrauchend zu stark ausgebildet ist. Bei sehr komplexen Geometrien müssen dabei zum Teil sehr extrem unterschiedliche Schichtdicken in Kauf genommen werden, um zum Beispiel relativ tief liegende Oberflächenbereiche eines Werkstücks, sofern überhaupt möglich, wenigstens mit etwas Beschichtungsmaterial versehen zu können.Especially critical are workpiece surface areas, the opposite adjacent workpiece surface areas are trained in depth. Through experimental and simulative investigations are zones with very little to no coating deposition make out on the workpiece surface. By extension the duration of coating optionally in combination with reduced amperage can Although in part also such problem zone coated with sufficient layer thickness become. A disadvantage of this procedure, however, is that then the layer thickness of the coating layer on the entire surface of the workpiece very different and sometimes unnecessary material consuming too is highly trained. For very complex geometries must be there sometimes very extremely different layer thicknesses accepted for example, to relatively low-lying surface areas a workpiece, if at all possible, to be able to provide at least some coating material.
Auch der Einsatz von Blenden zur Abdeckung von mit hohen Schichtzuwachsraten betroffenen Oberflächenbereichen bringt keine zufriedenstellende Lösung dieser Problematik. Gleiches gilt für das sogenannte „Jet-plating", bei dem das Elektrolyt in Richtung der zu beschichtenden Oberfläche gespült wird.Also the use of apertures to cover with high film growth rates affected surface areas does not provide a satisfactory solution to this problem. The same applies to that so-called "jet-plating", in which the electrolyte in Direction of the surface to be coated is rinsed.
Aufgabe und Vorteile der vorliegenden ErfindungTask and advantages of the present invention
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Durchführung eines Beschichtungsverfahrens auf Elektrolysebasis nach dem einleitend dargelegten Stand der Technik zu verbessern.Of the present invention is based on the object, a device to carry out of an electrolytic-based coating process according to the preamble to improve the state of the art.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch Merkmale des Anspruchs 1. Durch die Merkmale der Unteransprüche sind zweckmäßige und vorteilhafte Weiterbildungen möglich.The solution This object is achieved by features of claim 1. By the Features of the dependent claims are functional and advantageous developments possible.
Dementsprechend betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Beschichtung eines Werkstückes, bei der ein Beschichtungsmaterial durch einen von einer Anode über einen Elektrolyt zu einer Kathode fließenden elektrischen Strom an einer Oberfläche des Werkstücks abgeschieden wird, wobei Mittel zur gezielten Beeinflussung der Stromdichte eines zur Beschichtung eines partiellen Oberflächenbereichs des Werkstücks erforderlichen elektrischen Stromes vorgesehen sind. Sie zeichnet sich dadurch aus, dass diese Mittel eine einem partiellen Oberflächenbereich des Werkstücks zuordenbar ausgebildete Partialanode umfassen.Accordingly The present invention relates to a device for coating a workpiece, in which a coating material passes through one of an anode via a Electrolyte to a cathode flowing electric current a surface of the workpiece is deposited, wherein means for targeted influencing the Current density of one for coating a partial surface area of the workpiece required electric current are provided. she draws is characterized by the fact that these agents are a partial surface area of the workpiece include assignable formed partial anode.
Der Ausbildung einer solchen Partialanode liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass die Anlagerung des Beschichtungsmaterials an der Werkstückoberfläche ganz wesentlich von der lokal vorherrschenden Stromdichte abhängt. Diese für den Ionenfluß im Elektrolyt ursächliche Komponente kann nun durch die erfindungsgemäße Partialanode vorteilhaft auch in vertieften Werkstückoberflächenbereichen ganz gezielt beeinflusst werden. Insbesondere ist es hierdurch möglich, auch Oberflächenbereiche zu beschichten, welche im Vergleich zur benachbarten Oberflächenumgebung sogar sehr stark vertieft ausgebildet sind und bei denen bei üblichen Glavanikbädern zum Teil überhaupt kein Stromfluss mehr nachweisbar ist, d. h. die für die elektrochemische Abscheidung des Beschichtungsmaterials erforderliche elektrische Stromdichte gegen Null geht. Diese nachteiligen Begleiterscheinungen herkömmlicher galvanischer Beschichtungsverfahren können dadurch behoben werden, dass die erfindungsgemäß vorgeschlagene Partialanode unmittelbar vor der Werkstückoberfläche eines solchen problematischen Oberflächenpartialbereichs angeordnet wird. Dadurch wird eine nur gering streuende Ionenwanderung von der Partialanode hin zum kritischen Oberflächenbereich anordnungsgemäß erzwungen.Of the Training such a partial anode is based on the knowledge, that the deposition of the coating material on the workpiece surface completely depends significantly on the locally prevailing current density. These for the Ion flow in the electrolyte causative Component can now be advantageous by the partial anode according to the invention also in recessed workpiece surface areas be specifically influenced. In particular, this makes it possible, too surface areas to coat, which compared to the neighboring surface environment even very deepened are formed and in which at usual Glavanikbädern partly at all no current flow is detectable, d. H. for the electrochemical Deposition of the coating material required electrical Current density goes to zero. These adverse concomitants conventional galvanic coating processes can be remedied by that the invention proposed Partial anode immediately before the workpiece surface of such a problematic surface partial area is arranged. As a result, only a small scattering ion migration forced from the partial anode to the critical surface area according to the order.
Insbesondere vorteilhaft ist es hierbei, wenn die Partialanode entsprechend den problematischen Konturen des zu beschichtenden Werkstücks fein konturiert ausgebildet ist. Damit können auch sehr enge und winkelige Oberflächenbereiche des Werkstücks gut mit einer für die Materialablagerung erforderlichen Stromdichte versorgt werden. Zur Vermeidung von Abbranderscheinungen oder sogar Kurzschlüssen aufgrund einer zu geringen Distanz der Partialanode zur Oberfläche des zu beschichtenden Werkstücks kann die Vorrichtung im Weiteren mit einem Kurzschlussschutz ausgestattet sein. Als besonders geeignet wird hierzu ein Abstandhalter für die Partialanode angesehen. Dieser kann beispielsweise als ein gegenüber der Anode zur Werkstückoberfläche hin vorstehendes Element ausbildet sein, welches bevorzugt nicht nur in senkrechter, sondern auch in seitlicher Richtung einen zuverlässigen Berührungsschutz gewährleistet.Especially It is advantageous in this case if the partial anode according to the problematic contours of the workpiece to be coated finely contoured is trained. With that you can Also very tight and angular surface areas of the workpiece with good one for the material deposition required power density are supplied. To avoid burn-off or even short circuits due to too small a distance of the partial anode to the surface of the to be coated workpiece The device can be equipped with a short-circuit protection be. Particularly suitable for this purpose is a spacer for the partial anode considered. This can, for example, as a relation to the Anode towards the workpiece surface protruding element is formed, which preferably not only In vertical, but also in the lateral direction a reliable contact protection guaranteed.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform kann im Weiteren ein Stellglied zur Einstellung des Abstandes zwischen der Partialelektrode und dem Werkstück vorgesehen sein. Beispielsweise kann damit abhängig von der Werkstück-Oberflächenkontur die Stromdichte des elektrischen Stroms so variiert werden, dass sie möglichst gleichmäßig für alle zu beschichtenden Problembereiche eingestellt werden kann.In a particularly preferred embodiment may further include an actuator for adjusting the distance between be provided of the partial electrode and the workpiece. For example may be dependent on it from the workpiece surface contour the current density of the electric current can be varied so that if possible even for all too coating problem areas can be adjusted.
Eine zusätzliche Optimierung hinsichtlich der Stromdichte und damit einhergehend der daraus resultierenden Beschichtungsstärke kann durch eine spezielle Konturgebung der Partial- bzw. Opferanode erreicht werden. Insbesondere die Ausbildung einer Spitze wirkt sich auf die Feldlinien fokusierend aus. Eine weitere Homogenisierung könnte durch eine als Gegenkontur zu dem zu beschichtenden Werkstückbereich geformte Anode erreicht werden.A additional Optimization in terms of current density and associated The resulting coating thickness can be enhanced by a special coating Contouring of the partial or sacrificial anode can be achieved. Especially the formation of a tip has a focus on the field lines out. Another homogenization could by a counter contour to the workpiece area to be coated shaped anode can be achieved.
Zur Vermeidung einer Verringerung der Stromdichte aufgrund von Stromflussverhältnisses im Elektrolyt in Richtung zu seitlich der Partialanode liegenden Randbereichen des kritischen, partiellen Oberflächenbereichs können im Weiteren Begrenzungsmittel für eine lokale Begrenzung der für die Beschichtung des partiellen Oberflächenbereichs gezielt beeinflussten Stromdichte im Elektrolyt vorgesehen sein. Insbesondere gut eignet sich hierfür eine die Partialanode zumindest teilweise umschließende, elektrisch isolierende Schicht. Sie gewährleistet, dass die positiv geladenen Kationen nicht seitlich zu einem Werkstückoberflächenbereich abwandern, der gegenüber einem problematischen Oberflächenpartialbereich vorsteht, sondern weitestgehend nur zur Beschichtung des Problembereichs aufgrund dieser gezielten Stromdichtenführung zur Verfügung stehen.to Avoidance of a reduction in current density due to current flow ratio in the Electrolyte in the direction of edge regions lying laterally of the partial anode of the critical, partial surface area can Further limiting means for a local limit of for specifically influenced the coating of the partial surface area Current density be provided in the electrolyte. Especially good for this one the partial anode at least partially enclosing, electrically insulating layer. She ensures that the positively charged cations are not laterally to a workpiece surface area emigrate to the opposite a problematic surface partial area protrudes, but largely only for coating the problem area be available due to this targeted current density guide.
Als besonders geeignet wird hierzu ein die Partialanode umschließendes Rohr angesehen. Insbesondere wenn das Rohr die Partialanode relativ eng umschließt und selbst vergleichsweise dünnwandig ausgebildet ist, können mit einer solchen Ausführungsform auch extreme Konturen mit einer ausreichenden und gleichmäßigen Schichtdicke beschichtet werden.When Particularly suitable for this purpose is a partial anode enclosing tube considered. Especially when the tube is relatively narrow the partial anode surrounds and even comparatively thin-walled is trained, can with such an embodiment even extreme contours with a sufficient and even layer thickness be coated.
Ein weiterer Vorteil von mit solchen erfindungsgemäß vorgeschlagenen Partialanoden ausgestatteten elektrolytischen Beschichtungsvorrichtungen wird darin gesehen, dass künftig die Oberflächenkomplexität von zu beschichtenden Werkstücken sogar noch deutlich gesteigert werden kann. Beispielsweise können dadurch Werkstücke zur Materialeinsparung und/oder auch zur Erhöhung der Werkstückstabilität auch mit sehr engen und tiefliegenden Konturen ausgebildet werden, deren Realisierung aufgrund der derzeit nicht gegebenen Beschichtungsmöglichkeit durch elektrolytische Verfahren bisher unmöglich war.One Another advantage of such inventively proposed partial anodes equipped electrolytic coating devices seen in that in the future the surface complexity of too coating workpieces even significantly increased. For example, by doing so workpieces to save material and / or to increase the workpiece stability also with be formed very narrow and low-lying contours whose Realization due to the currently not available coating option was previously impossible by electrolytic processes.
Um die Partialanode zum problematischen, partiellen Oberflächenbereich hin richtig positionieren zu können, kann in vorteilhafter Weise auch ein Mechanismus zur Erzeugung einer Relativbewegung zwischen zumindest einem Teil der Vorrichtung und dem Werkstück vorgesehen sein. Neben einer Erstpositionierung der Partialanode zum partiellen Oberflächenbereich und einer gegebenenfalls erforderlichen Positionsveränderung, z. B. einem Entlangführen an einer innerliegenden Werkstückkante, können damit aber auch vergleichsweise komplexe Bewegungsmuster durchgeführt werden. Beispielsweise kann eine relative Rotationsbewegung zwischen der Partialanode und dem Werkstück vorgesehen sein, die insbesondere durch weitere Relativbewegungen beispielsweise aus einem dreiachsigen, kartesischen Koordinatensystem überlagert sein können, so dass die Partialanode im Grunde an jedem beliebigem Punkt eines beliebigen Werkstücks positioniert werden kann.Around the partial anode to the problematic, partial surface area to be able to position yourself correctly, can advantageously also a mechanism for generating a Relative movement between at least a part of the device and the workpiece be provided. In addition to an initial positioning of the partial anode to the partial surface area and any required change in position, z. B. a follow at an inner workpiece edge, can do that but also comparatively complex movement patterns are performed. For example, a relative rotational movement between the partial anode and the workpiece be provided, in particular by further relative movements, for example superimposed on a three-axis, Cartesian coordinate system could be, so the partial anode basically at any point of a any workpiece can be positioned.
Durch eine kombinierte Ausbildung mehrerer, bürstenartig zusammengefügter Partialanoden ist weiterhin eine Erhöhung der Beschichtungsleistung bei gleicher Beschichtungsdauer bzw. eine Reduzierung der Beschichtungszeit bei gleicher Beschichtungsqualität für entsprechend geeignete Oberflächenstrukturen möglich. Insbesondere vorteilhaft ist es hierbei, wenn die Partialanode und/oder die sie umschließende elektrisch isolierende Schicht aus einem elastischen Material hergestellt sind. Hierdurch können im Vergleich zu starr ausgebildeten Ausführungsformen Beschichtungsverfahren in der Art von Bürstprozessen durchgeführt werden, wodurch eine weitere, gleichmäßigere Stromdichteverteilung an der Oberfläche des Werkstücks und damit einhergehend ein gleichmäßigerer Schichtdickenaufbau möglich ist.By is a combined formation of several brush-like assembled partial anodes continue to increase the coating performance at the same coating time or a Reduction of coating time with the same coating quality for accordingly suitable surface structures possible. In this case, it is particularly advantageous if the partial anode and / or the enclosing them electrically insulating layer made of an elastic material are. This allows Compared to rigidly formed embodiments coating method in the style of brushing processes carried out which gives a further, more uniform current density distribution on the surface of the workpiece and concomitantly a more uniform layer thickness structure possible is.
Eine weitere positive Einflussnahmemöglichkeit auf den Beschichtungsprozess ist, neben der Variierung der die jeweiligen Partialanoden versorgenden Stromstärke, durch den Einsatz von Versorgungsmittel für den Austausch von Elektrolyt im partiellen Dichtungsbereich möglich. Damit können über den gesamten zeitlichen Verlauf des Beschichtungsprozesses hinweg, als weitere prozesswesentliche Komponente, gleichmäßige Konzentrationsverhältnisse im Elektrolyt gewährleistet werden.A further positive influence possibility on the coating process is, in addition to the variation of the respective ones Partial anodes supplying amperage, through the use of Supplies for the replacement of electrolyte in the partial sealing area possible. In order to can over the entire time course of the coating process, as additional process-essential component, uniform concentration ratios ensured in the electrolyte become.
Ausführungsbeispielembodiment
Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen und der nachfolgend darauf Bezug nehmenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigenThe The invention will be apparent from the drawings and the following Description closer explained. Show it
Im
Detail zeigt die
Der
Kurzschlussschutz
Zur
Erhöhung
der Stromdichte in einem ganz gezielt ausgewählten Partialbereich
Ein
durch das Stellglied
Unter
dem Bezugszeichen
Zur
zusätzlichen
Homogenisierung eines derartigen Schichtaufbaus können im
Weiteren Versorgungsmittel
Je
nach Anwendungsfall können
die erfindungsgemäßen Partialanoden
einzeln oder in Zusammenwirkung mehrerer, alleine oder zusammen mit
weiteren herkömmlichen
Anoden, in einer auf Elektrolysebasis arbeitenden Beschichtungsvorrichtung
Anwendung finden. Sie können
sowohl im Einzelbetrieb als auch im kombinierten Beschichtungsbetrieb
arbeiten, wobei im kombinierten Beschichtungsbetrieb neben der ganzflächigen Werkstückbeschichtung
gleichzeitig auch die problematischen Oberflächenpartialbereiche
Claims (12)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE200610025882 DE102006025882A1 (en) | 2006-06-02 | 2006-06-02 | Electroplating apparatus uses partial anode to increase current density around specific areas of workpiece |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE200610025882 DE102006025882A1 (en) | 2006-06-02 | 2006-06-02 | Electroplating apparatus uses partial anode to increase current density around specific areas of workpiece |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102006025882A1 true DE102006025882A1 (en) | 2007-12-06 |
Family
ID=38650495
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE200610025882 Ceased DE102006025882A1 (en) | 2006-06-02 | 2006-06-02 | Electroplating apparatus uses partial anode to increase current density around specific areas of workpiece |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102006025882A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10737530B2 (en) * | 2015-05-14 | 2020-08-11 | Lacks Enterprises, Inc. | Two-shot molding for selectively metalizing parts |
-
2006
- 2006-06-02 DE DE200610025882 patent/DE102006025882A1/en not_active Ceased
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US10737530B2 (en) * | 2015-05-14 | 2020-08-11 | Lacks Enterprises, Inc. | Two-shot molding for selectively metalizing parts |
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