DE19854793A1 - Elektrode zur elektrochemischen Bearbeitung eines metallischen Werkstücks und Verfahren zur Herstellung einer solchen - Google Patents

Abstract

Es werden eine Elektrode zur elektrochemischen Bearbeitung eines metallischen Werkstückes (12) in einer Elektrolytumgebung und ein Verfahren zur Herstellung einer solchen angegeben. Die Elektrode (10) dient zur elektrochemischen Bearbeitung von Werkstücken (12) durch anodische Auflösung und zeichnet sich durch eine besonders hohe Stabilität und Maßhaltigkeit des Isoliermaterials aus. Die Isolierung wird erzeugt, indem eine Keramikschicht (18) zumindest auf einen Teil der Oberfläche des Elektrodenkörpers (16) durch thermisches Spritzen hergestellt wird. Alternativ oder zusätzlich kann eine anorganische oder organische Schutzschicht durch ein Lackauftragungsverfahren unmittelbar auf die Oberfläche des metallischen Elektrodenkörpers (16) oder auf die Oberfläche der Keramikschicht (22) aufgetragen werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Elektrode zur elektrochemischen Be­ arbeitung eines metallischen Werkstückes in einer Elektrolyt­ umgebung, mit einem metallischen Elektrodenkörper, dessen Ober­ fläche teilweise mit einer Isolierschicht versehen ist, sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Elektrode.

Elektroden zur elektrochemischen Bearbeitung von metallischen Werkstücken (Elektroden zur elektrochemischen Metallbearbei­ tung, im folgenden kurz ECM-Elektroden genannt) werden in der automatischen Fertigungstechnik einerseits zum Entgraten von innen liegenden und mit herkömmlichen Werkzeugen schwer zugäng­ lichen Bohrgraten und andererseits zur Einarbeitung von Bohrun­ gen und Konturen, wie Ringkanälen, Schmiernuten und ähnlichem eingesetzt. Der Materialabtrag erfolgt durch anodische Auflö­ sung des elektrisch leitenden Werkstückes. Zur Bearbeitung wird ein Stromkreis zwischen Anode (Werkstück) und Kathode (Elektrode) über eine Elektrolytlösung, z. B. eine 20%ige Kochsalzlösung, geschlossen. Das Verfahren arbeitet in der Re­ gel mit einer Gleichspannung zwischen etwa 10 und 60 Volt bei Temperaturen um 40°C. Die Intensität des Materialabtrages wird dabei über die elektrische Spannung und die Zeit, in der der geschlossene Stromkreis auf die zu bearbeitende Stelle ein­ wirkt, gesteuert.

Das abgetragene Material geht in Form von Ionen in Lösung und bildet dort Metallhydroxide, die ausfallen und durch eine Rei­ nigungsapparatur dem Elektrolytkreislauf kontinuierlich entzo­ gen werden.

Die Geometrie von ECM-Elektroden ist an die Geometrie der zu bearbeitenden Werkstücke sowie an die zu lösende Bearbeitungs­ aufgabe und an die angestrebte Endkontur des Werkstücks ange­ paßt. Sie ist meist stabförmig, wobei Größe und Durchmesser herkömmlicher ECM-Elektroden etwa einer Kugelschreibermine ver­ gleichbar sein können.

Für eine störungsfreie Funktion der ECN-Elektroden müssen diese präzise gearbeitete Bohrungen und Isolierungen besitzen. Nur an bestimmten Stellen wird die Isolierung entfernt und das darun­ ter liegende metallische Elektrodenmaterial kommt zum Vorschein und somit zur Wirkung bei der Bearbeitungsaufgabe. Die Qualität der Werkstückbearbeitung hängt dabei entscheidend von der präzisen geometrischen Form der Elektrodenisolierung ab, da nur an den elektrisch leitenden Oberflächenanteilen durch Wechselwirkung mit dem Elektrolyt ein Ladungsaustausch stattfindet.

Bei herkömmlichen ECM-Elektroden wurde die Isolierschicht durch eine spritzgegossene Kunststoffummantelung realisiert, die in der Fertigung zu Problemen führt.

Während des Produktionseinsatzes von derartigen ECM-Elektroden kommt es häufig zu Teilablösungen und Ausbrüchen an den Rändern der Kunststoffisolierung, was zum Versagen der Elektroden oder zumindest zu Qualitätseinbußen in der Fertigung führen kann.

Die Aufgabe der Erfindung besteht demnach darin, eine verbes­ serte Elektrode und ein verbessertes Verfahren zur Herstellung einer solchen anzugeben, womit eine verbesserte Formstabilität und Verschleißbeständigkeit und eine allgemein verbesserte Sta­ bilität gegen mechanische und thermische Einwirkungen während des Einsatzes erreicht wird. Die Isolierschicht sollte ferner eine ausreichende chemische Stabilität gegenüber dem Elektroly­ ten aufweisen, einen ausreichend hohen elektrischen Widerstand gewährleisten und weitgehend diffusionsdicht gegenüber den Be­ standteilen des Elektrolyten sein.

Ferner sollen die Elektroden möglichst zu einer weiteren Minia­ turisierung von den derzeit üblichen Durchmessern geeignet sein und möglichst hohe Stromdichten erlauben, um so einen hohen Ma­ terialabtrag zu gewährleisten und die Wirtschaftlichkeit glei­ chermaßen zu erhöhen. Dies bedingt darüber hinaus eine erhöhte Temperaturbeständigkeit gegenüber herkömmlichen Polymerwerk­ stoffen oder geklebten Strukturen, da lokal hohe Stromdichten zu entsprechender Erwärmung führen können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Her­ stellung einer Elektrode zur elektrochemischen Bearbeitung ei­ nes metallischen Werkstückes in einer Elektrolytumgebung mit den folgenden Schritten gelöst:

• - Herstellen eines metallischen Elektrodenkörpers und
• - Aufbringen einer Keramikschicht zumindest auf einen Teil der Oberfläche des Elektrodenkörpers durch thermisches Spritzen.

Die Aufgabe der Erfindung wird auf diese Weise vollkommen ge­ löst.

Es wurde festgestellt, daß eine mit einem derartigen Auftrags­ verfahren aufgebrachte Keramikschicht in ausreichenden Maße an der Oberfläche des metallischen Elektrodenkörpers haftet, um auch im Dauerbetrieb eine gute Verschleißfestigkeit und Wider­ standsfähigkeit gegen mechanische und thermische Beeinflussun­ gen zu gewährleisten. Durch die Keramikschicht kann hierbei gleichzeitig eine ausreichende chemische Beständigkeit gegen den Elektrolyten erreicht werden, eine gute elektrische Isola­ tion sichergestellt werden und eine diffusionshemmende Schicht erreicht werden.

Bei Verwendung einer erfindungsgemäßen ECM-Elektrode wird ins­ gesamt die Bearbeitungsgüte des Werkstückes und die Prozeß­ stabilität verbessert und eine hohe Maßhaltigkeit gewährlei­ stet.

Die Keramikschicht wird vorzugsweise aus Al₂O₃, Cr₂O₃, TiO₂, ZrO₂, Tialit (Al₂TiO₅), Mullit oder Mischungen bzw. Phasengemi­ schen hiervon) hergestellt. Dabei wird die Keramikschicht vor­ zugsweise mit einer Schichtdicke zwischen etwa 50 und 150 Mi­ krometer aufgetragen.

Mit einer derartigen Schichtdicke lassen sich eine ausreichende Diffusionsbeständigkeit und ausreichende Isolatoreigenschaften gewährleisten.

Bei den zuvor genannten Materialien ist ferner eine hohe chemi­ sche Beständigkeit gegen den Elektrolyten sichergestellt.

Der Auftrag der Keramikschicht mittels thermischem Spritzen er­ folgt vorzugsweise durch atmosphärisches Plasmaspritzen eines Pulvers, wodurch sich eine geringe Porosität der Keramikschicht erreichen läßt, die als offene Porosität unter 2%, vorzugsweise in einem Bereich von etwa 1% liegen kann. Bei mechanisch und thermisch ausreichend stabilem Elektrodenkörper kann auch das Überschall-Pulverflammspritzverfahren (HVOF) zum Einsatz kom­ men, das eine deutliche Verringerung der Porosität ermöglicht.

Je nach den Anforderungen an die Oberflächengüte der Elektrode ist eine mechanische Nachbearbeitung, z. B. durch Schleifen oder Polieren vorteilhaft.

Die Oberfläche des metallischen Elektrodenkörpers wird in an sich bekannter Weise vorzugsweise vor dem Aufbringen der Kera­ mikschicht durch Reinigen, Entfetten und anschließendes Aufrauhstrahlen vorbehandelt, wozu vorzugsweise Edelkorund ver­ wendet wird.

Hierbei kann Problemen durch Verzug bei besonders miniaturi­ sierten Elektroden, der infolge des Aufrauhstrahlens auftreten kann, durch eine geeignete Strahlgutauswahl und Prozeßführung, insbesondere der Kinematik von Bauteil und Strahldüse, und durch eine Herabsetzung des Druckes beim Aufrauhstrahlen begeg­ net werden.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird eine Haftvermittlerschicht auf den Elektrodenkörper aufgetragen, be­ vor die Keramikschicht aufgespritzt wird.

Durch den Auftrag einer solchen Haftvermittlerschicht, bei der es sich vorzugsweise um eine metallische Schicht handelt, etwa um eine korrosionsbeständige Chrom-Nickel-Legierung, die vor­ zugsweise gleichfalls durch thermisches Spritzen aufgetragen wird, kann eine deutlich verbesserte Haftung zwischen der Kera­ mikschicht und dem metallischen Grundkörper erreicht werden, wodurch darüber hinaus auch Probleme, die etwa durch unter­ schiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten des metalli­ schen Grundkörpers einerseits und der Keramikbeschichtung ande­ rerseits vermieden oder kompensiert werden können.

Insgesamt läßt sich durch den Auftrag einer derartigen Haftver­ mittlerschicht eine mechanisch und thermisch besonders hoch be­ lastbare Elektrode herstellen, die auch für erhöhte Stromdich­ ten und miniaturisierte Ausführungen geeignet ist.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird der Elek­ trodenkörper während des thermischen Spritzens durch einen Gasstrom gekühlt.

Durch diese Maßnahme wird Verzugsproblemen, die beim thermi­ schen Spritzen durch Wärme- und Impulsaustausch auftreten kön­ nen, entgegengewirkt. Hierzu kann der verwendete Brenner mit geeigneten Gaslanzetten versehen sein, durch die während des Spritzvorgangs ein Gasstrom, z. B. Luft oder Kohlendioxid, auf die zu bearbeitenden Stelle zur Kühlung gerichtet wird. Zusätz­ lich oder alternativ können Hohlelektroden mittels Gas oder Flüssigkeit während des Beschichtungsprozesses von innen ge­ kühlt werden.

Die Aufgabe der Erfindung wird in alternativer Weise dadurch gelöst, daß ein metallischer Elektrodenkörper an seiner Ober­ fläche zumindest teilweise mittels einer anorganischen oder or­ ganischen Schutzschicht durch ein Lackauftragungsverfahren be­ schichtet wird.

Auch auf diese Weise wird die Aufgabe der Erfindung vollkommen gelöst.

Mit der Erfindung wurde erkannt, daß sich auch durch eine Lackierung mit einem geeigneten Material eine ausreichend beständige Isolierschicht an der Oberfläche der metallischen Elektrode erzeugen läßt.

Eine derartige Beschichtung kann auch als zusätzliche Schutz­ schicht auf die zuvor erzeugte Keramikschicht aufgetragen wer­ den.

In diesem Fall läßt sich bei Verwendung von gut verlaufenden Beschichtungsmaterialien eine äußerst glatte Oberfläche erzeu­ gen, wodurch eine mechanische Nachbearbeitung z. B. durch Schleifen oder Polieren überflüssig wird.

Außerdem kann auch bei sehr dünnen Keramikschichten eine aus­ reichende Diffusionsdichtheit erreicht werden. Ferner lassen sich durch eine solche Kombination die elektrischen Isolierei­ genschaften und die chemische Stabilität gegenüber der Elektro­ lytlösung verbessern.

Die Schutzschicht wird in bevorzugter Weiterbildung der Erfin­ dung aus einem Silikonharzlack, vorzugsweise aus einem Siloxan­ lack hergestellt, der auch organisch modifiziert sein kann, z. B. durch Ethoxy- oder Methoxy-Gruppen. Neben Si-C-O-Polymeren können bevorzugt auch präkeramische Polymere, die Silizium, Bor, Kohlenstoff und Stickstoff (Si-B-C-N) enthalten, gleicher­ maßen als Beschichtungsmaterialien verwendet werden.

Derartige Silikonharzlacke zeichnen sich durch eine hohe ther­ mische Beständigkeit und eine hohe elektrische Isolationsfähig­ keit aus, weshalb sie für eine solche Schutzschicht besonders geeignet sind.

Da sie in sehr dünnflüssiger Form angewendet werden können, er­ gibt sich ein besonders guter Verlauf und damit eine hohe Prä­ zision beim Auftrag, ohne daß eine zusätzliche Nachbehandlung erforderlich ist.

Vorzugsweise werden derartige Lacke bei einer Temperatur zwi­ schen etwa 100°C und 300°C, insbesondere im Bereich um etwa 200°C eingebrannt.

Gemäß einer alternativen Ausführung der Erfindung wird die Schutzschicht aus einem Fluor-Polymer-Lack, z. B. aus einem Lack auf PTFE-Basis hergestellt.

Als besonderer Vorteil der Verwendung derartiger Lacksysteme ist eine äußerst geringe Benetzbarkeit gegenüber dem Elektroly­ ten hervorzuheben.

Durch den Zusatz von Füllstoffen und anderen feindispersen Feststoffen zu der polymeren Schutzschicht können deren Eigen­ schaften zusätzlich in positivem Maße beeinflußt werden, wobei insbesondere ein verbesserter Verschleißwiderstand erreicht werden kann, indem z. B. SiO₂, TiO₂ oder dergleichen zugesetzt wird.

Durch die zusätzliche Auftragung einer Haftvermittlerschicht vor der Auftragung der Schutzschicht auf den metallischen Elek­ trodenkörper oder auf die Keramikschicht kann zusätzlich die Haftung der polymeren Schutzschicht verbessert werden. Hierzu wird in der Regel eine Primerschicht aufgetragen, deren Be­ standteile so gewählt sind, daß sich eine verbesserte Haftung zum Untergrund ergibt. Bei dichtem Auftrag der polymeren Schutzschicht auf den metallischen Grundkörper kann die Haftung der Schutzschicht durch Erzeugung einer Konversionsschicht, et­ wa durch Phosphatierung, Chromatierung usw. verbessert werden.

Sowohl die polymere Schutzschicht als auch die Haftvermittler­ schicht können durch ein Sprüh- oder Tauchlackierverfahren auf­ getragen werden.

Insbesondere bei solchen ECM-Elektroden, bei denen eine Kera­ mikschicht aufgespritzt wird, kann die Schutzschicht auch durch ein Imprägnierverfahren, etwa durch Druckimprägnieren oder durch Vakuumimprägnieren, derart aufgetragen werden, daß die Schutzschicht auch bis in tiefere Bereiche der Keramikschicht eindringt, so daß ein ausgezeichneter Oberflächenschutz und verbesserte Eigenschaften erzielt werden.

Um die Beschichtung für den elektrischen Stromfluß notwendigen elektrisch leitenden Oberflächenanteile an der Außenoberfläche der Elektrode zu verhindern, wird in bevorzugter Weiterbildung der Erfindung ein Maskierverfahren verwendet, bevor die Kera­ mikschicht bzw. eine zusätzliche Schutzschicht aufgebracht wer­ den.

Statt dessen können die metallischen, nicht isolierten Bereiche an der Oberfläche des Elektrodenkörpers auch durch eine mecha­ nische Nachbearbeitung freigelegt werden.

Obwohl die Aufbringung der Keramikschicht auf den metallischen Elektrodenkörper durch thermisches Spritzen wirtschaftlich ge­ sehen eine besonders vorteilhafte Lösung darstellt, erscheint es grundsätzlich auch möglich, die Keramikschicht durch andere Verfahren auf zutragen, wie etwa durch PVD- oder CVD-Be­ schichtung.

Hierdurch lassen sich sehr hochwertige Beschichtungen erzielen, was allerdings mit erhöhten Kosten verbunden ist.

Eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Elektro­ de weist vorzugsweise mindestens einen Hohlraum zur Zu- bzw. Abfuhr von Elektrolytflüssigkeit und mindestens eine Durch­ trittsöffnung für Elektrolytflüssigkeit auf.

Durch eine derartige Ausführung wird die Zu- und Abfuhr des mit Metallionen angereicherten Elektrolyts an einer schlecht zu­ gänglichen Bearbeitungsstelle erleichtert.

Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nachste­ hend noch zu erläuternden Merkmale der Erfindung nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezug­ nahme auf die Zeichnung. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Elek­ trode im Einsatz, die für die Einarbeitung einer ringförmigen Nut in einer tiefen Sacklochbohrung ge­ eignet ist, in schematischer, nicht maßstabsgerech­ ter Darstellung und

Fig. 2 eine alternative Ausführung einer erfindungsgemäßen Elektrode im Längsschnitt, die zur Erzeugung einer innenliegenden Kavität in einer tiefen Sacklochboh­ rung geeignet ist, in schematischer, nicht maßstabs­ gerechter Darstellung.

In Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße ECM-Elektrode insgesamt mit der Ziffer 10 bezeichnet.

Im dargestellten Beispiel dient die Elektrode 10 zur Bearbei­ tung eines metallischen Werkstückes 12 innerhalb eines Hohl­ raums 30 in Form eines Sackloches, in dem an einer bestimmten Stelle ein ringförmiger Kanal oder eine allgemein mit der Zif­ fer 14 bezeichnete Kavität erzeugt werden soll.

Der Materialabtrag erfolgt hierbei durch anodische Auflösung des metallischen Werkstückes 12, wobei ein Stromkreis zwischen dem Werkstück 12 und der als Kathode geschalteten Elektrode über eine Elektrolytlösung, im dargestellten Fall 20%ige Kochsalzlösung, geschlossen wird. Das Verfahren arbeitet bei einer Gleichspannung zwischen etwa 10 und 60 Volt und bei Tem­ peraturen um 40°C. Die Intensität des Materialabtrags wird da­ bei über die elektrische Spannung und die Zeit, in der der ge­ schlossene Stromkreis auf die zu bearbeitende Stelle einwirkt, gesteuert. Das abgetragene Material geht in Form von Ionen in Lösung und bildet dort Metallhydroxide, die ausfallen und durch eine Reinigungsapparatur dem Elektrolytkreislauf kontinuierlich entzogen werden.

Die Zuführung des Elektrolyten erfolgt durch einen Hohlraum 28 der im wesentlichen stabförmig ausgebildeten Elektrode 10, indem der Elektrolyt in Richtung des Pfeiles 32 innerhalb der Elektrode 10 zugeführt wird und über kreisförmige Öffnungen 26 in der Mantelfläche der Elektrode 10 nach außen in den Hohlraum 30 des Werkstückes 12 austritt. Es erfolgt eine anodische Auf­ lösung des Materials an der mit 14 bezeichneten, unmittelbar gegenüberliegenden Stelle, woraufhin angereicherter Elektrolyt in dem verbleibenden ringförmigen Spalt zwischen der Elektrode 10 und dem Werkstück 12 nach außen in Richtung des Pfeiles 36 abströmt.

Um eine präzise und störungsfreie Funktion der Elektrode 10 zu gewährleisten, muß deren Oberfläche eine präzise Isolierung be­ sitzen und nur an bestimmten Stellen freiliegende Bereiche 24 aufweisen, an denen das metallische Elektrodenmaterial zum Vor­ schein kommt.

Im dargestellten Fall ist die Elektrode 10 als Stiftelektrode mit einer zylinderförmigen Mantelfläche ausgebildet, deren Ende eine geringe Querschnittsverjüngung aufweist und vollständig dichtend abgeschlossen ist.

Die Elektrode 10 besitzt einen metallischen Elektrodenkörper 16, der nach außen hin vollständig mit einer Isolierschicht um­ schlossen ist, die aus verschiedenen Schichten 18, 20, 22 be­ steht, deren Funktion nachfolgend noch im einzelnen erläutert wird. Von der Isolierung ausgenommen ist lediglich ein frei­ liegender Bereich 24, der als Ringsteg an einer vorbestimmten Stelle des Elektrodenkörpers 16 ausgebildet ist. Dieser frei liegende Bereich 24 ist in gleichmäßigen Winkelabständen von Radialbohrungen durchsetzt, wodurch die Öffnungen 26 gebildet sind, durch die die Elektrolytlösung radial nach außen ausströ­ men kann.

Im dargestellten Fall hat die Elektrode 10 einen Außendurchmes­ ser von etwa 2 mm. Der metallische Elektrodenkörper 10 besteht aus Edelstahl und kann aus einem nahtlos gezogenen Rohr herge­ stellt sein, an dessen Ende der verjüngte Bereich 17 z. B. durch Laserschweißen angeschweißt ist, dessen äußeres Ende wiederum z. B. durch Aufschweißen eines kreisförmigen Deckels dichtend verschlossen ist.

Alternativ ist es möglich, den metallischen Elektrodenkörper z. B. durch spanabhebende Bearbeitungsverfahren herzustellen und die Oberfläche anschließend z. B. durch Schleifen nachzubearbei­ ten. Für die Herstellung besonders kleiner Durchmesser sind spezielle Herstellungsverfahren erforderlich, die jedoch nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind.

Zur Auftragung der Isolierung wird wie folgt vorgegangen:
Zunächst wird die Oberfläche des metallischen Grundkörpers 16, soweit erforderlich, mechanisch bearbeitet, bis die notwendigen Oberflächentoleranzen und die notwendige Oberflächenbeschaffen­ heit erreicht sind. Anschließend wird der metallische Elektro­ denkörper 16 gereinigt, entfettet und durch Aufrauhstrahlen mit Edelkorund aufgerauht. Durch eine geeignete Strahlgutauswahl und Prozeßführung, insbesondere der Kinematik von Bauteil und Strahldüse und einen geringen Druck wird der Verzug des metal­ lischen Grundkörpers 16 durch den beim Aufrauhstrahlen auftre­ tenden Druck gering gehalten.

Unmittelbar nach dieser Vorbehandlung kann eine Keramikschicht 18, die z. B. aus Aluminiumoxid besteht, durch thermisches Spritzen, vorzugsweise durch Plasmaspritzen aufgetragen werden. Die Keramikschicht 18 wird dabei vorzugsweise mit einer Schichtdicke zwischen etwa 50 und 150 µ im dargestellten Bei­ spiel mit etwa 100 µ aufgetragen.

Während des thermischen Spritzens erfolgt vorzugsweise gleich­ zeitig eine Kühlung des Elektrodenkörpers, um lokale Überhit­ zungen und damit einhergehenden Verzug zu vermeiden. Hierzu können beispielsweise am Brennerkopf eine oder mehrere Gaslan­ zen vorgesehen sein, aus denen während des thermischen Sprit­ zens ein Gasstrom, z. B. Luft oder Kohlendioxid, auf die Elek­ trode gerichtet wird, um diese zu kühlen. Durch eine Innenküh­ lung kann bei hohlen Elektrodenkörpern Verzugsproblemen zusätz­ lich entgegengewirkt werden.

Die Keramikschicht 18 wird mit einer möglichst geringen Porosi­ tät erzeugt, wobei durch Verwendung geeigneter Ausgangspulver beim Plasmaspritzen Porositäten von 1% oder weniger erreichbar sind.

Um die Haftung der Keramikschicht 18 auf der Oberfläche des me­ tallischen Elektrodenkörpers 16 zu verbessern, kann vor dem Auftragen der Keramikschicht 18 noch eine dünne, metallische Haftvermittlerschicht 20, die z. B. aus einer Chrom-Nickel-Le­ gierung bestehen kann, gleichfalls durch thermisches Spritzen aufgetragen werden. Eine derartige Haftvermittlerschicht ver­ bessert einerseits die Haftung der nachfolgend aufgetragenen Keramikschicht und wirkt andererseits ausgleichend für die un­ terschiedlichen Materialeigenschaften der Keramikschicht 18 einerseits und des metallischen Elektrodenkörpers 16 anderer­ seits, also z. B. für unterschiedliche thermische Ausdehnungs­ koeffizienten.

Eine so aufgetragene Keramikschicht 18 weist eine besonders ho­ he Stabilität gegen mechanische und thermische Beanspruchung auf.

Nach dem Auftragen der Keramikschicht 18 erfolgt bei einer er­ sten Variante der Erfindung eine mechanische Nachbearbeitung z. B. durch Schleifen oder Polieren, wodurch eine äußerst genaue Maßhaltigkeit erzielt werden kann und gleichzeitig am metalli­ schen Elektrodenkörper 16 die Bereiche 24 wieder frei gelegt werden können.

Bei einer Abwandlung der Erfindung wird die Keramikschicht 18 zusätzlich noch mit einer Schutzschicht 22 versehen, die aus einem Silikonharzlack, vorzugsweise aus einem Siloxanlack, der auch organisch modifizierte Gruppen enthalten kann, oder aus einem präkeramischen Polymer, oder aus einem Fluor-Polymer-Lack, z. B. einem PTFE-Lack hergestellt sein kann.

Die Verwendung eines Siloxanlackes hat den Vorteil, daß dieser die Isolationswirkung der Keramikschicht 18 nochmals deutlich verbessert, da Siloxanlacke gut isolierend sind. Außerdem sind derartige Lacke besonders temperaturbeständig, was insbesondere bei miniaturisierten Elektroden von besonderer Bedeutung ist, bei denen lokal besonders erhöhte Stromdichten auftreten können, was wieder mit einer entsprechenden Erwärmung verbunden sein kann.

Dagegen führt die Verwendung von Fluor-Polymer-Lacken zu einer besonders geringen Benetzbarkeit durch den Elektrolyten an der Oberfläche der Elektrode 10.

Als Auftragsverfahren für die Schutzschicht 22 eignen sich alle bekannten Lackierverfahren, beispielsweise Sprühlackieren oder Tauchlackieren. Darüber hinaus kann die Schutzschicht 22 auch als Imprägnierschicht etwa mittels Druckimprägnieren oder Vaku­ umimprägnieren auf die Keramikschicht 18 aufgetragen werden, wodurch die Schutzschicht 22 tiefer in die Oberfläche der Kera­ mikschicht 18 eindringt und so eine verbesserte Haftung und ei­ ne nochmals verbesserte chemische Stabilität, elektrische Iso­ lierung und Diffusionsdichte gewährleistet.

Sofern eine zusätzliche Schutzschicht 22 auf die Keramikschicht 18 aufgetragen wird, kann in der Regel auf eine mechanische Nachbearbeitung der Keramikschicht 18 verzichtet werden, da die erforderliche Oberflächengüte durch die dünnflüssig auftragbare Schutzschicht 22 erreicht werden kann.

Je nach den gestellten Anforderungen reicht die bloße Auftra­ gung einer Keramikschicht 18 ohne eine zusätzliche Haftvermitt­ lerschicht 20 und eine zusätzliche Schutzschicht 22 aus.

Verbesserte Eigenschaften ergeben sich durch die zusätzliche Kombination mit einer Haftvermittlerschicht 20 und gegebenen­ falls der Schutzschicht 22.

In alternativer Ausführung der Erfindung kann auf die Keramik­ schicht 18 auch vollständig verzichtet werden und statt dessen lediglich die Schutzschicht aus einem anorganischen oder orga­ nischen Material auf die Oberfläche des metallischen Elektro­ denkörpers aufgetragen werden, wie dies schematisch bei der Ausführung gemäß Fig. 2 dargestellt ist.

Die in Fig. 2 dargestellte Ausführung der erfindungsgemäßen Elektrode ist insgesamt mit der Ziffer 10a bezeichnet. Wiederum handelt es sich um eine stiftförmige Elektrode mit einem metal­ lischen Elektrodenkörper 16a aus Edelstahl, der an seinem Ende verschlossen ist.

In Abwandlung von der zuvor anhand von Fig. 1 beschriebenen Ausführung ist der freiliegende Bereich 24 des metallischen Elektrodenkörpers 16a hierbei jedoch an der Stirnfläche der Elektrode 10a ausgebildet, wobei die Stirnfläche von den kreis­ förmigen Öffnungen 26a siebartig durchsetzt ist, so daß der Elektrolyt aus der Stirnfläche austreten kann und somit die Elektrode 10a zur Erzeugung einer tiefen Sacklochbohrung geeig­ net ist. Schematisch ist am Werkstück 12a gegenüber der Stirn­ fläche der Elektrode 10a bereits eine entsprechende Kavität 14a angedeutet.

Im Unterschied zu der zuvor anhand von Fig. 1 beschriebenen Ausführung wurde bei der Elektrode gemäß Fig. 2 vollständig auf eine Keramikschicht verzichtet. Statt dessen wurde lediglich eine polymere Schutzschicht 18a auf die Oberfläche des metalli­ schen Grundkörpers 16a vorzugsweise durch Spritzlackieren oder Tauchlackieren aufgetragen.

Um hierbei eine ausreichende mechanische Beständigkeit, Diffu­ sionsbeständigkeit und Isolierwirkung zu gewährleisten, wird bei dieser Ausführung vorzugsweise ein Silikonharzlack, insbe­ sondere ein Siloxanlack verwendet, der auch beispielsweise mit Etoxy- oder Metoxy-Gruppen organisch modifiziert sein kann.

Wegen der besonders guten Isolierwirkung und mechanischen Be­ ständigkeit solcher Lacke lassen sich auch auf diese Weise Elektroden 10a mit guten Eigenschaften herstellen.

Gegebenenfalls kann vor dem Auftrag der Schutzschicht 18a auf den metallischen Grundkörper 16a zuvor noch eine Haftvermitt­ lerschicht, vorzugsweise eine Primerschicht oder Konversions­ schicht aufgetragen werden, um die Haftung der Schutzschicht 18a zu verbessern (nicht dargestellt).

Statt durch mechanische Nachbearbeitung können bei sämtlichen zuvor genannten Ausführungsformen die freiliegenden Bereiche 24 bzw. 24a des metallischen Grundkörpers 18 bzw. 18a auch durch ein Maskierverfahren erzeugt werden.

Claims (25)

1. Verfahren zur Herstellung einer Elektrode (10) zur elek­ trochemischen Bearbeitung eines metallischen Werkstückes (12) in einer Elektrolytumgebung, umfassend die Schritte:

• - Herstellen eines metallischen Elektrodenkörpers (16) und
• - Aufbringen einer Keramikschicht (18) zumindest auf einen Teil der Oberfläche des Elektrodenkörpers (16) durch thermisches Spritzen.

2. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Keramikschicht (18) aus Al₂O₃, Cr₂O₃, Tialit (Al₂TiO₅), ZrO₂, TiO₂, Mullit oder Mischungen bzw. Phasengemischen hiervon hergestellt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Oberfläche des Elektrodenkörpers (16) zumindest durch Reinigen, Ent­ fetten oder Aufrauhstrahlen vorbehandelt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei dem eine Haftver­ mittlerschicht (20) auf den Elektrodenkörper (16) aufge­ tragen wird, bevor die Keramikschicht (18) aufgespritzt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem eine metallische Schicht, vorzugsweise eine Chrom-Nickel-Legierung durch thermisches Spritzen als Haftvermittlerschicht (20) aufge­ tragen wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Elektrodenkörper (16) während des thermischen Sprit­ zens durch einen Fluidstrom gekühlt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem der hohl ausgebildete Elektrodenkörper (16) durch Zuführung eines Fluidstromes von innen gekühlt wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Keramikschicht (18) mit einer offenen Porosität von höchstens etwa 2%, vorzugsweise von höchstens etwa 1% ge­ spritzt wird.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Keramikschicht (18) mechanisch nachbearbeitet wird, vorzugsweise durch Schleifen oder Polieren.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Keramikschicht (18) mit einer Schichtdicke zwischen etwa 50 und 150 Mikrometer aufgetragen wird.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem auf die Keramikschicht (18) eine Schutzschicht (22) aufge­ tragen wird.

12. Verfahren zur Herstellung einer Elektrode (10a) zur elek­ trochemischen Bearbeitung eines metallischen Werkstückes (12a) in einer Elektrolytumgebung, umfassend die Schritte:

• - Herstellen eines metallischen Elektrodenkörpers (16a) und
• - Beschichten zumindest eines Teils der Oberfläche des Elektrodenkörpers (16a) mittels einer anorganischen oder organischen Schutzschicht (18a) durch ein Lack­ auftragverfahren.

13. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem vor der Auftragung der Schutzschicht (18a) eine Haftvermittlerschicht, vorzugs­ weise eine Primerschicht aufgetragen wird.

14. Verfahren nach Anspruch 11, 12 oder 13, bei dem die Schutzschicht (18a) oder die Haftvermittlerschicht durch Druckimprägnieren oder durch Vakuumimprägnieren aufgetra­ gen wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, bei dem die Schutzschicht (18, 18a) oder die Haftvermittlerschicht durch Sprüh- oder Tauchlackieren aufgetragen wird.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, bei dem die Schutzschicht (18, 18a) aus einem Silikonharzlack, vor­ zugsweise aus einem Siloxanlack oder einem organisch modi­ fizierten Siloxanlack hergestellt wird.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, bei dem die Schutzschicht (18, 18a) aus einem präkeramischen Polymer, das Silizium, Bor, Kohlenstoff und Stickstoff enthält (Si-B-C-N), hergestellt wird.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 16, bei dem die Schutzschicht (18, 18a) eingebrannt wird, vorzugsweise bei einer Temperatur zwischen etwa 100°C und 300°C.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, bei dem die Schutzschicht (18, 18a) aus einem Fluor-Polymer-Lack her­ gestellt wird.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 19, bei dem der Schutzschicht (18, 18a) verschleißmindernde Zusätze zuge­ setzt werden.

21. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Oberfläche des Elektrodenkörpers (16, 16a) vor dem Aufspritzen der Keramikschicht (18) oder der Schutzschicht (18a) durch ein Maskierverfahren teilweise abgedeckt wird, um nicht isolierte Teile (24, 24a) an der Oberfläche des Elektrodenkörpers (16, 16a) freizulegen.

22. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20, bei dem nicht isolierte Teile (24, 24a) an der Oberfläche des Elektro­ denkörpers (16, 16a) durch mechanische Nachbearbeitung freigelegt werden.

23. Elektrode zur elektrochemischen Bearbeitung eines metalli­ schen Werkstückes (12, 12a) in einer Elektrolytumgebung, mit einem metallischen Elektrodenkörper (16, 16a), des­ sen Oberfläche teilweise mittels einer Keramikschicht (18) oder mittels einer Schutzschicht (18a) aus Silikonharz­ lack, aus einem organisch modifizierten Siloxanlack oder aus einem Fluoropolymer beschichtet ist.

24. Elektrode hergestellt nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 22.

25. Elektrode nach Anspruch 23 oder 24, die mindestens einem Hohlraum (28) zur Zu- bzw. Abfuhr von Elektrolytflüssig­ keit und mindestens eine Durchtrittsöffnung (26, 26a) für Elektrolytflüssigkeit aufweist.