EP0565070A1 - Electroplating process - Google Patents
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- EP0565070A1 EP0565070A1 EP93105726A EP93105726A EP0565070A1 EP 0565070 A1 EP0565070 A1 EP 0565070A1 EP 93105726 A EP93105726 A EP 93105726A EP 93105726 A EP93105726 A EP 93105726A EP 0565070 A1 EP0565070 A1 EP 0565070A1
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- C25D5/00—Electroplating characterised by the process; Pretreatment or after-treatment of workpieces
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- C25D5/14—Electroplating with more than one layer of the same or of different metals at least one layer being of nickel or chromium two or more layers being of nickel or chromium, e.g. duplex or triplex layers
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- C25D5/60—Electroplating characterised by the structure or texture of the layers
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- C25D5/60—Electroplating characterised by the structure or texture of the layers
- C25D5/625—Discontinuous layers, e.g. microcracked layers
Definitions
- the invention relates to a method for the electrochemical (galvanic) application of a surface coating to an object, preferably a machine component, in particular a machine roller, using an electrical variable of the galvanic process which causes the layer application.
- a hard chrome layer is then applied to the surface structure created in this way.
- These various work steps required for the creation are quite complex and require complicated process engineering. The costs are essentially determined by the complex processing steps such as mechanical grinding to size and chemical structure etching; these machining processes are relatively expensive.
- the invention is therefore based on the object of specifying a method for the electrochemical application of a surface coating to an object, which enables the desired, structured surface topographies to be created in a simple and inexpensive manner.
- nucleation of the deposition material takes place on the surface to be coated by means of at least one initial impulse of the electrical quantity and that the deposition material nuclei are subsequently grown by the addition of further deposition material by means of at least one subsequent impulse.
- This procedure according to the invention leads to a uniform, optimal structuring of the surface without the need for complex intermediate grinding as well as chemical etching processes. Rather, the desired surface structure is set during the galvanic coating process. It is essential here that the nucleation with separating material is first carried out by means of the initial impulse of the electrical quantity and that the germs formed are subsequently grown by the subsequent impulse.
- an electrical voltage and / or an electrical current is used as the electrical variable such that the initial pulse and / or the subsequent pulse have a defined shape by means of a corresponding voltage and / or current function as a function of time Has.
- the structured surface coatings preferably by means of galvanic chrome or chromium alloy electrolytes, by means of galvanic nickel or nickel alloy electrolytes, by means of galvanic cobalt or cobalt alloy electrolytes, by means of galvanic copper or copper alloy electrolytes or by means of galvanic noble metal or noble metal alloy electrolytes.
- the structure of the surface created according to the invention the requirements of the most varied fields of application can be met.
- the structure forms defined lubricant deposits or has a storage capacity for substances that come into contact with the surface.
- the structuring leads to low-glare devices, for example in medical or optical technology.
- a multilayer structure is provided, at least one of the layers being provided with the structured surface topography.
- a nickel strike layer is preferably first applied to the object.
- This nickel strike layer is applied with a thickness of 0.2 to 2 ⁇ m, preferably ⁇ 1 ⁇ m.
- the application is preferably carried out by means of a galvanic process.
- the object is, for example, a roller or a cylinder of a printing press.
- the cylinder is preferably made of steel (St.52 / Nirosta).
- a sulfamate-nickel layer is applied to the nickel strike layer.
- This layer is preferably produced with a thickness of 25 to 40 ⁇ m, in particular 30 ⁇ m.
- a chromium layer in particular a low-crack chromium layer, is applied to the sulfamate-nickel layer.
- This chrome layer preferably has a thickness of 5 up to 15 ⁇ m, in particular from 10 ⁇ m.
- the structured surface coating generated by means of the initial and subsequent pulse is now applied to the chrome layer.
- This surface coating is preferably designed as a structured chromium layer, a chromium or a chromium alloy electrolyte being used in the galvanic process.
- the application is carried out by first applying germs of the deposition material to the surface to be coated (for example the mentioned chrome layer) by means of at least one initial pulse of the electrical quantity of the galvanic process.
- the structured surface coating is preferably produced with a maximum thickness of 5 to 20 ⁇ m, preferably 7 to 10 ⁇ m.
- the "maximum thickness” is understood to mean the measure up to the highest elevations, because due to the structuring, that is to say higher and lower lying areas, a thickness measure specification is not otherwise clearly defined.
- the so-called “load share”, which is also defined as the “material share” according to DIN 4762, can also be used as the design. This load share is the percentage ratio of the length of the profile cut in a certain cutting line to a reference distance.
- the profile results from the surface structure, the cutting line being below the highest elevations of the structure, so that it cuts the corresponding elevations leads in some areas between the surveys.
- the method according to the invention preferably achieves a load share of 25%, the cutting line being 2 ⁇ m below the highest point of the structure.
- a finishing layer of micro-cracked chromium is applied to the structured surface coating.
- This final layer is preferably produced with a thickness of 5 to 20 ⁇ m, in particular 8 to 10 ⁇ m.
- the structured surface coating produced by the method according to the invention has the correspondingly desired roughness or the correspondingly desired load-bearing component
- the other layers mentioned here nickel strike layer, sulfamate-nickel layer, low-crack chrome layer (base layer) and finishing layer made of micro-cracked chromium ) on the other hand, to be regarded as having the same thickness and unstructured.
- a chromium electrolyte is used for the electrochemical process for applying the structured surface coating.
- This chrome electrolyte preferably has a temperature of about 45 ° C.
- the object is set in rotation while the structured surface coating is being applied.
- this takes place in the cylinders of the printing presses mentioned in that they are rotated about their longitudinal central axis.
- Anodes made of PbSn7 or platinized titanium are particularly preferably used when applying the structured surface coating.
- the object to be coated forms the cathode when the structured surface coating is applied.
- a trapezoidal initial voltage pulse and also an approximately trapezoidal subsequent voltage pulse are preferably used to generate the structure of the surface coating.
- the machine component is immersed in the electrolytes, in particular chrome electrolytes, and the initial impulse is only started after a voltage-free or current-free waiting time.
- This waiting time serves, among other things, to adjust the temperature, i.e. the base material (machine component) assumes approximately the temperature of the electrolyte.
- This waiting time is preferably 60 s.
- This intermediate period is thus between the period of the nucleation mentioned above and the growth phase of the deposition process.
- a basic pulse (voltage or current pulse) is connected upstream of the initial pulse.
- This starting edge increases the current in the galvanic process up to a maximum current of approx. 950 A based on a standard area. This maximum current is now maintained over a period of approximately 60s.
- FIG. 1 shows a longitudinal section through a dampening cylinder 1 of a printing press.
- the dampening cylinder 1 has a cylindrical base body 2, the outer surface 3 of which is provided with a layer structure 4.
- the layer structure 4 is identified by the dash-dot line in FIG. 1. It is guided around the edge regions 5 of the dampening cylinder 1 with the length of a portion of the radius.
- the layer structure 4 is composed of individual layers, each of which is applied electrochemically, that is to say by means of galvanic processes.
- FIG. 2 shows a section through the layer structure 4.
- a nickel strike layer 6 is electrodeposited on the base body 2 of the dampening cylinder 1.
- the basic body is made of steel St.52 / Nirosta.
- the nickel strike layer 6 is a pre-nickel plating.
- the electrolyte used for this is very acidic with a high chloride concentration.
- the nickel strike layer 6 has a uniform thickness of preferably 1 to 2 ⁇ m.
- a sulfamate-nickel layer 7 is applied electrolytically to the nickel strike layer 6.
- This sulfamate-nickel layer 7 is sulfur-free; it has a thickness of 30 to 40 ⁇ m and a Vickers hardness of 200 to 250 HV.
- a low-crack chrome layer 8 is electroplated onto the sulfamate-nickel layer 7; it has a uniform thickness of 10 to 15 ⁇ m and forms a so-called base layer.
- a structured surface coating 9 is applied to the chrome layer 8 by means of a galvanic process.
- This surface coating 9 represents a structured chrome layer 10. Due to the structuring, there are corresponding elevations and depressions, the maximum thickness, measured from the sole to the apex of the maximum elevation, of this structured chrome layer 10 being 7 to 10 ⁇ m.
- FIG. 3 shows a voltage-time diagram which illustrates the control of an electrical variable (voltage U) of the galvanic process for applying the base layer and for subsequently applying the structured surface coating 9.
- the dampening cylinder 1 is switched as a cathode and anodes made of PbSn7 or platinized titanium are used.
- the electrode distance between the anode and cathode is set to approx. 25 cm.
- the dampening cylinder 1 is continuously rotated about its longitudinal axis 12 (FIG. 1) while the structured surface coating 9 is being applied.
- the electrochemical process for applying the base layer (chrome layer 8) and the structured surface coating 9 is carried out as follows:
- the base body 2 of the dampening cylinder 1 is introduced into a chrome electrolyte with a temperature of approx. 45 ° C., after which Initially, a waiting time t w passes, which is approximately 60 s long. During this time (without applying current or voltage), the temperature of the base material (base body 2) is adjusted to the electrolyte temperature.
- an electrical base pulse 13 is first applied between the anode and cathode after the waiting time t w . Then, by means of an initial and a subsequent pulse 14, nucleation of the separating material (initial pulse 14 ') and then growth of the separating material nuclei by addition with further separating material is then brought about (subsequent pulse 14''), as a result of which the structured surface coating 9 is formed.
- the basic pulse 13 and the initial and subsequent pulse 14 are designed as follows:
- the basic pulse 13 is a voltage pulse with a trapezoidal shape.
- the start and follow pulse 14 is also a voltage pulse, which is composed of the start pulse 14 'and the directly following pulse 14''and also has a trapezoidal shape; the pure trapezoidal shape is disturbed insofar as the starting edge (leading edge) of the initial pulse 14 'has a different slope than the starting edge of the subsequent pulse 14''. This will be discussed in more detail below.
- a constant amplitude 16 with 4 V over a period of 600 s connects to the starting edge 15.
- This is followed by an end flank 17, which has a drop of ⁇ U / ⁇ t 0.4 V / 5 s having.
- An intermediate time period t z then follows, which is current-free or voltage-free and has a length of 60 s.
- the current on which the galvanic process is based is increased to a maximum current I max of 950 A. This maximum current I max is maintained over a period of 60 s.
- the total flank formed by the initial pulse 14 'and the subsequent pulse 14'' is designated by 19. It is composed of the two starting edges 18 and 20.
- finishing layer 11 is applied to the structured surface coating 9 produced according to the invention using a conventional electrochemical process.
- FIG. 4 shows the structure chrome of the structured surface coating 9 in a 200-fold magnification.
- FIG. 5 shows a 500-fold magnification. It can be clearly seen that there is a very uniform structured distribution.
- FIGS. 6 and 7 show a comparison of a known surface coating with the surface coating according to the invention: namely, FIG. 6 shows a conventional surface coating subjected to a grinding and etching process in 200 times magnification and FIG. 7 shows the structured surface coating 9 according to the invention, also in FIG 200x magnification. It can be clearly seen that the structure according to the invention is constructed in a substantially more uniform and orderly manner than in the case of the prior art.
- a degreasing process and a de-papering are of course carried out first, as is customary, before the layer structure 4 is applied. These processes may also be repeated several times.
- the nickel strike layer 6 Only then is the nickel strike layer 6, then the sulfamate nickel layer 7 and then the chrome layer 8 applied.
- the structured surface coating 9 is then deposited and then the final layer 10 is applied, which consists of micro-cracked chromium and with which the dimensional accuracy can be controlled.
- the invention is not limited to chromium or chromium alloy layers, but can also be carried out with other deposition materials.
Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum elektrochemischen (galvanischen) Aufbringen einer Oberflächenbeschichtung auf einen Gegenstand, vorzugsweise ein Maschinenbauteil, insbesondere eine Maschinenwalze, unter Verwendung einer, den Schichtauftrag bewirkenden elektrischen Größe des galvanischen Prozesses.The invention relates to a method for the electrochemical (galvanic) application of a surface coating to an object, preferably a machine component, in particular a machine roller, using an electrical variable of the galvanic process which causes the layer application.
In vielen Bereichen der Technik werden zum Beispiel Maschinenbauteile mit speziellen Oberflächeneigenschaften benötigt. Es ist bekannt, Oberflächenbeschichtungen auf Maschinenbauteile mittels galvanischer Prozesse aufzubringen. Betrachtet man beispielsweise Maschinenwalzen beziehungsweise Zylinder für die graphische Industrie, zum Beispiel für den Textildruck oder Zylinder für Druckmaschinen, so werden diese unter anderem im Hinblick auf Feuchtreibzylinder mit einer speziellen, "rauhen" Oberfläche benötigt. Zur Herstellung derartiger Oberflächengüten wird der Feuchtreibzylinder hartverchromt und anschließend einem Schleifprozeß auf Maß unterzogen. Danach erfolgt eine Strukturätzung, um die gewünschte Rauheit der Oberfläche herbeizuführen.In many areas of technology, for example, machine components with special surface properties are required. It is known to apply surface coatings to machine components by means of galvanic processes. If one considers, for example, machine rollers or cylinders for the graphic industry, for example for textile printing or cylinders for printing machines, these are required, among other things, with regard to dampening cylinders with a special, "rough" surface. To produce such surface qualities, the dampening cylinder is hard chrome-plated and then subjected to a customized grinding process. This is followed by a structure etching in order to bring about the desired roughness of the surface.
Auf die so geschaffene Oberflächenstruktur wird dann eine Hartchromschicht aufgebracht. Diese verschiedenen, zur Erstellung notwendigen Arbeitsschritte sind recht aufwendig und erfordern eine komplizierte Verfahrenstechnik. Die Kosten werden im wesentlichen durch die aufwendigen Bearbeitungsstufen wie mechanisches Schleifen auf Maß und chemisches Strukturätzen bestimmt; diese Bearbeitungsverfahren sind relativ teuer.A hard chrome layer is then applied to the surface structure created in this way. These various work steps required for the creation are quite complex and require complicated process engineering. The costs are essentially determined by the complex processing steps such as mechanical grinding to size and chemical structure etching; these machining processes are relatively expensive.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum elektrochemischen Aufbringen einer Oberflächenbeschichtung auf einen Gegenstand anzugeben, das auf einfache und kostengünstige Weise die Schaffung von gewünschten, strukturierten Oberflächentopographien ermöglicht.The invention is therefore based on the object of specifying a method for the electrochemical application of a surface coating to an object, which enables the desired, structured surface topographies to be created in a simple and inexpensive manner.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zur Erzielung der gewünschten strukturierten Oberflächentopographie mittels mindestens eines Anfangsimpulses der elektrischen Größe auf der zu beschichtenden Fläche Keimbildungen des Abscheidematerials erfolgen und daß anschließend mittels mindestens eines Folgeimpulses ein Wachstum der Abscheidematerialkeime durch Anlagerung von weiterem Abscheidematerial herbeigeführt wird. Dieses erfindungsgemäße Vorgehen führt zu einer gleichmäßigen, optimalen Strukturierung der Oberfläche, ohne daß es einer aufwendigen Schleifzwischenbearbeitung sowie chemischer Ätzprozesse bedarf. Vielmehr wird bereits während des galvanischen Beschichtungsprozesses die gewünschte Oberflächenstruktur eingestellt. Wesentlich ist dabei, daß zunächst mittels des Anfangimpulses der elektrischen Größe die Keimbildung mit Abscheidematerial vollzogen und anschließend durch den Folgeimpuls ein Wachstum der gebildeten Keime herbeigeführt wird.This object is achieved in that, in order to achieve the desired structured surface topography, nucleation of the deposition material takes place on the surface to be coated by means of at least one initial impulse of the electrical quantity and that the deposition material nuclei are subsequently grown by the addition of further deposition material by means of at least one subsequent impulse. This procedure according to the invention leads to a uniform, optimal structuring of the surface without the need for complex intermediate grinding as well as chemical etching processes. Rather, the desired surface structure is set during the galvanic coating process. It is essential here that the nucleation with separating material is first carried out by means of the initial impulse of the electrical quantity and that the germs formed are subsequently grown by the subsequent impulse.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß als elektrische Größe eine elektrische Spannung und/oder ein elektrischer Strom derart verwendet wird, daß der Anfangsimpuls und/oder der Folgeimpuls eine definierte Gestalt durch eine entsprechende Spannungs- und/oder Stromfunktion in Abhängigkeit von der Zeit hat.According to a development of the invention, it is provided that an electrical voltage and / or an electrical current is used as the electrical variable such that the initial pulse and / or the subsequent pulse have a defined shape by means of a corresponding voltage and / or current function as a function of time Has.
Aufgrund des erfindungsgemäßen Vorgehens ist es möglich, die strukturierten Oberflächenbeschichtungen, vorzugsweise mittels galvanischer Chrom- oder Chromlegierungselektrolyten, mittels galvanischer Nickel- oder Nickellegierungselektrolyten, mittels galvanischen Kobalt- oder Kobaltlegierungselektrolyten, mittels galvanischer Kupfer- oder Kupferlegierungselektrolyten oder mittels galvanischer Edelmetall- oder Edelmetallegierungselektrolyten herzustellen. Mit der erfindungsgemäß erstellten Struktur der Oberfläche lassen sich die Anforderungen verschiedenster Anwendungsgebiete erfüllen. So bildet die Struktur beispielsweise definierte Schmierstoffdenpots oder weist eine Speicherfähigkeit für mit der Oberfläche in Berührung kommende Stoffe auf. Überdies führt die Strukturierung zu blendarmen Geräten, zum Beispiel in der Medizin- oder optischen Technik. Dabei lassen sich genau definierte Reflektionsgrade erzielen, wie sie für funktionelle aber auch für dekorative Anwendungen benötigt werden. Insbesondere ist es möglich, mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Walzen für Druckmaschinen, insbesondere Feuchtreibzylinder von Feuchtwerken derartiger Druckmaschinen zu beschichten, die optimale Eigenschaften für den Druckprozeß aufweisen.On the basis of the procedure according to the invention, it is possible to produce the structured surface coatings, preferably by means of galvanic chrome or chromium alloy electrolytes, by means of galvanic nickel or nickel alloy electrolytes, by means of galvanic cobalt or cobalt alloy electrolytes, by means of galvanic copper or copper alloy electrolytes or by means of galvanic noble metal or noble metal alloy electrolytes. With the structure of the surface created according to the invention, the requirements of the most varied fields of application can be met. For example, the structure forms defined lubricant deposits or has a storage capacity for substances that come into contact with the surface. In addition, the structuring leads to low-glare devices, for example in medical or optical technology. In this way, precisely defined degrees of reflection can be achieved, such as for functional but also needed for decorative applications. In particular, it is possible with the method according to the invention to coat rollers for printing machines, in particular dampening cylinders from dampening units of such printing machines, which have optimal properties for the printing process.
Nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, daß ein Mehrschichtenaufbau erfolgt, wobei zumindest eine der Schichten mit der strukturierten Oberflächentopographie versehen ist. Im Zuge dieses Mehrschichtenaufbaus wird vorzugsweise auf den Gegenstand zunächst eine Nickel-Strike-Schicht aufgebracht. Diese Nickel-Strike-Schicht wird mit einer Dicke von 0,2 bis 2 µm, vorzugsweise < 1 µm, aufgebracht. Das Aufbringen erfolgt vorzugsweise -wie bei allen nachstehend noch erwähnten Schichten- mittels eines galvanischen Prozesses. Bei dem Gegenstand handelt es sich beispielsweise um eine Walze beziehungsweise einen Zylinder einer Druckmaschine. Der Zylinder besteht vorzugsweise aus Stahl (St.52/Nirosta).According to a preferred embodiment of the invention, a multilayer structure is provided, at least one of the layers being provided with the structured surface topography. In the course of this multilayer structure, a nickel strike layer is preferably first applied to the object. This nickel strike layer is applied with a thickness of 0.2 to 2 μm, preferably <1 μm. As with all the layers mentioned below, the application is preferably carried out by means of a galvanic process. The object is, for example, a roller or a cylinder of a printing press. The cylinder is preferably made of steel (St.52 / Nirosta).
Auf die Nickel-Strike-Schicht wird eine Sulfamat-Nickel-Schicht aufgebracht. Diese Schicht wird vorzugsweise mit einer Dicke von 25 bis 40 µm, insbesondere von 30 µm, hergestellt.A sulfamate-nickel layer is applied to the nickel strike layer. This layer is preferably produced with a thickness of 25 to 40 μm, in particular 30 μm.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn auf die Sulfamat-Nickel-Schicht eine Chromschicht, insbesondere eine rißarme Chromschicht, aufgebracht wird. Diese Chromschicht besitzt vorzugsweise eine Dicke von 5 bis 15 µm, insbesondere von 10 µm. Nunmehr wird auf die Chromschicht die mittels Anfangs- und Folgeimpuls erzeugte, strukturierte Oberflächenbeschichtung aufgebracht. Diese Oberflächenbeschichtung ist vorzugsweise als Strukturchromschicht ausgebildet, wobei im galvanischen Prozeß ein Chrom- oder ein Chromlegierungselektrolyt eingesetzt wird. Das Aufbringen erfolgt erfindungsgemäß dadurch, daß zunächst mittels mindestens eines Anfangsimpulses der elektrischen Größe des galvanischen Prozesses auf die zu beschichtende Fläche (beispielsweise die genannte Chromschicht) Keime des Abscheidematerials aufgebracht werden. Anschließend wird dann mittels mindestens eines Folgeimpulses ein Wachstum dieser Keime herbeigeführt, bis die gewünschte Strukturierung erreicht ist. Vorzugsweise wird die strukturierte Oberflächenbeschichtung mit einer maximalen Dicke von 5 bis 20 µm, vorzugsweise von 7 bis 10 µm, hergestellt. Unter der "maximalen Dicke" wird das Maß bis zu den höchsten Erhebungen verstanden, da aufgrund der Strukturierung, das heißt, höher und tiefer liegender Bereiche, eine Dickenmaßangabe sonst nicht eindeutig definiert ist. Als Bemessung kann auch der sogenannte "Traganteil" herangezogen werden, der auch als "Materialanteil" gemäß DIN 4762 definiert ist. Dieser Traganteil ist das prozentuale Verhältnis der Länge des in einer bestimmten Schnittlinie geschnittenen Profils zu einer Bezugsstrecke. Das Profil ergibt sich aufgrund der Oberflächenstruktur, wobei die Schnittlinie unterhalb der höchsten Erhebungen der Struktur liegt, so daß es zum Schnitt der entsprechenden Erhebungen führt bereichsweise jedoch auch zwischen den Erhebungen liegt. Vorzugsweise wird mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ein Traganteil von 25 % erzielt, wobei die Schnittlinie 2 µm unterhalb des höchsten Punktes der Struktur liegt.It is particularly advantageous if a chromium layer, in particular a low-crack chromium layer, is applied to the sulfamate-nickel layer. This chrome layer preferably has a thickness of 5 up to 15 µm, in particular from 10 µm. The structured surface coating generated by means of the initial and subsequent pulse is now applied to the chrome layer. This surface coating is preferably designed as a structured chromium layer, a chromium or a chromium alloy electrolyte being used in the galvanic process. According to the invention, the application is carried out by first applying germs of the deposition material to the surface to be coated (for example the mentioned chrome layer) by means of at least one initial pulse of the electrical quantity of the galvanic process. Subsequently, growth of these germs is then brought about by means of at least one subsequent pulse until the desired structuring is achieved. The structured surface coating is preferably produced with a maximum thickness of 5 to 20 μm, preferably 7 to 10 μm. The "maximum thickness" is understood to mean the measure up to the highest elevations, because due to the structuring, that is to say higher and lower lying areas, a thickness measure specification is not otherwise clearly defined. The so-called "load share", which is also defined as the "material share" according to DIN 4762, can also be used as the design. This load share is the percentage ratio of the length of the profile cut in a certain cutting line to a reference distance. The profile results from the surface structure, the cutting line being below the highest elevations of the structure, so that it cuts the corresponding elevations leads in some areas between the surveys. The method according to the invention preferably achieves a load share of 25%, the cutting line being 2 μm below the highest point of the structure.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß auf die strukturierte Oberflächenbeschichtung eine Abschlußschicht aus mikrorissigem Chrom aufgebracht wird. Diese Abschlußschicht wird vorzugsweise mit einer Dicke von 5 bis 20 µm, insbesondere 8 bis 10 µm hergestellt.According to a preferred embodiment of the invention it is provided that a finishing layer of micro-cracked chromium is applied to the structured surface coating. This final layer is preferably produced with a thickness of 5 to 20 μm, in particular 8 to 10 μm.
Während die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens erzeugte strukturierte Oberflächenbeschichtung die entsprechend gewünschte Rauheit beziehungsweise den entsprechend gewünschten Traganteil aufweist, sind die übrigen, hier genannten Schichten (Nickel-Strike-Schicht, Sulfamat-Nickel-Schicht, rißarme Chromschicht (Grundschicht) und Abschlußschicht aus mikrorissigem Chrom) demgegenüber als jeweils in sich gleich dick und unstrukturiert anzusehen.While the structured surface coating produced by the method according to the invention has the correspondingly desired roughness or the correspondingly desired load-bearing component, the other layers mentioned here (nickel strike layer, sulfamate-nickel layer, low-crack chrome layer (base layer) and finishing layer made of micro-cracked chromium ) on the other hand, to be regarded as having the same thickness and unstructured.
Nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, daß für den elektrochemischen Prozeß zum Aufbringen der strukturierten Oberflächenbeschichtung ein Chromelektrolyt verwendet wird. Dieser Chromelektrolyt weist vorzugsweise eine Temperatur von etwa 45°C auf.According to a preferred embodiment of the invention, it is provided that a chromium electrolyte is used for the electrochemical process for applying the structured surface coating. This chrome electrolyte preferably has a temperature of about 45 ° C.
Es ist vorteilhaft, wenn während des Aufbringens der strukturierten Oberflächenbeschichtung der Gegenstand in Rotation versetzt wird. Vorzugsweise erfolgt dies bei den Zylindern der erwähnten Druckmaschinen dadurch, daß diese um ihre Längs-Mittelachse gedreht werden.It is advantageous if the object is set in rotation while the structured surface coating is being applied. Preferably this takes place in the cylinders of the printing presses mentioned in that they are rotated about their longitudinal central axis.
Besonders bevorzugt werden beim Aufbringen der strukturierten Oberflächenbeschichtung Anoden aus PbSn7 oder platiniertem Titan verwendet. Demgegenüber bildet der zu beschichtende Gegenstand beim Aufbringen der strukturierten Oberflächenbeschichtung die Katode.Anodes made of PbSn7 or platinized titanium are particularly preferably used when applying the structured surface coating. In contrast, the object to be coated forms the cathode when the structured surface coating is applied.
Als besonders vorteilhaft hat sich erwiesen, wenn beim Aufbringen der strukturierten Oberflächenbeschichtung ein Elektrodenabstand zwischen Anode und Katode von 10 bis 40 cm, insbesondere 25 cm, vorliegt.It has proven to be particularly advantageous if, when the structured surface coating is applied, there is an electrode distance between the anode and cathode of 10 to 40 cm, in particular 25 cm.
Für die Strukturerzeugung der Oberflächenbeschichtung wird bevorzugt ein trapezförmiger Spannungs-Anfangsimpuls und ebenfalls ein etwa trapezförmiger Spannungs-Folgeimpuls verwendet. Zunächst wird im Zuge des Prozeßverlaufs das Maschinenbauteil in den Elektrolyten, insbesondere Chromelektrolyten, eingetaucht und erst nach Ablauf einer spannungs- beziehungsweise stromfreien Wartezeit der Anfangsimpuls gestartet. Diese Wartezeit dient unter anderem der Temperaturangleichung, das heißt, der Grundwerkstoff (Maschinenbauteil) nimmt etwa die Temperatur des Elektrolyten an. Diese Wartezeit beträgt vorzugsweise 60 s.A trapezoidal initial voltage pulse and also an approximately trapezoidal subsequent voltage pulse are preferably used to generate the structure of the surface coating. First, in the course of the process, the machine component is immersed in the electrolytes, in particular chrome electrolytes, and the initial impulse is only started after a voltage-free or current-free waiting time. This waiting time serves, among other things, to adjust the temperature, i.e. the base material (machine component) assumes approximately the temperature of the electrolyte. This waiting time is preferably 60 s.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn zwischen dem Ende des Anfangsimpulses und dem Anfang des Folgeimpulses eine spannungs- beziehungsweise stromfreie Zwischenzeitspanne verstreicht. Diese Zwischenzeitspanne liegt somit zwischen dem Abschnitt der zuvor erwähnten Keimbildung und der Wachstumsphase des Abscheidungsprozesses.Furthermore, it is advantageous if between the end of the initial pulse and the beginning of the subsequent pulse a voltage or current-free intermediate period elapses. This intermediate period is thus between the period of the nucleation mentioned above and the growth phase of the deposition process.
Nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist zur Bildung der strukturierten Oberflächenbeschichtung vorgesehen, daß dem Anfangsimpuls ein Grundimpuls (Spannungs- bzw. Stromimpuls) vorgeschaltet wird. Dieser dient dem Aufbau einer vorstehend schon erwähnten Grundschicht. Der Grundimpuls hat vorzugsweise eine Anfangsflanke mit einer Steigung von
Dieser Anfangsimpuls erhält eine Startflanke, die eine Steigung von
Zur Variation der Oberflächentopographie ist es möglich, die zuvor genannten Spannung- und/oder Stromwerte und/oder Spannungsdifferenzwerte und/oder Zeit- und/oder Zeitdifferenzwerte zu variieren. Diese Variation ist -bezogen auf das erwähnte Ausführungsbeispiel- mit Abweichungen von ± 10%, vorzugsweise ± 5%, möglich.To vary the surface topography, it is possible to vary the aforementioned voltage and / or current values and / or voltage difference values and / or time and / or time difference values. This variation is possible, based on the exemplary embodiment mentioned, with deviations of ± 10%, preferably ± 5%.
Die Zeichnungen veranschaulichen die Erfindung, und zwar zeigt:
Figur 1- einen Längsschnitt durch einen Feuchtreibzylinder eines Feuchtwerks einer Druckmaschine,
Figur 2- eine vergrößerte Schnittansicht durch einen Oberflächenschichtaufbau des Feuchtreibzylinders der Figur 1,
Figur 3- ein Spannungs-Zeit-Diagramm eines galvanischen Beschichtungsprozesses zum Aufbringen einer strukturierten Oberflächenbeschichtung,
- Figur 4
- eine Darstellung der strukturierten Oberflächenbeschichtung in 200-facher Vergrößerung,
Figur 5- die strukturierte Oberflächenbeschichtung der Figur 4, jedoch mit 500-facher vergrößerung,
- Figur 6
- eine nach dem Stand der Technik hergestellte Oberflächenbeschichtung und
Figur 7- eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Oberflächenbeschichtung.
- Figure 1
- 2 shows a longitudinal section through a dampening cylinder of a dampening unit of a printing press,
- Figure 2
- 2 shows an enlarged sectional view through a surface layer structure of the dampening friction cylinder of FIG. 1,
- Figure 3
- a voltage-time diagram of a galvanic coating process for applying a structured surface coating,
- Figure 4
- a representation of the structured surface coating in 200x magnification,
- Figure 5
- the structured surface coating of Figure 4, but with 500x magnification,
- Figure 6
- a surface coating produced according to the prior art and
- Figure 7
- a surface coating produced by the method according to the invention.
Die Figur 1 zeigt einen Längsschnitt durch einen Feuchtreibzylinder 1 einer Druckmaschine. Der Feuchtreibzylinder 1 weist einen zylindrischen Grundkörper 2 auf, dessen Mantelfläche 3 mit einem Schichtaufbau 4 versehen wird. Der Schichtaufbau 4 ist mittels der Strich-Punkt-Linie in Figur 1 gekennzeichnet. Er wird um die Randbereiche 5 des Feuchtreibzylinders 1 mit der Länge eines Anteils des Radius' herumgeführt.FIG. 1 shows a longitudinal section through a dampening
Der Schichtaufbau 4 setzt sich aus einzelnen Schichten zusammen, die jeweils auf elektrochemischem Wege, also mittels galvanischer Prozesse, aufgebracht werden.The layer structure 4 is composed of individual layers, each of which is applied electrochemically, that is to say by means of galvanic processes.
Die Figur 2 zeigt einen Schnitt durch den Schichtaufbau 4. Auf dem Grundkörper 2 des Feuchtreibzylinders 1 wird eine Nickel-Strike-Schicht 6 galvanisch abgeschieden. Der Grundkörper besteht aus Stahl St.52/Nirosta. Bei der Nickel-Strike-Schicht 6 handelt es sich um eine Vorvernicklung. Der hierzu verwendete Elektrolyt ist stark sauer mit einer hohen Chloridkonzentration. Die Nickel-Strike-Schicht 6 weist eine gleichmäßige Dicke von vorzugsweise 1 bis 2 µm auf.FIG. 2 shows a section through the layer structure 4. A nickel strike layer 6 is electrodeposited on the
Auf die Nickel-Strike-Schicht 6 ist eine Sulfamat-Nickel-Schicht 7 eletrolytisch aufgebracht. Diese Sulfamat-Nickel-Schicht 7 ist schwefelfrei; sie weist eine Dicke von 30 bis 40 µm und eine Vickers-Härte von 200 bis 250 HV auf.A sulfamate-
Auf die Sulfamat-Nickel-Schicht 7 ist eine rißarme Chromschicht 8 galvanisch aufgebracht; sie besitzt eine gleichmäßige Dicke von 10 bis 15 µm und bildet eine sogenannte Grundschicht.A low-
Auf die Chromschicht 8 ist eine strukturierte Oberflächenbeschichtung 9 mittels eines galvanischen Prozesses aufgebracht. Diese Oberflächenbeschichtung 9 stellt eine Strukturchromschicht 10 dar. Aufgrund der Strukturierung gibt es entsprechende Erhöhungen und Vertiefungen, wobei die maximale Dicke -gemessen von der Sohle bis zu dem Scheitel der maximalen Erhebung- dieser Strukturchromschicht 10 7 bis 10 µm beträgt.A
Auf die strukturierte Oberflächenbeschichtung 10 ist eine gleichmäßig dicke Abschlußschicht 11 galvanisch aufgebracht, die aus mikrorissigem Chrom besteht. Ihre Dicke beträgt vorzugsweise 8 bis 10 µm. Die Härte beträgt etwa 900 HV oder sie ist größer als 900 HV.A uniformly thick
Insgesamt ist somit eine Oberfläche des Feuchtreibzylinders 1 mit einer Rauheit Rz = 6 bis 10 µm gegeben.Overall, a surface of the dampening
Die Figur 3 zeigt ein Spannungs-Zeit-Diagramm, das die Steuerung einer elektrischen Größe (Spannung U) des galvanischen Prozesses zum Aufbringen der Grundschicht sowie zum nachfolgenden Aufbringen der strukturierten Oberflächenbeschichtung 9 verdeutlicht. Für den elektrochemischen Prozeß wird der Feuchtreibzylinder 1 als Katode geschaltet und es werden Anoden aus PbSn7 oder platiniertem Titan verwendet. Der Elektrodenabstand zwischen Anode und Katode wird auf ca. 25 cm eingestellt. Der Feuchtreibzylinder 1 wird während des Aufbringens der strukturierten Oberflächenbeschichtung 9 um seine Längsachse 12 (Figur 1) kontinuierlich gedreht.FIG. 3 shows a voltage-time diagram which illustrates the control of an electrical variable (voltage U) of the galvanic process for applying the base layer and for subsequently applying the
Gemäß Figur 3 wird der elektrochemische Prozeß zum Aufbringen der Grundschicht (Chromschicht 8) und der strukturierten Oberflächenbeschichtung 9 wie folgt durchgeführt:According to FIG. 3, the electrochemical process for applying the base layer (chrome layer 8) and the
Zunächst wird der Grundkörper 2 des Feuchtreibzylinders 1 in einen Chromelektrolyten mit einer Temperatur von ca. 45°C eingebracht, wobei nach dem Einbringen zunächst eine Wartezeit tw vergeht, die ca. 60 s lang ist. Während dieser Zeit erfolgt(ohne Strom- beziehungsweise Spannungsbeaufschlagung) ein Temperaturangleich des Grundwerkstoffes (Grundkörper 2) an die Elektrolyttemperatur.First, the
Für das Aufbringen der Grundschicht (Chromschicht 8) wird nach Ablauf der Wartezeit tw zunächst ein elektrischer Grundimpuls 13 zwischen Anode und Kathode angelegt. Anschließend wird dann mittels eines Anfangs- und eines Folgeimpulses 14 zunächst Keimbildungen des Abscheidematerials (Anfangsimpuls 14') und dann ein Wachstum der Abscheidematerialkeime durch Anlagerung mit weiterem Abscheidematerial herbeigeführt (Folgeimpuls 14''), wodurch die strukturierte Oberflächenbeschichtung 9 gebildet wird.For the application of the base layer (chrome layer 8), an
Im einzelnen sind der Grundimpuls 13 und der Anfangs- sowie Folgeimpuls 14 wie folgt ausgebildet: Bei dem Grundimpuls 13 handelt es sich um einen Spannungsimpuls mit trapezförmiger Gestalt. Der Anfangs- und Folgeimpuls 14 ist ebenfalls ein Spannungsimpuls, der sich aus dem Anfangsimpuls 14' und dem direkt anschließenden Folgeimpuls 14'' zusammensetzt und etwa auch eine trapezförmige Gestalt aufweist; die reine Trapezform wird insofern gestört, als die Startflanke (Vorderflanke) des Anfangsimpulses 14' eine andere Steigung als die Startflanke des Folgeimpulses 14'' besitzt. Hierauf wird im nachfolgenden noch näher eingegangen.The
Der Grundimpuls 13 besitzt eine Anfangsflanke 15, die nach Ablauf der Wartezeit tw startet und eine Steigung von
In der Figur 3 ist die von dem Anfangsimpuls 14' und dem Folgeimpuls 14'' gebildete Gesamtflanke mit 19 bezeichnet. Sie setzt sich aus den beiden Startflanken 18 und 20 zusammen.In FIG. 3, the total flank formed by the initial pulse 14 'and the subsequent pulse 14''is designated by 19. It is composed of the two starting
Mittels des geschilderten elektrochemischen Prozesses zum Aufbringen der strukturierten Oberflächenbeschichtung 9 wird eine Rauheit Rz = 9 µm bei einem Traganteil von 25% erzielt.By means of the described electrochemical process for applying the
Anschließend wird nach einem üblichen elektrochemischen Prozeß auf die erfindungsgemäß hergestellte strukturierte Oberflächenbeschichtung 9 die Abschlußschicht 11 aufgebracht.Subsequently, the
Die Figur 4 zeigt -in 200-facher Vergrößerung- den Strukturchrom der strukturierten Oberflächenbeschichtung 9. Die Figur 5 gibt eine 500-fache Vergrößerung wieder. Deutlich ist erkennbar, daß eine sehr gleichmäßige strukturierte Verteilung vorliegt. Die Figuren 6 und 7 zeigen eine Gegenüberstellung einer bekannten Oberflächenbeschichtung mit der erfindungsgemäßen Oberflächenbeschichtung: und zwar zeigt die Figur 6 eine herkömmliche, einem Schleif- und Ätzprozeß unterzogene Oberflächenbeschichtung in 200-fachen Vergrößerung und die Figur 7 die erfindungsgemäße, strukturierte Oberflächenbeschichtung 9, ebenfalls in 200-facher Vergrößerung. Deutlich ist erkennbar, daß die erfindungsgemäße Struktur wesentlich gleichmäßiger und geordneter aufgebaut ist, als beim Gegenstand des Standes der Technik.FIG. 4 shows the structure chrome of the structured
Bei der Erstellung eines Feuchtreibzylinders 1 wird vor dem Aufbringen des Schichtaufbaus 4 selbstverständlich -wie üblich- zunächst ein Entfettungsprozeß und ein Dekapieren durchgeführt. Diese Vorgänge werden möglicherweise auch mehrfach wiederholt.When a dampening
Erst dann wird die Nickel-Strike-Schicht 6, darauf dann die Sulfamat-Nickel-Schicht 7 und dann die Chromschicht 8 aufgebracht. Es erfolgt dann das Abscheiden der strukturierten Oberflächenbeschichtung 9 und anschließend das Aufbringen der Abschlußschicht 10, die aus mikrorissigem Chrom besteht und mit der sich die Maßhaltigkeit steuern läßt.Only then is the nickel strike layer 6, then the
Wie bereits eingangs erwähnt, ist die Erfindung nicht auf Chrom- beziehungsweise Chromlegierungsschichten beschränkt, sondern kann auch mit anderen Abscheidungsstoffen durchgeführt werden.As already mentioned at the beginning, the invention is not limited to chromium or chromium alloy layers, but can also be carried out with other deposition materials.
Ferner ist es nach einem weiteren, nicht dargestellten Ausführungsbeispiel möglich, zwischen dem Anfangsimpuls und dem Folgeimpuls eine strom- bzw. spannungsfreie Pause, nämlich eine Zwischenzeitspanne, einzulegen.Furthermore, according to a further exemplary embodiment, not shown, it is possible to insert a current-free or voltage-free pause, namely an intermediate period, between the initial pulse and the subsequent pulse.
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