DE102007002111A1 - Plating bath for plating component has second liquid component in form of dispersion mixed with first one - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft zunächst ein Beschichtungsbad zum Beschichten eines Bauteils gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Weiterhin betrifft die Erfindung ein zumindest bereichsweise beschichtetes Bauteil. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Dispersion für ein Beschichtungsbad gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 17, ein Verfahren zur Herstellung eines Beschichtungsbades gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 21 sowie ein Verfahren zum Beschichten eines Bauteils gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 25. Schließlich betrifft die Erfindung auch einige besondere Verwendungen.The The present invention initially relates to a coating bath for coating a component according to the preamble of claim 1. Furthermore, the invention relates to an at least partially coated component. In addition, concerns the invention a process for the preparation of a dispersion for a coating bath according to the preamble of Claim 17, a method for producing a coating bath according to the preamble of claim 21 and a method of coating a component in accordance with The preamble of claim 25. Finally the invention also has some particular uses.
Insbesondere ist die Erfindung auf metallhaltige Bäder wie chemische und/oder galvanische Nickel-, Chrom-, Gold-, Silber-, Zinnbäder oder dergleichen gerichtet.Especially the invention is based on metal-containing baths such as chemical and / or galvanic nickel, chromium, gold, silver, tin baths or the like.
Galvanisch oder chemisch abgeschiedene Metallschichten werden üblicherweise als Verschleiß- oder Korrosionsschutz, in der Regel auf metallischen Werkstoffen abgeschieden. Besonders vorteilhaft ist das chemische Abscheideverfahren, da zur Abscheidung kein elektrischer Strom benötigt wird. Dadurch erhält man beim chemischen Verfahren konturentreue Beschichtungen, deren Schichtdicke bei einer Toleranz von ± 2 μm bis ± 3 μm typischerweise im Bereich von 8 μm bis 80 μm liegen kann. Ab 50 μm können jedoch Spannungen in den Schichten auftreten.galvanic or chemically deposited metal layers become common as wear or corrosion protection, usually on deposited metallic materials. Is particularly advantageous the chemical deposition method, as there is no electrical separation Electricity is needed. This gives you the chemical Process contour-consistent coatings whose layer thickness at a Tolerance from ± 2 μm to ± 3 μm typically in the range of 8 microns to 80 microns may be. Above 50 μm, however, stresses can occur in the layers occur.
Die Einlagerung von Kohlenstoffpartikeln, insbesondere Graphitpartikeln in metallische Schichten eröffnet werkstoffwissenschaftlich völlig neue Wege. So lassen sich beispielsweise die Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit erheblich verbessern. Letztere Eigenschaft beruht auch darauf, dass Graphit ein völlig inertes Material ist und weder von Säuren, Laugen, Salzen oder Lösemitteln angegriffen wird. Auch die tribologischen Eigenschaften können fundmental verändert werden. Hinzu kommen bedeutsame Veränderungen in der Benetzbarkeit von Metallschichten, wie sich bei graphithaltigen Chromschichten im Motorenbau gezeigt hat. Hier konnte die Oberflächenspannung geschliffener graphithaltiger Chromschichten gegenüber Öl so verändert werden, das es zu keinem Schmierfilmabriss mehr kommt.The Embedding of carbon particles, in particular graphite particles into metallic layers opens material science completely new ways. Thus, for example, the wear and tear Significantly improve corrosion resistance. Latter Property is also based on the fact that graphite is a completely is inert material and neither acids, alkalis, salts or solvents is attacked. Also the tribological Properties can be fundamentally changed. There are also significant changes in wettability of metal layers, as in graphite-containing chrome layers has shown in engine construction. Here could be the surface tension ground graphite-containing chrome layers to oil be changed so that there is no smear film break more is coming.
Es
wurden zahlreiche Verfahren vorgeschlagen um Kohlenstoffpartikel,
insbesondere Graphitpartikel in metallische Schichten einzulagern.
In der
Die
Die
Abscheidung von PTFE und Graphit ist beispielsweise in
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher die Bereitstellung einer Beschichtungsschicht mit gezielt eingelagerten Kohlenstoffteilchen, welche insbesondere sowohl chemisch als auch galvanisch abgeschieden werden können.task The present invention therefore provides a coating layer with specifically embedded carbon particles, which in particular both chemically and galvanically deposited.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch das Beschichtungsbad mit den Merkmalen gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1, das beschichtete Bauteil mit den Merkmalen gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 7, das Verfahren zur Herstellung einer Dispersion für ein Beschichtungsbad mit den Merkmalen gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 17, das Verfahren zur Herstellung eines Beschichtungsbades mit den Merkmalen gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 21, das Verfahren zum Beschichten eines Bauteils mit den Merkmalen gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 25 sowie die besonderen Verwendungen gemäß den unabhängigen Patentansprüchen 26 und 27. Weitere Vorteile, Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung sowie den Beispielen. Vorteile. Merkmale und Details, die in Bezug auf einen der Erfindungsaspekte beschrieben sind, gelten dabei jeweils auch in Bezug auf die jeweils anderen Erfindungsaspekte, so dass diesbezüglich wechselseitig Bezug genommen wird.This object is achieved by the coating bath with the features according to independent claim 1, the coated component having the features according to independent claim 7, the process for preparing a dispersion for a coating bath with the features according to independent claim 17, the method for Preparation of a coating bath having the features according to independent claim 21, the method for coating a component with the features according to independent claim 25 and the particular uses according to independent claims 26 and 27. Further advantages, features and details of the invention will be apparent from the Subclaims, the description and the examples. Advantages. Features and details that are described with respect to one of the aspects of the invention, in each case also apply with respect to the respective other aspects of the invention, so that reference is made mutually in this regard.
Gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Beschichtungsbad zum Beschichten eines Bauteils, welches ein Substrat aufweist, bereitgestellt, wobei das Beschichtungsbad eine erste Flüssigkeitskomponente mit wenigstens einem ersten Beschichtungsmaterial aufweist. Das Beschichtungsbad ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass das Beschichtungsbad weiterhin eine zweite Flüssigkeitskomponente aufweist, die mit der ersten Flüssigkeitskomponente vermischt ist, und dass die zweite Flüssigkeitskomponente als Dispersion ausgebildet ist, die eine Dispergierflüssigkeit und wenigstens einen Feststoff in Form eines Kohlenstoffmaterials oder eines kohlenstoffhaltigen Materials aufweist.According to the The first aspect of the invention is a coating bath for coating a component having a substrate provided, wherein the coating bath a first liquid component comprising at least a first coating material. The Coating bath according to the invention is characterized in that the coating bath further comprises a second liquid component which mixes with the first liquid component is, and that the second liquid component as a dispersion is formed, which is a dispersing liquid and at least a solid in the form of a carbonaceous material or a carbonaceous material Has material.
Das erfindungsgemäße Beschichtungsbad weist zunächst eine erste Flüssigkeitskomponente auf, die wenigstens ein erstes Beschichtungsmaterial aufweist. Bei dem Beschichtungsmaterial handelt es sich um dasjenige Material, mit welchem ein Substrat eines Bauteils in erster Linie beschichtet werden soll. Die vorliegende Erfindung ist diesbezüglich nicht auf bestimmte Materialien beschränkt. Einige vorteilhafte, allerdings nicht ausschließliche Beispiele werden im weiteren Verlauf der Beschreibung näher erläutert.The The coating bath according to the invention initially has a first liquid component, the at least one having first coating material. In the coating material it is the material with which a substrate of a Component should be coated in the first place. The present Invention is not limited to certain materials in this regard limited. Some advantageous, but not exclusive Examples will become more apparent as the description proceeds explained.
Weiterhin weist das Beschichtungsbad eine zweite Flüssigkeitskomponente auf, die mit der ersten Flüssigkeitskomponente vermischt ist. Die zweite Flüssigkeitskomponente ist als Dispersion ausgebildet. Dispersionen sind bereits in unterschiedlichsten Zusammensetzungen und für unterschiedlichste Anwendungsgebiete bekannt. Dispersionen bestehen in der Regel aus wenigstens einer Dispergierflüssigkeit sowie wenigstens einem Feststoff, der in der Dispergierflüssigkeit verteilt ist. Je nach Behandlung der Dispersion kann diese nach Fertigstellung beispielsweise eine flüssige oder pasteuse Konsistenz aufweisen. Bei einer Dispersion im Sinne der vorliegenden Erfindung handelt es sich generell um eine möglichst feine und vollständige Verteilung wenigstens eines Stoffs in einem anderen Stoff, wobei aber keine echte Lösung entsteht. Bei der Dispersion gemäß der vorliegenden Erfindung ist wenigstens ein Feststoff in einer Flüssigkeit dispergiert, wobei der Feststoff homogen in der Flüssigkeit verteilt ist und dort stabil verteilt bleibt.Farther the coating bath has a second liquid component which mixes with the first liquid component is. The second liquid component is as a dispersion educated. Dispersions are already in very different compositions and known for a wide variety of applications. dispersions usually consist of at least one dispersing liquid as well at least one solid contained in the dispersing liquid is distributed. Depending on the treatment of the dispersion, this may be after Completion, for example, a liquid or pasteuse Have consistency. For a dispersion in the sense of the present Invention is generally as fine as possible and complete distribution of at least one substance in another substance, but no real solution arises. In the dispersion according to the present invention at least one solid is dispersed in a liquid, the solid being distributed homogeneously in the liquid is and remains stable there.
Erfindungsgemäß ist der Feststoff der Dispersion als Kohlenstoffmaterial oder als kohlenstoffhaltiges Material ausgebildet. Dabei ist die Erfindung nicht auf bestimmte Materialien beschränkt. Beispielsweise können unter Kohlenstoffen die allotropen Formen des Kohlenstoffs verstanden werden. Darunter fallen beispielsweise Graphit, Diamant, Fullerene und Nanotubes sowie amorphe Formen des Kohlenstoffs. Im weiteren Verlauf der Beschreibung werden hierzu noch weitere Materialmöglichkeiten beschrieben.According to the invention the solid of the dispersion as a carbonaceous material or as a carbonaceous material Material formed. The invention is not limited to certain Limited materials. For example, you can Under carbons understood the allotropic forms of carbon become. These include, for example, graphite, diamond, fullerenes and nanotubes, as well as amorphous forms of carbon. In the further As the description proceeds, further material options will be described.
Vorteilhaft kann das Beschichtungsbad ein Metallbad sein, wobei dann die erste Flüssigkeitskomponente metallhaltig ist. So kann etwa vorgesehen sein, dass das Beschichtungsbad in Form unterschiedlichster Elektrolytbäder, insbesondere als Chrombad, chemisches Nickelbad, galvanisches Nickelbad, chemisches und galvanisches Goldbad, Zink- und Zink-Eisen-, Zinn-, chemisches Nickel-Silber, chemisches Nickel-Gold-, sowie chemisches Nickel-Gold-Bor und chemisches Nickel-Silber-Borbad ausgebildet ist. Dabei ist die Erfindung natürlich nicht auf die genannten Beispiele beschränkt.Advantageous the coating bath may be a metal bath, in which case the first Liquid component is metal-containing. So can be provided about be that the coating bath in the form of a variety of electrolyte baths, especially as chromium bath, chemical nickel bath, galvanic nickel bath, Chemical And Galvanic Gold Bath, Zinc And Zinc Iron, Tin, chemical nickel-silver, chemical nickel-gold, as well as chemical Formed nickel-gold-boron and nickel-silver-Borbad chemical is. Of course, the invention is not limited to the mentioned Examples limited.
Bezüglich der zu verwendenden Dispergierflüssigkeit ist die Erfindung nicht auf bestimmte Ausführungsbeispiele beschränkt. Die erfindungsgemäß verwendete Dispergierflüssigkeit kann eine wässrige und/oder eine nicht-wässrige Basis aufweisen, wobei insbesondere auch Kombinationen daraus zulässig sind.In terms of the dispersing liquid to be used is the invention not limited to specific embodiments. The dispersing liquid used according to the invention can be an aqueous and / or a non-aqueous Have base, in particular, combinations thereof are permitted.
Vorteilhaft ist die als Dispersion ausgebildete zweite Flüssigkeitskomponente eine Dispergierflüssigkeit mit einer wässrigen Basis.Advantageous is the second liquid component formed as a dispersion a dispersing liquid with an aqueous Base.
Die Dispersion weist wenigstens einen Feststoff auf, wobei natürlich auch mehr als ein Feststoff vorhanden sein kann. Dabei ist die Erfindung nicht auf bestimmte Stoffarten oder Stoffzusammensetzungen beschränkt. Hierzu werden im weiteren Verlauf einige vorteilhafte Beispiele beschrieben, ohne dass die Erfindung auf die genannten Beispiele beschränkt wäre. Beispielsweise kann der wenigstens eine Feststoff aus Graphit und/oder aus Kohlenstoffnanomaterial und/oder aus Kohlenstoffmikromaterial und/oder aus Koks und/oder aus porösem Kohlenstoff und/oder aus Diamant gebildet sein, wobei die einzelnen Materialien entweder jeweils einzeln, oder aber auch in jeder beliebigen Kombination verwendet werden können.The Dispersion has at least one solid, of course also more than one solid may be present. Here is the invention not limited to certain types of substances or compositions of substances. For this purpose, some advantageous examples will be given below described, without the invention to the examples mentioned would be limited. For example, the at least one Solid graphite and / or carbon nanomaterial and / or carbon micromaterial and / or coke and / or porous material Carbon and / or be formed from diamond, wherein the individual Materials either individually, or in any one Combination can be used.
Vorzugsweise kann der Feststoff der als Dispersion ausgebildeten zweiten Flüssigkeitskomponente als delaminiertes Kohlenstoffmaterial oder als delaminiertes kohlenstoffhaltiges Material ausgebildet sein. Insbesondere kann der Feststoff der als Dispersion ausgebildeten zweiten Flüssigkeitskomponente als Graphit und/oder Fulleren und/oder Diamant und/oder Kohlenstoffmikromaterial und/oder Kohlenstoffnanomaterial ausgebildet sein.Preferably may be the solid of the dispersion formed as a second liquid component as delaminated carbon material or as delaminated carbonaceous Material be formed. In particular, the solid can be used as Dispersion formed second liquid component as graphite and / or fullerene and / or diamond and / or carbon micromaterial and / or Kohlenstoffnanomaterial be formed.
Die verwendeten Graphite können beispielsweise Naturgraphite, künstlich hergestellte Graphite und ihre Vorläufer, und dergleichen sein.The graphites used can be, for example, natural graphites, man-made graphites and their precursors, and the like.
Die Kohlenstoff-Nanomaterialien können beispielsweise aus Kohlenstoffnanoröhrchen (einschalige und mehrschalige), Kohlenstoffnanofasern (fischgräten-, blättchen-, schraubenartige), Nanohorns, Nanocones und dergleichen bestehen. Kohlenstoffnanoröhrchen werden international auch als Carbon Nanotubes, (single-walled und multi-walled), Kohlenstoffnanofasern als Carbon Nanofibers (herringbone, platelet-, screw-Typ) bezeichnet.The Carbon nanomaterials can be made of carbon nanotubes, for example (single-shell and multi-shelled), carbon nanofibers (herringbone, leaflets, helical), nanohorns, nanocones and like exist. Carbon nanotubes become international also as carbon nanotubes, (single-walled and multi-walled), carbon nanofibers referred to as carbon nanofibers (herringbone, platelet, screw type).
Als Kokse können beispielsweise calcinierte, teilgraphitierte oder graphitierte Kokse verwendet werden. Die Kokse können aus entgaster Steinkohle oder aus Petrolkoks stammen.When Coke can, for example, calcined, partially graphitized or graphitized cokes. The cokes can come from degassed coal or petroleum coke.
Es können auch Kombinationen aus den vorgenannten Materialien eingesetzt werden.It can also combinations of the aforementioned materials be used.
Vorteilhaft kann schließlich auch vorgesehen sein, dass der wenigstens eine Feststoff homogen und stabil in der Dispergierflüssigkeit verteilt ist. Insbesondere durch die Prozessbedingungen wie beispielsweise Druck, Temperatur, Scherkräfte und dergleichen bei der Herstellung dieser Dispersionen lassen sich sehr homogene Dispersionen aus den genannten Materialien herstellen.Advantageous Finally, it can also be provided that the at least a solid homogeneous and stable in the dispersing liquid is distributed. In particular, by the process conditions such as Pressure, temperature, shear forces and the like in the Preparation of these dispersions can be very homogeneous dispersions made from the materials mentioned.
Besonders vorteilhaft handelt es sich bei dem Kohlenstoffmaterial jedoch um Graphit. Im weiteren Verlauf wird die Erfindung daher verschiedentlich im Zusammenhang mit Graphit erläutert, ohne dass die Erfindung deshalb in dieser Richtung eingeschränkt wäre.Especially however, the carbon material is advantageously around Graphite. In the further course of the invention therefore variously explained in the context of graphite, without the invention therefore would be limited in this direction.
Vorteilhaft
handelt es sich bei den speziell vorbehandelten Graphitdispersionen
um stabile hochgradig delaminierte Graphite. Graphit ist die bei Zimmertemperatur
thermodynamisch stabile Modifikation des Kohlenstoffs. Das hexagonale
Gitter des Graphits besteht aus ebenen Schichten die durch van-der-Waals-Kräfte
gebunden sind. Durch Einbau von Ionen oder Molekülen in
die Zwischenräume werden Graphitverbindungen, so genannte
Interkalate gebildet, in denen die Schichtstruktur des Graphits weitgehend
erhalten, aber aufgeweitet ist. Solche Interkalationsverbindungen
sind in der Literatur beschrieben und sie reagieren bei Erwärmung
zwischen 150°C und 800°C durch Thermolyse unter
Aufspaltung ihrer Schichtpakete zu kleineren Schichtpaketen. Dieser
Vorgang wird auch Delaminierung genannt. Die Herstellung eines derartigen
Graphits ist beispielsweise in der
Es wurde jedoch überraschend gefunden, dass derartige Graphite, insbesondere wenn sie zu noch kleineren Korngrößen gemahlen werden und in insbesondere wässrigen, vorteilhaft Additiv enthaltenden Dispersionen eingebracht werden, nicht nur eine hohe Stabilität gegenüber Elektrolyten zeigen, sondern auch mit den Metallionen zum Werkstück wandern und dort eingebaut werden.It However, it has surprisingly been found that such graphites, especially if they lead to even smaller grain sizes be ground and in particular aqueous, advantageous Additive-containing dispersions are introduced, not just one show high stability to electrolytes, but also wander with the metal ions to the workpiece and there to be built in.
Der Erfindungsgedanke, dass sich nämlich gegenüber unbehandelten Graphiten, die kleineren, delaminierten Teilchen mit weniger Schichtpaketen gleichmäßig und in vorbestimmbaren Mengen in Metallschichten einlagern lassen, wird vorteilhaft dadurch umgesetzt, dass eine stabile, wässrige Dispersion angewendet wird.Of the Invention idea, namely that opposite untreated graphites, the smaller, delaminated particles with less layer packages evenly and in predeterminable Allowing amounts to be stored in metal layers is advantageous implemented that applied a stable, aqueous dispersion becomes.
Besonders überraschend war dabei die Eignung der Graphitdispersion für die unterschiedlichsten Elektrolytbäder, insbesondere für Chrombäder, chemisch Nickelbäder, galvanische Nickelbäder, chemische und galvanische Goldbäder, Zink- und Zink-Eisen-, Zinn-, chemisch Nickel-Silber, chemisch Nickel-Gold-, sowie chemisch Nickel-Gold-Bor und chemisch Nickel-Silber-Borbäder. Die beschriebenen Bäder können zusätzlich die bekannten nanoskaligen Polymere wie PFA (Perfluoralkoxy-Polymere) und PTFE (Polytetrafluorethylen) enthalten.Especially surprising The suitability of the graphite dispersion for the most varied was Electrolyte baths, in particular for chromium baths, chemical Nickel baths, galvanic nickel baths, chemical and Galvanic Gold Baths, Zinc and Zinc Iron, Tin, chemically nickel-silver, chemically nickel-gold, and chemical nickel-gold-boron and chemically nickel-silver baths. The baths described In addition, the known nanoscale polymers such as PFA (perfluoroalkoxy polymers) and PTFE (polytetrafluoroethylene) contain.
Vorzugsweise kann die als Dispersion ausgebildete zweite Flüssigkeitskomponente wenigstens ein Additiv aufweisen. Nachfolgend werden mögliche Beispiele vorteilhafter Additive beschrieben, ohne dass die Erfindung auf die genannten beispiele beschränkt wäre.Preferably may be formed as a dispersion second liquid component have at least one additive. The following are possible examples described advantageous additives without the invention the examples mentioned would be limited.
Hierbei kann es sich beispielsweise um spezielle stabilisierende Additive handeln. Insbesondere können bei einem hohen Verarbeitungsdruck und bei hohen Scherkräften während der Herstellung der Dispersion spezielle Additive zur Stabilisierung der Dispersionen nötig sein. Die Erfindung ist nicht auf bestimmte Materialien für Additive beschränkt. Beispielsweise können verwendet werden: Polyvinylalkohole, Polyvinylpyrrolidone, Ligninsulfonate, Polysaccharide, wie etwa Alginate, Xanthane, Dextrine, Stärkederivate, Celluloseether, und dergleichen.in this connection For example, these may be special stabilizing additives act. In particular, at a high processing pressure and at high shear forces during manufacture the dispersion special additives for stabilizing the dispersions be necessary. The invention is not limited to certain materials restricted for additives. For example, you can polyvinyl alcohols, polyvinylpyrrolidones, ligninsulfonates, Polysaccharides, such as alginates, xanthans, dextrins, starch derivatives, Cellulose ethers, and the like.
Die Herstellung stabiler, wässriger Graphitdispersionen kann beispielsweise durch die Kombination delaminierter Graphite mit sterisch wirksamen Stabilisierungsmitteln gekennzeichnet sein.The Preparation of stable, aqueous graphite dispersions can for example, by the combination of delaminated graphite with be characterized sterically effective stabilizing agents.
Es ist bekannt, dass Graphit kein, beziehungsweise ein außerordentlich geringes Zetapotential hat. Deshalb sind elektrochemisch wirksame Stabilisierungsmittel nur dann geeignet, wenn sie auch eine sterische Abschirmung der einzelnen Partikel ermöglichen. Besonders geeignete Substanzen sind wasserlösliche PO-EO-Blockpolymere. Solche Substanzen umhüllen die Graphitpartikel und verhindern durch die sterische Stabilisierung die gegenseitige Annäherung der Partikel und somit die Agglomeratbildung. Gleichzeitig wird die Oberflächenspannung wirksam gesenkt. PO-EO-Blockpolymere lagern sich an de Oberfläche und wirken als Abstandshalter „Spacer". In Verbindung mit den delaminierten Graphitteilchen werden somit stabile und mit den Metallionen wandernde Graphitteilchen geschaffen.It is known that graphite has no, or an extremely low zeta potential. Therefore, electrochemically active stabilizers are only suitable if they also allow steric shielding of the individual particles. Particularly suitable substances are water-soluble PO-EO block polymers. Such substances envelop the graphite particles and prevent the steric stabilization of the mutual approach of the particles and thus the agglomeration. At the same time, the surface tension is effectively lowered. PO-EO block polymers attach themselves to the surface and act as spacer spacers, in conjunction with the delaminated Gra Phite particles are thus created stable and migrating with the metal ions graphite particles.
PO-EO-Blockpolymere enthaltende Graphitdispersionen zeigten sich auch in starken Elektrolytkonzentrationen, bei niedrigen pH-Werten und bei hohen Temperaturen über lange Zeit stabil. Auch reduktive oder oxidative Vorgänge sowie zum Teil unterschiedliche Stromdichten waren ohne Einfluss auf die Stabilität.PO-EO block polymers containing graphite dispersions were also found in strong electrolyte concentrations, at low pH and high temperatures stable for a long time. Also reductive or oxidative processes as well as partly different current densities were without influence on the stability.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Bauteil, aufweisend ein Substrat, bereitgestellt, das zumindest bereichsweise mit einer Beschichtungsschicht beschichtet ist, wobei die Beschichtungsschicht eine erste Komponente aus wenigstens einem ersten Beschichtungsmaterial und eine zweite Komponente aus im ersten Beschichtungsmaterial gleichmäßig eingelagertem Kohlenstoffmaterial oder kohlenstoffhaltigem Material aufweist.According to one second aspect of the invention is a component comprising a substrate, provided, the at least partially with a coating layer coated, wherein the coating layer is a first component of at least a first coating material and a second Component made uniform in the first coating material embedded carbon material or carbonaceous material having.
Die Beschichtungsschicht kann durch Verwendung eines wie vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Beschichtungsbades erzeugt werden, so dass auf die entsprechenden Ausführungen vollinhaltlich Bezug genommen und verwiesen wird. Die Beschichtung kann beispielsweise erfolgen, indem das zu beschichtende Bauteil in ein entsprechendes Beschichtungsbad eingebracht wird. Wie dies im einzelnen geschehen kann, wird im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren weiter unten näher erläutert.The Coating layer may be prepared by using one as above described coating bath according to the invention be generated, so that the relevant statements in full Reference is made and referred. The coating can, for example take place by the component to be coated in a corresponding Coating bath is introduced. How this is done in detail can, in connection with the invention Method explained in more detail below.
Vorteilhaft kann das Substrat aus Metall und/oder aus -insbesondere leitfähigem – Kunststoff und/oder aus – insbesondere leitfähiger – Keramik gebildet sein.Advantageous For example, the substrate can be made of metal and / or of-in particular conductive-plastic and / or made of - especially conductive - ceramic formed be.
Vorzugsweise weist die erste Komponente ein metallhaltiges Beschichtungsmaterial auf. Die zweite Komponente kann beispielsweise einen Feststoff in Form eines delaminierten Kohlenstoffmaterials oder eines delaminierten kohlenstoffhaltigen Materials aufweisen. Besonders vorteilhaft kann die zweite Komponente einen Feststoff in Form von Graphit und/oder Fulleren und/oder Diamant und/oder Kohlenstoffmikromaterial und/oder Kohlenstoffnanomaterial aufweisen.Preferably For example, the first component comprises a metal-containing coating material on. The second component may, for example, be a solid in Form of a delaminated carbon material or a delaminated one carbonaceous material. Particularly advantageous can the second component is a solid in the form of graphite and / or Fullerene and / or diamond and / or carbon micromaterial and / or Have carbon nanomaterial.
In einer bevorzugten Ausgestaltung kann die erste Komponente ein metallhaltiges Beschichtungsmaterial aufweisen. Die zweite Komponente weist in diesem Fall delaminierten Graphit auf, und die durchschnittliche Teilchengröße d50 des Graphits beträgt kleiner 3 μm, vorzugsweise kleiner/gleich 1 μm.In In a preferred embodiment, the first component may be a metal-containing Have coating material. The second component points in this Case delaminated graphite, and the average particle size d50 of graphite is less than 3 microns, preferably less than or equal to 1 μm.
Vorteilhaft können die Partikel des Kohlenstoffmaterials oder des kohlenstoffhaltigen Materials der zweiten Komponente von einem – insbesondere wie oben bereits beschriebenen – Additiv umgeben sein.Advantageous may be the particles of carbon material or carbonaceous Material of the second component of a - in particular as already described above - be surrounded additive.
Vorzugsweise können zumindest Bestandteile der ersten Komponente und der zweiten Komponente der Beschichtungsschicht im Substrat eingelagert sein.Preferably can at least components of the first component and embedded in the substrate of the second component of the coating layer be.
Vorteilhaft kann die Beschichtungsschicht eine Dicke von 2 μm bis 100 μm aufweisen.Advantageous For example, the coating layer may have a thickness of 2 μm to 100 μm exhibit.
Eine wie vorstehend beschriebene Beschichtungsschicht kann die unterschiedlichsten Funktionen und Aufgaben übernehmen. Beispielsweise ist denkbar, dass die Beschichtungsschicht als Verschleißschutz für das Bauteil und/oder als Korrosionsschutz für das Bauteil und/oder zur Verbesserung der Benetzbarkeit der Oberfläche des Bauteils und/oder zur Verbesserung der tribologischen Eigenschaften des Bauteils sowie auch zur Verbesserung der dekorativen Eigenschaften des Bauteils ausgebildet ist. Bei den tribologischen Eigenschaften handelt es sich insbesondere um Reibungs-, Schmierungs- und Verschleißeigenschaften.A The coating layer as described above can have a variety of functions and take on tasks. For example, it is conceivable that the coating layer as wear protection for the component and / or as corrosion protection for the component and / or for improving the wettability of the surface of the component and / or to improve the tribological properties of the component as well as to improve the decorative properties of the component is formed. With the tribological properties these are, in particular, friction, lubrication and wear properties.
Die Zugabe einer, insbesondere wenigstens ein Additiv enthaltenden, Graphitdispersion ermöglicht erstmals die gemeinsame Abscheidung verschiedener Metalle, welche bisher als nicht mischbar beziehungsweise als nicht gemeinsam abscheidbar angesehen wurden. So können nun erstmals völlig homogene und morphologisch perfekte Abscheidungen erreicht werden. Die Schichten werden somit nicht voneinander getrennt sondern gemeinsam in einer völlig neuen Oberfläche abgeschieden.The Addition of a, in particular containing at least one additive, Graphite dispersion allows for the first time the common deposition different metals, which previously considered immiscible respectively were considered as non-co-disposable. So can now for the first time completely homogeneous and morphologically perfect Deposits are achieved. The layers will not separated from each other but together in a completely new surface deposited.
Diese neuartigen Oberflächen weichen von den bekannten Schichten deutlich ab. Es können damit erstmals Oberflächen mit höheren Härten, geringeren Reibungskoeffizienten bei bestimmten Metallpaarungen, verbesserten Korrosionsbeständigkeiten sowie veränderten Benetzungsfähigkeiten gegenüber verschiedenen Flüssigkeiten hergestellt werden.These novel surfaces deviate from the known layers clearly off. It can be the first time surfaces with higher hardness, lower coefficient of friction for certain metal pairings, improved corrosion resistance as well altered wetting capabilities different liquids are produced.
Darüber hinaus hat sich auch gezeigt, dass die Abscheidung von besonders dünnen Schichten möglich ist, was nicht nur zu Materialeinsparungen führt, sondern auch die Abscheidezeiten reduziert. Aufgrund der hohen thermischen Leitfähigkeit der Kohlenstoffe können auch die Badtemperaturen teilweise um bis zu 10°C gesenkt werden. Die genannten Faktoren sind für die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens von großer Bedeutung.About that It has also been shown that the deposition of extra thin layers is possible, not just too Material savings, but also the deposition times reduced. Due to the high thermal conductivity The carbons can also partially reduce the bath temperatures be lowered by up to 10 ° C. The factors mentioned are for the economics of the process of great Importance.
Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer Dispersion für ein Beschichtungsbad zum Beschichten eines Substrats, bei der wenigstens ein Feststoff in einer Dispergierflüssigkeit verteilt ist, bereitgestellt. Dieses Verfahren ist durch folgende Schritte gekennzeichnet:
- a) Herstellen des Feststoffs in Form eines delaminierten Kohlenstoffmaterials oder eines delaminierten kohlenstoffhaltigen Materials oder eines Kohlenstoffmikromaterials oder eines Kohlenstoffnanomaterials;
- b) gleichmäßiges Einbringen des Feststoffs in die, insbesondere wässrige, Dispergierflüssigkeit.
- a) preparing the solid in the form of a delaminated carbon material or a delaminated carbonaceous material or a carbon micromaterial or a carbon nanomaterial;
- b) uniform introduction of the solid into the, in particular aqueous, dispersing liquid.
Zu der Funktions- und Wirkungsweise des Verfahrens wird zur Vermeidung von Wiederholungen ebenfalls auf die vorstehenden Ausführungen zu den zuvor beschriebenen Erfindungsaspekten vollinhaltlich Bezug genommen und verwiesen.To the function and mode of action of the method is avoided of repetitions also to the foregoing to the content of the invention described above taken and directed.
Vorteilhaft kann weiterhin wenigstens ein – wie weiter oben beschriebenes – Additiv in die Dispergierflüssigkeit eingebracht werden.Advantageous can also at least one - as described above - additive be introduced into the dispersing liquid.
Ein Verfahren, bei dem ein Feststoff in Form eines delaminierten Kohlenstoffmaterials oder eines delaminierten kohlenstoffhaltigen Materials hergestellt wird, ist vorteilhaft dadurch gekennzeichnet, dass die Größe der Partikel des Feststoffs bei Herstellung der Dispersion einem weiteren Reduzierungs- und/oder Delaminierungsschritt unterzogen wird.One Method in which a solid in the form of a delaminated carbon material or a delaminated carbonaceous material is, is advantageously characterized in that the size the particle of the solid in the preparation of the dispersion further reduction and / or delamination step.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Dispersion druckbeaufschlagt homogenisiert wird.Especially can be provided that the dispersion is pressurized homogenized.
Nachfolgend wird anhand eines konkreten Beispiels die Herstellung einer Graphitdispersion beschrieben, welche sich besonders vorteilhaft für den Einsatz in galvanischen oder chemischen Metallbädern eignet.following is a concrete example of the production of a graphite dispersion described which are particularly advantageous for use in galvanic or chemical metal baths.
200
g eines expandierten, gemahlenen Graphits mit einer durchschnittlichen
Teilchengröße d50 von 3 μm, wie er beispielsweise
gemäß der
Gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Beschichtungsbades zum Beschichten eines Substrats, insbesondere zur Herstellung eines wie weiter oben beschriebenen erfindungsgemäßen Beschichtungsbades, bereitgestellt, welches durch folgende Schritte gekennzeichnet ist:
- a) Herstellen einer Dispersion in der wie weiter obern beschriebenen Weise;
- b) Vermischen der Dispersion mit einer ersten Flüssigkeitskomponente, die wenigstens ein erstes Beschichtungsmaterial, insbesondere ein metallisches Beschichtungsmaterial, aufweist.
- a) preparing a dispersion in the manner as described above;
- b) mixing the dispersion with a first liquid component comprising at least a first coating material, in particular a metallic coating material.
Zu der Funktions- und Wirkungsweise des Verfahrens wird zur Vermeidung von Wiederholungen ebenfalls auf die vorstehenden Ausführungen zu den zuvor beschriebenen Erfindungsaspekten vollinhaltlich Bezug genommen und verwiesen.To the function and mode of action of the method is avoided of repetitions also to the foregoing to the content of the invention described above taken and directed.
Zur Erzielung guter Ergebnisse kann vorgesehen sein, dass das Beschichtungsbad auf eine vorgegebene Arbeitstemperatur erhitzt wird.to Achieving good results can be provided that the coating bath is heated to a predetermined operating temperature.
In weiterer Ausgestaltung kann beispielsweise auch vorgesehen sein, dass an das Beschichtungsbad eine elektrische Spannung angelegt wird.In further embodiment may for example also be provided that applied to the coating bath, an electrical voltage becomes.
Vorteilhaft kann vorgesehen sein, dass die Dispersion der ersten Flüssigkeitskomponente im Anteil von 1 bis 50 Gramm pro Liter (bezogen auf den Feststoff) zugesetzt wird. Beispielsweise kann einem Metallionen enthaltenen Bad eine speziell vorbehandelte Graphitdispersion im Bereich von 1 bis 50 g/l (bezogen auf den Feststoff) zugesetzt werden.Advantageous it can be provided that the dispersion of the first liquid component in the proportion of 1 to 50 grams per liter (based on the solids) is added. For example, a metal ions contained Bad a specially pretreated graphite dispersion in the range of 1 to 50 g / l (based on the solid) are added.
Gemäß einem fünften Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Beschichten eines Bauteils, welches ein Substrat aufweist, bereitgestellt, das dadurch gekennzeichnet ist, dass das Substrat für einen vorgegebenen Zeitraum in ein wie weiter oben beschriebenes erfindungsgemäßes Beschichtungsbad eingebracht wird.According to one Fifth aspect of the invention is a method of coating a component having a substrate provided, the characterized in that the substrate for a given period in an inventive as described above Coating bath is introduced.
Zu der Funktions- und Wirkungsweise des Verfahrens wird zur Vermeidung von Wiederholungen ebenfalls auf die vorstehenden Ausführungen zu den zuvor beschriebenen Erfindungsaspekten vollinhaltlich Bezug genommen und verwiesen.To the function and mode of action of the method is avoided of repetitions also to the foregoing to the content of the invention described above taken and directed.
Erfindungsgemäß kann ein wie weiter oben beschriebenes erfindungsgemäßes Beschichtungsbad als Elektrolytbad, insbesondere als chemisches und/oder galvanisches metallhaltiges Bad, verwendet werden. In anderer Ausgestaltung kann ein wie weiter oben beschriebenes erfindungsgemäßes Beschichtungsbad oder ein wie weiter oben beschriebenes erfindungsgemäßes Verfahren zum Erzeugen eines Verschleißschutzes für ein Bauteil und/oder eines Korrosionsschutzes für ein Bauteil und/oder zur Verbesserung der Benetzbarkeit der Oberfläche eines Bauteils und/oder zur Verbesserung der tribologischen Eigenschaften eines Bauteils verwendet werden. In diesem Zusammenhang wird zur Vermeidung von Wiederholungen ebenfalls auf die vorstehenden Ausführungen zu den zuvor beschriebenen Erfindungsaspekten vollinhaltlich Bezug genommen und verwiesen.According to the invention, a coating bath according to the invention as described above can be used as electrolyte bath, in particular as a chemical and / or galvanic metal-containing bath. In another embodiment, a coating bath according to the invention as described above or a process according to the invention for producing a wear protection for a component and / or a corrosion protection for a component and / or for improving the wettability of the surface of a component and / or for improving it can be used the tribological properties of a component are used. In this connection, in order to avoid repetition, reference is also made to the above statements on the inventions described above are fully referenced and referenced.
Verchromungen von Gegenständen sind weit verbreitet. Diese weisen jedoch häufig Risse auf, so dass ein darunter liegendes Substrat effektiv vor Korrosion geschützt werden muss. Dies ist besonders in der Papierindustrie erforderlich, insbesondere bei den dort verwendeten Druckwalzen. Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Beschichtungsschicht, beispielsweise einer entsprechenden Nickelschicht, auf einem geeigneten Substrat ist es nunmehr möglich, darauf aufgebrachte Chromschichten in ihren Eigenschaften zu verbessern, da die darunter liegenden Substrate vor Korrosion geschützt werden können.chrome plating of objects are widely used. However, these have Frequently cracks on, leaving an underlying substrate must be effectively protected against corrosion. This is especially in the paper industry, especially in the pressure rollers used there. With the help of the invention Coating layer, for example a corresponding nickel layer, on a suitable substrate, it is now possible on it to improve applied chrome layers in their properties, because the underlying substrates are protected against corrosion can be.
Die Erfindung wird nun anhand einiger Beispiele näher erläutert.The Invention will now be explained in more detail with reference to some examples.
Beispiel 1example 1
Bei dem ersten Beispiel handelt es sich um die chemische, stromlose Abscheidung einer kohlenstoffhaltigen Nickelschicht auf einem Substrat. 2,5 l eines handelsüblichen Nickel-Phosphor-Elektrolyten (zum Beispiel Enigma 1613 von Dr. M. Kampschulte GmbH & Co KG; empfohlener pH Wert zwischen 4,2 und 4,8; Nickelgehalt von etwa 5,5 g/l; Reduktorgehalt von etwa 40 g/l) wurden mit 0,025 l einer wässrigen 20 Gew.%igen Graphitdispersion versetzt, umgewälzt und gerührt. Das Bad wurde dann auf etwa 82°C gebracht. Der pH-Wert wurde bei etwa 4,8–5,0 eingestellt und die Abscheidung begann. In etwa einer Stunde wurden so 10 μm auf einem Stahlblech abgeschieden. Es resultierte damit eine chemische Nickel-Phosphor-Graphit-Schicht mit einem Gehalt von etwa 12 Gew.% Graphit, 76 Gew.% Nickel und etwa 12 Gew.% Phosphor.at the first example is the chemical, electroless Deposition of a carbon-containing nickel layer on a substrate. 2.5 l of a commercially available nickel-phosphorus electrolyte (for Example Enigma 1613 by Dr. med. M. Kampschulte GmbH & Co. KG; recommended pH value between 4.2 and 4.8; Nickel content of about 5.5 g / l; reducing agent content of about 40 g / L) were mixed with 0.025 L of an aqueous 20 % By weight graphite dispersion, circulated and stirred. The bath was then brought to about 82 ° C. The pH was set at about 4.8-5.0 and the deposition started. In about one hour so 10 microns were on a Steel sheet deposited. This resulted in a chemical nickel-phosphorus-graphite layer containing about 12% by weight of graphite, 76% by weight of nickel and about 12% by weight phosphorus.
Das beschichtete Stahlblech mit der 10 μm dicken Nickel-Phosphor-Graphit-Schicht wurde 16 h einer 0,5 M Schwefelsäure ausgesetzt. Die Schicht zeigte keine Korrosion.The coated steel sheet with the 10 μm thick nickel-phosphorus-graphite layer was exposed to 0.5 M sulfuric acid for 16 h. The layer showed no corrosion.
Beispiel 2Example 2
3,0 l eines handelsüblichen Chromelektrolyten (zum Beispiel Dekachrom 195 MR, Dr. Kampschulte GmbH) mit einem Chromsäuregehalt von 19 g/l wurden mit 0,1 l einer wässrigen 20 Gew.%igen Graphitdispersion versetzt und umgewälzt. Das Bad wurde dann auf 45°C gebracht und mit einer Stromdichte von 20 A/dm2 auf ein Stahlblech abgeschieden. Nach etwa 30 Minuten waren etwa 15 μm abgeschieden. Die eingelagerte Graphitmenge betrug 18 Gew.%.3.0 l of a commercially available chromium electrolyte (for example Dekachrom 195 MR, Dr. Kampschulte GmbH) having a chromic acid content of 19 g / l were admixed with 0.1 l of an aqueous 20% by weight graphite dispersion and circulated. The bath was then brought to 45 ° C and deposited with a current density of 20 A / dm 2 on a steel sheet. After about 30 minutes, about 15 microns were deposited. The incorporated amount of graphite was 18% by weight.
Mir dem beschichteten Stahlblech mit der 15 μm dicken graphithaltigen Chromschicht wurde der Gleitreibungskoeffizient einer gleichen Metallpaarung Chrom/Chrom mit 0,28 bestimmt. Die Vergleichsbestimmung mit herkömmlichen Chromschichten ergab einen Gleitreibungskoeffizienten von 0,43.Me the coated steel sheet with the 15 μm thick graphite-containing Chrome layer was the coefficient of sliding friction of a same metal chromium / chromium pair determined at 0.28. The comparison determination with conventional Chrome layers gave a coefficient of sliding friction of 0.43.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Beschichtungsbad zum Beschichten eines Bauteils, ein zumindest bereichsweise beschichtetes Bauteil, ein Verfahren zur Herstellung einer Dispersion für ein Beschichtungsbad, ein Verfahren zur Herstellung eines Beschichtungsbades sowie ein Verfahren zum Beschichten eines Bauteils. Die Beschichtung des Bauteils erfolgt in dem Beschichtungsbad, das eine erste Flüssigkeitskomponente mit wenigstens einem ersten – vorzugsweise metallhaltigen – Beschichtungsmaterial aufweist. Das Beschichtungsbad weist weiterhin eine zweite Flüssigkeitskomponente in Form einer Dispersion auf, die eine Dispergierflüssigkeit und wenigstens einen Feststoff in Form eines Kohlenstoffmaterials oder eines kohlenstoffhaltigen Materials aufweist. Die Dispersion ist mit der ersten Flüssigkeitskomponente vermischt und besteht insbesondere aus stabilisierten kleinen Schichtpaketen, welche mit den Metallionen der ersten Flüssigkeitskomponente transportiert und eingelagert werden können. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere metallhaltige Bäder wie chemische und/oder galvanische Nickel-, Chrom-, Gold-, Silber-, oder Zinnbäder enthaltend Mikro- beziehungsweise Nanokohlenstoff, ein Verfahren zu Herstellung einer chemischen oder galvanischen Metallschicht enthaltend Kohlenstoff, die so entstandene Metallschicht sowie deren Verwendung.The The present invention relates to a coating bath for coating a component, an at least partially coated component, a process for producing a dispersion for a Coating bath, a process for the preparation of a coating bath and a method for coating a component. The coating of the component takes place in the coating bath, which is a first liquid component with at least one first - preferably metal-containing - coating material having. The coating bath further comprises a second liquid component in the form of a dispersion containing a dispersing liquid and at least one solid in the form of a carbon material or a carbonaceous material. The dispersion is mixed with the first liquid component and consists in particular from stabilized small layer packages, which with transported the metal ions of the first liquid component and can be stored. The present invention concerns in particular metal-containing baths such as chemical and / or galvanic nickel, chromium, gold, silver, or tin baths containing micro- or nanocarbon, a method for producing a chemical or galvanic metal layer containing carbon, the resulting metal layer and their Use.
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