DE102008061877B3 - Apparatus to determine process conditions during coating profile body on its surface, to determine electrolyte characteristics and/or to determine process conditions to deposit layer with determined layer properties, comprises profile body - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Bereich der elektrochemischen Metallabscheidung auf die Bestimmung von Prozessbedingungen bei der Beschichtung eines Profilkörpers, auf die Bestimmung der Charakteristik eines Elektrolyten und/oder auf die Bestimmung der Prozessbedingungen für das Abscheiden einer Schicht mit bestimmten Eigenschaften.The The present invention relates to the field of electrochemical Metal deposition on the determination of process conditions in the Coating a profile body, on the determination of the characteristic of an electrolyte and / or on the determination of the process conditions for the deposition of a layer with certain characteristics.
Bei der elektrochemischen Beschichtung eines Körpers befindet sich der Körper üblicherweise in einem flüssigen, meist wässrigen Medium (Elektrolyt), in welchem verschiedene für die Beschichtung notwendige Inhaltsstoffe in gelöster Form vorliegen, wobei die Abscheidung durch ein äußeres elektrisches Feld angetrieben wird. Die Eigenschaften einer abgeschiedenen Schicht sind abhängig von der Zusammensetzung des Elektrolyten, welcher Ionen des abzuscheidenden Metalls sowie weitere Anionen und/oder Kationen von verschiedenen anorganischen Salzen und/oder organische Substanzen aufweist, sowie von den Prozessbedingungen auf der Oberfläche des Körpers während des Abscheideprozesses. So schlägt sich beispielsweise die Abscheidegeschwindigkeit, welche von der Elektrolytzusammensetzung, der lokal wirkenden Stromdichte des äußeren elektrischen Feldes sowie der lokalen Strömungsgeschwindigkeit des Elektrolyten abhängt, in dem Wert der Schichtdicke der abgeschiedenen Schicht nieder.at the electrochemical coating of a body is usually the body in a liquid, mostly watery Medium (electrolyte) in which various necessary for the coating Ingredients in dissolved Form, wherein the deposition driven by an external electric field becomes. The properties of a deposited layer depend on the composition of the electrolyte, which ions of the metal to be deposited and other anions and / or cations of various inorganic Salts and / or organic substances, as well as the process conditions on the surface of the body while the separation process. Sun strikes For example, the deposition rate, which of the Electrolyte composition, the locally acting current density of the external electrical Field as well as the local flow velocity depends on the electrolyte, in the value of the layer thickness of the deposited layer.
Die Schichtdicke jedoch ist in der industriellen Praxis von besonderer Bedeutung, da eine Beschichtung unterhalb der geforderten Mindestschichtdicke zu Ausschuss führt und eine Beschichtung oberhalb der geforderten Maximalschichtdicke dazu führt, dass mehr Material abgeschieden werden, als technisch notwendig ist.The However, layer thickness is of particular importance in industrial practice Meaning, as a coating below the required minimum layer thickness leads to rejects and a coating above the required maximum layer thickness leads, that more material is deposited than technically necessary is.
Um bei einer elektrochemischen Metallabscheidung eine Schicht mit bestimmten Schichteigenschaften, insbesondere mit einer bestimmten Schichtdicke, zu erhalten, müssen die Prozessparameter, wie beispielsweise die Stromdichte und/oder die Strömungsgeschwindigkeit auf der Oberfläche eines Körpers, auf welchem die Schicht abgeschieden werden soll, sowie die Elektrolyteigenschaften entsprechend ausgewählt werden. Eine Schicht mit bestimmten Schichteigenschaften kann also nur dann abgeschieden werden, wenn bestimmte Vorgaben bezüglich der Prozessbedingungen und der Elektrolyteigenschaften möglichst genau eingehalten werden. Für die gezielte Steuerung des Abscheideprozesses ist es daher unumgänglich, die lokalen Stromdichten und die lokalen Strömungsgeschwindigkeiten an jedem Punkt des Körpers zu ermitteln und die Prozessparameter, wie beispielsweise Drehgeschwindigkeit und Stromstärke, daran auszurichten.Around in a metal electrochemical deposition, a layer with certain Layer properties, in particular with a specific layer thickness, to receive the process parameters, such as the current density and / or the flow rate on the surface a body, on which the layer is to be deposited, as well as the electrolyte properties selected accordingly become. A layer with certain layer properties can therefore be deposited only if certain requirements regarding the Process conditions and the electrolyte properties as possible be adhered to exactly. For the targeted control of the deposition process is therefore essential the local current densities and the local flow velocities at each Point of the body to determine and the process parameters, such as rotational speed and current, to align it.
Vor Beginn eines jeden Abscheideprozesses, bei dem eine Schicht mit bestimmten Eigenschaften abgeschieden werden soll, stellen sich also die folgenden Fragen:
- – Wie lässt sich die lokale Stromdichte auf einem Körper in Abhängigkeit von der Anodenkonfiguration und den Strömungsverhältnissen bestimmen?
- – Wie ist der Einfluss der Strömungsgeschwindigkeit des Elektrolyten auf die Abscheiderate bei gegebener Stromdichte?
- – Wie lassen sich die Eigenschaften von Elektrolyten in elektrochemischen Abscheideprozessen bestimmen?
- - How to determine the local current density on a body as a function of the anode configuration and the flow conditions?
- - What is the influence of the flow velocity of the electrolyte on the deposition rate at a given current density?
- - How to determine the properties of electrolytes in electrochemical deposition processes?
Im Stand der Technik werden zur Beantwortung der oben aufgelisteten Fragen oft langwierige und je nach Geometrie des zu beschichtenden Bauteils sehr schwierige Versuchsreihen durchgeführt, wobei Interaktionen von Stromdichte, Strömungsgeschwindigkeit und Körpergeometrie meist empirisch nicht erfassbar sind. Somit sind viele Versuche notwendig, um die Wirkung der einzelnen Faktoren auf die Eigenschaften der abgeschiedenen Schicht zu bestimmen.in the Prior art will be used to answer the above Questions often protracted and depending on the geometry of the coating Component carried out very difficult series of experiments, with interactions of Current density, flow velocity and body geometry are mostly empirically not detectable. So many attempts necessary to the effect of each factor on the properties to determine the deposited layer.
Dabei erlaubt die Verwendung einer konventionellen rotierenden Zylinderelektrode die Untersuchung verschiedener elektrochemischer Parameter eines Elektrolyten. Im Laufe der Zeit wurden Zylinderelektroden mit sehr verschiedenen Oberflächen entwickelt, um verschiedene Effekte und Phänomene im Prozess zu studieren. In den meisten Fällen wurde jedoch die zylindrische Geometrie der beiden Elektroden beibehalten. D. R. Gabe et al. geben in „The rotating cylinder electrode: its continued development and application„ (Journal of applied electrochemistry 28 (1998), p. 759–780) einen Überblick über die Theorie und die Anwendungsgebiete von rotierenden Zylinderelektroden.there allows the use of a conventional rotating cylinder electrode the investigation of various electrochemical parameters of a Electrolyte. Over time, cylinder electrodes became very much different surfaces designed to study different effects and phenomena in the process. In most cases however, the cylindrical geometry of the two electrodes was retained. Gabe et al. give in "The rotating cylinder electrode: its continued development and application "(Journal of applied electrochemistry 28 (1998), p. 759-780) gives an overview of the Theory and the fields of application of rotating cylindrical electrodes.
Um in einem Versuch den Effekt unterschiedlicher Stromdichten auf einer Elektrode zu untersuchen, wurden auch Zellen mit einer konischen Elektrode (Anode oder Kathode) eingesetzt. Dadurch entsteht entlang der Rotationsachse der Kathode ein Stromdichtegradient. Wird eine konische Anode verwendet, lässt sich der Effekt der unterschiedlichen Stromdichte bei konstanter Strömungsgeschwindigkeit untersuchen. Wird eine konische Kathode verwendet, so bildet sich entlang ihrer Rotationsachse nicht nur ein Stromdichtegradient sondern auch ein Strömungsgeschwindigkeitsgradient. Allerdings ist die Änderung von Stromdichte und Strömungsgeschwindigkeit direkt aneinander gekoppelt, da sie von derselben Geometrie abhängig ist. Außerdem lässt sich mit einer solchen Zelle der Einfluss bestimmter Oberflächenelemente wie Bohrungen, Stufen oder Kanten nicht direkt untersuchen.Around in an attempt the effect of different current densities on one To examine electrode, were also cells with a conical Electrode (anode or cathode) used. This creates along the rotational axis of the cathode is a Stromdichtegradient. Will one used conical anode the effect of different current density at constant flow rate investigate. If a conical cathode is used, it forms along its axis of rotation not only a Stromdichtegradient but also a flow velocity gradient. However, the change is of current density and flow velocity coupled directly to each other because it depends on the same geometry. In addition, can be with such a cell the influence of certain surface elements like drilling holes, steps or edges do not examine directly.
Eine Versuchseinrichtung zur Bestimmung stromdichte- und strömungsabhängiger Abscheidecharakteristiken von Elektrolyten ist die sogenannte Mohler-Zelle. Hier wird in einer längs der Kathode durchströmten Zelle durch eine Maske zwischen Anode und Kathode ein Stromdichtegradient erzeugt. Allerdings ist auch diese Zelle auf glatte Elektrodenoberflächen beschränkt. Eine modifizierte Mohler-Zelle wird von M. Teeratananon et al. in „Experimental investigation of the current distribution in Mohler cell and rotating cylin der Hull cell” (ScienceAsia 30 (2004): p. 375–381) mit einer Hull-Zelle mit einer rotierenden Zylinderelektrode verglichen.A Test device for determining current density and flow-dependent deposition characteristics of electrolytes is the so-called Mohler cell. Here is in one along the Cathode flowed through Cell through a mask between the anode and cathode a Stromdichtegradient generated. However, this cell is also limited to smooth electrode surfaces. A modified Mohler cell is described by M. Teeratananon et al. in "Experimental investigation of the current distribution in Mohler cell and rotating cylin of Hull cell "(ScienceAsia 30 (2004): p. 375-381) compared with a Hull cell with a rotating cylindrical electrode.
Eine weitere Möglichkeit zur Beantwortung der oben genannten Fragen liegt in der Simulation der elektrischen Feldverteilung und der Schichtdicke bei Kenntnis der Elektrolyteigenschaften. Auch die Strömung in einer Beschichtungszelle kann simuliert werden.A another possibility To answer the above questions lies in the simulation of electric field distribution and the layer thickness with knowledge of Electrolyte properties. Also the flow in a coating cell can be simulated.
Die Simulation der elektrischen Feldverteilung auf einem Körper ist heute durch entsprechende Software möglich. Auch die Berechnung einer Strömung in einer gegebenen Zelle kann mit Hilfe von CFD-Programmen (Programme für numerische Strömungsmechanik – computational fluid dynamics) durchgeführt werden. Allerdings ist die Kopplung dieser Simulationen heute noch aufwendig. Die Bestimmung der lokalen Interaktionen von Strömung und Stromdichte ist heute noch nicht für beliebige Geometrien gelöst.The Simulation of electric field distribution on a body is today by appropriate software possible. Also the calculation a flow in a given cell can with the help of CFD programs (programs for numeric Fluid Mechanics - computational fluid dynamics) performed become. However, the coupling of these simulations is still today consuming. The determination of the local interactions of flow and current density is not for today any geometry solved.
Der Aufwand für die Erstellung der Simulationsmodelle, ihre Integration sowie die Ermittlung der benötigten elektrochemischen Parameter ist sehr hoch. Ein weiterer Nachteil dieser Methode ist ihre Abhängigkeit von den elektrochemischen Parametern des Elektrolyten. Wird die Zusammensetzung des Elektrolyten verändert, um auf diesem Wege bestimmte Eigenschaften des Metallüberzuges zu ändern, müssen auch die elektrochemischen Parameter neu bestimmt werden. Dies verlängert die Optimierung deutlich.Of the Effort for the creation of simulation models, their integration and the Determination of the required electrochemical parameter is very high. Another disadvantage this method is their dependence from the electrochemical parameters of the electrolyte. Will the Composition of the electrolyte changed in order to certain ways Properties of the metal coating to change, have to also the electrochemical parameters are redetermined. This extends the Optimization clearly.
A. I. Dikusar et al. beschreiben in „Throwing power of a dilute sulfuric acid copper plating electrolyte during intensive electrodeposition” (Russian Journal of Electrochemistry, vol. 41, No. 1, 2005, p. 82–86) die Bestimmung von Elektrolyteigenschaften in Abhängigkeit von der Stromdichte mittels einer Hull Zelle mit rotierender Zylinderelektrode.A. I. Dikusar et al. describe in "Throwing power of a dilute Sulfuric acid copper plating electrolyte during intensive electrodeposition "(Russian Journal of Electrochemistry, vol. 41, no. 1, 2005, p. 82-86) the determination of electrolyte properties in dependence from the current density by means of a Hull cell with rotating cylindrical electrode.
Die
Ausgehend vom Stand der Technik ist es daher Ziel der vorliegenden Erfindung, die Prozessbedingungen, insbesondere die lokalen Strömungsgeschwindigkeiten und die lokalen Stromdichten, und/oder die Elektrolyteigenschaften auf möglichst einfache und schnelle Art und Weise zu bestimmen und gegebenenfalls auf einem Körper eine Schicht mit bestimmten Schichteigenschaften abzuscheiden.outgoing It is therefore an object of the present invention to provide the process conditions, in particular the local flow velocities and the local current densities, and / or the electrolyte properties on as simple as possible and fast way to determine and if necessary on one body to deposit a layer with certain layer properties.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es damit, die oben genannten Probleme mithilfe eines einfachen Versuchsaufbaus schnell und kostengünstig zu lösen.task Thus, the present invention solves the above problems fast and cost-effective with a simple set-up to solve.
Diese Aufgabe wird durch die Vorrichtung zur Bestimmung von Prozessbedingungen bei der Beschichtung eines Profilkörpers auf dessen Oberfläche und/oder zur Bestimmung der Charakteristik eines Elektrolyten und/oder zur Bestimmung der Prozessbedingungen für das Abscheiden einer Schicht mit bestimmten Schichteigenschaften und/oder zur Beschichtung eines Profilkörpers (im Folgenden als ”Beschichtungsvorrichtung” bezeichnet) nach Anspruch 1 sowie den Verfahren zur Bestimmung von Prozessbedingungen bei der Beschichtung eines Profilkörpers nach Anspruch 12, 15 oder 16, den Verfahren zur Bestimmung der Charakteristik eines Elektrolyten nach einem der Ansprüche 13, 14 oder 16 und den Verfahren zur Bestimmung der Prozessbedingungen für das Abscheiden einer Schicht mit bestimmten Schichteigenschaften nach einem der Ansprüche 17 oder 18 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sowie der erfindungsgemäßen Verfahren werden in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen gegeben.These The object is achieved by the device for determining process conditions in the coating of a profile body on the surface and / or for determining the characteristic of an electrolyte and / or for Determining the process conditions for the deposition of a layer with certain layer properties and / or for coating a profile body (hereinafter referred to as "coating apparatus") according to claim 1 and the method for determining process conditions in the coating of a profile body according to claim 12, 15 or 16, the method for determining the characteristic of an electrolyte according to one of the claims 13, 14 or 16 and the procedures for determining the process conditions for the Depositing a layer with certain layer properties one of the claims 17 or 18 solved. Advantageous developments of the device according to the invention and the method according to the invention are in the respective dependent claims given.
Erfindungsgemäß weist eine Beschichtungsvorrichtung zumindest einen als Elektrode ausgebildeten Profilkörper, eine Gegenelektrode und ein mit einem Elektrolyten befülltes Behältnis auf. Profilkörper und Gegenelektrode sind dabei innerhalb des Elektrolyten in dem Behältnis so angeordnet, dass sich der Profilkörper im Inneren der Gegenelektrode befindet. Die Gegenelektrode enthält einen oder mehrere Körper. Der Profilkörper und der Elektrolyt rotieren mit einer bestimmbaren definierten Drehgeschwindigkeit innerhalb des Elektrolyten in dem Behältnis relativ zueinander. Daher wird vor dem Beschichtungsprozess eine bestimmte Drehgeschwindigkeit gewählt, die während des Abscheideprozesses konstant gehalten wird. Durch Variation der Drehgeschwindigkeit kann die Strömungsgeschwindigkeit verändert werden. In der erfindungsgemäßen Beschichtungsvorrichtung ist die Form des Profilkörpers derart ausgebildet, dass auf der Oberfläche des Profilkörpers durch die relative Rotation von Profilkörper und Elektrolyt lokale Strömungsgeschwindigkeiten und durch das Anlegen einer Spannung zwischen dem Profilkörper und der Gegenelektrode lokale Stromdichten erzeugbar sind, wobei der Strömungsgeschwindigkeitsgradient der lokalen Strömungsgeschwindigkeiten entlang der Oberfläche des Profilkörpers und der Stromdichtegradient der lokalen Stromdichten entlang der Oberfläche des Profilkörpers nicht senkrecht aufeinander stehen. Aufgrund der Tatsache, dass die Richtungsvektoren von Strömungsgeschwindigkeitsgradient und Stromdichtegradient nicht senkrecht aufeinander stehen, ist es möglich, bestimmte Elektrolyteigenschaften sowie bestimmte Schichteigenschaften einer abgeschiedenen Schicht lediglich in Abhängigkeit einer der beiden Prozessbedingungen, Strömungsgeschwindigkeit oder Stromdichte, zu beobachten.According to the invention, a coating device has at least one profiled body formed as an electrode, a counterelectrode and a container filled with an electrolyte. Profile body and counter electrode are arranged inside the electrolyte in the container so that the profile body is located in the interior of the counter electrode. The counter electrode contains one or more bodies. The profile body and the electrolyte rotate with a determinable defined rotational speed within the electrolyte in the container relative to each other. Therefore, before the coating process, a certain rotational speed is selected, which is kept constant during the deposition process. By varying the rotational speed, the flow rate can be changed. In the coating apparatus according to the invention, the shape of the profile body is designed such that on the surface of the profile body by the relative rotation of profile body and electrolyte local flow velocities and by applying a voltage between the profile body and the counter electrode local current densities are generated, the Strömungsgeschwindigkeitsgradient the local Flow velocities along the surface of the profile body and the Stromdichtegradient the local Current densities along the surface of the profile body are not perpendicular to each other. Due to the fact that the directional vectors of the flow rate gradient and the current density gradient are not perpendicular to one another, it is possible to observe certain electrolyte properties as well as specific layer properties of a deposited layer only as a function of one of the two process conditions, flow velocity or current density.
Die erfindungsgemäße Beschichtungsvorrichtung ist beispielsweise dazu geeignet, die Prozessbedingungen, also die lokalen Stromdichten sowie die lokalen Strömungsgeschwindigkeiten, bei der Beschichtung eines Profilkörpers auf dessen Oberfläche zu bestimmen. Die Prozessbedingungen auf der Profilkörperoberfläche sind dabei von der Profilkörpergeometrie abhängig und können mithilfe bekannter Elektrolyteigenschaften aus den Eigenschaften einer abgeschiedenen Schicht ermittelt werden. Weiterhin kann die Beschichtungsvorrichtung zur Bestimmung der Charakteristik eines Elektrolyten (Elektrolyteigenschaften) verwendet werden, wobei mithilfe von bekannten Prozessbedingungen auf der Profilkörper oberfläche, auf welche eine Schicht abgeschieden wurde, aus den Eigenschaften der abgeschiedenen Schicht auf die Elektrolyteigenschaften rückgeschlossen wird. Eine weitere Anwendungsmöglichkeit der erfindungsgemäßen Beschichtungsvorrichtung liegt darin, eine Schicht mit zuvor festgelegten Schichteigenschaften abzuscheiden, wobei die Prozessbedingungen auf der Profilkörperoberfläche sowie die Elektrolyteigenschaften entsprechend im Voraus ausgewählt werden. Auf die Anwendung der erfindungsgemäßen Beschichtungsvorrichtung wird an späterer Stelle, wenn die jeweiligen erfindungsgemäßen Verfahren vorgestellt werden, eingegangen.The Coating device according to the invention is suitable, for example, for the process conditions, ie the local current densities as well as the local flow velocities, at the coating of a profile body on its surface to determine. The process conditions on the profile body surface are thereby of the profile body geometry dependent and can using known electrolyte properties from the properties a deposited layer are determined. Furthermore, the Coating device for determining the characteristic of a Electrolytes (electrolyte properties) can be used by using of known process conditions on the profile body surface, on which a layer was deposited from the properties of the deposited layer is concluded on the electrolyte properties. Another applicability the coating device according to the invention lies in it, a layer with predetermined layer properties deposition, with the process conditions on the profile body surface as well the electrolyte properties are selected accordingly in advance. On the application of the coating device according to the invention is later Body, when the respective methods according to the invention are presented, received.
Da die Beschichtungsvorrichtung vorzugsweise zum Abscheiden einer Schicht auf einem Profilkörper einsetzbar ist, sind der Profilkörper und die Gegenelektrode derart an eine Stromquelle angeschlossen, dass der Profilkörper als Kathode und die Gegenelektrode als Anode geschaltet sind. Soll im Gegensatz dazu beispielsweise eine Schicht aufgelöst werden, so wird der Profilkörper als Anode und die Gegenelektrode als Kathode geschaltet. Je nach Anwendungsbereich können Profilkörper und Gegenelektrode entsprechend an eine Stromquelle angeschlossen sein.There the coating device preferably for depositing a layer on a profile body can be used are the profile body and the counter electrode is connected to a power source, that the profile body are connected as the cathode and the counter electrode as the anode. Should in contrast, for example, a layer will be dissolved, this will be the profile body as the anode and the counter electrode as the cathode. Depending on the application can profile body and counter electrode connected to a power source accordingly be.
Der Profilkörper befindet sich bevorzugt vollständig oder teilweise in der Elektrolytflüssigkeit, während die Gegenelektrode ganz oder teilweise in dem Elektrolyten angeordnet sein kann.Of the profile body is preferably completely or partially in the electrolyte liquid while the counter electrode is completely or may be partially disposed in the electrolyte.
Die relative Bewegung zwischen Profilkörper und Elektrolyt kann entweder dadurch zustande kommen, dass sich der Profilkörper innerhalb des Elektrolyten mit einer bestimmten Drehgeschwindigkeit, welche proportional zur Umdrehungszahl ist, dreht oder dass der Elektrolyt gegenüber dem Profilkörper in Rotation versetzt ist. Zusätzlich besteht die Möglichkeit, dass sich sowohl der Profilkörper im Elektrolyten dreht als auch der Elektrolyt um den Profilkörper bewegt, wobei dabei die Drehgeschwindigkeit durch die Bewegung sowohl des Profilkörpers als auch des Elektrolyten beeinflusst wird. Die Rotation des Profilkörpers kann beispielsweise mit Hilfe eines Motors erfolgen. Der Elektrolyt kann mittels einer Rührers, einer Pumpe mit Düse oder mittels bewegter Paddel in Rotation versetzt werden. Die lokalen Strömungsgeschwindigkeiten können also durch eine einzige Strömung oder aber eine Überlagerung von zwei oder mehreren Strömungen bestimmt sein.The relative movement between profile body and electrolyte can either come about by the fact that the profile body within the electrolyte with a certain rotational speed which is proportional to Is the number of revolutions, rotates, or that the electrolyte is opposite to that Profile body in Rotation is offset. additionally it is possible, that is both the profile body in the electrolyte turns as well as the electrolyte moves around the profile body, while the rotational speed by the movement of both the profile body as well as the electrolyte is affected. The rotation of the profile body can for example, with the help of a motor. The electrolyte can by means of a stirrer, a Pump with nozzle or be set in rotation by means of moving paddles. The local flow rates can so by a single flow or an overlay of two or more currents be determined.
Die Beschichtungsvorrichtung kann weiterhin eine zusätzliche Düse aufweisen, welche für eine nichtlineare Strömung auf der Oberfläche des Profilkörpers sorgt. Es wird also zusätzlich zu der Relativbewegung zwischen Profilkörper und Gegenelektrode aus einer Richtung, welche nicht parallel zu der Strömung ist, welche durch die besagte Relativbewegung entsteht, eine zusätzlich Strömung zugeführt. Es kommt somit zu einer Überlagerung der Strömungen, welche die lokalen Prozessbedingungen auf der Profilkörperoberfläche beeinflusst.The Coating device may further comprise an additional nozzle, which is for a non-linear flow on the surface of the profile body provides. So it will be additional to the relative movement between profile body and counter electrode a direction which is not parallel to the flow passing through the said relative movement is created, fed an additional flow. There is thus an overlay the currents, which influences the local process conditions on the profile body surface.
Vorzugsweise weist der Profilkörper der erfindungsgemäßen Beschichtungsvorrichtung einen Querschnitt senkrecht zur Rotationsachse des Profilkörpers auf, welcher über die gesamte zu beschichtende Länge des Profilkörpers eine konstante Form aufweist. Als Profilkörper bietet sich somit ein Prisma an. Unter dem Begriff ”Prisma” ist ein länglicher Körper zu verstehen, welcher entlang einer Ebene einen beliebigen Querschnitt aufweist und dessen Querschnitt sich über die gesamte Länge nicht ändert bzw. dessen Querschnitt entlang einer Achse senkrecht zur Ebene gleich bleibt. Als Prisma kann neben länglichen Körpern mit beispielsweise drei- bis vieleckigem Querschnitt auch ein Blech oder eine Folie bezeichnet werden.Preferably has the profile body the coating device according to the invention a cross section perpendicular to the axis of rotation of the profile body, which over the entire length to be coated of the profile body has a constant shape. As profile body thus offers a Prism on. The term "prism" is a elongated body to understand which along a plane any cross-section and whose cross section does not change over the entire length or the Cross-section along an axis perpendicular to the plane remains the same. As a prism can be in addition to elongated bodies with, for example, three-polygonal cross-section and a metal sheet or a foil.
Der Profilkörper weist vorzugsweise eine Oberfläche im Bereich von 0,5 dm2 und 5 dm2 auf. Dementsprechend ist die Beschichtungsvorrichtung so konzipiert, dass ein Profilkörper mit einer solchen Oberfläche beschichtet werden kann.The profile body preferably has a surface in the range of 0.5 dm 2 and 5 dm 2 . Accordingly, the coating device is designed so that a profile body can be coated with such a surface.
Vorzugsweise ist die Form des Querschnitts des Profilkörpers derart ausgebildet, dass auf der Oberfläche des Profilkörpers entlang des Querschnitts ein Stromdichtegradient und ein Strömungsgeschwindigkeitsgradient erzeugbar sind.Preferably the shape of the cross section of the profile body is designed such that on the surface of the profile body along the cross-section a Stromdichtegradient and a flow velocity gradient can be generated.
Vorzugsweise weist der Profilkörper senkrecht zu seiner Rotationsachse einen nicht rotationssymmetrischen Querschnitt auf, wie beispielsweise einen drei- bis vieleckigen oder ellipsoidförmigen Querschnitt. Wird als Querschnitt eine eckige zweidimensionale Form gewählt, so weist der Profilkörper parallel zu seiner Rotationsachse Kanten mit einem Radius von mindestens 1 μm, insbesondere 10 μm, insbesondere 50 μm auf.Preferably, the profile body has a non-rotation perpendicular to its axis of rotation symmetrical cross section, such as a three- to polygonal or ellipsoidal cross-section. If an angular two-dimensional shape is selected as the cross section, the profile body has edges with a radius of at least 1 μm, in particular 10 μm, in particular 50 μm, parallel to its axis of rotation.
Die bereits angeführten vorteilhaften Ausbildungen sind insbesondere als Probekörper verwendbar. Außerdem können mittels der erfindungsgemäßen Beschichtungsvorrichtung Schichten auf Profilkörpern, welche ein reales Bauteil darstellen, abgeschieden werden. Solche Bauteile können dann verschiedene Geometrieelemente aufweisen, wie beispielsweise eine oder mehrere Bohrungen, eine oder mehrere Spalten, eine oder mehrere Nuten, eine oder mehrere Kanten, eine oder mehrere Rundungen und/oder einen oder mehrere Absätze, und/oder Bereiche mit starker Krümmung. Solche Profilkörper werden nach ihrer Beschichtung nicht zu Probezwecken analysiert oder verwendet, sondern in verschiedensten Bauelementen weiterverarbeitet.The already mentioned advantageous embodiments are particularly useful as specimens. Furthermore can by means of the coating device according to the invention Layers on profile bodies, which represent a real component, are deposited. Such Components can then have different geometry elements, such as one or more holes, one or more columns, one or more several grooves, one or more edges, one or more curves and / or one or more paragraphs, and / or areas of high curvature. Such profile body will be after being coated, not analyzed or used for test purposes, but further processed in various components.
In der Beschichtungsvorrichtung kann der Profilkörper zwischen zwei Blenden eingespannt sein, wobei beide Blenden leitend oder nichtleitend sein können oder wobei eine der beiden Blenden leitend und die zweite nichtleitend sein kann.In the coating device, the profile body between two panels be clamped, both apertures are conductive or non-conductive can or wherein one of the two apertures is conductive and the second non-conductive can be.
Die Drehgeschwindigkeit, welche durch die relative Bewegung zwischen Profilkörper und Elektrolyten definiert ist, ist veränderbar, d. h. es können verschiedene Drehgeschwindigkeiten eingestellt werden. So wird vorzugsweise vor Beginn des Abscheideprozesses eine bestimmte Drehgeschwindigkeit eingestellt, welche über den gesamten Beschichtungsprozess konstant gehalten wird. Vor einem weiteren Beschichtungsprozess kann die Drehgeschwindigkeit dann geändert werden. Die Drehgeschwindigkeit richtet sich nach dem jeweiligen Untersuchungsziel und kann jede mögliche Geschwindigkeit zwischen einer Minimalgeschwindigkeit und einer Höchstgeschwindigkeit annehmen. Durch die Änderung der Drehgeschwindigkeit können verschiedene Strömungsregime eingestellt werde beispielsweise laminare oder turbulente Strömungen.The Rotational speed, which is due to the relative movement between profile body and electrolyte is defined is changeable, d. H. it can be different Rotation speeds are set. This is preferred Beginning of the deposition process a certain rotational speed set which over the entire coating process is kept constant. Before a further coating process, the rotational speed can then changed become. The speed of rotation depends on the respective Examining goal and can any speed between a minimum speed and a maximum speed. By the change the rotational speed can different flow regimes For example, laminar or turbulent flows are adjusted.
Die Gegenelektrode der erfindungsgemäßen Beschichtungsvorrichtung kann aus einem oder mehreren Körpern zusammengesetzt sein. Ist die Gegenelektrode aus einem einzelnen Körper aufgebaut, so handelt es sich um einen länglichen Hohlkörper mit einem runden, einem kreisförmigen, einem elliptischen oder einem prismatischen Querschnitt, beispielsweise einen Hohlzylinder oder ein Hohlprisma. Weist die Gegenelektrode dagegen mehr als einen Körper auf, so sind diese einzelnen Körper länglich ausgeformt und weisen einen runden, elliptischen oder prismatischen Querschnitt auf. Es können also Hohl- oder Vollzylinder sowie Hohl- oder Vollprismen, aber auch Bleche oder Folien verwendet werden. Die einzelnen Körper können dann symmetrisch um den Profilkörper angeordnet sein. Vorzugsweise sind sie dann an einem Ring aus Metall befestigt. Die Länge des oder der die Gegenelektrode bildenden Körpers bzw. Körper weist vorzugsweise eine Länge größer als, gleich wie oder kleiner als die Länge des Profilkörpers auf.The Counterelectrode of the coating device according to the invention can be from one or more bodies be composed. Is the counter electrode of a single body constructed, so it is an elongated hollow body with a round, a circular, an elliptical or a prismatic cross section, for example a hollow cylinder or a hollow prism. Indicates the counter electrode but more than one body on, so are these individual bodies elongated and have a round, elliptical or prismatic cross-section on. It can So hollow or solid cylinder and hollow or full prisms, but also sheets or foils are used. The individual bodies can then symmetrical about the profile body be arranged. Preferably, they are then on a ring of metal attached. The length of the or the body or body forming the counterelectrode preferably a length greater than, equal to or smaller than the length of the profile body.
Vorzugsweise ist der Profilkörper im Inneren der Gegenelektrode, welche aus einem oder mehreren Körpern bestehen kann, so positioniert, dass der Abstand zwischen dem Profilkörper und dem oder den die Gegenelektrode bildenden Körpern konstant oder variabel ist. Je nach Anordnung können unterschiedliche Stromdichtegradienten erzeugt werden.Preferably is the profile body in the interior of the counterelectrode, which consist of one or more bodies can, so positioned that the distance between the profile body and the body or bodies forming the counterelectrode are constant or variable is. Depending on the arrangement can different current density gradients are generated.
Die Gegenelektrode der erfindungsgemäßen Beschichtungsvorrichtung kann relativ zum Elektrolyten und/oder relativ zum Profilkörper drehbar sein. Dazu kann beispielsweise ein Motor eingesetzt werden.The Counterelectrode of the coating device according to the invention can be rotatable relative to the electrolyte and / or relative to the profile body be. For this purpose, for example, a motor can be used.
Im Folgenden werden nun verschiedene Verfahren beschrieben, deren Ziel darin liegt, entweder die Prozessbedingungen auf der Oberfläche eines Profilkörpers zu bestimmen oder die Elektrolyteigenschaften zu bestimmen oder eine Schicht mit vorbestimmten Schichteigenschaften abzuscheiden.in the Next, various methods will be described, their purpose This is either due to the process conditions on the surface of a profile body determine or determine the electrolyte properties or one Deposit layer with predetermined layer properties.
Zunächst seien nun ein Profilkörper mit einer Oberflächenform A und ein Elektrolyt A mit bekannten Abscheideeigenschaften vorhanden. Dabei sind die Prozessbedingungen, also die Strömungsgeschwindigkeitsverteilung und/oder die Stromdichteverteilung auf der Oberfläche des Profilkörpers mit der Oberflächenform A unbekannt. Die Abscheidebedingungen des Elektrolyten A dagegen, welche zumindest durch eine erste, mindestens von den lokalen Strömungsgeschwindigkeiten abhängige Eigenschaft und/oder durch eine zweite, mindestens von den lokalen Stromdichten abhängige Eigenschaft beschrieben werden, sind bekannt. Die Aufgabe des nachfolgend beschriebenen Verfahrens liegt darin, zumindest die Strömungsgeschwindigkeitsverteilung und/oder die Stromdichteverteilung auf der Oberfläche des Profilkörpers zu bestimmen. Dazu wird in einem Verfahrensschritt A der Profilkörper mit der Oberflächenform A als Elektrode und der Elektrolyt A mit einer vorbestimmten konstanten Drehgeschwindigkeit im Inneren einer Gegenelektrode relativ zueinander rotiert. Durch Anlegen eines Stromes zwischen dem Profilkörper und der Gegenelektrode wird eine Schicht galvanisch abgeschieden. In einem darauf folgenden Verfahrensschritt B wird dann die abgeschiedene Schicht analysiert. Dazu wird mindestens eine Eigenschaft der Schicht, welche zumindest durch die erste und/oder die zweite Eigenschaft des Elektrolyten A beeinflusst wird, bestimmt. Beispiele für die mindestens eine Eigenschaft der abgeschiedenen Schicht sind die Schichtdicke, die Schichtzusammensetzung oder die Schichthärte. Je nach Versuchsziel wird in einem Verfahrensschritt C mithilfe der ersten und/oder der zweiten Eigenschaft des Elektrolyten A sowie der mindestens einen Eigenschaft der abgeschiedenen Schicht, welche im Verfahrensschritt B bestimmt wurde, entweder die Strömungsgeschwindigkeitsverteilung auf der Oberfläche des Profilkörpers mit der Oberflächenform A oder aber die Stromdichteverteilung auf der Oberfläche des Profilkörpers mit der Oberflächenform A oder auch die Strömungsgeschwindigkeitsverteilung und die Stromdichteverteilung auf der Oberfläche des besagten Profilkörpers bestimmt.First of all, a profile body with a surface form A and an electrolyte A with known separation properties will be present. The process conditions, ie the flow velocity distribution and / or the current density distribution on the surface of the profile body with the surface shape A are unknown. By contrast, the deposition conditions of the electrolyte A, which are described at least by a first property, which is dependent on the local flow velocities, and / or by a second property, which depends at least on the local current densities, are known. The object of the method described below is to determine at least the flow velocity distribution and / or the current density distribution on the surface of the profile body. For this purpose, in a method step A, the profile body with the surface form A is rotated as an electrode and the electrolyte A is rotated relative to one another at a predetermined constant rotational speed in the interior of a counterelectrode. By applying a current between the profile body and the counter electrode, a layer is electrodeposited. In a subsequent process step B, the deposited layer is then analyzed. For this purpose, at least one property of the layer, which is influenced at least by the first and / or the second property of the electrolyte A, is determined. Examples for the at least one property of the deposited layer are the layer thickness, the layer composition or the layer hardness. Depending on the test objective, in a method step C using the first and / or the second property of the electrolyte A and the at least one property of the deposited layer which was determined in method step B, either the flow velocity distribution on the surface of the profile body with the surface shape A or determines the current density distribution on the surface of the profile body with the surface shape A or the flow velocity distribution and the current density distribution on the surface of said profile body.
Sollen sowohl die lokalen Strömungsgeschwindigkeiten als auch die lokalen Stromdichten auf der Oberfläche eines Profilkörpers mit der Oberflächenform A bestimmt werden, so besteht die Möglichkeit, zunächst aus einem Elektrolyten Ax mit bekannten Abscheideeigenschaften auf einem Profilkörper mit der Oberflächenform A galvanisch eine Schicht abzuscheiden, die Schicht zu analysieren und aus den Ergebnissen die lokalen Strömungsgeschwindigkeiten auf der Profilkörperoberfläche zu bestimmen. Anschließend kann aus einem Elektrolyten Ay, wiederum mit bekannten Abscheideeigenschaften, auf einem Profilkörper mit der Oberflächenform A galvanisch eine Schicht abgeschieden werden, die Schicht vermessen werden und aus den Messergebnissen die lokalen Stromdichten bestimmt werden. Natürlich kann zunächst auch ein Profilkörper mit der Oberflächenform A beschichtet werden und die abgeschiedene Schicht analysiert werden, um zunächst die lokalen Stromdichten zu ermitteln.Should both the local flow rates as well as the local current densities on the surface of a profile body with the surface shape A be determined, so there is a possibility, first off an electrolyte Ax with known deposition properties on one profile body with the surface shape A galvanic deposit a layer, analyze the layer and from the results on the local flow velocities to determine the profile body surface. Subsequently can consist of an electrolyte Ay, again with known separation properties, on a profile body with the surface shape A galvanic deposit a layer, measure the layer and determine the local current densities from the measurement results become. Naturally can first also a profile body with the surface shape A can be coated and the deposited layer analyzed, at first the to determine local current densities.
Sind nun ein Elektrolyt A mit bekannten Abscheideeigenschaften, ein Elektrolyt B mit unbekannten Abscheideeigenschaften und ein Profilkörper mit der Oberflächenform A, wobei die lokalen Strömungsgeschwindigkeiten und die lokalen Stromdichten auf dessen Oberfläche unbekannt sind, vorhanden, so können zunächst die lokalen Strömungsgeschwindigkeiten und/oder die lokalen Stromdichten auf der Oberfläche des Profilkörpers mit der Oberflächenform A, wie oben bereits beschrieben, bestimmt werden. Anschließend besteht die Möglichkeit, mithilfe der Strömungsgeschwindigkeitsverteilung und/oder der Stromdichteverteilung auf der Profilkörperoberfläche die Abscheideeigenschaften des Elektrolyten B zu bestimmen. Dazu wird in einem Verfahrensschritt D aus einem Elektrolyten B auf einem Profilkörper mit der Oberflächenform A galvanisch eine Schicht abgeschieden, wobei der Profilkörper und der Elektrolyt B mit einer vorbestimmten konstanten Drehgeschwindigkeit, vorzugsweise mit der im Verfahrensschritt A verwendeten Drehgeschwindigkeit, im Inneren einer Gegenelektrode relativ zueinander rotieren und wobei Profilkörper und Gegenelektrode an einer Stromquelle angeschlossen sind. In einem Verfahrensschritt E wird dann die abgeschiedene Schicht, welche mindestens eine Eigenschaft aufweist, die zumindest von der ersten und/oder zweiten Eigenschaft des Elektrolyten B abhängt, bezüglich mindestens einer dieser Eigenschaften analysiert. Beispielsweise kann die Schichtdicke gemessen oder die Schichtzusammensetzung oder die Schichthärte bestimmt werden. Mithilfe der lokalen Strömungsgeschwindigkeiten und/oder der lokalen Stromdichten auf der Oberfläche des Profilkörpers mit der Oberflächenform A sowie der mindestens einen im Verfahrensschritt E bestimmten Eigenschaft der Schicht kann nun die Abhängigkeit der ersten und/oder zweiten Eigenschaft des Elektrolyten B von Stromdichte oder Strömungsgeschwindigkeit bestimmt werden. Zu den Eigenschaften eines Elektrolyten zählen beispielsweise die Abscheidegeschwindigkeit, die Strom ausbeute und/oder die die Zusammensetzung der abgeschiedenen Schicht.are now an electrolyte A with known separation properties, an electrolyte B with unknown Abscheideeigenschaften and a profile body with the surface shape A, where the local flow velocities and the local current densities on the surface are unknown, present, so can first the local flow velocities and / or the local current densities on the surface of the profile body with the surface shape A, as already described above, are determined. Then exists the possibility, using the flow velocity distribution and / or the current density distribution on the profile body surface the deposition properties of the electrolyte B to determine. This is done in one step D from an electrolyte B on a profile body with the surface shape A galvanically deposited a layer, wherein the profile body and the Electrolyte B at a predetermined constant rotational speed, preferably with the rotational speed used in method step A, in Inside a counter electrode rotate relative to each other and where profile body and counter electrode are connected to a power source. In one process step E then becomes the deposited layer, which has at least one property comprising, at least from the first and / or second property depends on the electrolyte B, at least analyzed one of these properties. For example, the layer thickness measured or the layer composition or the layer hardness determined become. Using the local flow velocities and / or the local current densities on the surface of the profile body with the surface shape A and the at least one property determined in method step E Layer can now dependency the first and / or second property of the electrolyte B of current density or flow rate be determined. The properties of an electrolyte include, for example the deposition rate, the current yield and / or the Composition of the deposited layer.
Sollen mithilfe eines Elektrolyten A mit bekannten Abscheideeigenschaften und eines Profilkörpers mit einer Oberflächenform A, wobei die Stromdichteverteilung und/oder die Strömungsgeschwindigkeitsverteilung auf dessen Oberfläche unbekannt ist, die Abscheideeigenschaften von weiteren Elektrolyten bestimmt werden, so kann mit diesen, wie für den Elektrolyten B beschrieben, verfahren werden.Should using an electrolyte A with known deposition properties and a profile body with a surface shape A, wherein the current density distribution and / or the flow velocity distribution on its surface is unknown, the deposition properties of other electrolytes can be determined with these, as described for the electrolyte B, be moved.
An dieser Stelle wird nun als Ausgangspunkt eines weiteren erfindungsgemäßen Verfahrens die Situation gewählt, dass ein Elektrolyt B, dessen Abscheideeigenschaften unbekannt sind, und ein Profilkörper mit einer Oberflächenform B, wobei die Stromdichteverteilung und die Strömungsgeschwindigkeitsverteilung auf dessen Oberfläche bekannt sind, vorhanden sind. Die Aufgabe besteht nun darin, zumindest eine erste und/oder eine zweite Eigenschaft des Elektrolyten B zu bestimmen, wobei die erste Eigenschaft mindestens von der lokalen Strömungsgeschwindigkeit und die zweite Eigenschaft mindestens von den lokalen Stromdichten auf der Oberfläche des Profilkörpers mit der Oberflächenform B abhängt. Dazu werden nun in einem Verfahrensschritt A ein Profilkörper als Elektrode und ein Elektrolyt B mit einer vordefinierten konstanten Drehgeschwindigkeit im Inneren einer Gegenelektrode relativ zueinander rotiert, wobei Profilkörper und Gegenelektrode an eine Stromquelle angeschlossen sind. Dabei wird nun galvanisch eine Schicht abgeschieden. Die abgeschiedene Schicht weist mindestens eine Eigenschaft auf, welche zumindest von der ersten und/oder der zweiten Eigenschaft des Elektrolyten B abhängt. In einem Verfahrensschritt B wird die abgeschiedene Schicht bezüglich mindestens einer ihrer Eigenschaften vermessen. Aus den gemessenen Werten für die mindestens eine Schichteigenschaft sowie mithilfe der bekannten Werte für die Strömungsgeschwindigkeitsverteilung und die Stromdichteverteilung auf der Oberfläche des Profilkörpers mit der Oberflächenform B kann nun in einem Verfahrensschritt C die erste und/oder die zweite Eigenschaft des Elektrolyten B bestimmt werden. Als erste oder zweite Eigenschaft des Elektrolyten kann die Abscheidegeschwindigkeit und/oder die Stromausbeute gezählt werden.At this point, the starting point of a further method according to the invention is the situation where an electrolyte B whose deposition properties are unknown and a profile body with a surface shape B, the current density distribution and the flow velocity distribution being known on its surface, are present. The object is now to determine at least one first and / or one second property of the electrolyte B, wherein the first property depends on at least the local flow velocity and the second property depends at least on the local current densities on the surface of the profile body having the surface shape B. For this purpose, in a method step A, a profile body as an electrode and an electrolyte B are rotated relative to each other at a predefined constant rotational speed in the interior of a counterelectrode, profile body and counterelectrode being connected to a current source. In this case, a layer is now deposited galvanically. The deposited layer has at least one property which depends at least on the first and / or the second property of the electrolyte B. In a method step B, the deposited layer is measured with respect to at least one of its properties. From the measured values for the at least one layer property as well as the known values for the flow velocity keitsverteilung and the current density distribution on the surface of the profile body with the surface shape B can now be determined in a process step C, the first and / or the second property of the electrolyte B. As a first or second property of the electrolyte, the deposition rate and / or the current efficiency can be counted.
Mithilfe eines Profilkörpers mit einer Oberflächenform B, wobei die Stromdichteverteilung und/oder die Strömungsgeschwindigkeitsverteilung auf dessen Oberfläche bekannt sind, können nach dem beschriebenen Verfahren sämtliche Elektrolyte mit unbekannten Abscheideeigenschaften untersucht werden. Dies hat den Vorteil, dass z. B. neu entwickelte Elektrolyte schnell bezüglich ihrer Abscheideeigenschaften untersucht und somit, falls geeignete Einsatzmöglichkeiten vorhanden sind, industriell eingesetzt werden können.aid a profile body with a surface shape B, wherein the current density distribution and / or the flow velocity distribution on its surface are known according to the method described all electrolytes with unknown Separation properties are examined. This has the advantage that z. For example, newly developed electrolytes quickly become Abscheideeigenschaften examined and thus, if appropriate applications are present, can be used industrially.
Wird nun davon ausgegangen, dass ein Elektrolyt B mit unbekannten Abscheideeigenschaften, ein Profilkörper mit der Oberflächenform A, wobei die Strömungsgeschwindigkeitsverteilung und die Stromdichteverteilung auf dessen Oberfläche unbekannt sind, und ein Profilkörper mit der Oberflächenform B, wobei die Strömungsgeschwindigkeitsverteilung und die Stromdichteverteilung auf dessen Oberfläche bekannt sind, vorhanden sind, so können die lokalen Strömungsgeschwindigkeiten und/oder die lokalen Stromdichten auf der Oberfläche des Profilkörpers mit der Oberflächenform A bestimmt werden, indem wie nachfolgend beschrieben verfahren wird. Zunächst wird wie in dem gerade beschriebenen Verfahren in den Verfahrensschritten A bis C die erste und/oder die zweite Eigenschaft des Elektrolyten bestimmt. Anschließend wird in einem Verfahrensschritt D auf einem Profilkörper mit der Oberflächenform A aus dem Elektrolyten B galvanisch eine Schicht abgeschieden, wobei der Profilkörper als Elektrode und der Elektrolyt B mit einer vorbestimmten konstanten Drehgeschwindigkeit im Inneren einer Gegenelektrode relativ zueinander rotieren und wobei der Profilkörper und die Gegenelektrode an eine Stromquelle angeschlossen sind. Die abgeschiedene Schicht weist wieder mindestens eine Eigenschaft auf, welche zumindest von der ersten und/oder der zweiten Eigenschaft des Elektrolyten B abhängt. In einem Verfahrensschritt E wird die abgeschiedene Schicht bezüglich mindestens einer ihrer Eigenschaften analysiert. In einem anschließenden Verfahrensschritt F können nun mithilfe der im Verfahrensschritt C bestimmten Werte für die erste und/oder die zweite Eigenschaft des Elektrolyten sowie der mindestens einen im Verfahrensschritt E bestimmten Eigenschaft der Schicht die lokalen Strömungsgeschwindigkeiten und/oder die lokalen Stromdichten auf der Oberfläche eines Profilkörpers mit der Oberflächenform A ermittelt werden.Becomes now assumed that an electrolyte B with unknown separation properties, a profile body with the surface shape A, where the flow velocity distribution and the current density distribution on its surface are unknown, and a profile body with the surface shape B, where the flow velocity distribution and the current density distribution on the surface thereof are known are, so can the local flow velocities and / or the local current densities on the surface of the profile body with the surface shape A can be determined by proceeding as described below. First, will as in the process just described in the process steps A to C the first and / or the second property of the electrolyte certainly. Subsequently is in a step D on a profile body with the surface shape A from the electrolyte B electrodeposited a layer, wherein the profile body as the electrode and the electrolyte B at a predetermined constant rotational speed rotate inside a counter electrode relative to each other and the profile body and the counter electrode are connected to a power source. The deposited layer again has at least one property which at least of the first and / or the second property of the electrolyte B depends. In a method step E, the deposited layer is at least one of their properties analyzed. In a subsequent process step F can now using the values determined in step C for the first and / or the second property of the electrolyte and the at least a property of the layer determined in method step E. the local flow velocities and / or the local current densities on the surface of a profile body with the surface shape A can be determined.
Bezüglich des gerade beschriebenen Verfahrens ist zumindest eine zusätzliche Variante zu erwähnen: Mithilfe des Profilkörpers mit der Oberflächenform B, wobei die Strömungsgeschwindigkeitsverteilung und/oder die Stromdichteverteilung auf dessen Oberfläche bekannt sind, kann ein Elektrolyt Bx und ein Elektrolyt By, deren Abscheideeigenschaften jeweils unbekannt sind, analysiert und deren Abscheideeigenschaften ermittelt werden. Anschließend kann ein Profilkörper mit der Oberflächenform A mithilfe des einen vorher analysierten Elektrolyten Bx beschichtet und die abgeschiedene Schicht analysiert werden. Aus den bekannten Werten kann nun die Strömungsgeschwindigkeitsverteilung berechnet werden. Weiterhin kann ein Profilkörper mit der Oberflächenform A in dem Elektrolyten By, dessen Abscheideeigenschaften zuvor bestimmt wurden, beschichtet und die abgeschiedene Schicht analysiert werden. Daraus kann nun auf die lokalen Stromdichten rückgeschlossen werden. Somit können mithilfe zweier Elektrolyten Bx und By die Stromdichteverteilung und die Strömungsgeschwindigkeitsverteilung bestimmt werden. Dabei ist es unerheblich, ob zunächst die Strömungsgeschwindigkeitsverteilung oder die Stromdichteverteilung ermittelt wird.Regarding the just described method is at least one additional Variant to mention: Using the profile body with the surface shape B, where the flow velocity distribution and / or the current density distribution on the surface thereof can, an electrolyte Bx and an electrolyte By, their deposition properties are each unknown, analyzed and their Abscheideeigenschaften be determined. Subsequently can be a profile body with the surface shape A coated using the previously analyzed electrolyte Bx and the deposited layer are analyzed. From the known ones Values can now be the flow velocity distribution be calculated. Furthermore, a profile body with the surface shape A in the electrolyte By, whose precipitation properties were previously determined coated and the deposited layer are analyzed. from that can now be deduced on the local current densities. Consequently can using two electrolytes Bx and By the current density distribution and the flow velocity distribution be determined. It is irrelevant whether the first Flow velocity distribution or the current density distribution is determined.
Mithilfe von Simulationsprogrammen für elektrische Potential- und Feldverteilung kann die Stromdichteverteilung auf der Oberfläche eines Profilkörpers mit der Oberflächenform A, wobei die Stromdichteverteilung und/oder die Strömungsgeschwindigkeitsverteilung auf dessen Oberfläche unbekannt sind, mittels Simulation ermittelt werden. Es besteht also die Möglichkeit, dass mithilfe der oben beschriebenen Verfahren zur Bestimmung der Stromdichteverteilung und/oder der Strömungsgeschwindigkeitsverteilung auf der Oberfläche eines Profilkörpers mit der Oberflächenform A lediglich eine Bestimmung der Strömungsgeschwindigkeitsverteilung durchgeführt wird. Die Stromdichteverteilung dagegen wird durch Simulation mithilfe der bekannten Geometrie der Oberflächenform A ermittelt. Eine solche Vorgehensweise erspart die zusätzliche Bestimmung von Schichtparametern der abgeschiedenen Schicht, welche zumindest von den lokalen Stromdichten auf der Oberfläche des Profilkörpers abhängen.aid of simulation programs for electrical Potential and field distribution can be the current density distribution the surface a profile body with the surface shape A, wherein the current density distribution and / or the flow velocity distribution on its surface are unknown, can be determined by simulation. It exists So the possibility that by using the methods described above to determine the current density distribution and / or the flow velocity distribution on the surface a profile body with the surface shape A merely a determination of the flow velocity distribution carried out becomes. The current density distribution, on the other hand, is assisted by simulation the known geometry of the surface shape A determined. A such an approach saves the additional determination of layer parameters the deposited layer, which at least from the local current densities on the surface depend on the profile body.
Ist zur Bestimmung der Stromdichteverteilung auf der Oberfläche eines Profilkörpers mit der Oberflächenform A die Beschichtung eines Profilkörpers mit einem zusätzlichen Elektrolyten notwendig, so kann die Stromdichte mithilfe der Simulation kostengünstiger und einfacher bestimmt werden.is for determining the current density distribution on the surface of a profile body with the surface shape A is the coating of a profile body with an additional Electrolytes necessary, so can the current density using the simulation cost-effective and be determined more easily.
Sind nun besondere Anforderungen an die Schichteigenschaften einer abgeschiedenen Schicht gestellt, so besteht die Möglichkeit, mithilfe der bekannten Strömungsgeschwindigkeitsverteilung und/oder der bekannten Stromdichteverteilung auf der Oberfläche eines Profilkörpers und einer ersten mindestens von lokalen Strömungsgeschwindigkeiten abhängigen Eigenschaften und/oder einer zweiten mindestens von lokalen Stromdichten abhängigen Eigenschaft eines Elektrolyten die freien Parameter im Abscheideprozess zu bestimmen. Zu den freien Parametern im Abscheideprozess gehören der angelegte Strom und im Falle von gepulstem Strom auch die Pulsparameter, die Umdrehungszahl, durch welche die Drehgeschwindigkeit von Profilkörpern relativ zum dem Elektrolyten beeinflusst ist, oder auch die Dauer des Abscheideprozesses. Wurden nun, wie weiter oben beschrieben, die Strömungsgeschwindigkeitsverteilung und/oder die Stromdichteverteilung auf der Oberfläche eines Profilkörpers mit der Oberflächenform A mithilfe eines Elektrolyten A, dessen Abscheideeigenschaften bekannt sind, oder mithilfe eines Profilkörpers mit der Oberflächenform B, wobei die Stromdichteverteilung und/oder die Strömungsgeschwindigkeitsverteilung auf dessen Oberfläche bekannt ist, und eines Elektrolyten B, dessen Abscheideeigenschaften unbekannt sind, oder mittels Simulation bestimmt, so besteht anschließend die Möglichkeit, in einem nachfolgenden Verfahrensschritt aus der ersten mindestens von lokalen Strömungsgeschwindigkeiten abhängigen Eigenschaften und/oder der zweiten mindestens von lokalen Stromdichten abhängigen Eigenschaft des Elektrolyten A, welche entweder vorher bekannt waren oder mithilfe des Profilkörpers mit der Oberflächenform B bestimmt wurden, und den zuvor bestimmten lokalen Strömungsgeschwindigkeiten und/oder den lokalen Stromdichten auf der Oberfläche eines Profilkörpers mit der Oberflächenform A die Bedingungen für das Abscheiden einer Schicht, welche mindestens eine vorgegebene Schichteigenschaft aufweisen soll, zu berechnen. Dabei müssen während des Abscheideprozesses die lokalen Strömungsgeschwindigkeiten und/oder die lokalen Stromdichten auf der Oberfläche des zu beschichtenden Profilkörpers über die freien Parameter des Abscheideprozesses so gesteuert werden, dass die abgeschiedene Schicht die Vorgaben bezüglich mindestens einer ihrer Schichteigenschaften einhält.If special requirements are placed on the layer properties of a deposited layer, it is possible to use the known flow velocity distribution and / or the known current density distribution on the surface of a profile body and a first at least dependent on local flow velocities and / or a second at least dependent on local current densities property of an electrolyte to determine the free parameters in the deposition process. The free parameters in the deposition process include the applied current and, in the case of pulsed current, the pulse parameters, the number of revolutions by which the rotational speed of profile bodies is influenced relative to the electrolyte, or the duration of the deposition process. Were now, as described above, the flow velocity distribution and / or the current density distribution on the surface of a profile body with the surface shape A by means of an electrolyte A whose Abscheideeigenschaften are known, or by means of a profile body with the surface shape B, wherein the current density distribution and / or Flow velocity distribution on the surface is known, and an electrolyte B whose Abscheiderep properties are unknown, or determined by simulation, it is then possible, in a subsequent process step from the first at least local flow velocities dependent properties and / or the second at least local current densities dependent property of the electrolyte A, which were either previously known or determined by means of the profile body with the surface shape B, and the previously determined local flow velocities u nd / or the local current densities on the surface of a profile body with the surface shape A, the conditions for the deposition of a layer, which should have at least one predetermined layer property to calculate. During the deposition process, the local flow velocities and / or the local current densities on the surface of the profile body to be coated must be controlled via the free parameters of the deposition process in such a way that the deposited layer complies with the specifications regarding at least one of its layer properties.
Wurden dagegen, wie weiter oben beschrieben, die erste mindestens von lokalen Strömungsgeschwindigkeiten abhängige Eigenschaft und/oder die zweite mindestens von lokalen Stromdichten abhängige Eigenschaft des Elektrolyten B mithilfe eines Profilkörpers mit der Oberflächenform B, wobei die lokalen Strömungsgeschwindigkeiten und/oder die lokalen Stromdichten auf dessen Oberfläche bekannt sind, oder mithilfe eines Elektrolyten A, dessen erste und/oder zweite Eigenschaft bekannt sind, und eines Profilkörpers mit der Oberflächenform B, wobei die lokalen Strömungsgeschwindigkeiten und/oder die lokalen Stromdichten bekannt sind, bestimmt, so können basierend auf den ermittelten Ergebnissen die freien Parameter für den Abscheideprozess einer Schicht mit mindestens einer vorgegebenen Schichteigenschaft rückgeschlossen werden. Je nach vorgegebener Schichteigenschaft müssen die freien Parameter des Abscheideprozesses entsprechend eingestellt werden, so dass während des Abscheideprozesses die lokalen Strömungsgeschwindigkeiten und/oder die lokalen Stromdichten so gewählt sind, dass eine Schicht mit mindestens einer vorgegebenen Eigenschaft, z. B. Mindestdicke oder Mindesthärte etc., abgeschieden werden kann.were on the other hand, as described above, the first at least local flow rates dependent Property and / or the second at least of local current densities dependent Property of the electrolyte B using a profile body with the surface shape B, where the local flow velocities and / or the local current densities are known on its surface, or by means of an electrolyte A, the first and / or second Property are known, and a profile body with the surface shape B, where the local flow velocities and / or the local current densities are known, so can be based on the determined results the free parameters for the deposition process a layer having at least one predetermined layer property inferred become. Depending on the given layer property, the set free parameters of the deposition process accordingly so while the deposition process, the local flow velocities and / or the local current densities chosen so are that a layer with at least one given property, z. B. minimum thickness or minimum hardness etc., can be deposited.
Sind nun die freien Parameter für den Abscheideprozess bestimmt, so kann eine Schicht mit mindestens einer vorbestimmten Schichteigenschaft auf einem Profilkörper abgeschieden werden. Dabei ist der Profilkörper als Elektrode ausgebildet. Profilkörper und Elektrode rotieren relativ zueinander im Inneren einer Gegenelektrode. Bei einem angelegten Strom kann nun eine Schicht mit einer vorbestimmten Schichteigenschaft galvanisch abgeschieden werden. Es ist zu beachten, dass auch die Dauer des Abscheidevorgangs und/oder die Temperatur während des Abscheindevorgengs Einfluss auf die Schichteigenschaften der abgeschiedenen Schicht nehmen kann.are now the free parameters for determines the deposition process, so a layer with at least a predetermined layer property deposited on a profile body become. Here is the profile body formed as an electrode. Rotate profile body and electrode relative to each other inside a counter electrode. With a current applied can now have a layer with a predetermined layer property be deposited galvanically. It should be noted that the Duration of the deposition process and / or the temperature during the Abscheindevorgengs influence on the layer properties of the deposited Can take shift.
Im Folgenden werden weitere Merkmale der oben beschriebenen Verfahrensvarianten erklärt. Diese beziehen sich auf sämtliche Verfahrensvarianten, unabhängig davon, ob ein Elektrolyt mit bekannten (A) oder unbekannten (B) Eigenschaften und/oder ein Profilkörper mit unbekannten (A) oder bekannten (B) Prozessbedingungen auf seiner Oberfläche oder aber mehrere unterschiedliche Elektrolyten und/oder Profilkörper mit unterschiedlichen Oberflächenformen vorgegeben sind.in the Below are further features of the method variants described above explained. These refer to all Process variants, independent whether an electrolyte with known (A) or unknown (B) Properties and / or a profile body with unknown (A) or known (B) process conditions on its surface or several different ones Electrolytes and / or profile body with different surface shapes are predetermined.
Bei jeder der beschriebenen Verfahrensvarianten können sich die lokalen Strömungsgeschwindigkeiten nicht nur aus der relativen Drehgeschwindigkeit des Profilkörpers in dem Elektrolyten, sondern auch aus einer Überlagerung von zwei oder mehreren Strömungen, welche beispielsweise durch die Drehung des Profilkörpers und durch zusätzliche Düsen hervorgerufen werden, ergeben.at Each of the process variants described may have local flow rates not only from the relative rotational speed of the profile body in the electrolyte, but also from a superposition of two or more currents, which, for example, by the rotation of the profile body and by additional Caused nozzle will result.
Es besteht für jede Verfahrensvariante die Möglichkeit, einen oder mehrere der Verfahrensschritte mehrfach durchzuführen. Dabei können verschiedene Parameter verändert werden, um letztlich Abhängigkeiten zwischen diversen Eigenschaften von Elektrolyten und/oder von Profilkörperformen und/oder der abgeschiedenen Schicht herauszufinden.It exists for every process variant the possibility perform one or more of the method steps multiple times. there can changed different parameters become, ultimately, dependencies between various properties of electrolytes and / or of profile body shapes and / or to find out the deposited layer.
Die Verfahrensschritte A bis C und/oder D bis F der unterschiedlichen Verfahrensvarianten können vorzugsweise für gleiche oder unterschiedliche Elektrolyte und/oder für Profilkörper mit gleichen oder unterschiedlichen Oberflächenformen wiederholt werden. Außerdem kann jeweils die Drehgeschwindigkeit und/oder die Stromstärke beibehalten oder verändert werden. Auch die Dauer des Abscheideprozesses kann variiert werden. Dies ermöglicht beispielsweise, mithilfe eines Profilkörpers die erste und/oder die zweite Eigenschaft verschiedener Elektrolyte zu bestimmen oder mithilfe eines bestimmten Elektrolyten die Stromdichteverteilung und die Strömungsgeschwindigkeitsverteilung auf Profilkörpern mit unterschiedlichen Oberflächenformen zu bestimmen. Außerdem können mithilfe mehrerer Profilkörper mit unterschiedlichen Oberflächenformen, wobei jeweils die lokalen Stromdichten und die lokalen Strömungsgeschwindigkeiten bekannt sind, die erste und/oder die zweite Eigenschaft eines Elektrolyten mit besonders geringem Fehler bestimmt werden. Mithilfe mehrerer Elektrolyte mit unterschiedlichen bekannten Abscheideeigenschaften können mit besonders geringem Fehler die lokalen Strömungsgeschwindigkeiten und die lokalen Stromdichten ermittelt werden. Außerdem kann durch das Verändern der Drehgeschwindigkeit in einem wiederholten Verfahrensschritt der Zusammenhang zwischen Drehgeschwindigkeit und den lokalen Strömungsgeschwindigkeiten bestimmt werden. Ebenso kann durch eine Veränderung der Stromstärke in einem wiederholten Verfahrensschritt der Zusammenhang zwischen Stromstärke und den lokalen Stromdichten ermittelt werden.The process steps A to C and / or D to F of the different process variants may preferably for the same or different electrolytes and / or profile body with the same or un different surface shapes are repeated. In addition, each of the rotational speed and / or the current can be maintained or changed. The duration of the deposition process can also be varied. This makes it possible, for example, to determine the first and / or the second property of different electrolytes by means of a profile body, or to determine the current density distribution and the flow velocity distribution on profile bodies having different surface shapes by means of a specific electrolyte. In addition, by means of a plurality of profiled bodies with different surface shapes, wherein the local current densities and the local flow velocities are known in each case, the first and / or the second property of an electrolyte can be determined with a particularly low error. With the help of several electrolytes with different known precipitation properties, the local flow velocities and the local current densities can be determined with a very low error. In addition, by varying the rotational speed in a repeated process step, the relationship between the rotational speed and the local flow velocities can be determined. Likewise, the relationship between current intensity and the local current densities can be determined by a change in the current intensity in a repeated process step.
Um zu Versuchszwecken oder auch zu Nichtprobezwecken eine Schicht galvanisch abzuscheiden, werden Profilkörper und Gegenelektrode so an eine Stromquelle angeschlossen, dass der Profilkörper als Kathode und die Gegenelektrode als Anode geschaltet ist. Eine entgegengesetzte Schaltung, d. h. wenn der Profilköper als Anode und die Gegenelektrode als Kathode geschaltet ist, würde zum Auflösen einer Schicht führen. Auch dabei können Rückschlüsse auf die lokalen Strömungsgeschwindigkeiten und/oder die lokalen Stromdichten auf der Profilkörperoberfläche bzw. die erste und/oder die zweite Eigenschaft eines Elektrolyten gezogen werden.Around For experimental purposes or for non-test purposes, a layer of galvanic be deposited, profile body and counter electrode so connected to a power source that the profile body as the cathode and the counter electrode is connected as an anode. A opposite circuit, d. H. if the profile body as Anode and the counter electrode is connected as a cathode, would Dissolve to lead a shift. Can also do it Conclusions on the local flow velocities and / or the local current densities on the profile body surface or pulled the first and / or the second property of an electrolyte become.
Als Profilkörper können einerseits Probekörper, andererseits reale Bauteile eingesetzt werden. Probekörper sind vorzugsweise länglich ausgebildet und weisen einen nicht rotationssymmetrischen Querschnitt auf, wie z. B. Prismen. Die Probekörper können dabei sowohl als Hohlkörper als auch als Vollkörper ausgebildet sein. Profilkörper, welche ein reales Bauteil darstellen, weisen ebenso wie Probekörper vorzugsweise verschiedene Geometrieelemente wie beispielsweise Bohrungen, Spalten, Nuten, Kanten, Rundungen oder Absätze und/oder Bereiche mit starker Krümmung auf.When profile body can on the one hand test specimen, on the other hand, real components are used. Are test specimens preferably oblong formed and have a non-rotationally symmetrical cross section on, such as B. prisms. The specimens can both as a hollow body as also as a solid body be educated. Profile body, which represent a real component, as well as specimens preferably various geometry elements such as holes, columns, Grooves, edges, curves or heels and / or areas with strong curvature on.
Bei allen Verfahrensvarianten kann die mindestens eine Eigenschaft der auf dem Profilkörper abgeschiedenen Schicht deren Zusammensetzung, deren Dicke oder deren Härte, deren innere Spannungen, deren Haftfestigkeit, deren Rauheit, deren Gefügeaufbau, deren Korrosionsbeständigkeit, deren Verschleißbeständigkeit etc. sein.at all process variants, the at least one property of the deposited on the profile body Layer whose composition, its thickness or hardness, whose internal stresses, their adhesion, their roughness, their structure, their corrosion resistance, their wear resistance etc. be.
Bevorzugt wird ein Elektrolyt eingesetzt, dessen Abscheidung proportional zur Stromausbeute erfolgt. Weiterhin wird der Elektrolyt so gewählt, dass er mindestens ein Metall, vorzugsweise jedoch zwei oder mehrere verschiedene Metalle enthält. Weiterhin ist der Elektrolyt vorzugsweise so beschaffen, dass die Zusammensetzung der auf dem Profilkörper abgeschiedenen Schicht entweder von der lokalen Strömungsgeschwindigkeit oder von den lokalen Strömungsgeschwindigkeiten und den lokalen Stromdichten abhängt. Beispielsweise wird die Legierungszusammensetzung bei konstanter Stromdichte von der Strömungsintensität beeinflusst.Prefers an electrolyte is used, the deposition of which is proportional to the current efficiency takes place. Furthermore, the electrolyte is chosen so that he at least one metal, but preferably two or more contains different metals. Furthermore, the electrolyte is preferably such that the Composition of the deposited on the profile body layer either from the local flow rate or from the local flow velocities and the local current densities. For example, the alloy composition becomes more constant Current density influenced by the flow intensity.
Vorzugsweise werden die Bedingungen während des Beschichtungsprozesses so gewählt, dass mindestens eine Eigenschaft der auf dem Profilkörper abgeschiedenen Schicht lediglich von der lokalen Stromdichte oder zumindest von der lokalen Strömungsgeschwindigkeit und/oder der lokalen Stromdichte abhängt. Bevorzugt kann die mindestens eine Schichteigenschaft deren Zusammensetzung, deren innere Spannungen, deren Haftfestigkeit, deren Rauheit, deren Gefügeaufbau, deren Korrosionsbeständigkeit, deren Verschleißbeständigkeit oder eine andere Eigenschaft sein. Durch die Abhängigkeit der mindestens einen Schichteigenschaft von vorzugsweise einem Prozessparameter (lokale Stromdichte oder lokale Strömungsgeschwindigkeiten) vereinfacht sich die Berechnung der Parameter für den Abscheidevorgang, da somit der Einfluss eines zusätzlichen Parameters ausgeschlossen wird.Preferably the conditions are during of the coating process chosen so that at least one property the on the profile body deposited layer only from the local current density or at least from the local flow speed and / or the local current density. Preferably, the at least a layer property whose composition, its internal tensions, their adhesion, their roughness, their structure, their corrosion resistance, their wear resistance or be another property. By the dependence of at least one Layer property of preferably a process parameter (local current density or local flow velocities) simplifies the calculation of the parameters for the deposition process, since thus the influence of an additional Parameters is excluded.
Bevorzugt können die Gradienten aus den lokalen Stromdichten und/oder aus den lokalen Strömungsgeschwindigkeiten bei einmaligem Abfahren des Umfangs des als Kathode geschalteten Profilkörpers, startend bei einem beliebigen Punkt entlang der Rotationsachse des Profilkörpers und senkrecht dazu verlaufend, in Laufrichtung gesehen sowohl positiv als auch negativ sein, dass die Werte der lokalen Stromdichten und/oder der lokalen Strömungsgeschwindigkeiten bei einem Umlauf mindestens ein Maximum und ein Minimum aufweisen und dass die Gradienten vorzugsweise über einen Umlauf konstant oder veränderlich und vorzugsweise linear oder nicht-linear sind.Prefers can the gradients from the local current densities and / or from the local flow rates with a single shutdown of the circumference of the connected as a cathode Profile body, starting at any point along the axis of rotation of the profile body and perpendicular to it, seen in the direction of both positive as well as be negative, that the values of the local current densities and / or the local flow velocities have at least one maximum and one minimum in one revolution and that the gradients are preferably constant over one revolution mutable and are preferably linear or non-linear.
Vorzugsweise werden sämtliche Verfahrensvarianten mit einer Beschichtungsvorrichtung durchgeführt, wie sie im oberen Teil der Beschreibung erklärt wurde.Preferably be all Process variants performed with a coating device, such as it was explained in the upper part of the description.
Mithilfe der Beschichtungsvorrichtung bzw. durch das Durchführen einer der oben beschriebenen Verfahrensvarianten erhält man eine Beschichtung, welche als metallische Schicht ausgebildet ist. Diese abgeschiedene Schicht enthält mindestens ein Metall. Das mindestens eine Metall kann ein aus einem wässrigen Elektrolyt galvanisch abgeschiedenes Metall wie beispielsweise Nickel, Chrom, Kupfer, Zink oder Zinn oder ein aus einem nicht wässrigen (aprotischen) Elektrolyt galvanisch abgeschiedenes Metall wie beispielsweise Aluminium, Titan oder Wolfram sein.With the aid of the coating device or By carrying out one of the method variants described above, a coating is obtained which is formed as a metallic layer. This deposited layer contains at least one metal. The at least one metal may be a metal electrodeposited from an aqueous electrolyte such as nickel, chromium, copper, zinc or tin, or a metal electrodeposited from a non-aqueous (aprotic) electrolyte such as aluminum, titanium or tungsten.
Außerdem können Dispersionsschichten abgeschieden werden, welche beispielsweise Teflon, Polymerkügelchen, Hartstoffe, Diamant, Keramik oder Mikrokapseln enthalten.In addition, dispersion layers can which, for example, Teflon, polymer beads, Hard materials, diamond, ceramic or microcapsules included.
Die Beschichtungsvorrichtung sowie die oben beschriebenen Verfahrensvarianten eignen sich insbesondere zur Bestimmung von Prozessbedingungen bei der Beschichtung eines Profilkörpers und/oder zur Bestimmung der Charakteristik eines Elektrolyten und/oder zur Bestimmung der Eigenschaften einer auf einem bekannten Profilkörper abgeschiedenen Schicht, wobei die Vorrichtung und/oder das Verfahren insbesondere für Korrosionsuntersuchungen, für Stofftransportuntersuchungen, zur Charakterisierung von Elektrolyten hinsichtlich verschiedener Eigenschaften der abgeschiedenen Schichten, für Untersuchungen der Streufähigkeit von Elektrolyten, Untersuchungen der Abhängigkeit der Legierungszusammensetzung von abgeschiedenen Schichten, Untersuchungen der inneren Spannung oder der Härte oder des Elastizitätsmoduls von abgeschiedenen Schichten, und für Untersuchungen der Auswirkung der Überlagerung von mindestens zwei Strömungen verschiedener Richtung auf die Abscheidung und die Eigenschaften der abgeschiedenen Schichten. Unter Untersuchungen der Auswirkungen der Überlagerung von mindestens zwei Strömungen verschiedener Richtung auf die Abscheidung und die Eigenschaften der abgeschiedenen Schicht sind Untersuchungen bei nichtlinearen Strömungen zu verstehen.The Coating device and the method variants described above are particularly suitable for the determination of process conditions the coating of a profile body and / or for determining the characteristic of an electrolyte and / or for Determination of the properties of a deposited on a known profile body Layer, wherein the device and / or the method in particular for corrosion investigations, for mass transfer studies, for Characterization of electrolytes with regard to various properties of the deposited layers, for Investigations of the throwing power of Electrolytes, investigations of the dependence of the alloy composition of deposited layers, investigations of internal tension or the hardness or the modulus of elasticity from deposited layers, and for investigations of impact the overlay of at least two streams different direction on the deposition and the properties the deposited layers. Under investigations of the effects the overlay of at least two streams different direction on the deposition and the properties the deposited layer are examinations at nonlinear currents to understand.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass eine hohe Genauigkeit der jeweiligen Ergebnisse erreicht wird, wobei der Aufwand vergleichsweise gering gehalten werden kann. Mithilfe der vorliegenden Erfindung ist es nicht notwendig, aufwendige Modelle herzustellen oder langwierige Vermessungen und Charakterisierungen eines Elektrolyten vorzunehmen. Bei der Entwicklung eines neuen Elektrolyten ermöglicht es die vorliegende Erfindung, geringe Änderungen an der Zusammensetzung sofort auf ihre Wirkung hin zu testen. Die Erkenntnisse aus diesen Tests können dann jederzeit für die Gestaltung von Abscheideprozessen in einem größeren Maßstab in der Produktion genutzt werden. Außerdem geben sie sehr gute Hinweise auf funktionale Abhängigkeiten von Strom und Strömung bei einem Elektrolyten zusammen mit einer besonderen Oberflächenform eines zu beschichtenden Körpers.One Advantage of the present invention is that a high accuracy the respective results is achieved, the effort comparatively can be kept low. Using the present invention It is not necessary to produce elaborate models or lengthy surveys and characterizations of an electrolyte. In the Development of a new electrolyte enables the present invention, minor changes to test the composition for its effect immediately. The Findings from these tests can then anytime for the design of deposition processes on a larger scale in used in production. Besides, they give very good Indications of functional dependencies of electricity and flow in the case of an electrolyte together with a special surface form a body to be coated.
Im Folgenden werden einige Beispiele der erfindungsgemäßen Beschichtungsvorrichtung sowie der erfindungsgemäßen Verfahrensvarianten gegeben. Es zeigenin the Below are some examples of the coating device according to the invention as well as the process variants according to the invention given. Show it
Für den Beschichtungsvorgang
wird die Vorrichtung
Durch
den rechteckigen Querschnitt ergibt sich ein Stromdichtegradient
jeweils von den Kanten zur Probenmitte hin, wobei die Ausbildung
des Stromdichtegradienten jeweils symmetrisch zu den eingezeichneten
Probenmittellinien ausfällt.
Durch die Drehung des länglichen
Profilkörpers
mit rechteckigem Querschnitt beispielsweise in Uhrzeigerrichtung
ergibt sich eine lokal unterschiedliche Anströmung der Profilkörperoberfläche durch
den Elektrolyten. Auf jeder Seitenlänge des Probekörpers gibt
es einen eindrehenden Bereich, mit „ES” gekennzeichnet, und einen
ausdrehenden Bereich, mit „AS” gekennzeichnet.
Bezüglich
der wirksamen Strömungsgeschwindigkeit
an der Probenoberfläche
treten in den eindrehenden Bereichen ES höhere Werte und in den ausdrehenden,
im Strömungsschatten
liegenden Bereichen AS, niedrigere Werte auf. In
Um
konkrete Beispiele für
den Verlauf der Stromdichteverteilung auf der Oberfläche eines
Profilkörpers
Anschließend wurde in einem Nickel-Eisen-Elektrolyt, welcher beispielsweise 79,5 g/l Nickel, 2,5 g/l Eisen, 2 g/l Chlorid, 25 g/l Borsäure, 0,5 g/l Natriumsacchariat, 2 g/l Ascorbinsäure und 0,1 g/l Natriumlaurylsulfat enthält, eine Schicht abgeschieden. Dabei wurden die Arbeitsbedingungen so gewählt, dass die Temperatur des Elektrolyten während des Abscheideprozesses 55°C ist und dass der pH-Wert des Elektrolyten sich auf 3 bis 3,3 beläuft. Zum Abscheiden wurde eine Stromstärke von 4 Ampere angelegt, was zu einer Stromdichte von 4 A/dm2 führte. Es wurden zwei Experimente durchgeführt, wobei die Drehgeschwindigkeit auf 100 U/min bzw. auf 400 U/min festgelegt war.Subsequently, in a nickel-iron electrolyte containing, for example, 79.5 g / l nickel, 2.5 g / l iron, 2 g / l chloride, 25 g / l boric acid, 0.5 g / l sodium acacia, 2 g / l contains ascorbic acid and 0.1 g / l sodium lauryl sulfate, one layer deposited. The operating conditions were chosen so that the temperature of the electrolyte during the deposition process is 55 ° C and that the pH of the electrolyte amounts to 3 to 3.3. For deposition, a current of 4 amperes was applied, resulting in a current density of 4 A / dm 2 . Two experiments were performed with the rotational speed set at 100 rpm and 400 rpm, respectively.
Die
unter den gegebenen Bedingungen abgeschiedene Schicht besteht hauptsächlich aus
Nickel mit einem Anteil an Eisen. Aufgrund der Abhängigkeit
des Eisengehalts von der Strömungsgeschwindigkeit
auf der Oberfläche
des Profilkörpers wurde
eine Versuchsreihe durchgeführt,
wobei einmal eine Schicht bei einer Umdrehungszahl von 100 U/min
und einmal eine Schicht bei einer Umdrehungszahl von 400 U/min abgeschieden
wurde. Der Eisengehalt der abgeschiedenen Schicht beläuft sich im
Falle einer Umdrehungszahl von 100 U/min auf 25% und im Falle einer
Umdrehungszahl von 400 U/min auf 32%, wobei dieser Wert jeweils
am Punkt 2 aus
Die Anwendungsmöglichkeiten dieser Ergebnisse sind vielfältig. Mit den oben beschriebenen Ergebnissen lassen sich hier die Strömungsverhältnisse auf der Probenoberfläche darstellen. Durch Abscheidung anderer Schichten auf demselben Körper lässt sich die Abhängigkeit interessierender Schichteigenschaften von den Strömungsverhältnissen bestimmen. Dadurch lässt sich in der Praxis beispielsweise die Empfindlichkeit der benutzten Abscheidungselektrolyten hinsichtlich lokal durch Bauteilgeometrien verursachter Strömungsverhältnisse bestimmen.The applications These results are varied. With the results described above can be here the flow conditions on the sample surface represent. By depositing other layers on the same body can be the dependence interesting layer properties of the flow conditions determine. By doing so leaves In practice, for example, the sensitivity of the used Deposition electrolytes locally by component geometries caused flow conditions determine.
Die vorliegende Erfindung stellt also eine Beschichtungsvorrichtung sowie verschiedene Verfahrensvarianten zur Verfügung, welche eine schnelle und preiswerte Analyse von Profilkörpern oder Elektrolyten ermöglicht, um diese möglichst schnell beispielsweise für eine Massenproduktion einsetzen zu können. Außerdem bieten die erfindungsgemäße Vorrichtung sowie die Verfahrensvarianten die Möglichkeit, ohne viele Versuchsreihen die Abscheidebedingungen für das Abscheiden einer Schicht mit mindestens einer vorbestimmten Schichteigenschaft vorherzusagen.The The present invention thus provides a coating apparatus As well as various process variants available, which a fast and inexpensive analysis of profile bodies or electrolytes, to this as possible fast for example for to use a mass production. In addition, the device according to the invention provide as well as the process variants the possibility, without many test series the deposition conditions for the deposition of a layer having at least one predetermined To predict layer property.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE200810061877 DE102008061877B3 (en) | 2008-12-11 | 2008-12-11 | Apparatus to determine process conditions during coating profile body on its surface, to determine electrolyte characteristics and/or to determine process conditions to deposit layer with determined layer properties, comprises profile body |
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DE200810061877 DE102008061877B3 (en) | 2008-12-11 | 2008-12-11 | Apparatus to determine process conditions during coating profile body on its surface, to determine electrolyte characteristics and/or to determine process conditions to deposit layer with determined layer properties, comprises profile body |
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DE102008061877B3 true DE102008061877B3 (en) | 2010-09-02 |
Family
ID=42371897
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Citations (1)
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---|---|---|---|---|
EP0045970A1 (en) * | 1980-08-13 | 1982-02-17 | Siemens Aktiengesellschaft | Process for measuring the current efficiency of electroplating baths |
-
2008
- 2008-12-11 DE DE200810061877 patent/DE102008061877B3/en active Active
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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EP0045970A1 (en) * | 1980-08-13 | 1982-02-17 | Siemens Aktiengesellschaft | Process for measuring the current efficiency of electroplating baths |
Non-Patent Citations (4)
Title |
---|
A.I. Dikusar, et.al.: "Throwing Power of a Dilute Sulfuric Acid Copper Plating Electrolyte during Intensive Electrodeposition". Russian Journal of Electrochemistry, Vol.41, No.1, 2005, S.82-86 * |
D.R. GABE, G.D. WILCOX: The rotating cylinder electrode: its continued development and application". Journal of applied electrochemistry 28 (1998) S.759-780 * |
D.R. GABE, G.D. WILCOX: The rotating cylinder electrode: its continued development and application". Journal of applied electrochemistry 28 (1998) S.759-780 M. Teeratananon, et.al.: "Experimental investigation of the current distribution in Mohler cell and Rotating Cylinder Hull cell. ScienceAsia 30 (2004) S.375-381 A.I. Dikusar, et.al.: "Throwing Power of a Dilute Sulfuric Acid Copper Plating Electrolyte during Intensive Electrodeposition". Russian Journal of Electrochemistry, Vol.41, No.1, 2005, S.82-86 |
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