EP2280095A2 - Method for electrochemical coating a workpiece - Google Patents

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EP2280095A2
EP2280095A2 EP10170258A EP10170258A EP2280095A2 EP 2280095 A2 EP2280095 A2 EP 2280095A2 EP 10170258 A EP10170258 A EP 10170258A EP 10170258 A EP10170258 A EP 10170258A EP 2280095 A2 EP2280095 A2 EP 2280095A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
particles
ionic liquid
metal layer
kurzname
short name
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP10170258A
Other languages
German (de)
French (fr)
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EP2280095A3 (en
Inventor
Gerhard Reusmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ewald Doerken AG
Original Assignee
Ewald Doerken AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Ewald Doerken AG filed Critical Ewald Doerken AG
Publication of EP2280095A2 publication Critical patent/EP2280095A2/en
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D3/00—Electroplating: Baths therefor
    • C25D3/66—Electroplating: Baths therefor from melts
    • C25D3/665—Electroplating: Baths therefor from melts from ionic liquids
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D15/00—Electrolytic or electrophoretic production of coatings containing embedded materials, e.g. particles, whiskers, wires

Definitions

  • the invention relates to a method for the electrochemical coating of a workpiece.
  • Electrochemical processes are one of the most important ways of providing workpieces with metallic coatings.
  • the workpiece is introduced into a coating liquid containing metal ions.
  • the liquid may be a melt of a salt of the corresponding metal, but often it consists of a suitable solvent in which ions are dissolved.
  • the coating liquid is contained in a coating container during coating. Furthermore, an electrode for contacting the workpiece as well as a counterelectrode dip into the coating liquid within the container. For coating, a voltage is applied between the workpiece and the counter electrode.
  • the metal ions in the coating liquid are electrolytically discharged at the surface of the workpiece, whereby a metal layer is deposited on the surface. In this case, the workpiece forms a cathode, at which the metal cations are reduced.
  • a coating with aluminum is particularly advantageous.
  • an aluminum surface has an attractive appearance, and on the other because aluminum forms stable oxide layers, so that an aluminum coating can protect an underlying metal from oxidation and corrosion.
  • ionic liquids These are salts whose melting point is below 100 ° C, sometimes even below room temperature.
  • Typical ionic liquids used for electrochemical coating processes with aluminum are combinations of certain organic cations with halide ions, for example 1-ethyl-3-methylimidazoliumehlorid. In such a liquid, for example, aluminum chloride can be dissolved at room temperature. The solution can be used for electrochemical deposition of aluminum.
  • a coating based on an organic or inorganic binder to the aluminum layer, either as a powdered or liquid paint.
  • a coating in turn can protect the aluminum layer.
  • lubricants such as polytetrafluoroethylene, which are added to the paint, adjust the tribological properties of the surface.
  • the DE 10 2008 031 003 discloses producing a CNT-rich coating on workpieces.
  • the WO 2009/016189 is concerned with creating extra thick layers deposited from ionic liquids on workpiece surfaces. The thickness of the layer should provide protection against stress.
  • the object of the invention is therefore to propose measures that allow an improvement in the surface properties of an aluminum-coated workpiece.
  • the object is achieved by a method according to claim 1, a coating for a workpiece according to claim 15, a workpiece according to claim 16, an ionic liquid according to claim 17 and a method according to claim 18 or 19.
  • an aluminum-containing layer of an ionic liquid comprising aluminum ions is deposited on the surface of the workpiece.
  • An example of such an ionic liquid is the already mentioned solution of aluminum chloride in 1-ethyl-3-methylimidazolium chloride (EMIMCl).
  • EMIMCl 1-ethyl-3-methylimidazolium chloride
  • all ionic liquids known from the prior art for the deposition of aluminum can be used.
  • the available or suitable ionic liquids include, inter alia, salts of 3-methylimidazolium with one of the following side chains
  • OMIM 3-methyl-octylimidazolium
  • OMIM Cl chloride
  • OMIM BF4 tetrafluoroborate
  • metallic includes all metals and alloys, in particular all types of steels. It will be understood by those skilled in the art that a prior art alloy may include metals as well as metals or non-metals, for example silicon or carbon. It is also conceivable that it is a workpiece, that already has a metal layer, that is, for example, has been electrochemically coated in advance. In addition to metallic surfaces, non-metallic surfaces are also suitable, provided they are conductive. For example, conductive plastics and so-called organic semiconductors are known from the prior art, which have sufficient conductivity to allow an electrochemical coating.
  • the ionic liquid contains particles.
  • particles here means, according to the accepted view, small solids whose maximum extent is at most 1 mm.
  • the particles may take a variety of forms, e.g. spherical or lamellar, lenticular, polyhedral or acicular.
  • the composition of the particles can be arbitrary, but those materials are preferred which show no decomposition in ionic liquids, in particular are not soluble in these. Preferred materials and sizes of the particles are discussed below.
  • the ionic liquid used in the present invention can be provided by adding particles to an ionic liquid comprising aluminum ions.
  • an ionic liquid may be provided to which particles are added, after which aluminum ions are dissolved in the ionic liquid.
  • the particles should preferably be added in a pure form (ie, not as a paste or the like).
  • the particles should be cleaned by drying adhering air humidity. The addition of the particles can be done on site, immediately before coating, or it is done in advance in the factory, with which a ready-to-use coating bath can be provided.
  • the particles are suspended in the liquid, i. they do not sink but float in it.
  • the particles are incorporated in the aluminum-containing metal layer during the deposition process.
  • the exact mechanism of storage may vary.
  • the deposited metal can act as a kind of "binder" by which particles are randomly attached to them in the immediate vicinity of the surface of the workpiece.
  • particles also migrate electrostatically through the electrical field prevailing during the deposition to the surface of the workpiece, where they are connected by the deposited metal.
  • the subject of the present invention is independent of the mechanisms underlying the incorporation.
  • the metal layer deposited on the workpiece forms a kind of matrix into which the particles are bound.
  • the incorporation may be incomplete, ie, for example, particles may protrude from the surface of the metal layer, which are thus incorporated only in part.
  • the incorporation of particles according to the invention makes it possible to design the surface properties of the metal layer flexibly. More specifically, by incorporating the particles, a surface property of the metal layer is adjusted. It is thus possible to act on the surface property as planned and targeted. This is due to the fact that normally a part of the particles protrudes from the surface of the metal layer. On the other hand, particles completely embedded in the layer can also have an influence on the surface properties, in particular if a near-surface incorporation takes place. Also, particles that are initially close to the surface of the metal layer can be exposed by abrasion during use of the workpiece and thus affect the properties of the surface afterwards. Preferred possibilities of surface design will be explained below.
  • the storage during the deposition process ensures an optimal binding of the particles to the metal layer and thus to the surface of the workpiece.
  • Another advantage is the possibility that the surface design is possible through a single layer. This eliminates the need for an additional coating step and it is generally possible to make the coating thinner than conventional methods in which at least one further layer must be applied. This saves time, money and material. It should also be noted that any problems of adhesion of an additional layer to the metal layer are avoided.
  • the process is particularly suitable for incorporation of the hard material particles mentioned below.
  • a higher effective hardness of the coating is set by the embedded particles.
  • the aluminum layer which forms the matrix for the particles, becomes effective protected against abrasion. This results from the fact that - either from the beginning or after abrasion of the overlying aluminum - hard material particles protrude from the surface of the aluminum layer. External abrasive effects primarily affect the particles, thereby protecting the aluminum layer and thus also the underlying substrate.
  • the wear resistance and the abrasion resistance of the coating can be increased much better in this way, even for thin layers than by increasing the layer thickness.
  • Such particles typically have a Mohs hardness of at least 5, preferably at least 7, more preferably at least 9.
  • the particles are selected from silicic acid, alumina, titania, silica, zirconia, tungsten carbide, chromium carbide, boron carbide, silicon nitride, silicon carbide and diamond particles, as well as microbubbles or a mixture thereof.
  • Advantageous titanium oxide particles of the rutile or anatase type form radicals by photocatalysis on light, e.g. OH radicals from water, which decompose organic substances.
  • a thus coated workpiece thus has a self-cleaning ability, which contributes to the protection of the surface.
  • particles which comprise lubricants.
  • Such particles can consist entirely of lubricant or even partially, e.g. comprise an alumina core coated with lubricant.
  • lubricant here refers to those substances which are at the temperatures typical of the process, e.g. between o ° C and 100 ° C, are solid.
  • the use of lubricant particles can firstly be used to set a given friction coefficient for workpieces such as e.g. Screws are used.
  • lubricants can prevent mechanical damage to the workpiece or increased abrasion, as this friction forces, which are often the cause of damage, can be reduced.
  • the use of lubricants shows greater effect here than an increase in the layer thickness of the surface coating.
  • Suitable lubricants are all known from the prior art materials in question, such.
  • halogenated hydrocarbons in particular polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), tetrafluoroethylene / hexafluoropropylene copolymer (FEP), perfluoroalkoxy copolymer (PFA), copolymer of tetrafluoroethylene with perfluorinated propylene and perfluoroalkyl vinyl ether (EPE), copolymer of tetrafluoroethylene and perfluoromethyl vinyl ether (MFA), MoS 2 , boron nitride, graphite, fluorinated graphite , Carnauba wax, polysulfones, polyolefin resins, especially polyethylene (PE) and polypropylene (PP), mixtures thereof or a combination thereof.
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • PVDF polyvinylid
  • the present process uses particles comprising graphene and / or fullerenes.
  • the carbon modifications mentioned can positively influence the surface properties of the metal layer in various ways. So they can e.g. Due to their high mechanical stability, the metal layer is protected against abrasion.
  • a workpiece can be e.g. be protected by the combined storage of hard particles and lubricant particles particularly effective from abrasion.
  • the size of the particles used can be varied within a relatively wide range. It should be noted, however, that too large particles can not be well integrated into the metal layers, which are typically a few micrometers thick, while particles that are too small can be ineffective for adjusting the surface properties. Therefore, it is advantageous if particles are used which have a maximum extent of between 10 nm and 10 ⁇ m, preferably between 50 nm and 5 ⁇ m, more preferably between 100 nm and 2 ⁇ m, particularly preferably between 500 nm and 1 ⁇ m.
  • the thickness of the coating is generally 1 micron to 5 microns, preferably 1 micron to 3 microns.
  • nanoparticles are used, ie particles whose size is well below 1 ⁇ m, they are preferably also used in ionically stabilized form.
  • the mass fraction of the particles is between 0.1% and 10%, preferably between 1% and 8%, more preferably between 2% and 5%, based on a reactive component contained in the ionic liquid.
  • reactive component the part of the ionic liquid involved in the deposition. If, for example, a melt of EMIMCl is present in which aluminum chloride is dissolved, the aluminum chloride is the reactive component.
  • Lower or higher particle levels within the ionic liquid can adversely affect the proportion of particles within the deposited metal layer. In order not to weaken the structural integrity of the metal layer, the proportion of particles in the layer should not be too large. On the other hand, too low a proportion may cause the particles to no longer sufficiently influence the surface properties.
  • the ionic liquids used in the present process are subject to a settling behavior that results in the formation of an inhomogeneous concentration of the metal ions to be deposited. This can adversely affect the deposition result.
  • the particles do not remain homogeneously suspended in the ionic liquid, but settle down or float, depending on whether their density is greater or smaller than that of the ionic liquid. Both effects generally oppose a controlled storage process. In order to counteract these effects, it is preferred that a mixing of the ionic liquid takes place before, during and / or after deposition. Thereby, the ionic liquid and in particular the distribution of the particles within it can be effectively homogenized.
  • Mixing before and after deposition offers the advantage that the electric field-induced ion currents that support the deposition process are not superimposed by movement of the liquid. Also, mixing during the deposition process may result in particles becoming less well attached to the surface, as they are ripped away before attachment by the deposited metal.
  • the particles are relatively large and their density significantly exceeds that of the ionic liquid, it may be advantageous to perform a mixing even during the deposition in order to keep the particle concentration reasonably homogeneous. It is of course possible to interrupt the separation process for this purpose.
  • Mixing can be carried out, for example, by mechanical stirrers, by magnetic stirrers or by sound, in particular ultrasound. It is also conceivable that the entire coating container, in which the ionic liquid is located, is rotated (for example in the manner of a concrete mixer) or oscillated back and forth in order to achieve thorough mixing of the ionic liquid. Also, the workpiece located in the ionic liquid itself can be moved for this purpose.
  • a mass fraction, a volume fraction and / or a number of particles in the ionic liquid is monitored. Since many ionic liquids are transparent, such monitoring may e.g. be performed with a nephelometer. Here, the fact is exploited that the scattering of light irradiated into the ionic liquid is changed by the number of particles suspended in it. Alternatively or additionally, sample counts of the particles can also be carried out in a small partial volume of the liquid. In this case it is also possible, e.g. to identify spectroscopically the composition of individual particles, so as to carry out a separate monitoring for the individual species separately when using different types of particles. In addition, other methods for measuring the number of particles are known, which are known in the art.
  • the monitoring can be done manually in the simplest case. However, automatic monitoring is preferred. In this case, the monitoring can also be used for automatic adjustment of the volume fraction or the number of particles, as will be explained below. It is also conceivable parallel monitoring for different areas of the ionic liquid. This makes it possible to determine whether the distribution of the particles is too inhomogeneous and thus a thorough mixing is necessary.
  • the ionic liquid loses particles by incorporation into the metal layer
  • the addition of the particles may be based on calculations or empirical values. However, it is carried out particularly advantageously dynamically as a function of the results of the monitoring of volume fraction or number of particles. In this case, monitoring and supplementing the particles form parts of a control loop.
  • the ionic liquid comprises ions of at least one further element selected from the group consisting of silicon, iron, copper, manganese, magnesium, chromium, nickel, zinc, lead and titanium.
  • the metal layer in addition to aluminum contains at least one of said elements.
  • the aluminum alloy preferably contains at least 60% by weight, more preferably at least 70% by weight, particularly preferably at least 80% by weight, advantageously at least 90% by weight of aluminum.
  • the aluminum-containing metal layer can be aftertreated, in particular by dyeing, sealing or applying a topcoate.
  • Steel screws 100 are provided for coating with aluminum, wherein the surface of the aluminum layer is to be protected by the incorporation of silicon carbide particles 11 from abrasion.
  • the screws 100 are sandblasted and degreased hot alkaline. This is followed by rinsing with tap water, followed by subsequent drying by means of hot air.
  • the screws 100 are introduced into an airtight sealable coating chamber within which there is a nitrogen atmosphere with a relative residual moisture of less than 0.1%.
  • the in Fig. 1 This comprises a container 2 made of ceramic material which is insensitive to ionic liquids.
  • the container 2 In the operating state, the container 2 is filled with a coating liquid 10 which consists of a mixture of 1.5: 1 of EMIMCl and aluminum chloride.
  • a receiving device 3 for the screws 100 is arranged in the container 2.
  • the receiving device 3 is cylindrical-cup-shaped with a perforated wall. It can be moved vertically, besides it can be rotated about its symmetry axis, whose position can also be adjusted to the vertical.
  • the receiving device 3 has a plurality of electrodes (not shown) for contacting the screws 100. These electrodes are connected via a voltage source (also not shown) with a counter electrode 4 made of high-purity aluminum, which is surrounded by the coating liquid 10.
  • the coating liquid 10 a plurality of silicon carbide particles 11 are suspended.
  • the approximately spherical particles 11 have an average diameter of about 500 nm.
  • the coating liquid 10 is continuously mixed by means of a magnetic stirrer 5.
  • the mass fraction of the particles 11 based on the reactive component contained in the coating liquid 10 is 2%.
  • Fig. Shows the state of the device during the coating process.
  • the screws 100 are located in the receiving device 3, which has been moved into the coating liquid 10 and whose axis is adjusted approximately 45 ° relative to the vertical.
  • the recording device 3 is rotated about its axis of symmetry at about 5 rpm. As a result, there is a circulation of the screws 100, whereby uniform contact points between the screws 100 are avoided.
  • a voltage is applied by means of the voltage source between the electrodes in the wall and the aluminum electrode 4, which generates a current density of 20 mA / cm 2 , wherein the aluminum electrode 4 acts as an anode.
  • the aluminum electrode 4 acts as an anode.
  • the power source is turned off and rotation of the pickup 3 is stopped.
  • the receiving device 3 is moved vertically out of the coating liquid 10 and tilted by changing its inclination in a basket (not shown).
  • the screws 100 now have an anticorrosive aluminum layer, which is protected against abrasion, since a plurality of silicon carbide particles 11 protrude from the surface of the aluminum layer and thus provide for increased effective hardness.
  • the screws 100 can subsequently be aftertreated in various ways.
  • a batch of steel screws 100 is provided for coating with aluminum.
  • the surface of the steel screws should be adjusted to a uniform coefficient of friction.
  • 1% PTFE particles with a diameter of 500 nm are dispersed in the coating liquid.
  • the coating is carried out as explained in Example 1.
  • the applied coating has a layer thickness of 3 ⁇ m.
  • the surface has a uniform coefficient of friction.

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Abstract

The method for the electrochemical coating of a workpiece through precipitation of an aluminum-containing metal layer made of an ionic liquid, which contains aluminum ions and particles, on the surface of the workpiece, comprises incorporating the particles into the metal layer, where a surface property of the metal layer is set through incorporation of the particles and the particles have Mohs hardness of 9. The particles have a maximum expansion of 500 nm and 1 mu m. The layer thickness of the applied layer is 1-3 mu m. The ionic liquid contains additional elements. The method for the electrochemical coating of a workpiece through precipitation of an aluminum-containing metal layer made of an ionic liquid, which contains aluminum ions and particles, on the surface of the workpiece, comprises incorporating the particles into the metal layer, where a surface property of the metal layer is set through incorporation of the particles and the particles have Mohs hardness of 9. The particles have a maximum expansion of 500 nm and 1 mu m. The layer thickness of the applied layer is 1-3 mu m. The ionic liquid contains additional elements and the metal layer is precipitated, which contains one of the additional elements. The ionic liquid is used, in which the weight percent of the particles is 2-5% with respect to a reactive component contained in the ionic liquid. A thorough mixing of the ionic liquid takes place before, during and/or after the precipitation. A weight percent, a volume percent and/or a number of the particles are monitored in the ionic fluid. The particles are added before, during and/or after the precipitation for the setting of the number, the weight percent and/or the volume percent of the particles of the ionic liquid. The surface of the workpiece is pretreated before the application of the metal layer through degreasing, sand-blasting, shot-blasting, in-situ electrochemical etching, phosphating or application of an adhesive agent. After precipitation of the metal layer, the metal layer is post-treated through painting, sealing or application of a top coat. Independent claims are included for: (1) a coating for a workpiece; (2) a workpiece; (3) an ionic liquid; and (4) a method for providing an ionic liquid.

Description

Beschreibungdescription Verfahren zur elektrochemischen Beschichtung eines WerkstücksProcess for the electrochemical coating of a workpiece

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur elektrochemischen Beschichtung eines Werkstücks.The invention relates to a method for the electrochemical coating of a workpiece.

Elektrochemische Verfahren stellen eine der wichtigsten Möglichkeiten dar, Werkstücke mit metallischen Beschichtungen zu versehen. Hierbei wird das Werkstück in eine Beschichtungsflüssigkeit eingebracht, die Metallionen enthält. Die Flüssigkeit kann eine Schmelze eines Salzes des entsprechenden Metalls sein, häufig besteht sie allerdings aus einem geeigneten Lösemittel, in dem Ionen gelöst sind.Electrochemical processes are one of the most important ways of providing workpieces with metallic coatings. Here, the workpiece is introduced into a coating liquid containing metal ions. The liquid may be a melt of a salt of the corresponding metal, but often it consists of a suitable solvent in which ions are dissolved.

Die Beschichtungsflüssigkeit ist während des Beschichtens in einem Beschichtungsbehälter aufgenommen. Des Weiteren tauchen innerhalb des Behälters eine Elektrode zur Kontaktierung des Werkstücks sowie eine Gegenelektrode in die Beschichtungsflüssigkeit. Zum Beschichten wird eine Spannung zwischen Werkstück und Gegenelektrode gelegt. Die in der Beschichtungsflüssigkeit befindlichen Metallionen werden an der Oberfläche des Werkstücks elektrolytisch entladen, wodurch eine Metallschicht auf der Oberfläche abgeschieden wird. Hierbei bildet das Werkstück eine Kathode, an der die Metall-Kationen reduziert werden.The coating liquid is contained in a coating container during coating. Furthermore, an electrode for contacting the workpiece as well as a counterelectrode dip into the coating liquid within the container. For coating, a voltage is applied between the workpiece and the counter electrode. The metal ions in the coating liquid are electrolytically discharged at the surface of the workpiece, whereby a metal layer is deposited on the surface. In this case, the workpiece forms a cathode, at which the metal cations are reduced.

Für zahlreiche Anwendungen ist eine Beschichtung mit Aluminium besonders vorteilhaft. Dies zum einen, weil eine Aluminiumoberfläche ein attraktives Aussehen besitzt, zum anderen weil Aluminium stabile Oxidschichten ausbildet, so dass eine Aluminiumbeschichtung ein darunter liegendes Metall vor Oxidation und Korrosion schützen kann.For many applications, a coating with aluminum is particularly advantageous. On the one hand, because an aluminum surface has an attractive appearance, and on the other because aluminum forms stable oxide layers, so that an aluminum coating can protect an underlying metal from oxidation and corrosion.

Aufgrund seines niedrigen Normalpotentials von -1,66 V ist die Abscheidung von Aluminium aus wässriger Lösung nicht möglich, da stattdessen der im Wasser enthaltene Wasserstoff reduziert wird. Die Suche nach alternativen Lösemitteln, die eine Abscheidung von Aluminium ermögliche, führte zu den sogenannten ionischen Flüssigkeiten. Dies sind Salze, deren Schmelzpunkt unter 100°C, teilweise auch unter Raumtemperatur, liegt. Typische ionische Flüssigkeiten, die für elektrochemische Beschichtungsverfahren mit Aluminium in Frage kommen, sind Kombinationen bestimmter organischer Kationen mit Halogenidionen, beispielsweise 1-Ethyl-3-methylimidazoliumehlorid. In einer solchen Flüssigkeit lässt sich beispielsweise Aluminiumchlorid bei Raumtemperatur lösen. Die Lösung kann zur elektrochemischen Abscheidung von Aluminium benutzt werden.Due to its low normal potential of -1.66 V, the deposition of aluminum from aqueous solution is not possible because instead of hydrogen contained in the water is reduced. The search for alternative solvents, which allow the deposition of aluminum, led to the so-called ionic liquids. These are salts whose melting point is below 100 ° C, sometimes even below room temperature. Typical ionic liquids used for electrochemical coating processes with aluminum are combinations of certain organic cations with halide ions, for example 1-ethyl-3-methylimidazoliumehlorid. In such a liquid, for example, aluminum chloride can be dissolved at room temperature. The solution can be used for electrochemical deposition of aluminum.

Mit der dargestellten Methode ist es möglich, metallische Werkstücke, wie z.B. Stahlschrauben, mit einer Aluminiumbeschichtung zu versehen. Allerdings sind hierbei die Oberflächeneigenschaften des Werkstücks durch diejenigen der Aluminiumschicht bestimmt, was für bestimmte Anwendungen nachteilig ist. So ist Aluminium mit einer Mohs-Härte von 2,75 eines der weichsten Metalle und somit gegenüber mechanischer Beschädigung anfällig. Auch die sich an Luft ausbildende, dünne Aluminiumoxidschicht bietet bei stärkeren Belastungen keinen ausreichenden Schutz. Daneben ist es z.B. für Teile wie Schrauben, Muttern, Scharniere etc. oft erwünscht, eine definierte Reibungszahl zu gewährleisten, die nach Bedarf eingestellt werden kann. Dies ist mit einer Aluminiumbeschichtung nicht möglich.With the illustrated method it is possible to use metallic workpieces such as e.g. Steel screws to provide with an aluminum coating. However, in this case the surface properties of the workpiece are determined by those of the aluminum layer, which is disadvantageous for certain applications. Thus, aluminum with a Mohs hardness of 2.75 is one of the softest metals and thus susceptible to mechanical damage. Even the air-forming, thin aluminum oxide layer does not provide adequate protection under heavy loads. Besides, it is e.g. for parts such as screws, nuts, hinges, etc., often desirable to ensure a defined coefficient of friction that can be adjusted as needed. This is not possible with an aluminum coating.

Es ist möglich, auf die Aluminiumschicht wiederum eine Beschichtung auf Basis eines organischen oder anorganischen Bindemittels aufzutragen, entweder als pulverförmiger oder flüssiger Lack. Eine solche Beschichtung kann ihrerseits wiederum die Aluminiumschicht schützen. Darüber hinaus kann man durch Schmiermittel wie Polytetraflourethylen, die dem Lack zugegeben werden, die tribologischen Eigenschaften der Oberfläche einstellen.It is possible, in turn, to apply a coating based on an organic or inorganic binder to the aluminum layer, either as a powdered or liquid paint. Such a coating in turn can protect the aluminum layer. In addition, by lubricants such as polytetrafluoroethylene, which are added to the paint, adjust the tribological properties of the surface.

Nachteilig ist hierbei zum einen, dass der Beschichtungsprozess durch das Auftragen des Lackes aufwändiger und teurer wird. Auch steht die zusätzliche Schicht dem generellen Bestreben, möglichst dünne Beschichtungen zu erzeugen, entgegen. Zudem ist die Haftung der Lackschicht auf der Aluminiumschicht mitunter nicht so gut wie die der Aluminiumschicht auf dem Substrat, was wiederum der langfristigen Beständigkeit der Beschichtung abträglich ist.The disadvantage here on the one hand, that the coating process by the application of the paint is more expensive and expensive. Also, the additional layer is contrary to the general endeavor to produce very thin coatings. In addition, the adhesion of the paint layer to the aluminum layer is sometimes not as good as that of the aluminum layer on the substrate, which in turn is detrimental to the long-term durability of the coating.

Die DE 10 2008 031 003 offenbart das Erzeugen einer CNT-reichen Beschichtung auf Werkstücken. Die WO 2009/016189 befasst sich mit dem Erzeugen besonders dicker Schichten, die aus ionischen Flüssigkeiten auf Werkstückoberflächen abgeschieden werden. Die Stärke der Schicht soll Schutz gegen Beanspruchung bieten.The DE 10 2008 031 003 discloses producing a CNT-rich coating on workpieces. The WO 2009/016189 is concerned with creating extra thick layers deposited from ionic liquids on workpiece surfaces. The thickness of the layer should provide protection against stress.

Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, Maßnahmen vorzuschlagen, die eine Verbesserung der Oberflächeneigenschaften eines mit Aluminium beschichteten Werkstücks ermöglichen.The object of the invention is therefore to propose measures that allow an improvement in the surface properties of an aluminum-coated workpiece.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren nach Anspruch 1, eine Beschichtung für ein Werkstück nach Anspruch 15, ein Werkstück nach Anspruch 16, eine ionische Flüssigkeit nach Anspruch 17 sowie ein Verfahren nach Anspruch 18 oder 19.The object is achieved by a method according to claim 1, a coating for a workpiece according to claim 15, a workpiece according to claim 16, an ionic liquid according to claim 17 and a method according to claim 18 or 19.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren zur elektrochemischen Beschichtung eines Werkstücks wird eine Aluminium enthaltende Schicht aus einer ionischen Flüssigkeit, die Aluminiumionen umfasst, auf der Oberfläche des Werkstücks abgeschieden. Ein Beispiel für eine solche ionische Flüssigkeit ist die bereits oben erwähnte Lösung von Aluminiumchlorid in 1-Ethyl-3-methylimidazoliumchlorid (EMIMCl). Daneben können aber alle ionischen Flüssigkeiten eingesetzt werden, die aus dem Stand der Technik für die Abscheidung von Aluminium bekannt sind.In the method according to the invention for the electrochemical coating of a workpiece, an aluminum-containing layer of an ionic liquid comprising aluminum ions is deposited on the surface of the workpiece. An example of such an ionic liquid is the already mentioned solution of aluminum chloride in 1-ethyl-3-methylimidazolium chloride (EMIMCl). In addition, however, all ionic liquids known from the prior art for the deposition of aluminum can be used.

Zu den verfügbaren bzw. geeigneten ionischen Flüssigkeiten zählen unter anderem Salze des 3-Methylimidazoliums mit einer der folgenden SeitenkettenThe available or suitable ionic liquids include, inter alia, salts of 3-methylimidazolium with one of the following side chains

1-Methyl (MMIM); 1-Ethyl (EMIM), 1-Propyl (PMIM), 1-Butyl (BMIM), 1-Hexyl (HMIM), 1-Octyl (OMIM), 1-Benzyl (ZMIM), 1-Cyanomethyl (MCNMIM), 1-(2-Hydroxyethyl) (EOHMIM),
insbesondere mit folgenden Anionen:

  • [(C 2 F 5 ) 3 PF 3]-, Kurzname FAP (z.B. als HMIM FAP, EOHMIM FAP); [N(SO 2 CF 3)2]-, Kurzname NTF (z.B. als EMIM NTF, BMIM NTF, HMIM NTF, EOHMIM NTF, MCNMIM NTF); [CF 3 SO 3]-, Kurzname OTF (z.B. als EMIM OTF, BMIM OTF);
  • [B(CN)4]-, Kurzname TCB (z.B. als EMIM TCB); [N(CN)2]-, Kurzname DCN (z.B. als EMIM DCN, BMIM DCN); [C(CN)3]-, Kurzname TCC (z.B. als BMIM TCC); [SCN]-, Kurzname SCN (z.B. als EMIM SCN); [HSO 4]-, Kurzname HSO4 (z.B. als EMIM HSO4,
  • BMIM HSO4); [CH 3 SO 4]-, Kurzname MSU (z.B. als MMIM MSU, EMIM MSU, BMIM MSU); [C 2 H 5 SO 4]-, Kurzname ESU (z.B. als EMIM ESU); [C 4 H 9 SO 4] -, Kurzname BSU (z.B. als EMIM BSU); [C 6 H 13 SO 4]-, Kurzname HSU (z.B. als EMIM HSU); [C 8 H 17 SO 4]-, Kurzname OSU (z.B. als EMIM OSU, BMIM OSU); [C 5 H 11 O 2 SO 4]-, Kurzname MEESU (z.B. als EMIM MEESU); [B(C 2 O 4)2]-, Kurzname BOB (z.B. als EMIM BOB); [(CH 3)2 PO 4]-, Kurzname DMP (z.B. als MMIM DMP); [(C 2 H 5)2 PO 4]-, Kurzname DEP (z.B. als EMIM DEP); [CH 3 SO 3]-, Kurzname MSO (z.B. als EMIM MSO,
  • BMIM MSO); [CF 3 COO]-, Kurzname ATF (z.B. als EMIM ATF, BMIM ATF); [CH 3 C 6 H 4 SO 3]-, Kurzname TOS (z.B. als EMIM TOS); [BF 4]-, Kurzname BF4 (z.B. als EMIM BF4, BMIM BF4, HMIM BF4, OMIM BF4); [PF 6]-, Kurzname PF6 (z.B. als BMIM PF6, HMIM PF6); Cl-, Kurzname Cl (z.B. als EMIM Cl, BMIM Cl, HMIM Cl, OMIM Cl, ZMIM Cl); Br-, Kurzname Br (z.B. als EMIM Br, BMIM Br, OMIM Br); I-, Kurzname I (z.B. als PMIM I, BMIM I); [C 4 F 9 SO 3]-, Kurzname NON.
1-methyl (MMIM); 1-ethyl (EMIM), 1-propyl (PMIM), 1-butyl (BMIM), 1-hexyl (HMIM), 1-octyl (OMIM), 1-benzyl (ZMIM), 1-cyanomethyl (MCNMIM), 1 - (2-hydroxyethyl) (EOHMIM),
in particular with the following anions:
  • [( C 2 F 5 ) 3 PF 3 ] - , short name FAP (eg as HMIM FAP, EOHMIM FAP); [ N ( SO 2 CF 3 ) 2 ] - , short name NTF (eg as EMIM NTF, BMIM NTF, HMIM NTF, EOHMIM NTF, MCNMIM NTF); [ CF 3 SO 3 ] - , short name OTF (eg as EMIM OTF, BMIM OTF);
  • [ B ( CN ) 4 ] - , short name TCB (eg as EMIM TCB); [ N ( CN ) 2 ] - , short name DCN (eg as EMIM DCN, BMIM DCN); [C (CN) 3] -, short name TCC (eg as BMIM TCC); [ SCN ] - , short name SCN (eg as EMIM SCN); [ HSO 4 ] - , short name HSO 4 (eg as EMIM HSO 4 ,
  • BMIM HSO 4 ); [ CH 3 SO 4 ] - , short name MSU (eg as MMIM MSU, EMIM MSU, BMIM MSU); [ C 2 H 5 SO 4 ] - , short name ESU (eg as EMIM ESU); [ C 4 H 9 SO 4 ] - , short name BSU (eg as EMIM BSU); [ C 6 H 13 SO 4 ] - , short name HSU (eg as EMIM HSU); [ C 8 H 17 SO 4 ] - , short name OSU (eg as EMIM OSU, BMIM OSU); [ C 5 H 11 O 2 SO 4 ] - , short name MEESU (eg as EMIM MEESU); [ B ( C 2 O 4 ) 2 ] - , short name BOB (eg as EMIM BOB); [( CH 3 ) 2 PO 4 ] - , short name DMP (eg as MMIM DMP); [( C 2 H 5 ) 2 PO 4 ] - , short name DEP (eg as EMIM DEP); [ CH 3 SO 3 ] - , short name MSO (eg as EMIM MSO,
  • BMIM MSO); [ CF 3 COO ] - , short name ATF (eg as EMIM ATF, BMIM ATF); [ CH 3 C 6 H 4 SO 3 ] - , short name TOS (eg as EMIM TOS); [ BF 4 ] - , short name BF4 (eg as EMIM BF4, BMIM BF4, HMIM BF4, OMIM BF4); [ PF 6 ] - , short name PF6 (eg as BMIM PF6, HMIM PF6); Cl - , short name Cl (eg as EMIM Cl, BMIM Cl, HMIM Cl, OMIM Cl, ZMIM Cl); Br -, Br short name (eg as EMIM Br, BMIM Br, OMIM Br); I - , short name I (eg as PMIM I, BMIM I); [ C 4 F 9 SO 3 ] - , short name NON.

Weiter kommen Salze des 2, 3 Dimethylimidazoliums mit einer der folgenden Seitenketten in Frage:

  • 1-Methyl (MMMIM); 1-Ethyl (EMMIM), 1-Propyl (PMMIM), 1-Butyl (BMMIM), 1-Hexyl (HMMIM),
    insbesondere mit folgenden Anionen:
    • [(C 2 F 5)3 PF 3]-, Kurzname FAP; [N(SO 2 CF 3)2]-, Kurzname NTF (z.B. als PMMIM
    • NTF); [CF 3 SO 3]-, Kurzname OTF (z.B. als BMMIM OTF); [B(CN)4]-, Kurzname TCB;
    • [N(CN)2]-, Kurzname DCN; [C(CN)3]-, Kurzname TCC; [SCN]-, Kurzname SCN;
    • [HSO 4]-, Kurzname HSO4; [CH 3 SO 4]-, Kurzname MSU; [C 2 H 5 SO 4]-, Kurzname ESU;
    • [C 4 H 9 SO]-, Kurzname BSU; [C 6 H 13 SO 4]-, Kurzname HSU; [C 8 H 17 SO 4]-, Kurzname
    • OSU; [C 5 H 11 O 2 SO 4]-, Kurzname MEESU; [B(C 2 O 4)2]-, Kurzname BOB;
    • [(CH 3)2 PO 4]-, Kurzname DMP; [(C 2 H 5)2 PO 4]-, Kurzname DEP; [CH 3 SO 3]-, Kurzname MSO; [CF 3 COO]-, Kurzname ATF; [CH 3 C 6 H 4 SO 3]-, Kurzname TOS; [BF 4]-,
    • Kurzname BF4 (z.B. als BMMIM BF4); [PF 6]-. Kurzname PF6 (z.B. als BMMIM PF6);
    • Cl-, Kurzname Cl (z.B. als EMMIM Cl, BMMIM Cl, HMMIM Cl); Br-, Kurzname Br;
    • I -, Kurzname I (z.B. als MMMIM I, BMMIM I); [C 4 F 9 SO 3]-, Kurzname NON.
Further suitable salts of 2, 3 dimethylimidazolium with one of the following side chains in question:
  • 1-methyl (MMMIM); 1-ethyl (EMMIM), 1-propyl (PMMIM), 1-butyl (BMMIM), 1-hexyl (HMMIM),
    in particular with the following anions:
    • [( C 2 F 5 ) 3 PF 3 ] - , short name FAP; [ N ( SO 2 CF 3 ) 2 ] - , short name NTF (eg as PMMIM
    • NTF); [ CF 3 SO 3 ] - , short name OTF (eg as BMMIM OTF); [ B ( CN ) 4 ] - , short name TCB;
    • [ N ( CN ) 2 ] - , short name DCN; [C (CN) 3] -, short name TCC; [ SCN ] - , short name SCN;
    • [ HSO 4 ] - , short name HSO 4 ; [ CH 3 SO 4 ] - , short name MSU; [ C 2 H 5 SO 4 ] - , short name ESU;
    • [ C 4 H 9 SO ] - , short name BSU; [ C 6 H 13 SO 4 ] - , short name HSU; [ C 8 H 17 SO 4 ] - , short name
    • OSU; [ C 5 H 11 O 2 SO 4 ] - , short name MEESU; [ B ( C 2 O 4 ) 2 ] - , short name BOB;
    • [( CH 3 ) 2 PO 4 ] - , short name DMP; [( C 2 H 5 ) 2 PO 4 ] - , short name DEP; [ CH 3 SO 3 ] - , short name MSO; [ CF 3 COO ] - , short name ATF; [ CH 3 C 6 H 4 SO 3 ] - , short name TOS; [ BF 4 ] - ,
    • Short name BF4 (eg as BMMIM BF4); [ PF 6 ] - . Short name PF6 (eg as BMMIM PF6);
    • Cl - , short name Cl (eg as EMMIM Cl, BMMIM Cl, HMMIM Cl); Br -, short name Br;
    • I - , short name I (eg as MMMIM I, BMMIM I); [ C 4 F 9 SO 3 ] - , short name NON.

Auch die Salze des 1,3 Dimetylimidazoliums (MMIM) kommen in Betracht, insbesondere mit folgenden Anionen:

  • [CH 3 SO 4]-, Kurzname MSU, z.B. als (MMIM DMP); [(CH 3)2 PO 4]-, Kurzname DMP, z.B. als (MMIM MSU).
The salts of 1,3-dimethyimidazolium (MMIM) are also suitable, in particular with the following anions:
  • [ CH 3 SO 4 ] - , short name MSU, eg as (MMIM DMP); [( CH 3 ) 2 PO 4 ] - , short name DMP, eg as (MMIM MSU).

Dann kommen die Salze des 3-Methyl-Octylimidazoliums (OMIM), insbesondere als Chlorid (OMIM Cl) oder als Tetrafluorborat (OMIM BF4), aber auch die Jod-Salze des 3-Methyl-1-Propylimidazoliums (PMIM J) oder des 1, 2, 3 Trimethylimidazoliums (MMIM J) in Betracht.Then come the salts of 3-methyl-octylimidazolium (OMIM), in particular as chloride (OMIM Cl) or as tetrafluoroborate (OMIM BF4), but also the iodine salts of 3-methyl-1-propylimidazoliums (PMIM J) or the 1 , 2, 3 trimethylimidazolium (MMIM J) into consideration.

Weiter kommen Salze des Pyridiniums mit einer der folgenden Seitenketten in Frage:

  • N-Butyl (BPYR), N-Ethyl-3-methyl (E3MPYR), N-Butyl-3-methyl (B3MPYR), N-Butyl-4-methyl (B4MPYR), N-(3-Hydroypropyl) (POHPYR), N-hexyl-4-(dimethylammino) (HDMAP), N-Ethyl-3-hydroxymethyl (EHMP), N-Hexyl (HPYR),
    insbesondere mit folgenden Anionen:
    • [(C 2 F 5)3 PF 3]-, Kurzname FAP (z.B. als POHPYR FAP); [N(SO 2 CF 3)2]-, Kurzname NTF (z.B. als POHPYR NTF, HPYR NTF, HDMAP NTF); [CF 3 SO 3]-, Kurzname OTF
    • (z.B. als B3MPYR OTF); [B(CN)4]-, Kurzname TCB; [N(CN)2]-, Kurzname DCN (z.B. als B3MPYR DCN); [C(CN)3]-, Kurzname TCC; [SCN]-, Kurzname SCN; [HSO 4]-,
    • Kurzname HSO4; [CH 3 SO 4]-, Kurzname MSU (z.B. als B3MPYR MSU); [C 2 H 5 SO 4]-, Kurzname ESU (z.B. als E3MPYR ESU, EHMP ESU); [C 4 H 9 SO 4]-, Kurzname BSU;
    • [C 6 H 13 SO 4]-, Kurzname HSU; [C 8 H 17 SO 4]-, Kurzname OSU; [C 5 H 11 O 2 SO 4]-, Kurzname MEESU; [B(C 2 O 4)2]-, Kurzname BOB; [(CH 3)2 PO 4]-, Kurzname DMP;
    • [(C 2 H 5)2 PO 4]-, Kurzname DEP; [CH 3 SO 3]-, Kurzname MSO; [CF 3 COO]-, Kurzname ATF; [CH 3 C 6 H 4 SO 3]-, Kurzname TOS; [BF 4]-, Kurzname BF4 (z.B. als B3MPYR BF4,
    • B4MPYR BF4); [PF 6]-, Kurzname PF6 (z.B. als B3MPYR PF6); Cl -, Kurzname Cl (z.B. als BPYR Cl, B3MPYR Cl); Br- , Kurzname Br (z.B. als B3MPYR Br); I- , Kurzname I; [C 4 F 9 SO 3]-, Kurzname NON (z.B. als B3MPYR NON, E3MPYR NON).
Further salts of pyridinium with one of the following side chains in question:
  • N-butyl (BPYR), N -ethyl-3-methyl (E3MPYR), N -butyl-3-methyl (B3MPYR), N -butyl-4-methyl (B4MPYR), N- (3-hydroxypropyl) (POHPYR) , N-hexyl-4- (dimethylammino) (HDMAP), N-ethyl-3-hydroxymethyl (EHMP), N-hexyl (HPYR),
    in particular with the following anions:
    • [( C 2 F 5 ) 3 PF 3 ] - , short name FAP (eg as POHPYR FAP); [ N ( SO 2 CF 3 ) 2 ] - , short name NTF (eg as POHPYR NTF, HPYR NTF, HDMAP NTF); [ CF 3 SO 3 ] - , short name OTF
    • (eg as B3MPYR OTF); [ B ( CN ) 4 ] - , short name TCB; [ N ( CN ) 2 ] - , short name DCN (eg as B3MPYR DCN); [C (CN) 3] -, short name TCC; [ SCN ] - , short name SCN; [ HSO 4 ] - ,
    • Short name HSO 4 ; [ CH 3 SO 4 ] - , short name MSU (eg as B3MPYR MSU); [ C 2 H 5 SO 4 ] - , short name ESU (eg as E3MPYR ESU, EHMP ESU); [ C 4 H 9 SO 4 ] - , short name BSU;
    • [ C 6 H 13 SO 4 ] -, short name HSU; [ C 8 H 17 SO 4 ] - , short name OSU; [ C 5 H 11 O 2 SO 4 ] - , short name MEESU; [ B ( C 2 O 4 ) 2 ] - , short name BOB; [( CH 3 ) 2 PO 4 ] - , short name DMP;
    • [( C 2 H 5 ) 2 PO 4 ] - , short name DEP; [ CH 3 SO 3 ] - , short name MSO; [ CF 3 COO ] - , short name ATF; [ CH 3 C 6 H 4 SO 3 ] - , short name TOS; [ BF 4 ] - , short name BF4 (eg as B3MPYR BF4,
    • B4MPYR BF4); [ PF 6 ] - , short name PF6 (eg as B3MPYR PF6); Cl - , short name Cl (eg as BPYR Cl, B3MPYR Cl); Br -, Br short name (eg as B3MPYR Br); I - , short name I; [ C 4 F 9 SO 3 ] - , short name NON (eg as B3MPYR NON, E3MPYR NON).

Weiter kommen Salze des N-Methylpyrrolidiniums mit einer der folgenden Seitenketten in Frage:

  • N-Methyl (MMPL), N-Butyl (BMPL), N-Methyl-1-Octyl (OMPL), N-Hexyl (HMPL), N-(6-aminohexyl) (HNH2MPL), N-(2-Methoxyethyl) (MOEMPL),
    insbesondere mit folgenden Anionen:
    • [(C 2 F 5)3 PF 3]-, Kurzname FAP (z.B. als BMPL FAP, MOEMPL FAP); [N(SO 2 CF 3)2]-, Kurzname NTF (z.B. als BMPL NTF, HMPL NTF, MOEMPL NTF, HNH2MPL NTF);
    • [CF 3 SO 3]-, Kurzname OTF (z.B. als BMPL OTF); [B(CN)4]-, Kurzname TCB (z.B. als BMPL TCB); [N(CN)2]-, Kurzname DCN (z.B. als BMPL DCN); [C(CN)3]-, Kurzname TCC; [SCN]-, Kurzname SCN; [HSO 4]-, Kurzname HSO4; [CH 3 SO 4]-, Kurzname MSU (z.B. als B3MPYR MSU); [C 2 H 5 SO 4]-, Kurzname ESU (z.B. als E3MPYR ESU, EHMP ESU); [C 4 H 9 SO 4]-, Kurzname BSU; [C 6 H 13 SO 4]-, Kurzname HSU; [C 8 H 17 SO 4]-,
    • Kurzname OSU; [C 5 H 11 O 2SO4]-, Kurzname MEESU; [B(C 2 O 4)2]-, Kurzname BOB (z.B. als BMPL BOB); [(CH3)2 PO 4]-, Kurzname DMP; [(C 2 H 5)2 PO 4]-, Kurzname DEP;
      [CH 3 SO 3]-, Kurzname MSO; [CF 3 COO]-, Kurzname ATF (z.B. als BMPL ATF); [CH 3 C 6 H 4 SO 3]-, Kurzname TOS; [BF 4]-, Kurzname BF4; [PF 6]-, Kurzname PF6;
    • Cl -, Kurzname Cl (z.B. als BMPL Cl, OMPL Cl); Br -, Kurzname Br (z.B. als BMPL Br); I- , Kurzname I (z.B. als MMPL I); [C 4 F 9 SO 3]-, Kurzname NON.
Further salts of N-methylpyrrolidinium with one of the following side chains in question:
  • N-methyl (MMPL), N-butyl (BMPL), N -methyl-1-octyl (OMPL), N-hexyl (HMPL), N- (6-aminohexyl) (HNH2MPL), N- (2-methoxyethyl) (MOEMPL)
    in particular with the following anions:
    • [( C 2 F 5 ) 3 PF 3 ] - , short name FAP (eg as BMPL FAP, MOEMPL FAP); [ N ( SO 2 CF 3 ) 2 ] - , short name NTF (eg as BMPL NTF, HMPL NTF, MOEMPL NTF, HNH2MPL NTF);
    • [ CF 3 SO 3 ] - , short name OTF (eg as BMPL OTF); [ B ( CN ) 4 ] - , short name TCB (eg as BMPL TCB); [ N ( CN ) 2 ] - , short name DCN (eg as BMPL DCN); [C (CN) 3] -, short name TCC; [ SCN ] - , short name SCN; [ HSO 4 ] - , short name HSO4; [ CH 3 SO 4 ] - , short name MSU (eg as B3MPYR MSU); [ C 2 H 5 SO 4 ] - , short name ESU (eg as E3MPYR ESU, EHMP ESU); [ C 4 H 9 SO 4 ] - , short name BSU; [ C 6 H 13 SO 4 ] - , short name HSU; [ C 8 H 17 SO 4 ] - ,
    • Short name OSU; [ C 5 H 11 O 2 SO 4 ] - , short name MEESU; [ B ( C 2 O 4 ) 2 ] - , short name BOB (eg as BMPL BOB); [(CH 3 ) 2 PO 4 ] - , short name DMP; [( C 2 H 5 ) 2 PO 4 ] - , short name DEP;
      [ CH 3 SO 3 ] - , short name MSO; [ CF 3 COO ] - , short name ATF (eg as BMPL ATF); [ CH 3 C 6 H 4 SO 3 ] - , short name TOS; [ BF 4 ] - , short name BF4; [ PF 6 ] - , short name PF6;
    • Cl - , short name Cl (eg as BMPL Cl, OMPL Cl); Br - , short name Br (eg as BMPL Br); I - , short name I (eg as MMPL I); [ C 4 F 9 SO 3 ] - , short name NON.

Weiter kommen Salze des Ammoniums N (R, R', R", R"') mit einer der folgenden Seitenketten in Frage:

  • Tetramethyl (NM4), Tetrabutyl (NB4), Methyltrioctyl (N(o3)M), Ethyl-dimethyl-propyl (NEMMP), N-Ethyl-N,N-dimethyl-2-methoxyethyl (MOEDEA), (2-Hydroxyethyl) trimethyl (CHOLINE), hydrazinocarbonyl-methyl-trimethyl (GIRT), ethyl-dimethyl-(5-diisorpropylamino-3-oxapentyl) (DIAN), ethyl-dimethyl-cyanomethyl (MCNDEA),
    insbesondere mit folgenden Anionen:
    • [(C 2 F 5)3 PF 3]-, Kurzname FAP (z.B. als NM4 FAP, MOEDEA FAP); [N(SO 2 CF 3)2]-, Kurzname NTF (z.B. als NB4 NTF, N(o3)M NTF, NEMMP NTF, MOEDEA NTF, GIRT NTF, DIAN NTF, MCNDEA NTF); [CF 3 SO 3]-, Kurzname OTF; [B(CN)4]-, Kurzname TCB; [N(CN)2]-, Kurzname DCN; [C(CN)3]-, Kurzname TCC; [SCN]-, Kurzname SCN; [HSO 4]-, Kurzname HSO4; [CH 3 SO 4]-, Kurzname MSU; [C 2 H 5 SO 4]-, Kurzname ESU; [C 4 H 9 SO 4]-, Kurzname BSU; [C 6 H 13 SO 4]-, Kurzname HSU; [C 8 H 17 SO 4]-, Kurzname OSU; [C 5 H 11 O 2 SO 4]-, Kurzname MEESU; [B[C 2 O 4)2]-, Kurzname BOB;
    • [(CH 3)2 PO 4]-, Kurzname DMP (z.B. als CHOLINE DMP); [(C 2 H 5)2 PO 4]-, Kurzname DEP; [CH 3 SO 3]-, Kurzname MSO; [CF 3 COO]-, Kurzname ATF (z.B. als N(o3)M ATF); [CH 3 C 6 H 4 SO 3]-, Kurzname TOS; [BF 4]-, Kurzname BF4; [PF 6]-, Kurzname PF6; Cl -, Kurzname Cl; Br -, Kurzname Br; I -, Kurzname I; [C 4 F 9 SO 3]-, Kurzname NON.
Further salts of ammonium N (R, R ', R ", R"') with one of the following side chains in question:
  • Tetramethyl (NM4), tetrabutyl (NB4), methyltrioctyl (N (o3) M), ethyl-dimethyl-propyl (NEMMP), N-ethyl-N, N-dimethyl-2-methoxyethyl (MOEDEA), (2-hydroxyethyl) trimethyl (CHOLINE), hydrazinocarbonyl-methyl-trimethyl (GIRT), ethyl-dimethyl- (5-diisopropylamino-3-oxapentyl) (DIAN), ethyl-dimethyl-cyanomethyl (MCNDEA)
    in particular with the following anions:
    • [( C 2 F 5 ) 3 PF 3 ] - , short name FAP (eg as NM4 FAP, MOEDEA FAP); [ N ( SO 2 CF 3 ) 2 ] - , short name NTF (eg as NB4 NTF, N (o3) M NTF, NEMMP NTF, MOEDEA NTF, GIRT NTF, DIAN NTF, MCNDEA NTF); [ CF 3 SO 3 ] - , short name OTF; [ B ( CN ) 4 ] - , short name TCB; [ N ( CN ) 2 ] - , short name DCN; [C (CN) 3] -, short name TCC; [ SCN ] - , short name SCN; [ HSO 4 ] - , short name HSO4; [ CH 3 SO 4 ] - , short name MSU; [ C 2 H 5 SO 4 ] - , short name ESU; [ C 4 H 9 SO 4 ] - , short name BSU; [ C 6 H 13 SO 4 ] - , short name HSU; [ C 8 H 17 SO 4 ] - , short name OSU; [ C 5 H 11 O 2 SO 4 ] -, short name MEESU; [ B [ C 2 O 4 ) 2 ] - , short name BOB;
    • [( CH 3 ) 2 PO 4 ] - , short name DMP (eg as CHOLINE DMP); [( C 2 H 5 ) 2 PO 4 ] - , short name DEP; [ CH 3 SO 3 ] - , short name MSO; [ CF 3 COO ] - , short name ATF (eg as N (o3) M ATF); [ CH 3 C 6 H 4 SO 3 ] - , short name TOS; [ BF 4 ] - , short name BF4; [ PF 6 ] - , short name PF6; Cl - , short name Cl; Br -, short name Br; I - , short name I; [ C 4 F 9 SO 3 ] - , short name NON.

Es können auch Salze des Guadininiums (GUA), des N-(Methoxyethyl)-N-methyl-morpholiniums (MOEMMO), des 1-(Methoxyethyl)-1methyl-piperidiniums (MOEMPIP), des Trihexyl(tetradecyl)phosphoniums (P(h3)t) sowie des Triethylsulfoniums (SE3) verwendet werden,
insbesondere mit folgenden Anionen:

  • [(C 2 F 5)3 PF 3]-, Kurzname FAP (z.B. als GUA FAP, MOEMMO FAP, MOEMPIP FAP,
  • P(h3)t FAP); [N(SO 2 CF 3)2]-, Kurzname NTF (z.B. als MOEMMO NTF, MOEMPIP NTF,
  • P(h3)t NTF, SE3 NTF); [CF 3 SO 3]-, Kurzname OTF; [B(CN)4]-, Kurzname TCB;
  • [N(CN)2]-, Kurzname DCN; [C(CN)3]-, Kurzname TCC; [SCN]-, Kurzname SCN;
  • [HSO 4], Kurzname HSO4; [CH 3 SO 4]-, Kurzname MSU; [C 2 H 5 SO 4]-, Kurzname ESU;
  • [C 4 H 9 SO 4]-, Kurzname BSU; [C 6 H 13 SO 4]-, Kurzname HSU; [C8 H 17 SO 4], Kurzname OSU; [C 5 H 11 O 2 SO 4]-, Kurzname MEESU; [B(C 2 O 4)2]-, Kurzname BOB;
  • [(CH 3)2 PO 4]-, Kurzname DMP (z.B. als DMP CHOLINE); [(C 2 H 5)2 PO 4]-, Kurzname DEP; [CH 3 SO 3]-, Kurzname MSO; [CF 3 COO]-, Kurzname ATF (z.B. als ATF N(o3)M);
  • [CH 3 C 6 H 4 SO 3]-, Kurzname TOS; [BF 4]-, Kurzname BF4; [PF 6]-, Kurzname PF6;
  • Cl -, Kurzname Cl; Br -, Kurzname Br; I -, Kurzname I; [C 4 F 9 SO 3]-, Kurzname NON; [(C 2 F 5)3 PF 3]-, Kurzname FAP.
It is also possible to use salts of guadininium (GUA), of N- (methoxyethyl) -N-methyl-morpholinium (MOEMMO), of 1- (methoxyethyl) -1-methylpiperidinium (MOEMPIP), of trihexyl (tetradecyl) phosphonium (P (h3) t) and of triethylsulfonium (SE3),
in particular with the following anions:
  • [( C 2 F 5 ) 3 PF 3 ] - , short name FAP (eg as GUA FAP, MOEMMO FAP, MOEMPIP FAP,
  • P (h3) t FAP); [ N ( SO 2 CF 3 ) 2 ] - , short name NTF (eg as MOEMMO NTF, MOEMPIP NTF,
  • P (h3) t NTF, SE3 NTF); [ CF 3 SO 3 ] - , short name OTF; [ B ( CN ) 4 ] - , short name TCB;
  • [ N ( CN ) 2 ] - , short name DCN; [C (CN) 3] -, short name TCC; [ SCN ] - , short name SCN;
  • [ HSO 4 ], short name HSO4; [ CH 3 SO 4 ] - , short name MSU; [ C 2 H 5 SO 4 ] - , short name ESU;
  • [ C 4 H 9 SO 4 ] - , short name BSU; [ C 6 H 13 SO 4 ] - , short name HSU; [C 8 H 17 SO 4 ], short name OSU; [ C 5 H 11 O 2 SO 4 ] - , short name MEESU; [ B ( C 2 O 4 ) 2 ] - , short name BOB;
  • [( CH 3 ) 2 PO 4 ] - , short name DMP (eg as DMP CHOLINE); [( C 2 H 5 ) 2 PO 4 ] - , short name DEP; [ CH 3 SO 3 ] - , short name MSO; [ CF 3 COO ] - , short name ATF (eg as ATF N (o3) M);
  • [ CH 3 C 6 H 4 SO 3 ] - , short name TOS; [ BF 4 ] - , short name BF4; [ PF 6 ] - , short name PF6;
  • Cl - , short name Cl; Br -, short name Br; I - , short name I; [ C 4 F 9 SO 3 ] - , short name NON; [( C 2 F 5 ) 3 PF 3 ] - , short name FAP.

Hierbei kann jeweils vorgesehen sein, dass eine Aluminiumverbindung gelöst wird, deren Anion mit dem der ionischen Flüssigkeit übereinstimmt. Dies ist jedoch nicht zwingend.It can be provided in each case that an aluminum compound is dissolved, the anion of which matches the ionic liquid. However, this is not mandatory.

Als Werkstücke kommen primär Werkstücke mit einer metallischen Oberfläche in Frage, die durch die Aluminium enthaltende Schicht vor Korrosion geschützt wird. Der Begriff metallisch schließt hierbei sämtliche Metalle und Legierungen ein, insbesondere sämtliche Typen von Stählen. Es versteht sich für den Fachmann, dass eine Legierung nach dem Stand der Technik neben Metallen auch Halbmetalle oder Nichtmetalle, beispielsweise Silizium oder Kohlenstoff, umfassen kann. Es ist auch denkbar, dass es sich um ein Werkstück handelt, dass bereits eine Metallschicht aufweist, also z.B. vorab elektrochemisch beschichtet wurde. Neben metallischen Oberflächen kommen auch nichtmetallische Oberflächen in Frage, sofern diese leitfähig sind. Aus dem Stand der Technik sind z.B. leitfähige Kunststoffe sowie sogenannte organische Halbleiter bekannt, die eine hinreichende Leitfähigkeit aufweisen, um eine elektrochemische Beschichtung zu erlauben.As workpieces are primarily workpieces with a metallic surface in question, which is protected by the aluminum-containing layer from corrosion. The term metallic here includes all metals and alloys, in particular all types of steels. It will be understood by those skilled in the art that a prior art alloy may include metals as well as metals or non-metals, for example silicon or carbon. It is also conceivable that it is a workpiece, that already has a metal layer, that is, for example, has been electrochemically coated in advance. In addition to metallic surfaces, non-metallic surfaces are also suitable, provided they are conductive. For example, conductive plastics and so-called organic semiconductors are known from the prior art, which have sufficient conductivity to allow an electrochemical coating.

Erfindungsgemäß enthält die ionische Flüssigkeit Partikel. Der Begriff Partikel bezeichnet hier, entsprechend der gängigen Auffassung, kleine Festkörper, deren größte Ausdehnung höchstens 1 mm beträgt. Die Partikel können verschiedenste Formen haben, wie z.B. kugelförmig bzw. kugelähnlich, lamellenförmig, linsenförmig, polyedrisch oder nadelförmig sein. Grundsätzlich kann die Zusammensetzung der Partikel beliebig sein, allerdings sind solche Materialien bevorzugt, die keine Zersetzung in ionischen Flüssigkeiten zeigen, insbesondere nicht in diesen lösbar sind. Bevorzugte Materialen und Größen der Partikel werden weiter unten diskutiert.According to the invention, the ionic liquid contains particles. The term particles here means, according to the accepted view, small solids whose maximum extent is at most 1 mm. The particles may take a variety of forms, e.g. spherical or lamellar, lenticular, polyhedral or acicular. In principle, the composition of the particles can be arbitrary, but those materials are preferred which show no decomposition in ionic liquids, in particular are not soluble in these. Preferred materials and sizes of the particles are discussed below.

Die erfindungsgemäß verwendete ionische Flüssigkeit kann durch Zugabe von Partikeln zu einer ionischen Flüssigkeit, die Aluminiumionen umfasst, bereitgestellt werden. Alternativ kann eine ionische Flüssigkeit bereitgestellt werden, zu der Partikel hinzugegeben werden, wonach Aluminiumionen in der ionischen Flüssigkeit gelöst werden. Um die ionische Flüssigkeit vor Verunreinigung zu schützen, sollten die Partikel möglichst in reiner Form (also z.B. nicht als Paste o. Ä.) hinzugegeben werden. Bei ionischen Flüssigkeiten, die gegenüber Wasser empfindlich sind, sollten die Partikel durch eine Trocknung von anhaftender Luftfeuchtigkeit gereinigt werden. Die Zugabe der Partikel kann vor Ort, unmittelbar vor dem Beschichten erfolgen, oder aber sie erfolgt werksseitig vorab, womit ein gebrauchsfertiges Beschichtungsbad zur Verfügung gestellt werden kann.The ionic liquid used in the present invention can be provided by adding particles to an ionic liquid comprising aluminum ions. Alternatively, an ionic liquid may be provided to which particles are added, after which aluminum ions are dissolved in the ionic liquid. In order to protect the ionic liquid from contamination, the particles should preferably be added in a pure form (ie, not as a paste or the like). For ionic liquids that are sensitive to water, the particles should be cleaned by drying adhering air humidity. The addition of the particles can be done on site, immediately before coating, or it is done in advance in the factory, with which a ready-to-use coating bath can be provided.

Bevorzugt sind die Partikel in der Flüssigkeit suspendiert, d.h. sie sinken nicht ab, sondern sie schweben in ihr. Die Partikel werden im Rahmen des Abscheideprozesses in die Aluminium enthaltende Metallschicht eingelagert.Preferably, the particles are suspended in the liquid, i. they do not sink but float in it. The particles are incorporated in the aluminum-containing metal layer during the deposition process.

Der genaue Mechanismus der Einlagerung kann unterschiedlich sein. So kann ggf. das abgeschiedene Metall als eine Art "Bindemittel" fungieren, durch das zufällig in unmittelbarer Nähe der Oberfläche des Werkstücks befindliche Partikel an diese angebunden werden. Daneben ist es denkbar, dass Partikel auch elektrostatisch durch das bei der Abscheidung herrschende elektrische Feld zur Oberfläche des Werkstücks wandern, wo sie durch das abgeschiedene Metall angebunden werden. Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist allerdings unabhängig vom den der Einlagerung zugrunde liegenden Mechanismen. Jedenfalls bildet die auf dem Werkstück abgeschiedene Metallschicht eine Art Matrix, in die die Partikel eingebunden werden. Die Einlagerung kann hierbei unvollständig sein, d.h. es können z.B. Partikel aus der Oberfläche der Metallschicht herausragen, die somit nur zum Teil eingelagert sind.The exact mechanism of storage may vary. Thus, if necessary, the deposited metal can act as a kind of "binder" by which particles are randomly attached to them in the immediate vicinity of the surface of the workpiece. In addition, it is conceivable that particles also migrate electrostatically through the electrical field prevailing during the deposition to the surface of the workpiece, where they are connected by the deposited metal. However, the subject of the present invention is independent of the mechanisms underlying the incorporation. In any case, the metal layer deposited on the workpiece forms a kind of matrix into which the particles are bound. The incorporation may be incomplete, ie, for example, particles may protrude from the surface of the metal layer, which are thus incorporated only in part.

Durch die erfindungsgemäße Einlagerung von Partikeln ist es möglich, die Oberflächeneigenschaften der Metallschicht flexibel zu gestalten. Genauer gesagt, wird durch das Einlagern der Partikel eine Oberflächeneigenschaft der Metallschicht eingestellt. Es ist somit möglich, auf die Oberflächeneigenschaft planmäßig und gezielt einzuwirken. Dies beruht zum einen darauf, dass normalerweise ein Teil der Partikel aus der Oberfläche der Metallschicht herausragt. Zum anderen können auch völlig in die Schicht eingelagerte Partikel Einfluss auf die Oberflächeneigenschaften haben, insbesondere wenn eine oberflächennahe Einlagerung erfolgt. Auch Partikel, die anfangs dicht unter der Oberfläche der Metallschicht liegen, können bei der Benutzung des Werkstücks durch Abrieb freigelegt werden und somit im Nachhinein die Eigenschaften der Oberfläche beeinflussen. Bevorzugte Möglichkeiten der Oberflächengestaltung werden weiter unten noch erläutert. Die Einlagerung während des Abscheideprozesses gewährleistet eine optimale Anbindung der Partikel an die Metallschicht und somit an die Oberfläche des Werkstücks.The incorporation of particles according to the invention makes it possible to design the surface properties of the metal layer flexibly. More specifically, by incorporating the particles, a surface property of the metal layer is adjusted. It is thus possible to act on the surface property as planned and targeted. This is due to the fact that normally a part of the particles protrudes from the surface of the metal layer. On the other hand, particles completely embedded in the layer can also have an influence on the surface properties, in particular if a near-surface incorporation takes place. Also, particles that are initially close to the surface of the metal layer can be exposed by abrasion during use of the workpiece and thus affect the properties of the surface afterwards. Preferred possibilities of surface design will be explained below. The storage during the deposition process ensures an optimal binding of the particles to the metal layer and thus to the surface of the workpiece.

Ein weiterer Vorteil ist die Möglichkeit, dass die Oberflächengestaltung durch eine einzige Schicht möglich ist. Hierdurch entfällt ein zusätzlicher Beschichtungsschritt und es ist im Allgemeinen möglich, die Beschichtung dünner zu gestalten als bei herkömmlichen Verfahren, bei denen wenigstens eine weitere Schicht aufgetragen werden muss. Hierdurch werden Zeit, Kosten und Material eingespart. Es ist auch zu beachten, dass eventuelle Probleme der Haftung einer zusätzlichen Schicht auf der Metallschicht vermieden werden.Another advantage is the possibility that the surface design is possible through a single layer. This eliminates the need for an additional coating step and it is generally possible to make the coating thinner than conventional methods in which at least one further layer must be applied. This saves time, money and material. It should also be noted that any problems of adhesion of an additional layer to the metal layer are avoided.

Besonders eignet sich das Verfahren zur Einlagerung der unten genannten Hartstoffpartikel. Hierbei wird durch die eingelagerten Partikel eine höhere effektive Härte der Beschichtung eingestellt. Die Aluminiumschicht, die die Matrix für die Partikel bildet, wird wirksam vor Abrasion geschützt. Dies ergibt sich daraus, dass - entweder von Anfang an oder nach Abrieb des darüberliegenden Aluminiums - Hartstoffpartikel aus der Oberfläche der Aluminiumschicht herausragen. Äußere abrasive Einflüsse wirken primär auf die Partikel ein, wodurch die Aluminiumschicht und somit im Weiteren auch dass darunterliegende Substrat geschützt ist. Erfindungsgemäß kann auf diese Weise auch für dünne Schichten die Verschleißfestigkeit bzw. die Abriebfestigkeit der Beschichtung weitaus besser gesteigert werden als durch eine Erhöhung der Schichtstärke.The process is particularly suitable for incorporation of the hard material particles mentioned below. In this case, a higher effective hardness of the coating is set by the embedded particles. The aluminum layer, which forms the matrix for the particles, becomes effective protected against abrasion. This results from the fact that - either from the beginning or after abrasion of the overlying aluminum - hard material particles protrude from the surface of the aluminum layer. External abrasive effects primarily affect the particles, thereby protecting the aluminum layer and thus also the underlying substrate. According to the invention, the wear resistance and the abrasion resistance of the coating can be increased much better in this way, even for thin layers than by increasing the layer thickness.

Solche Partikel weisen typischerweise eine Mohs-Härte von wenigstens 5, bevorzugt wenigstens 7, besonders bevorzugt wenigstens 9 auf. Vorteilhaft sind die Partikel ausgewählt aus Kieselsäure-, Aluminiumoxid-, Titanoxid-, Siliziumoxid-, Zirkoniumoxid-, Wolframcarbid-, Chromcarbid-, Borcarbid-, Siliziumnitrid-, Siliziumcarbid- und Diamantpartikeln sowie Mikroglashohlkugeln oder einer Mischung hieraus.Such particles typically have a Mohs hardness of at least 5, preferably at least 7, more preferably at least 9. Advantageously, the particles are selected from silicic acid, alumina, titania, silica, zirconia, tungsten carbide, chromium carbide, boron carbide, silicon nitride, silicon carbide and diamond particles, as well as microbubbles or a mixture thereof.

Vorteilhaft sind Titanoxidpartikel vom Rutil- oder Anatastyp. Diese bilden durch Photokatalyse an Licht Radikale, wie z.B. OH-Radikale aus Wasser, wodurch organische Substanzen zersetzt werden. Ein auf diese Weise beschichtetes Werkstück verfügt somit über eine Selbstreinigungsfähigkeit, die zum Schutz der Oberfläche beiträgt.Advantageous titanium oxide particles of the rutile or anatase type. These form radicals by photocatalysis on light, e.g. OH radicals from water, which decompose organic substances. A thus coated workpiece thus has a self-cleaning ability, which contributes to the protection of the surface.

Besonders vorteilhaft ist es auch, wenn Partikel verwendet werden, die Schmiermittel umfassen. Solche Partikel können vollständig aus Schmiermittel bestehen oder auch teilweise, also z.B. einen Aluminiumoxid-Kern umfassen, der mit Schmiermittel beschichtet ist. Es versteht sich, dass der Begriff Schmiermittel hier solche Stoffe bezeichnet, die bei den Temperaturen, die für das Verfahren typisch sind, also z.B. zwischen o°C und 100°C, fest sind. Der Einsatz von Schmiermittelpartikeln kann zum einen zur Einstellung einer vorgegebenen Reibzahl für Werkstücke wie z.B. Schrauben verwendet werden. Zum anderen können auch Schmiermittel mechanischen Beschädigungen des Werkstücks oder einem erhöhten Abrieb vorbeugen, da hierdurch Reibungskräfte, die oftmals Ursache von Beschädigungen sind, herabgesetzt werden können. Der Einsatz von Schmiermitteln zeigt hier größere Wirkung als eine Steigerung der Schichtstärke der Oberflächenbeschichtung.It is also particularly advantageous if particles are used which comprise lubricants. Such particles can consist entirely of lubricant or even partially, e.g. comprise an alumina core coated with lubricant. It is understood that the term lubricant here refers to those substances which are at the temperatures typical of the process, e.g. between o ° C and 100 ° C, are solid. The use of lubricant particles can firstly be used to set a given friction coefficient for workpieces such as e.g. Screws are used. On the other hand, lubricants can prevent mechanical damage to the workpiece or increased abrasion, as this friction forces, which are often the cause of damage, can be reduced. The use of lubricants shows greater effect here than an increase in the layer thickness of the surface coating.

Als Schmiermittel kommen sämtliche aus dem Stand der Technik bekannten Stoffe in Frage, so z. B. Halogenkohlenwasserstoffe, insbesondere Polytetrafluoroethylen (PTFE), Polyvinylidenfluorid (PVDF), Tetrafuorethylen/Hexafluorpropylen-Copolymer (FEP), Perfluoralkoxy-Copolymer (PFA), Copolymer von Tetrafluorethylen mit perfluoriertem Propylen und Perfluoralkylvinylether (EPE), Copolymer aus Tetrafluorethylen und Perfluormethylvinylether (MFA), MoS2, Bornitrid, Graphit, fluoriertes Graphit, Carnaubawachs, Polysulfone, Polyolefinharze, insbesondere Polyethylen (PE) und Polypropylen (PP), Mischungen derselben oder eine Kombination hieraus.Suitable lubricants are all known from the prior art materials in question, such. As halogenated hydrocarbons, in particular polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), tetrafluoroethylene / hexafluoropropylene copolymer (FEP), perfluoroalkoxy copolymer (PFA), copolymer of tetrafluoroethylene with perfluorinated propylene and perfluoroalkyl vinyl ether (EPE), copolymer of tetrafluoroethylene and perfluoromethyl vinyl ether (MFA), MoS 2 , boron nitride, graphite, fluorinated graphite , Carnauba wax, polysulfones, polyolefin resins, especially polyethylene (PE) and polypropylene (PP), mixtures thereof or a combination thereof.

Bevorzugt finden bei dem vorliegenden Verfahren Partikel Verwendung, die Graphen und/oder Fullerene umfassen. Die genannten Kohlenstoffmodifikationen können die Oberflächeneigenschaften der Metallschicht in verschiedener Weise positiv beeinflussen. So können sie z.B. aufgrund ihrer hohen mechanischen Stabilität die Metallschicht vor Abrieb schützen.Preferably, the present process uses particles comprising graphene and / or fullerenes. The carbon modifications mentioned can positively influence the surface properties of the metal layer in various ways. So they can e.g. Due to their high mechanical stability, the metal layer is protected against abrasion.

Es ist ausdrücklich auch vorgesehen, verschiedene Partikeltypen zu kombinieren. So kann ein Werkstück z.B. durch die kombinierte Einlagerung von Hartstoffpartikeln und Schmiermittelpartikeln besonders effektiv von Abrasion geschützt werden.It is expressly intended to combine different particle types. Thus, a workpiece can be e.g. be protected by the combined storage of hard particles and lubricant particles particularly effective from abrasion.

Die Größe der eingesetzten Partikel kann in einem relativ weiten Rahmen variiert werden. Hierbei ist allerdings zu beachten, dass zu große Partikel in die typischerweise einige Mikrometer dicken Metallschichten nicht gut eingebunden werden können, während zu kleine Partikel für die Einstellung der Oberflächeneigenschaften uneffektiv sein können. Daher ist es vorteilhaft, wenn Partikel verwendet werden, die eine größte Ausdehnung zwischen 10 nm und 10 µm, bevorzugt zwischen 50 nm und 5 µm, weiter bevorzugt zwischen 100 nm und 2 µm, besonders bevorzugt zwischen 500 nm und 1 µm aufweisen.The size of the particles used can be varied within a relatively wide range. It should be noted, however, that too large particles can not be well integrated into the metal layers, which are typically a few micrometers thick, while particles that are too small can be ineffective for adjusting the surface properties. Therefore, it is advantageous if particles are used which have a maximum extent of between 10 nm and 10 μm, preferably between 50 nm and 5 μm, more preferably between 100 nm and 2 μm, particularly preferably between 500 nm and 1 μm.

Die Stärke der Beschichtung beträgt in der Regel 1 µm bis 5 µm, bevorzugt 1 µm bis 3 µm.The thickness of the coating is generally 1 micron to 5 microns, preferably 1 micron to 3 microns.

Falls Nanopartikel verwendet werden, also Partikel, deren Größe deutlich unter 1 µm liegt, werden diese bevorzugt auch in ionisch stabilisierter Form eingesetzt.If nanoparticles are used, ie particles whose size is well below 1 μm, they are preferably also used in ionically stabilized form.

Vorteilhaft beträgt der der Massenanteil der Partikel zwischen 0,1% und 10%, bevorzugt zwischen 1% und 8%, weiter bevorzugt zwischen 2% und 5%, bezogen auf eine in der ionischen Flüssigkeit enthaltene Reaktivkomponente. Hierbei bezeichnet Reaktivkomponente den Teil der ionischen Flüssigkeit, der an der Abscheidung beteiligt ist. Liegt also z.B. eine Schmelze von EMIMCl vor, in der Aluminiumchlorid gelöst ist, so ist das Aluminiumchlorid die Reaktivkomponente. Niedrigere oder höhere Partikel-Anteile innerhalb der ionischen Flüssigkeit können sich nachteilig auf den Anteil der Partikel innerhalb der abgeschiedenen Metallschicht auswirken. Um den strukturellen Zusammenhalt der Metallschicht nicht zu schwächen, sollte der Anteil der Partikel in der Schicht nicht zu groß sein. Andererseits kann ein zu geringer Anteil dazu führen, dass die Partikel die Oberflächeneigenschaften nicht mehr ausreichend beeinflussen.Advantageously, the mass fraction of the particles is between 0.1% and 10%, preferably between 1% and 8%, more preferably between 2% and 5%, based on a reactive component contained in the ionic liquid. Here denotes reactive component the part of the ionic liquid involved in the deposition. If, for example, a melt of EMIMCl is present in which aluminum chloride is dissolved, the aluminum chloride is the reactive component. Lower or higher particle levels within the ionic liquid can adversely affect the proportion of particles within the deposited metal layer. In order not to weaken the structural integrity of the metal layer, the proportion of particles in the layer should not be too large. On the other hand, too low a proportion may cause the particles to no longer sufficiently influence the surface properties.

Oft unterliegen die beim vorliegenden Verfahren verwendeten ionischen Flüssigkeiten einem Absetzverhalten, das dazu führt, dass sich eine inhomogene Konzentration der abzuscheidenden Metallionen ausbildet. Dies kann das Abscheideergebnis nachteilig beeinflussen. Insbesondere kann es aber beim erfindungsgemäßen Verfahren dazu kommen, dass die Partikel nicht homogen in der ionischen Flüssigkeit suspendiert bleiben, sondern sich nach unten absetzen oder aufschwimmen, je nach dem, ob ihre Dichte größer oder kleiner als die der ionischen Flüssigkeit ist. Beide Effekte stehen im Allgemeinen einem kontrollierten Einlagerungsprozess entgegen. Um diesen Effekten entgegenzusteuern, ist es bevorzugt, dass vor, während und/oder nach dem Abscheiden ein Durchmischen der ionischen Flüssigkeit erfolgt. Hierdurch kann die ionische Flüssigkeit und insbesondere die Verteilung der Partikel innerhalb derselben effektiv homogenisiert werden.Often, the ionic liquids used in the present process are subject to a settling behavior that results in the formation of an inhomogeneous concentration of the metal ions to be deposited. This can adversely affect the deposition result. In particular, however, in the method according to the invention, it may happen that the particles do not remain homogeneously suspended in the ionic liquid, but settle down or float, depending on whether their density is greater or smaller than that of the ionic liquid. Both effects generally oppose a controlled storage process. In order to counteract these effects, it is preferred that a mixing of the ionic liquid takes place before, during and / or after deposition. Thereby, the ionic liquid and in particular the distribution of the particles within it can be effectively homogenized.

Ein Vermischen vor bzw. nach dem Abscheiden bietet den Vorteil, dass die durch das elektrische Feld induzierten Ionenströme, die den Abscheideprozess stützen, nicht von einer Bewegung der Flüssigkeit überlagert werden. Auch kann ein Durchmischen während des Abscheideprozesses dazu führen, dass Partikel schlechter an die Oberfläche angelagert werden, da sie fortgerissen werden, bevor eine Anbindung durch das abgeschiedene Metall erfolgen kann.Mixing before and after deposition offers the advantage that the electric field-induced ion currents that support the deposition process are not superimposed by movement of the liquid. Also, mixing during the deposition process may result in particles becoming less well attached to the surface, as they are ripped away before attachment by the deposited metal.

Andererseits kann es insbesondere dann, wenn der Abscheidevorgang lange dauert, die Partikel relativ groß sind und ihre Dichte die der ionischen Flüssigkeit deutlich übersteigt, vorteilhaft sein, auch während des Abscheidens eine Durchmischung durchzuführen, um die Partikelkonzentration einigermaßen homogen zu halten. Es ist selbstverständlich möglich, hierfür den Abscheidevorgang zu unterbrechen.On the other hand, especially if the deposition process takes a long time, the particles are relatively large and their density significantly exceeds that of the ionic liquid, it may be advantageous to perform a mixing even during the deposition in order to keep the particle concentration reasonably homogeneous. It is of course possible to interrupt the separation process for this purpose.

Ein Durchmischen kann beispielsweise durch mechanische Rührer, durch Magnetrührer oder durch Schall, insbesondere Ultraschall, erfolgen. Es ist auch denkbar, dass der gesamte Beschichtungsbehälter, in dem sich die ionische Flüssigkeit befindet, gedreht (z.B. nach Art einer Betonmischmaschine) oder oszillierend hin und her bewegt wird, um eine Durchmischung der ionischen Flüssigkeit zu erreichen. Auch das in der ionischen Flüssigkeit befindliche Werkstück selbst kann zu diesem Zweck bewegt werden.Mixing can be carried out, for example, by mechanical stirrers, by magnetic stirrers or by sound, in particular ultrasound. It is also conceivable that the entire coating container, in which the ionic liquid is located, is rotated (for example in the manner of a concrete mixer) or oscillated back and forth in order to achieve thorough mixing of the ionic liquid. Also, the workpiece located in the ionic liquid itself can be moved for this purpose.

In einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird ein Massenanteil, ein Volumenanteil und/oder eine Anzahl der Partikel in der ionischen Flüssigkeit überwacht. Da viele ionische Flüssigkeiten durchsichtig sind, kann eine solche Überwachung z.B. mit einem Nephelometer durchgeführt werden. Hierbei wird die Tatsache ausgenutzt, dass die Streuung von in die ionische Flüssigkeit eingestrahltem Licht durch die Anzahl der in ihr suspendierten Partikel verändert wird. Alternativ oder ergänzend können auch in einem kleinen Teilvolumen der Flüssigkeit Stichprobenzählungen der Partikel durchgeführt werden. Hierbei ist es auch möglich, z.B. spektroskopisch die Zusammensetzung einzelner Partikeln zu identifizieren, um so beim Einsatz verschiedenartiger Partikel eine separate Überwachung für die einzelnen Arten separat durchzuführen. Daneben sind auch andere Methoden zur Messung der Partikelzahl geeignet, die im Stand der Technik bekannt sind.In a preferred embodiment of the method, a mass fraction, a volume fraction and / or a number of particles in the ionic liquid is monitored. Since many ionic liquids are transparent, such monitoring may e.g. be performed with a nephelometer. Here, the fact is exploited that the scattering of light irradiated into the ionic liquid is changed by the number of particles suspended in it. Alternatively or additionally, sample counts of the particles can also be carried out in a small partial volume of the liquid. In this case it is also possible, e.g. to identify spectroscopically the composition of individual particles, so as to carry out a separate monitoring for the individual species separately when using different types of particles. In addition, other methods for measuring the number of particles are known, which are known in the art.

Die Überwachung kann im einfachsten Fall manuell erfolgen. Bevorzugt ist allerdings eine automatische Überwachung. Hierbei kann die Überwachung auch zur automatischen Einstellung des Volumenanteils bzw. der Partikelzahl genutzt werden, wie nachfolgend noch erläutert wird. Es ist auch eine parallele Überwachung für unterschiedliche Bereiche der ionischen Flüssigkeit denkbar. Hierdurch ist es möglich, festzustellen, ob die Verteilung der Partikel zu inhomogen und somit ein Durchmischen notwendig ist.The monitoring can be done manually in the simplest case. However, automatic monitoring is preferred. In this case, the monitoring can also be used for automatic adjustment of the volume fraction or the number of particles, as will be explained below. It is also conceivable parallel monitoring for different areas of the ionic liquid. This makes it possible to determine whether the distribution of the particles is too inhomogeneous and thus a thorough mixing is necessary.

Um der Tatsache Rechnung zu tragen, dass die ionische Flüssigkeit Partikel durch Einlagerung in die Metallschicht verliert, ist es in einer Weiterbildung des Verfahrens vorgesehen, dass bei einem kontinuierlich genutzten Tauchbad zur Einstellung der Anzahl, des Massenanteils und/oder des Volumenanteils der Partikel der ionischen Flüssigkeit Partikel zugesetzt werden. Dies kann vor, während und/oder nach dem Abscheiden erfolgen. Da es schwierig ist, die Partikel so zuzugeben, dass sie von Anfang an gleichmäßig in der ionischen Flüssigkeit verteilt sind, wird hierbei bevorzugt auch ein Durchmischen der ionischen Flüssigkeit durchgeführt. Das Hinzugeben der Partikel kann aufgrund von Berechnungen oder Erfahrungswerten erfolgen. Besonders vorteilhaft wird es allerdings dynamisch in Abhängigkeit von den Ergebnissen der Überwachung von Volumenanteil bzw. Anzahl der Partikel durchgeführt. In diesem Fall bilden Überwachung und Ergänzung der Partikel Teile eines Regelkreises.In order to take into account the fact that the ionic liquid loses particles by incorporation into the metal layer, it is provided in a development of the method that in a continuously used immersion bath for adjusting the number, the mass fraction and / or the volume fraction of the particles of ionic Liquid particles are added. This can be done before, during and / or after the deposition. Since it is difficult to add the particles so that they are uniform in the ionic from the beginning Liquid are distributed, it is preferably carried out here, a mixing of the ionic liquid. The addition of the particles may be based on calculations or empirical values. However, it is carried out particularly advantageously dynamically as a function of the results of the monitoring of volume fraction or number of particles. In this case, monitoring and supplementing the particles form parts of a control loop.

In einer Weiterentwicklung des Verfahrens umfasst die ionische Flüssigkeit Ionen wenigstens eines weiteren Elements, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Silizium, Eisen, Kupfer, Mangan, Magnesium, Chrom, Nickel, Zink, Blei und Titan. Während des Abscheidevorgangs wird in diesem Fall nicht reines Aluminium, sondern eine Aluminiumlegierung abgeschieden, so dass die Metallschicht neben Aluminium wenigstens eines der genannten Elemente enthält. Bevorzugt enthält die Aluminiumlegierung wenigstens 60 Gewichts-%, weiter bevorzugt wenigstens 70 Gewichts-%, besonders bevorzugt wenigstens 80 Gewichts-%, vorteilhaft wenigstens 90 Gewichts-% Aluminium.In a further development of the method, the ionic liquid comprises ions of at least one further element selected from the group consisting of silicon, iron, copper, manganese, magnesium, chromium, nickel, zinc, lead and titanium. During the deposition process, not pure aluminum, but an aluminum alloy is deposited in this case, so that the metal layer in addition to aluminum contains at least one of said elements. The aluminum alloy preferably contains at least 60% by weight, more preferably at least 70% by weight, particularly preferably at least 80% by weight, advantageously at least 90% by weight of aluminum.

Wie aus dem Stand der Technik bekannt, ist es auch bei der vorliegenden Erfindung oftmals vorteilhaft, die Oberfläche des Werkstücks vor dem Aufbringen der Metallschicht vorzubehandeln. Hierbei ist insbesondere ein Entfetten, Sandstrahlen, Kugelstrahlen, Phosphatieren oder in-situ elektrochemisches Ätzen (bzw. elektrochemisches Polieren) der Oberfläche denkbar.As is known from the prior art, it is also often advantageous in the present invention to pretreat the surface of the workpiece before applying the metal layer. Degreasing, sandblasting, shot peening, phosphating or in-situ electrochemical etching (or electrochemical polishing) of the surface are conceivable in this case.

Nach dem Aufbringen der Metallschicht sind noch weitere Verfahrensschritte möglich, durch die sich die Qualität der Beschichtung noch verbessern oder für bestimmte Anforderungen anpassen lässt. Zum einen kann die Aluminium enthaltende Metallschicht nachbehandelt werden, insbesondere durch Färben, Versiegeln oder Auftragen eines Topcoats.After applying the metal layer, further process steps are possible by which the quality of the coating can be improved or adapted to specific requirements. On the one hand, the aluminum-containing metal layer can be aftertreated, in particular by dyeing, sealing or applying a topcoate.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lässt sich eine Beschichtung für ein Werkstück erzeugen, die eine durch elektrochemische Abscheidung erzeugte, Aluminium enthaltende Metallschicht auf der Oberfläche des Werkstücks umfasst. Erfindungsgemäß sind hierbei Partikel in die Metallschicht eingelagert.With the method according to the invention, it is possible to produce a coating for a workpiece which comprises an aluminum-containing metal layer produced by electrochemical deposition on the surface of the workpiece. According to the invention, particles are incorporated in the metal layer.

Details der Erfindung werden im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die Figur erläutert. Hierbei zeigt

  • Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Beschichtungsvorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Details of the invention are explained below with reference to an embodiment with reference to the figure. This shows
  • Fig. 1 a schematic representation of an embodiment of a coating apparatus for performing the method according to the invention.

Beispiel 1example 1

Stahlschrauben 100 sind zur Beschichtung mit Aluminium vorgesehen, wobei die Oberfläche der Aluminiumschicht durch Einlagerung von Siliziumkarbid-Partikeln 11 vor Abrieb geschützt werden soll.Steel screws 100 are provided for coating with aluminum, wherein the surface of the aluminum layer is to be protected by the incorporation of silicon carbide particles 11 from abrasion.

Die Schrauben 100 werden gesandstrahlt und heißalkalisch entfettet. Anschließend erfolgt ein Spülvorgang mit Leitungswasser, gefolgt von einer anschließenden Trocknung mittels Heißluft. Die Schrauben 100 werden in eine luftdicht verschließbare Beschichtungskammer eingeschleust, innerhalb der eine Stickstoffatmosphäre mit einer relativen Restfeuchte von unter 0,1% herrscht.The screws 100 are sandblasted and degreased hot alkaline. This is followed by rinsing with tap water, followed by subsequent drying by means of hot air. The screws 100 are introduced into an airtight sealable coating chamber within which there is a nitrogen atmosphere with a relative residual moisture of less than 0.1%.

In der Beschichtungskammer befindet sich die in Fig. 1 dargestellte Beschichtungsvorrichtung 1. Diese umfasst einen Behälter 2 aus Keramikmaterial, das gegenüber ionischen Flüssigkeiten unempfindlich ist. Im Betriebszustand ist der Behälter 2 mit einer Beschichtungsflüssigkeit 10 gefüllt, die aus einer Mischung aus EMIMCl und Aluminiumchlorid im Verhältnis 1,5:1 besteht.In the coating chamber is the in Fig. 1 This comprises a container 2 made of ceramic material which is insensitive to ionic liquids. In the operating state, the container 2 is filled with a coating liquid 10 which consists of a mixture of 1.5: 1 of EMIMCl and aluminum chloride.

In dem Behälter 2 ist eine Aufnahmevorrichtung 3 für die Schrauben 100 angeordnet. Die Aufnahmevorrichtung 3 ist zylindrisch-becherartig mit durchbrochener Wandung ausgebildet. Sie kann vertikal verfahren werden, daneben kann sie um ihre Symmetrieachse gedreht werden, deren Lage zur Senkrechten außerdem eingestellt werden kann. An der Innenseite weist die Aufnahmevorrichtung 3 eine Mehrzahl von Elektroden (nicht dargestellt) zur Kontaktierung der Schrauben 100 auf. Diese Elektroden sind über eine Spannungsquelle (ebenfalls nicht dargestellt) mit einer Gegenelektrode 4 aus hochreinem Aluminium verbunden, die von der Beschichtungsflüssigkeit 10 umspült ist.In the container 2, a receiving device 3 for the screws 100 is arranged. The receiving device 3 is cylindrical-cup-shaped with a perforated wall. It can be moved vertically, besides it can be rotated about its symmetry axis, whose position can also be adjusted to the vertical. On the inside, the receiving device 3 has a plurality of electrodes (not shown) for contacting the screws 100. These electrodes are connected via a voltage source (also not shown) with a counter electrode 4 made of high-purity aluminum, which is surrounded by the coating liquid 10.

In der Beschichtungsflüssigkeit 10 ist eine Vielzahl von Siliziumkarbid-Partikeln 11 suspendiert. Die näherungsweise kugelförmigen Partikel 11 haben einen mittleren Durchmesser von ca. 500 nm. Um ein Absetzen der Partikel 11 zu verhindern, wird die Beschichtungsflüssigkeit 10 kontinuierlich mittels eines Magnetrührers 5 durchmischt. Der Massenanteil der Partikel 11 bezogen auf die in der Beschichtungsflüssigkeit 10 enthaltene Reaktivkomponente beträgt 2%.In the coating liquid 10, a plurality of silicon carbide particles 11 are suspended. The approximately spherical particles 11 have an average diameter of about 500 nm. In order to prevent sedimentation of the particles 11, the coating liquid 10 is continuously mixed by means of a magnetic stirrer 5. The mass fraction of the particles 11 based on the reactive component contained in the coating liquid 10 is 2%.

Fig. zeigt den Zustand der Vorrichtung während des Beschichtungsvorgangs. Die Schrauben 100 befinden sich in der Aufnahmevorrichtung 3, die sich in die Beschichtungsflüssigkeit 10 verfahren wurde und deren Achse ca. 45° gegenüber der Senkrechten verstellt ist. Während des Beschichtungsvorgangs wird die Aufnahmevorrichtung 3 mit ca. 5 U/min um ihre Symmetrieachse gedreht. Hierdurch erfolgt ein Umwälzen der Schrauben 100, womit gleich bleibende Kontaktstellen zwischen den Schrauben 100 vermieden werden.Fig. Shows the state of the device during the coating process. The screws 100 are located in the receiving device 3, which has been moved into the coating liquid 10 and whose axis is adjusted approximately 45 ° relative to the vertical. During the coating process, the recording device 3 is rotated about its axis of symmetry at about 5 rpm. As a result, there is a circulation of the screws 100, whereby uniform contact points between the screws 100 are avoided.

Zur Beschichtung wird mittels der Spannungsquelle zwischen die Elektroden in der Wandung und die Aluminiumelektrode 4 eine Spannung angelegt, die eine Stromdichte von 20 mA/cm2 erzeugt, wobei die Aluminiumelektrode 4 als Anode fungiert. Es erfolgt eine Abscheidung von Aluminium auf der Oberfläche der Schrauben 100, während sich kontinuierlich Aluminiumionen aus der Gegenelektrode 4 lösen, so dass die Aluminiumkonzentration in der Beschichtungsflüssigkeit 10 konstant bleibt.For coating, a voltage is applied by means of the voltage source between the electrodes in the wall and the aluminum electrode 4, which generates a current density of 20 mA / cm 2 , wherein the aluminum electrode 4 acts as an anode. There is a deposition of aluminum on the surface of the screws 100, while continuously dissolve aluminum ions from the counter electrode 4, so that the aluminum concentration in the coating liquid 10 remains constant.

Da eine Vielzahl von Partikeln 11 in der Beschichtungsflüssigkeit 10 suspendiert ist, befinden sich diese auch stets in der Nähe der Oberfläche der Schrauben 100, dort, wo die Abscheidung stattfindet. Daher wächst die sich bildende Aluminiumschicht um die oberflächennahen Partikel 11 herum und schließt diese ein. Es bildet sich daher auf den Schrauben 100 eine Aluminiumschicht, in die Siliziumkarbid-Partikel 11 eingelagert sind.Since a plurality of particles 11 are suspended in the coating liquid 10, they are always near the surface of the screws 100 where the deposition takes place. Therefore, the forming aluminum layer grows around and encloses the near-surface particles 11. Therefore, an aluminum layer is formed on the screws 100, in which silicon carbide particles 11 are embedded.

Da mittlere Abmessungen sowie Dichte der Partikel 11 bekannt sind, korrespondiert zu einem vorgegebenen Massenanteil eine bestimmte Partikelzahl. Diese wird überwacht, indem ein Testvolumen 6 von wenigen Kubikmillimetern in einer Ausnehmung der Behälterwandung untersucht wird. Die stark vergrößernde Optik einer Spezialkamera 7 ist auf das Testvolumen gerichtet. Da die Beschichtungsflüssigkeit 10 durchscheinend ist, können die Partikeil 11 von der Kamera 7 erfasst werden. Eine an die Kamera 7 angeschlossene Bilderkennungssoftware führt hierbei regelmäßig Partikelzählungen durch. Wird hierbei festgestellt, dass die Partikelzahl einen vorgegebenen Sollwert dauerhaft unterschreitet, werden über eine Dosiervorrichtung 8 zusätzliche Partikel 11 aus einem Reservoir 9 in die Beschichtungsflüssigkeit 10 gegeben.Since average dimensions and density of the particles 11 are known, corresponds to a predetermined mass fraction of a certain particle number. This is monitored by examining a test volume 6 of a few cubic millimeters in a recess of the container wall. The strong magnifying optics of a special camera 7 is directed to the test volume. Since the coating liquid 10 is translucent, the Partikeil 11 can be detected by the camera 7. An image recognition software connected to the camera 7 regularly performs particle counts. If it is found that the number of particles permanently falls below a predetermined setpoint value, over a metering device 8 added additional particles 11 from a reservoir 9 in the coating liquid 10.

Nachdem eine Aluminiumschicht ausreichender Dicke abgeschieden wurde, wird die Spannungsquelle abgeschaltet und die Drehung der Aufnahmevorrichtung 3 angehalten. Die Aufnahmevorrichtung 3 wird vertikal aus der Beschichtungsflüssigkeit 10 verfahren und durch Veränderung ihrer Schrägstellung in einen Korb (nicht dargestellt) ausgekippt.After an aluminum layer of sufficient thickness has been deposited, the power source is turned off and rotation of the pickup 3 is stopped. The receiving device 3 is moved vertically out of the coating liquid 10 and tilted by changing its inclination in a basket (not shown).

Die Schrauben 100 weisen nunmehr eine antikorrosive Aluminiumschicht auf, die gegenüber Abrieb geschützt ist, da eine Vielzahl von Siliziumkarbid-Partikeln 11 aus der Oberfläche der Aluminiumschicht herausragen und so für eine erhöhte effektive Härte sorgen.The screws 100 now have an anticorrosive aluminum layer, which is protected against abrasion, since a plurality of silicon carbide particles 11 protrude from the surface of the aluminum layer and thus provide for increased effective hardness.

Die Schrauben 100 können, wie bereits dargestellt wurde, im Folgenden auf verschiedene Weise nachbehandelt werden. Daneben ist es auch möglich, vor dem Beschichtungsvorgang ein elektrochemisches Polieren der Schrauben 100 durchzuführen, indem man die Schrauben 100 als Anode schaltet.As has already been explained, the screws 100 can subsequently be aftertreated in various ways. In addition, it is also possible to carry out an electrochemical polishing of the screws 100 before the coating process by switching the screws 100 as an anode.

Beispiel 2Example 2

Eine Charge Stahlschrauben 100 ist zur Beschichtung mit Aluminium vorgesehen. Durch das Einbringen von PTFE soll die Oberfläche der Stahlschrauben auf eine gleichmäßige Reibungszahl eingestellt werden. 1% PTFE-Partikel mit einem Durchmesser von 500 nm werden in der Beschichtungsflüssigkeit dispergiert.A batch of steel screws 100 is provided for coating with aluminum. By introducing PTFE, the surface of the steel screws should be adjusted to a uniform coefficient of friction. 1% PTFE particles with a diameter of 500 nm are dispersed in the coating liquid.

Die Beschichtung erfolgt wie im Beispiel 1 erläutert. Die aufgebrachte Beschichtung hat eine Schichtdicke von 3 µm. Die Oberfläche weist eine gleichmäßige Reibungszahl auf.The coating is carried out as explained in Example 1. The applied coating has a layer thickness of 3 μm. The surface has a uniform coefficient of friction.

Claims (18)

Verfahren zur elektrochemischen Beschichtung eines Werkstücks durch Abscheiden einer Aluminium enthaltenden Metallschicht aus einer ionischen Flüssigkeit, die Aluminiumionen umfasst, auf der Oberfläche des Werkstücks, wobei die ionische Flüssigkeit Partikel enthält und diese Partikel in die Metallschicht eingelagert werden, und wobei durch das Einlagern eine Oberflächeneigenschaft der Metallschicht eingestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass Partikel verwendet werden, - die eine Mohs-Härte von wenigstens 5 aufweisen und die ausgewählt sind aus Kieselsäure-, Aluminiumoxid-, Titanoxidpartikeln, insbesondere vom Rutil- oder Anatastyp, Siliziumoxid-, Zirkoniumoxid-, Wolframcarbid-, Chromcarbid-, Borcarbid-, Siliziumnitrid-, Siliziumkarbid- und Diamantpartikeln sowie Mikroglashohlkugeln oder einer Mischung hieraus und/oder - Partikel, die Schmiermittel umfassen und/oder - Partikel, die Graphen und/oder Fullerene umfassen. A method of electrochemically coating a workpiece by depositing an aluminum-containing metal layer of an ionic liquid comprising aluminum ions on the surface of the workpiece, wherein the ionic liquid contains particles and these particles are incorporated into the metal layer, and wherein by depositing, a surface property of the Metal layer is set, characterized in that particles are used which have a Mohs hardness of at least 5 and which are selected from silica, alumina, titanium oxide particles, in particular of the rutile or anatase type, silicon oxide, zirconium oxide, tungsten carbide, chromium carbide, boron carbide, silicon nitride, silicon carbide and diamond particles and hollow glass microspheres or a mixture thereof and / or Particles comprising lubricants and / or Particles comprising graphene and / or fullerenes. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Einlagern der Partikel eine Oberflächeneigenschaft der Metallschicht eingestellt wird.A method according to claim 1, characterized in that a surface property of the metal layer is adjusted by the incorporation of the particles. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Partikel verwendet werden, die eine Mohs-Härte von wenigstens 7, bevorzugt wenigstens 9 aufweisen.A method according to claim 1 or 2, characterized in that particles are used which have a Mohs hardness of at least 7, preferably at least 9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schmiermittel vorzugsweise ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Halogenkohlenwasserstoffen, insbesondere Polytetrafluorethylen (PTFE), Polyvinylidenfluorid (PVDF), Tetrafuorethylen/ Hexafluorpropylen-Copolymer (FEP), Perfluoralkoxy-Copolymer (PFA), Copolymer von Tetrafluorethylen mit perfluoriertem Propylen und Perfluoralkylvinylether (EPE), Copolymer aus Tetrafluorethylen und Perfluormethylvinylether (MFA), MoS2, Bornitrid, Graphit, fluoriertem Graphit, Carnaubawachs, Polysulfonen, Polyolefinharzen, insbesondere Polyethylen (PE), und Polypropylen (PP), Mischungen derselben oder einer Kombination hieraus.A method according to claim 1, characterized in that the lubricant is preferably selected from the group consisting of halogenated hydrocarbons, in particular polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), tetrafuoroethylene / hexafluoropropylene copolymer (FEP), perfluoroalkoxy copolymer (PFA), copolymer of Tetrafluoroethylene with perfluorinated propylene and perfluoroalkyl vinyl ether (EPE), copolymer of tetrafluoroethylene and perfluoromethyl vinyl ether (MFA), MoS 2 , boron nitride, graphite, fluorinated graphite, carnauba wax, polysulfones, polyolefin resins, in particular polyethylene (PE), and polypropylene (PP), mixtures thereof or a combination of this. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass Partikel verwendet werden, die eine größte Ausdehnung zwischen 10 nm und 10 µm, bevorzugt zwischen 50 nm und 5 µm, weiter bevorzugt zwischen 100 nm und 2 µm, besonders bevorzugt zwischen 500 nm und 1 µm aufweisen.Method according to one of the preceding claims 1 to 4, characterized in that particles are used which have a maximum extension between 10 nm and 10 microns, preferably between 50 nm and 5 microns, more preferably between 100 nm and 2 microns, more preferably between 500 nm and 1 micron. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtdicke der aufgebrachten Schicht 1 µm bis 5 µm, bevorzugt 1 µm bis 3 µm beträgt.Method according to one of the preceding claims 1 to 5, characterized in that the layer thickness of the applied layer is 1 micron to 5 microns, preferably 1 micron to 3 microns. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine ionische Flüssigkeit verwendet wird, in der der Massenanteil der Partikel zwischen 0,1% und 10%, bevorzugt zwischen 1% und 8%, weiter bevorzugt zwischen 2% und 5%, bezogen auf eine in der ionischen Flüssigkeit enthaltene Reaktivkomponente, beträgt.Method according to one of the preceding claims 1 to 6, characterized in that an ionic liquid is used, in which the mass fraction of the particles between 0.1% and 10%, preferably between 1% and 8%, more preferably between 2% and 5 %, based on a reactive component contained in the ionic liquid is. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass vor, während und/oder nach dem Abscheiden ein Durchmischen der ionischen Flüssigkeit erfolgt.Method according to one of the preceding claims 1 to 7, characterized in that takes place before, during and / or after the deposition of a mixing of the ionic liquid. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Massenanteil, ein Volumenanteil und/oder eine Anzahl der Partikel in der ionischen Flüssigkeit überwacht wird.Method according to one of the preceding claims 1 to 8, characterized in that a mass fraction, a volume fraction and / or a number of particles in the ionic liquid is monitored. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zur Einstellung der Anzahl, des Massenanteils und/oder des Volumenanteils der Partikel der ionischen Flüssigkeit vor, während und/oder nach dem Abscheiden Partikel zugesetzt werden.Method according to one of the preceding claims 1 to 9, characterized in that for adjusting the number, the mass fraction and / or the volume fraction of the particles of the ionic liquid before, during and / or after the deposition particles are added. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine ionische Flüssigkeit verwendet wird, die Ionen wenigstens eines weiteren Elements, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Silizium, Eisen, Kupfer, Mangan, Magnesium, Chrom, Nickel, Zink, Blei und Titan, umfasst und dass eine Metallschicht abgeschieden wird, die wenigstens eines der genannten Elemente enthält.Method according to one of the preceding claims 1 to 10, characterized in that an ionic liquid is used, the ions of at least one further element selected from the group consisting of silicon, iron, copper, manganese, magnesium, chromium, nickel, zinc, lead and titanium, and that includes one Metal layer is deposited, which contains at least one of said elements. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Werkstücks vor dem Aufbringen der Metallschicht vorbehandelt wird, insbesondere durch Entfetten, Sandstrahlen, Kugelstrahlen, in-situ elektrochemisches Ätzen, Phosphatieren oder Aufbringen eines Haftvermittlers.Method according to one of the preceding claims 1 to 11, characterized in that the surface of the workpiece is pretreated prior to applying the metal layer, in particular by degreasing, sand blasting, shot peening, in-situ electrochemical etching, phosphating or applying an adhesion promoter. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Abscheiden der Metallschicht diese nachbehandelt wird, insbesondere durch Färben, Versiegeln oder Auftragen eines Topcoats.Method according to one of the preceding claims 1 to 12, characterized in that after the deposition of the metal layer, this is post-treated, in particular by dyeing, sealing or applying a Topcoats. Beschichtung für ein Werkstück, umfassend eine durch elektrochemische Abscheidung erzeugte, Aluminium enthaltende Metallschicht auf der Oberfläche des Werkstücks, dadurch gekennzeichnet, dass Partikel in die Metallschicht eingelagert sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel - eine Mohs-Härte von wenigstens 5 aufweisen und ausgewählt sind aus Kieselsäure-, Aluminiumoxid-, Titanoxidpartikeln, insbesondere vom Rutil- oder Anatastyp, Siliziumoxid-, Zirkoniumoxid-, Wolframcarbid-, Chromcarbid-, Borcarbid-, Siliziumnitrid-, Siliziumkarbid- und Diamantpartikeln sowie Mikroglashohlkugeln oder einer Mischung hieraus und/oder dass die Partikel - Schmiermittel umfassen und/oder dass die Partikel - Graphen und/oder Fullerene umfassen. Coating for a workpiece comprising a produced by electrochemical deposition, aluminum-containing metal layer on the surface of the workpiece, characterized in that particles are embedded in the metal layer, characterized in that the particles have a Mohs hardness of at least 5 and are selected from silica, alumina, titania particles, in particular of the rutile or anatase type, silica, zirconia, tungsten carbide, chromium carbide, boron carbide, silicon nitride, silicon carbide and diamond particles as well as hollow glass microspheres or a mixture thereof and / or that the particles - Include lubricants and / or that the particles - Include graphene and / or fullerenes. Werkstück mit einer Beschichtung nach Anspruch 14.Workpiece with a coating according to claim 14. Ionische Flüssigkeit, enthaltend Aluminiumionen, dadurch gekennzeichnet, dass die ionische Flüssigkeit Partikel enthält und diese Partikel in die Metallschicht eingelagert werden, und wobei durch das Einlagern eine Oberflächeneigenschaft der Metallschicht eingestellt wird,
dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel, - eine Mohs-Härte von wenigstens 5 aufweisen und ausgewählt sind aus Kieselsäure-, Aluminiumoxid-, Titanoxidpartikeln, insbesondere vom Rutil- oder Anatastyp, Siliziumoxid-, Zirkoniumoxid-, Wolframcarbid-, Chromcarbid-, Borcarbid-, Siliziumnitrid-, Siliziumkarbid- und Diamantpartikeln sowie Mikroglashohlkugeln oder einer Mischung hieraus und/oder dass die Partikel - Schmiermittel umfassen und/oder dass die Partikel - Graphen und/oder Fullerene umfassen. An ionic liquid containing aluminum ions, characterized in that the ionic liquid contains particles and these particles are incorporated in the metal layer, and wherein by depositing a surface property of the metal layer is adjusted,
characterized in that the particles, have a Mohs hardness of at least 5 and are selected from silicic acid, alumina, titania particles, in particular of the rutile or anatase type, silica, Zirconium oxide, tungsten carbide, chromium carbide, boron carbide, silicon nitride, silicon carbide and diamond particles and hollow glass microspheres or a mixture thereof and / or that the particles - Include lubricants and / or that the particles - Include graphene and / or fullerenes. Verfahren zur Bereitstellung einer ionischen Flüssigkeit nach Anspruch 16 mit den Schritten: - Bereitstellen einer ionischen Flüssigkeit, die Aluminiumionen enthält - Zugabe von Partikeln zur ionischen Flüssigkeit, wobei die Partikel umfassen: - Partikel, die eine Mohs-Härte von wenigstens 5 aufweisen und die ausgewählt sind aus Kieselsäure-, Aluminiumoxid-, Titanoxidpartikeln, insbesondere vom Rutil- oder Anatastyp, Siliziumoxid-, Zirkoniumoxid-, Wolframcarbid-, Chromcarbid-, Borcarbid-, Siliziumnitrid-, Siliziumkarbid- und Diamantpartikeln sowie Mikroglashohlkugeln oder einer Mischung hieraus und/oder - Partikel, die Schmiermittel umfassen und/oder - Partikel, die Graphen und/oder Fullerene umfassen. A method of providing an ionic liquid according to claim 16, comprising the steps of: - Providing an ionic liquid containing aluminum ions Adding particles to the ionic liquid, the particles comprising: Particles which have a Mohs hardness of at least 5 and which are selected from silica, alumina, titanium oxide particles, in particular of the rutile or anatase type, silicon oxide, zirconium oxide, tungsten carbide, chromium carbide, boron carbide, silicon nitride, Silicon carbide and diamond particles and hollow glass microspheres or a mixture thereof and / or Particles comprising lubricants and / or Particles comprising graphene and / or fullerenes. Verfahren zur Bereitstellung einer ionischen Flüssigkeit nach Anspruch 17 mit den Schritten: - Bereitstellen einer ionischen Flüssigkeit - Zugabe von Partikeln zur ionischen Flüssigkeit, wobei die Partikel umfassen: - Partikel, die eine Mohs-Härte von wenigstens 5 aufweisen und die ausgewählt sind aus Kieselsäure-, Aluminiumoxid-, Titanoxidpartikeln, insbesondere vom Rutil- oder Anatastyp, Siliziumoxid-, Zirkoniumoxid-, Wolframcarbid-, Chromcarbid-, Borcarbid-, Siliziumnitrid-, Siliziumkarbid- und Diamantpartikeln sowie Mikroglashohlkugeln oder einer Mischung hieraus und/oder - Partikel, die Schmiermittel umfassen und/oder - Partikel, die Graphen und/oder Fullerene umfassen - Lösen von Aluminiumionen in der ionischen Flüssigkeit. A method of providing an ionic liquid according to claim 17, comprising the steps of: - Provide an ionic liquid Adding particles to the ionic liquid, the particles comprising: Particles which have a Mohs hardness of at least 5 and which are selected from silica, alumina, titanium oxide particles, in particular of the rutile or anatase type, silicon oxide, zirconium oxide, tungsten carbide, chromium carbide, boron carbide, silicon nitride, Silicon carbide and diamond particles and hollow glass microspheres or a mixture thereof and / or Particles comprising lubricants and / or Particles comprising graphene and / or fullerenes - Dissolve aluminum ions in the ionic liquid.
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