WO2011076499A1 - Method for electrochemical coating - Google Patents

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WO2011076499A1
WO2011076499A1 PCT/EP2010/067830 EP2010067830W WO2011076499A1 WO 2011076499 A1 WO2011076499 A1 WO 2011076499A1 EP 2010067830 W EP2010067830 W EP 2010067830W WO 2011076499 A1 WO2011076499 A1 WO 2011076499A1
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Jens Dahl Jensen
Oliver Stier
Gabriele Winkler
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Siemens Aktiengesellschaft
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Definitions

  • the invention relates to a method for coating a workpiece on which a layer is produced electrochemically.
  • a method of the type mentioned is described for example according to DE 602 25 352 T2. It is possible according to this method to coat the surface of a workpiece electro ⁇ chemically, for example by means of brush plating.
  • a flow, open-pore sponge or a brush is used as a carrier to transfer an electrolyte to the surface to be coated.
  • a metallic material is deposited on the surface by applying a voltage between the substrate and an electrode arranged in the region of the transmitter for the electrolyte from the electrolyte.
  • an electrochemical deposition of metal can also be carried out with ioni ⁇ rule liquids which replace a watery electrolyte.
  • ionic liquids that salt melts which are liquid in the range below 100 ° C, preferably even at room temperature, has the advantage that when they are used result in larger process ⁇ window for the deposition of metals, which by means of aqueous Due to their position in the voltage series of the metals, they are difficult or impossible to separate electrolytes.
  • An example of such a metal is Ta.
  • the object of the invention is to improve an electrochemical coating method in such a way that the electrochemically deposited layers exhibit an inhomogeneous expansion behavior.
  • zones of a second work ⁇ substance having a thermal expansion coefficient which differs from that of the first material can be applied using a thermal spray process on a work ⁇ piece and then through the electro ⁇ chemical coating embedded in the layer.
  • Zones in the sense of the invention are to be understood as meaning partial volumes of the layer whose lateral extent (ie extent seen in the direction parallel to the surface to be coated) is greater than its thickness extent (ie extent, measured perpendicular to the surface to be coated).
  • the thermal expansion behavior of the zones in the lateral direction of the layer is more noticeable than perpendicular to this direction.
  • the inhomogeneous expansion behavior of the layer produced is caused.
  • the second material has a greater coefficient of thermal expansion than the first material.
  • the expansion of the zones causes additional compressive stresses to form in the layer regions adjoining the zones. These can be used to stabilize the layer structure when this would ⁇ example, by formation of cracks react to tensile stresses.
  • Advantageously can be achieved by an appropriate combination of the first and second material, and by appropriate design of the geo ⁇ metric zones an inhomogeneous expansion ⁇ behave produce the layer, which can be adapted to different design requirements for the component to be coated.
  • the zones can also be made of a material which has a lower coefficient of thermal expansion than the first material. In this case, additional compressive stresses would be generated in the first material of the layer when the component is cooled with the layer. This could be advantageous in ⁇ example, if the first material of the layer tends to cold embrittlement and therefore must be protected at low temperatures before the occurrence of tensile stresses.
  • a cold gas spraying is applied as a thermal spraying method.
  • This is a method in which the coating particles primarily adhere to the surface due to their high kinetic energy. It is therefore also referred to as kinetic spraying.
  • the kinetic energy is generated by means of a cold gas spray nozzle, a convergent-divergent nozzle, in a gas jet, with heating of the particles not or only in small dimensions. In any case, heating is not enough to melt the particles, as with other thermal spraying methods.
  • the advantage of using cold gas spraying is therefore that the integrity of the structure of the particles used is not impaired by the cold gas spraying.
  • this method has the advantage that, in particular in the case of a soft, electrochemically produced layer matrix of the preceding layer, the particles penetrate into the layer, as a result of which a better distribution of the particles in the formed layer is achieved.
  • the layer is produced in several layers by performing the thermal spraying process and the electrochemical coating alternately several times.
  • a layer structure can, as already explained, are generated, in which the zones completely embedded in the layer ⁇ , that form the no part in the surface. This is particularly advantageous when the material of the zones has to be protected, for example, from corrosive attack.
  • the complete embedding of the Zo ⁇ nen allows a particularly effective introduction of tensile or compressive ⁇ stresses in the surrounding microstructure of the first material.
  • the thermal spraying and the coating mix electrochemical ⁇ in each case carried out simultaneously under different ⁇ union points of the workpiece.
  • a particularly high efficiency in the coating of the workpiece can advantageously be achieved.
  • the condition is that the workpiece with two coating process is coated only partially and for the same time (at differing ⁇ chen digits).
  • thermal spraying is this is required anyway, because always just the point of impact of the coating jet is coated.
  • electrochemical coating a coating processes must be selected drive, in which a partial coating of the component is possible, ie in which not all the construction ⁇ partially immersed in the electrolyte. This is preferred when applying the so-called Brush Platings possible, wherein only the portion of the workpiece is coated currently electrochemical ⁇ mixed here, which with the carrier of the
  • Electrolyte is in contact.
  • the simultaneous coating of the workpiece with both coating methods can be used when the workpiece is a cylindrical body, in particular a work roll for rolling mills, coated, the ⁇ ser is set in rotation about its central axis and at one point of its circumference, the electrochemical coating and at another location of its circumference the thermal spraying is performed.
  • This can be done, for example, by immersing the cylindrical workpiece in the electrolyte with only part of its peripheral surface.
  • For a uniform coating then ensures the uniform rotation of the cylindrical workpiece through which gradually the entire surface can be coated.
  • the thermal coating can be performed. Even when using the Brush Platings, the rotation of the roller is very advantageous.
  • an ionic liquid is used as the electrolyte for the electrochemical Beschich ⁇ th. This has the advantage that even less noble metals can be deposited from a non-aqueous medium, namely the molten salt of the ionic coating.
  • Ionic liquids are organic liquids consisting of a
  • Cation such as an alkylated imidazolium, pyridinium, ammonium or phosphonium ion and an anion such.
  • Cation such as an alkylated imidazolium, pyridinium, ammonium or phosphonium ion and an anion such.
  • Tri (pentafluoroethyl) -Trifluorophospaten exist.
  • ionic liquids also have a high electrochemical stability, among other things Ti, Ta, Al and Si can be deposited, which consist of aqueous
  • Electrolytes can not be separated due to the strong evolution of hydrogen.
  • Suitable metal salts which are also mentioned in the aforementioned WO 2006/061081 A2, are, for example, halides, imides, amides, alcoholates and salts of mono-, di- or polyvalent organic acids, such as acetates, oxalates or tartrates.
  • the metals to be deposited electrochemically ⁇ mixed are brought by anodic dissolution in the appropriate ionic liquid.
  • a counter electrode to be coated component a lösli ⁇ che electrode is used. This consists of the metal that is to be coated.
  • the metal to be deposited can be added as a salt of the ionic liquid ⁇ the.
  • a platinum electrode can be used as a counterelectrode to the substrate.
  • the concentration of the metal ions to be deposited is maintained in the ionic liquid, which AI is described in detail, for example, in the above-mentioned already it ⁇ DE 43 44 387th
  • the metals are also deposited as nanocrystalline layers.
  • the ionic liquid suitable cations such as.
  • pyrrolinium ions which are surface active and therefore act as a grain refiner during electrochemical deposition. It, that can often be dispensed with under these conditions, the addition of wetting agents or Glanzmit ⁇ stuffs is advantageous. Below is carried out in more detail how the zones may be geometrically configured in single ⁇ nen.
  • the zones can be distributed as island-like depots in a regular pattern on the workpiece.
  • These island-like depots are limited in their size down only in that the gas jet of the applied cold gas spraying method creates a meeting place ⁇ on the component to be coated, which has certain dimensions. This results in the smallest possible extent of the depot. If the depot to be larger, the cold gas jet in the production of the same must be performed in a suitable manner. It is advantageous to produce depots with a round base, but other geometries can be realized. By producing comparatively small depots, it is advantageously achieved that a tight exchange between the first material and the second material in the layer can be realized. As a result, stress peaks in the structures of the first material and the second material can be kept low as soon as they arise due to the inhomogeneous Aus ⁇ strain behavior of the layer.
  • Another possibility is to arrange the zones as strips on the workpiece. This allows an inho- produce seamless front expansion behavior which is different turns in different directions of the layer not only in the expansion behavior of the layer perpendicular to the surface of the workpiece, but also with respect to the late ⁇ eral expansion behavior.
  • the zones are arranged as rectangles in a two-dimensional array on the workpiece.
  • the layer in the region to ⁇ at least one zone on a sacrificial material, for. B. wax, her ⁇ which is removed after the completion of the layer to form a cavity, for example, by melting on ⁇ .
  • a sacrificial material for. B. wax, her ⁇ which is removed after the completion of the layer to form a cavity, for example, by melting on ⁇ .
  • Layer is formed into a multilayer, cantilever bending beam. At one end of the bending beam is then connected to the rest of the composite layer. Below the bending beam, the already mentioned cavity is formed, wherein the other end of the bending beam is freely movable. Due to the different expansion behavior of the two materials, which are preferably arranged in two adjoining layers, the beam bends according to the mechanism mus, which is known for example from bimetallic strip. In this way, the actuator is realized.
  • a bending beam formed in this way can be produced with its free-carrying end, for example, above an opening in the surface of the workpiece.
  • This opening can serve in ⁇ example, the supply of a cooling medium.
  • the Bie ⁇ gebalken may be formed so that the opening is released only when a certain temperature is exceeded is ten, so that the coolant is imminent only when
  • the zone is produced as a cantilever beam of the second material. This has a greater thermal expansion coefficient ⁇ than the first material.
  • the bending beam is connected at one end to the rest of the layer composite and at the other
  • the beam thus formed on no component of the first material.
  • This structure can be used, for example, as a thermal switch. Upon heating of the component, the beam expands due to the larger coefficient of thermal expansion of the beam and bridged at a certain tempera ture the defined distance to the rest of the composite layer. This results in a contact that assumes an electrical conductivity at least of the second material and leads to a change in the electrical behavior of the layer. This can be measured and used as a switching signal. If the first material is an electrical insulator, this can be achieved by a suitable design of supply lines for example, realize an electrical switch with the beam from the first material.
  • the method can be used particularly advantageously for work rolls of a rolling mill. These serve, inter alia, the transport of goods to be rolled, z. As a sheet, which is reduced by the leadership between the work rolls, for example, in its wall thickness. Therefore, the work rolls of a rolling mill are subject to enormous wear.
  • the water can be reduced by the coatings applied according to the invention if particles of a hard material are preferably embedded in the zones. These may be, for example, oxides of Al, Co, Mg, Ti, Si or Zr, nitrides of Al, B or Si or carbides of B, Cr, Ti, Si or W or carbonitrides.
  • carbon can be used as graphite, diamond, DLC (diamond like carbon) or glassy carbon or mixtures of all these substances.
  • Particularly preferred hard materials are the following: Tic, B 4 C, Cr 3 C 2, SiC, WC, TiN, MoB, TiB 2, A1 2 0 3, Cr 2 0 3, Ti0. 2 Also Parti ⁇ angle of cemented carbides (WC, TiC or TiN with a content of> 80 wt .-% in a matrix of Co, Ni, Cr, Fe) may be used.
  • the hard materials may be mentioned as the second material in the zones bring ⁇ eliminated together with particles of a matrix material.
  • the first material can be selected with a smaller coefficient of thermal expansion than the second material in order to generate compressive stresses in the zones when the surface of the roll heats up , which must be preserved in the microstructure due to the proportion of hard materials before the occurrence of tensile stresses. In the zones then comparatively high concentrations of hard material particles can be realized.
  • the hard materials used in the zones of the layer produced on the one hand advantageously reduce their abrasion, so that their wear resistance increases. Furthermore, however, the hard materials also comply with the purpose to increase the surface roughness of the layer which is required because ⁇ can be transferred to the sheet to be rolled with the torque of the work rolls. If the hard materials are provided by the multi-layer structure of the roller over the entire layer thickness, it is furthermore advantageously ensured that the surface roughness of the roller is maintained even if the layer undergoes continuous wear by exposing ever new hard material particles. This signified tet ⁇ that advantageously, a component is created which is provided over its lifetime the requirements for the surface roughness met in full measure.
  • Brush Plating is transportable and therefore also z. B. can be used at the site of the workpiece to be repaired.
  • a surface cleaning and activation is performed on the workpiece to be coated. This can be done for example by a so-called brush cleaning by means of an alkaline and / or cyanide electrolyte and
  • Brush etching by means of an acidic electrolyte, such. For example, hydrochloric or sulfuric acid, take place.
  • an acidic electrolyte such as hydrochloric or sulfuric acid
  • the first coating step in which a ductile base material, such as. As nickel or nickel-cobalt, as the first material is deposited. This process is done by means of brush plating.
  • a ductile base material such as. As nickel or nickel-cobalt, as the first material is deposited.
  • the electrolyte for example, a Watts electrolyte can be used.
  • Sponge can be moved over the area to be coated.
  • an anode in the form of a rod, wire mesh or balls may be included.
  • the material of the anode is either the base material of the ERS ⁇ outgoing layer, this then dissolves and regular has to be replaced moderately, or an inert anode, example ⁇ of platinum.
  • the further coating step may take place subsequent to the electrochemical coating or simultaneously at another point.
  • zones of a second material with a different coefficient of thermal expansion are applied by means of thermal spraying, preferably cold gas spraying, wherein the particles mechanically cling to the surface and thus adhere.
  • thermal spraying preferably cold gas spraying
  • the particles mechanically cling to the surface and thus adhere.
  • ⁇ hardly thermally stressed. Therefore, it can instantly ⁇ of the electrochemical coating step applied ⁇ to. It can be realized a dense sequence of electrochemical and thermal coating steps. This provides a faster layer structure is possible, beneficial ⁇ way benefits of higher efficiency of the parts produced.
  • the coating is carried out in a non-aqueous electrolyte.
  • the surface cleaning and activation of the workpiece to be coated is carried out in the manner already described by brush cleaning and brush etching.
  • the first coating step ⁇ wherein a metal layer is deposited, for example, of titanium is carried out. This process is done by means of brush plating.
  • the electrolyte used to deposit titanium as the first material is 1-butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate, in which titanium tetrafluoroborate is dissolved as ion carrier. A felt or sponge will come with this
  • Electrolyte impregnated and moved over the surface to be coated of the component The felt or sponge formed by the felt or sponge
  • the transmitter is equipped with an electrode in the manner already described. This may consist of titanium or an inert material, such as platinum. Depending on the workpiece geometry can in alternation with the electro ⁇ chemical coating or simultaneously on a
  • the second coating step vorgenom ⁇ men are placed where the electrochemical coating is currently not performed.
  • zones are made of aluminum, for example, as the second material with said cold gas spraying.
  • the zones are then incorporated in the manner already described in the metal matrix by again titanium is deposited electrochemically.
  • FIG 1 shows an embodiment of the invention
  • FIGS. 4 to 11 layer structures that can be produced using exemplary embodiments of the method according to the invention.
  • a roller-shaped workpiece 11 with a Provided wear protection layer In the embodiment of the inventive method according to Figure 1, a roller-shaped workpiece 11 with a Provided wear protection layer.
  • the workpiece 11 is rotatably mounted with its central axis 12, wherein the axis of rotation 13 is identical to the central axis 12.
  • a bearing 14 is shown schematically, wherein during the coating, the workpiece 11 is rotated by means of a drive, not shown, at a constant speed.
  • FIG. 1 shows a plan view of the workpiece 11 from above to vertically below.
  • a transfer device 15 is brought from one side to the workpiece, which consists of a sponge 16 with open pores.
  • an electrolyte is applied to the surface 18 of the workpiece in a manner not shown via a feed system 17, which moves away under the transmitter.
  • an electrochemical coating takes place, for which purpose the workpiece 11 and the transmitter is connected to a voltage source 19.
  • a Kaltgasspritzdüse 20 is for this purpose guided to the surface 18 of the workpiece court ⁇ tet and gradually in the direction about the rotational axis 13 over the surface.
  • small deposits 27 shown in Figure 4
  • FIG. 3 shows the residence points 26 of the cold gas jet, which leads to a construction of depots 27 in the layer material 28 according to FIG. 4 with a checkerboard-like layer structure.
  • FIG. 4 shows a plan view of the layer surface is ⁇ provides. It can be seen that the depots 27 are embedded in the first material 28 of the layer so that they form part of the layer surface. In Figure 5, however, the deposits 27 are fully converted ⁇ ben on the material 28 of the layer. This can be achieved by carrying out an electrochemical coating step with the first material 28 of the layer after application of the depots 27, without once again applying the second material. A thus formed layer 29 thus has three layers 30, of which only the middle is equipped with the depots 27.
  • the layer surface with freely lie ⁇ constricting strips 31 of the second material, in turn, is shown, which are embedded to the side edges in the first material 28th
  • Another embodiment results if, instead of the strips 31, rectangles 32 are produced, as shown in FIG . These too are exposed at the top, so that they can be seen in the layer surface, while they are embedded with their sides by the first material.
  • FIG. 8 shows how a bending beam 33 can be integrated into the layer 29 on the component 11.
  • wax 34 is applied as a sacrificial material in a predetermined shape on the component 11, wherein the sacrificial material also closes an opening 35 in the component 11 and so verhin ⁇ changed that they are closed by the coating process becomes.
  • the first material 28 is deposited electrochemically, the sacrificial material being for this purpose electrically conductive
  • a zone 36 is produced by cold gas spraying onto the first material and then embedded in the first material 28 at its flanks 36a.
  • the zone 36 itself is not coated by the first material 28, it is electrically insulated (for example by means of a protective lacquer ⁇ ).
  • a two-layer composite the holding flexes with changes in temperature due to the inhomogeneous Ausdehnungsver- and the opening 35 can ver ⁇ close in this manner is formed at least in the central part of the bending beam 33rd
  • the sacrificial material 34 is removed, for example, by melting.
  • FIG. 9 shows a bar 37 which is integrated in the layer 29.
  • the beam 37 which consists entirely of the second material, is embedded in the first material 28 (cf., FIG. 10) and thus fixed in the region of the layer 29.
  • the sacrificial material 34 Through the sacrificial material 34, a cavity is defined, which leads to the fact that the beam 37 is arranged freely supported in the layer.
  • the beam 37 expands, with a sufficient length expansion, a distance a is bridged, so that the beam 34 abuts a transverse strut 38 formed from the first material 28. This also spans a compensating opening 39, so that the cross strut 38 can deform elastically upon further heating and expansion of the beam 37. It can be seen in FIG. 10 that the sacrificial material, even below the beam 37 and the transverse strut 38, ensures that there is no connection to the component 11. After the production of the layer 29, the sacrificial material must be removed. FIG. 9 also shows at which points 40
  • Electrodes could attack on the surface to detect a change in electrical resistance in the event of contact of the beam 37 with the crossbar 38. This can be measured, in particular, when the beam 37 has a lower electrical resistance than the first material 28.
  • FIG. 11 shows a component 11, which is designed as a shaft and is shown in cross-section.
  • the Layer consists of the first material 28, wherein axially ver ⁇ running strips 31 are provided in the layer. Viewed from the outside, the component 11 thus yields a tomogram, as shown in FIG.

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Abstract

The invention relates to a method for coating a work piece, wherein a layer is electrochemically produced from a first material (28). In order to generate an inhomogeneous expansion behavior of the layer, according to the invention a thermal spraying, in particular a cold gas spraying, achieves that specific zones (27) are created in the layer (29) from a material having a different thermal expansion behavior. Said zones expand more laterally than in the direction of the layer thickness so that directed internal stresses occur in the layer (29) upon heating or cooling of the component (11), which can be specifically utilized depending on the design conditions of the component (11).

Description

Beschreibung description
Verfahren zum elektrochemischen Beschichten Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten eines Werkstücks, auf dem elektrochemisch eine Schicht hergestellt wird . The invention relates to a method for coating a workpiece on which a layer is produced electrochemically.
Ein Verfahren der eingangs genannten Art ist beispielsweise gemäß der DE 602 25 352 T2 beschrieben. Es ist gemäß diesem Verfahren möglich, die Oberfläche eines Werkstücks elektro¬ chemisch beispielsweise mittels Brush Plating zu beschichten. Hierbei wird ein Fließ, offenporiger Schwamm oder eine Bürste als Überträger verwendet, um ein Elektrolyt auf die zu be- schichtende Oberfläche zu übertragen. Dort wird durch Anlegen einer Spannung zwischen dem Substrat und einer im Bereich des Überträgers für den Elektrolyten angeordneten Elektrode aus dem Elektrolyt ein metallischer Werkstoff auf der Oberfläche abgeschieden . A method of the type mentioned is described for example according to DE 602 25 352 T2. It is possible according to this method to coat the surface of a workpiece electro ¬ chemically, for example by means of brush plating. In this case, a flow, open-pore sponge or a brush is used as a carrier to transfer an electrolyte to the surface to be coated. There, a metallic material is deposited on the surface by applying a voltage between the substrate and an electrode arranged in the region of the transmitter for the electrolyte from the electrolyte.
Gemäß der WO 2006/061081 A2 ist es außerdem bekannt, dass eine elektrochemische Abscheidung von Metall auch mit ioni¬ schen Flüssigkeiten vorgenommen werden kann, die einen wäss- rigen Elektrolyten ersetzen. Der Einsatz ionischer Flüssig- keiten, also Salzschmelzen, die im Bereich von unter 100°C, vorzugsweise sogar bei Raumtemperatur flüssig vorliegen, hat den Vorteil, dass sich bei deren Verwendung größere Prozess¬ fenster für die Abscheidung von Metallen ergeben, die sich mittels wässriger Elektrolyte aufgrund ihrer Position in der Spannungsreihe der Metalle nicht oder nur schwer abscheiden lassen. Ein Beispiel für ein solches Metall ist Ta. Es ist zu beachten, dass die aus der Salzschmelze auf der zu beschich¬ tenden Oberfläche abgeschiedenen Metallionen durch neue in die Salzschmelze eingebrachte Metallionen ersetzt werden müs- sen, damit der Abscheideprozess nicht zum Erliegen kommt. Ein Verfahren für das Konstanthalten der Konzentration an Metallionen ist beispielsweise in der DE 43 44 387 AI beschrie¬ ben . According to WO 2006/061081 A2, it is also known that an electrochemical deposition of metal can also be carried out with ioni ¬ rule liquids which replace a watery electrolyte. The use of ionic liquids, that salt melts which are liquid in the range below 100 ° C, preferably even at room temperature, has the advantage that when they are used result in larger process ¬ window for the deposition of metals, which by means of aqueous Due to their position in the voltage series of the metals, they are difficult or impossible to separate electrolytes. An example of such a metal is Ta. It should be noted that the deposited from the molten salt on the surface to beschich ¬ Tenden metal ions are replaced by new ones introduced into the molten salt metal ions müs- so that the separation process does not stop. A method for keeping the concentration of metal ions constant is described, for example, in DE 43 44 387 A1 .
Die Aufgabe der Erfindung liegt darin, ein elektrochemisches Beschichtungsverfahren dahingehend zu verbessern, dass die elektrochemisch abgeschiedenen Schichten ein inhomogenes Ausdehnungsverhalten zeigen. The object of the invention is to improve an electrochemical coating method in such a way that the electrochemically deposited layers exhibit an inhomogeneous expansion behavior.
Diese Aufgabe wird mit dem eingangs genannten Verfahren er¬ findungsgemäß dadurch gelöst, dass Zonen eines zweiten Werk¬ stoffes mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten , welcher von demjenigen des ersten Werkstoffes abweicht, unter Anwendung eines thermischen Spritzverfahrens auf das Werk¬ stück aufgebracht werden und anschließend durch das elektro¬ chemische Beschichten in die Schicht eingebettet werden. This object is achieved with the method mentioned he ¬ inventively characterized in that zones of a second work ¬ substance having a thermal expansion coefficient which differs from that of the first material can be applied using a thermal spray process on a work ¬ piece and then through the electro ¬ chemical coating embedded in the layer.
Diese Einbettung kann derart erfolgen, dass die Zonen noch einen Teil der entstehenden Oberfläche des beschichteten Bau- teils bilden, so dass die Einbettung nur an den seitlichen Flanken der Zonen erfolgt. Alternativ ist es auch möglich, die Zonen in die Schicht derart einzubetten, dass diese durch den ersten Werkstoff vollständig umschlossen sind. Als Zonen im Sinne der Erfindung sind Teilvolumina der Schicht zu ver- stehen, deren laterale Ausdehnung (d. h. Ausdehnung gesehen in Richtung parallel zur zu beschichtenden Oberfläche) größer ist als deren Dickenausdehnung (d. h. Ausdehnung, gemessen senkrecht zur zu beschichtenden Oberfläche) . Dies führt dazu, dass sich das thermische Ausdehnungsverhalten der Zonen in lateraler Richtung der Schicht stärker bemerkbar macht als senkrecht zu dieser Richtung. Hierdurch wird erfindungsgemäß das inhomogene Ausdehnungsverhalten der erzeugten Schicht hervorgerufen . Beispielsweise kann vorgesehen werden, dass der zweite Werkstoff einen größeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist als der erste Werkstoff. In diesem Falle führt die Ausdehnung der Zonen dazu, dass sich in den an die Zonen be- nachbarten Schichtbereichen zusätzliche Druckspannungen ausbilden. Diese können zur Stabilisierung des Schichtgefüges verwendet werden, wenn dieses auf Zugspannungen beispiels¬ weise durch Ausbildung von Rissen reagieren würde. Vorteilhaft lässt sich durch eine geeignete Kombination des ersten und des zweiten Werkstoffes und durch geeignete geo¬ metrische Gestaltung der Zonen ein inhomogenes Ausdehnungs¬ verhalten der Schicht erzeugen, welches an unterschiedliche konstruktive Erfordernisse für das zu beschichtende Bauteil angepasst werden kann. Die Zonen können auch aus einem Werkstoff hergestellt werden, welcher einen geringeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist als der erste Werkstoff. In diesem Falle würden in dem ersten Werkstoff der Schicht zusätzliche Druckspannungen erzeugt werden, wenn das Bauteil mit der Schicht abgekühlt wird. Dies könnte bei¬ spielsweise von Vorteil sein, wenn das erste Material der Schicht zur Kaltversprödung neigt und deshalb bei tiefen Temperaturen vor dem Auftreten von Zugspannungen geschützt werden muss. This embedding can take place in such a way that the zones still form part of the resulting surface of the coated component, so that the embedding takes place only on the lateral flanks of the zones. Alternatively, it is also possible to embed the zones in the layer such that they are completely enclosed by the first material. Zones in the sense of the invention are to be understood as meaning partial volumes of the layer whose lateral extent (ie extent seen in the direction parallel to the surface to be coated) is greater than its thickness extent (ie extent, measured perpendicular to the surface to be coated). As a result, the thermal expansion behavior of the zones in the lateral direction of the layer is more noticeable than perpendicular to this direction. As a result, according to the invention, the inhomogeneous expansion behavior of the layer produced is caused. For example, it can be provided that the second material has a greater coefficient of thermal expansion than the first material. In this case, the expansion of the zones causes additional compressive stresses to form in the layer regions adjoining the zones. These can be used to stabilize the layer structure when this would ¬ example, by formation of cracks react to tensile stresses. Advantageously can be achieved by an appropriate combination of the first and second material, and by appropriate design of the geo ¬ metric zones an inhomogeneous expansion ¬ behave produce the layer, which can be adapted to different design requirements for the component to be coated. The zones can also be made of a material which has a lower coefficient of thermal expansion than the first material. In this case, additional compressive stresses would be generated in the first material of the layer when the component is cooled with the layer. This could be advantageous in ¬ example, if the first material of the layer tends to cold embrittlement and therefore must be protected at low temperatures before the occurrence of tensile stresses.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass als thermisches Spritzverfahren ein Kaltgasspritzen angewendet wird. Hierbei handelt es sich um ein Ver¬ fahren, bei dem die Beschichtungspartikel vorrangig aufgrund ihrer hohen kinetischen Energie auf der Oberfläche haften bleiben. Es wird daher auch als kinetisches Spritzen bezeichnet. Die kinetische Energie wird mittels einer Kaltgasspritz- düse, einer konvergent-divergenten Düse, in einem Gasstrahl erzeugt, wobei eine Erwärmung der Partikel nicht oder nur in geringem Maße erfolgt. In jedem Fall reicht die Erwärmung nicht aus, um, wie bei anderen thermischen Spritzverfahren, die Partikel aufzuschmelzen. Der Vorteil bei der Anwendung des Kaltgasspritzens ist daher, dass die Integrität des Gefü- ges der verwendeten Partikel durch das Kaltgasspritzen nicht beeinträchtigt wird. Außerdem hat dieses Verfahren den Vor¬ teil, dass insbesondere bei einer weichen elektrochemisch hergestellten Schichtmatrix der vorangehenden Lage die Partikel in die Schicht eindringen, wodurch eine bessere Vertei- lung der Partikel in der ausgebildeten Schicht erreicht wird. According to an advantageous embodiment of the invention it is provided that as a thermal spraying method, a cold gas spraying is applied. This is a method in which the coating particles primarily adhere to the surface due to their high kinetic energy. It is therefore also referred to as kinetic spraying. The kinetic energy is generated by means of a cold gas spray nozzle, a convergent-divergent nozzle, in a gas jet, with heating of the particles not or only in small dimensions. In any case, heating is not enough to melt the particles, as with other thermal spraying methods. The advantage of using cold gas spraying is therefore that the integrity of the structure of the particles used is not impaired by the cold gas spraying. In addition, this method has the advantage that, in particular in the case of a soft, electrochemically produced layer matrix of the preceding layer, the particles penetrate into the layer, as a result of which a better distribution of the particles in the formed layer is achieved.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Schicht in mehreren Lagen hergestellt wird, indem das thermische Spritzverfahren und das elektrochemische Beschichten ab- wechselnd mehrfach durchgeführt werden. Hierdurch kann, wie bereits eingangs erläutert, ein Schichtaufbau erzeugt werden, bei dem die Zonen vollständig in die Schicht eingebettet wer¬ den, d. h. keinen Anteil an der Oberfläche bilden. Dies ist dann besonders vorteilhaft, wenn das Material der Zonen bei- spielsweise vor einem Korrosionsangriff geschützt werden muss. Außerdem ermöglicht die vollständige Einbettung der Zo¬ nen eine besonders effektive Einleitung von Zug- oder Druck¬ spannungen in die umgebende Gefügematrix des ersten Werkstoffs . According to a further embodiment, it is provided that the layer is produced in several layers by performing the thermal spraying process and the electrochemical coating alternately several times. In this way, a layer structure can, as already explained, are generated, in which the zones completely embedded in the layer ¬, that form the no part in the surface. This is particularly advantageous when the material of the zones has to be protected, for example, from corrosive attack. In addition, the complete embedding of the Zo ¬ nen allows a particularly effective introduction of tensile or compressive ¬ stresses in the surrounding microstructure of the first material.
Gemäß einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass dass das thermische Spritzen und das elektroche¬ mische Beschichten gleichzeitig, jedoch jeweils an unter¬ schiedlichen Stellen des Werkstückes durchgeführt wird. Hier- durch lässt sich vorteilhaft eine besonders hohe Effizienz bei der Beschichtung des Werkstückes erreichen. Voraussetzung ist, dass das Werkstück mit beiden Beschichtungsverfahren jeweils nur partiell und dafür gleichzeitig (an unterschiedli¬ chen Stellen) beschichtet wird. Beim thermischen Spritzen ist dies ohnehin erforderlich, weil immer gerade nur der Punkt des Auftreffens des Beschichtungsstrahls beschichtet wird. Beim elektrochemischen Beschichten muss ein Beschichtungsver- fahren gewählt werden, bei dem eine partielle Beschichtung des Bauteils möglich ist, d. h. bei dem nicht das ganze Bau¬ teil in den Elektrolyten eintaucht. Dies ist bevorzugt beim Anwenden des sogenannten Brush Platings möglich, wobei hier lediglich der Teilbereich des Werkstücks aktuell elektroche¬ misch beschichtet wird, welcher mit dem Überträger des According to a particular embodiment of the invention it is provided that that the thermal spraying and the coating mix electrochemical ¬ However, in each case carried out simultaneously under different ¬ union points of the workpiece. As a result, a particularly high efficiency in the coating of the workpiece can advantageously be achieved. The condition is that the workpiece with two coating process is coated only partially and for the same time (at differing ¬ chen digits). When thermal spraying is this is required anyway, because always just the point of impact of the coating jet is coated. In the electrochemical coating a coating processes must be selected drive, in which a partial coating of the component is possible, ie in which not all the construction ¬ partially immersed in the electrolyte. This is preferred when applying the so-called Brush Platings possible, wherein only the portion of the workpiece is coated currently electrochemical ¬ mixed here, which with the carrier of the
Elektrolyten in Kontakt steht. Electrolyte is in contact.
Besonders bevorzugt lässt sich das gleichzeitige Beschichten des Werkstückes mit beiden Beschichtungsverfahren anwenden, wenn als Werkstück ein zylindrischer Körper, insbesondere eine Arbeitswalze für Walzwerke, beschichtet wird, wobei die¬ ser in Rotation um seine Mittelachse versetzt wird und an einer Stelle seines Umfanges das elektrochemische Beschichten und an einer anderen Stelle seines Umfanges das thermische Spritzen vorgenommen wird. Dies lässt sich beispielsweise be- werkstelligen, indem das zylindrische Werkstück nur mit einem Teil seiner Umfangsfläche in den Elektrolyten eingetaucht wird. Für ein gleichmäßiges Beschichten sorgt dann die gleichmäßige Drehung des zylindrischen Werkstückes, durch die nach und nach die gesamte Mantelfläche beschichtet werden kann. In dem Bereich, welcher nicht in den Elektrolyten eintaucht, kann das thermische Beschichten vorgenommen werden. Auch unter Anwendung des Brush Platings ist die Drehung der Walze sehr vorteilhaft. Der Überträger für das Brush Plating muss dann lediglich an das Werkstück herangeführt werden, wo- bei eine Relativbewegung zwischen dem Werkstück und dem Überträger durch die ständige Drehung des zylindrischen Werkstückes zustande kommt. Gemäß einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass als Elektrolyt für das elektrochemische Beschich¬ ten eine ionische Flüssigkeit verwendet wird. Dies hat den Vorteil, dass auch unedlere Metalle aus einem nicht wässrigen Medium, nämlich der Salzschmelze des ionischen Beschichtens, abgeschieden werden können. Bei ionischen Flüssigkeiten handelt es sich um organische Flüssigkeiten, die aus einem Particularly preferably, the simultaneous coating of the workpiece with both coating methods can be used when the workpiece is a cylindrical body, in particular a work roll for rolling mills, coated, the ¬ ser is set in rotation about its central axis and at one point of its circumference, the electrochemical coating and at another location of its circumference the thermal spraying is performed. This can be done, for example, by immersing the cylindrical workpiece in the electrolyte with only part of its peripheral surface. For a uniform coating then ensures the uniform rotation of the cylindrical workpiece through which gradually the entire surface can be coated. In the area which is not immersed in the electrolyte, the thermal coating can be performed. Even when using the Brush Platings, the rotation of the roller is very advantageous. The carrier for the brush plating then only has to be brought to the workpiece, wherein a relative movement between the workpiece and the transmitter is achieved by the constant rotation of the cylindrical workpiece. According to a particular embodiment of the invention, it is provided that an ionic liquid is used as the electrolyte for the electrochemical Beschich ¬ th. This has the advantage that even less noble metals can be deposited from a non-aqueous medium, namely the molten salt of the ionic coating. Ionic liquids are organic liquids consisting of a
Kation wie einem alkylierten Imidazolium, Pyridinium-, Ammonium- oder Phosphoniumion und einem Anion, wie z. B. einfa- chen Halogeniden, Tetrafluoroboraten oder Hexafluorophospa- ten, Bi (trifluormethylsulfonyl) imiden oder Cation such as an alkylated imidazolium, pyridinium, ammonium or phosphonium ion and an anion such. B. simple halides, tetrafluoroborates or Hexafluorophospa- th, bi (trifluoromethylsulfonyl) imides or
Tri (pentafluorethyl ) -Trifluorophospaten bestehen. Tri (pentafluoroethyl) -Trifluorophospaten exist.
Da ionische Flüssigkeiten auch eine hohe elektrochemische Stabilität besitzen, können vorteilhaft unter anderem Ti, Ta, AI und Si abgeschieden werden, die sich aus wässrigen Since ionic liquids also have a high electrochemical stability, among other things Ti, Ta, Al and Si can be deposited, which consist of aqueous
Elektrolyten aufgrund der starken Wasserstoffentwicklung nicht abscheiden lassen. Geeignete Metallsalze, die auch in der eingangs erwähnten WO 2006/061081 A2 genannt werden, sind beispielsweise Halogenide, Imide, Amide, Alkoholate und Salze von ein-, zwei- oder mehrwertigen organischen Säuren, wie Acetate, Oxalate oder Tartrate. Die Metalle, die elektroche¬ misch abgeschieden werden sollen, werden durch anodische Auflösung in die geeignete ionische Flüssigkeit gebracht. Als Gegenelektrode zum zu beschichtenden Bauteil wird eine lösli¬ che Elektrode verwendet. Diese besteht aus dem Metall, das beschichtet werden soll. Alternativ kann das abzuscheidende Metall auch als Salz der ionischen Flüssigkeit zugefügt wer¬ den. Als Gegenelektrode zum Substrat kann dann beispielsweise eine Platinelektrode verwendet werden. In diesem Fall muss dafür gesorgt werden, dass die Konzentration der abzuscheidenden Metallionen in der ionischen Flüssigkeit aufrechterhalten wird, was beispielsweise in der eingangs bereits er¬ wähnten DE 43 44 387 AI näher beschrieben wird. Außerdem kön- nen die Metalle bei Verwendung von ionischen Flüssigkeiten auch als nanokristalline Schichten abgeschieden werden. Electrolytes can not be separated due to the strong evolution of hydrogen. Suitable metal salts, which are also mentioned in the aforementioned WO 2006/061081 A2, are, for example, halides, imides, amides, alcoholates and salts of mono-, di- or polyvalent organic acids, such as acetates, oxalates or tartrates. The metals to be deposited electrochemically ¬ mixed are brought by anodic dissolution in the appropriate ionic liquid. As a counter electrode to be coated component a lösli ¬ che electrode is used. This consists of the metal that is to be coated. Alternatively, the metal to be deposited can be added as a salt of the ionic liquid ¬ the. As a counterelectrode to the substrate then, for example, a platinum electrode can be used. In this case it must be ensured that the concentration of the metal ions to be deposited is maintained in the ionic liquid, which AI is described in detail, for example, in the above-mentioned already it ¬ DE 43 44 387th In addition, When using ionic liquids, the metals are also deposited as nanocrystalline layers.
Hierzu sind der ionischen Flüssigkeit geeignete Kationen, wie z. B. Pyrroliniumionen, hinzuzufügen, die grenzflächenaktiv sind und daher als Kornverfeinerer beim elektrochemischen Abscheiden wirken. Vorteilhaft ist es, dass unter diesen Bedingungen häufig auf die Zugabe von Netzmitteln oder Glanzmit¬ teln verzichtet werden kann. Im Folgenden wird näher ausgeführt, wie die Zonen im Einzel¬ nen geometrisch ausgebildet werden können. For this purpose, the ionic liquid suitable cations, such as. As pyrrolinium ions, which are surface active and therefore act as a grain refiner during electrochemical deposition. It, that can often be dispensed with under these conditions, the addition of wetting agents or Glanzmit ¬ stuffs is advantageous. Below is carried out in more detail how the zones may be geometrically configured in single ¬ nen.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung können die Zonen als inselartige Depots in einem regelmäßigen Muster auf dem Werk- stück verteilt werden. Diese inselartigen Depots sind in ihrer Größe nach unten nur dadurch begrenzt, dass der Gasstrahl des angewendeten Kaltgasspritzverfahrens eine Auf¬ treffstelle auf dem zu beschichtenden Bauteil erzeugt, welche gewisse Abmessungen aufweist. Hierdurch ergibt sich die kleinstmögliche Ausdehnung des Depots. Soll das Depot größer werden, muss der Kaltgasstrahl bei der Erzeugung desselben in geeigneter Weise geführt werden. Vorteilhaft ist dabei die Erzeugung von Depots mit runder Grundfläche, jedoch können auch andere Geometrien verwirklicht werden. Durch die Her- Stellung von vergleichsweise kleinen Depots wird vorteilhaft erreicht, dass ein dichter Wechsel zwischen dem ersten Werkstoff und dem zweiten Werkstoff in der Schicht realisiert werden kann. Hierdurch können Spannungsspitzen in den Gefügen des ersten Werkstoffes und des zweiten Werkstoffes gering gehalten werden, sobald diese aufgrund des inhomogenen Aus¬ dehnungsverhaltens der Schicht entstehen. According to one embodiment of the invention, the zones can be distributed as island-like depots in a regular pattern on the workpiece. These island-like depots are limited in their size down only in that the gas jet of the applied cold gas spraying method creates a meeting place ¬ on the component to be coated, which has certain dimensions. This results in the smallest possible extent of the depot. If the depot to be larger, the cold gas jet in the production of the same must be performed in a suitable manner. It is advantageous to produce depots with a round base, but other geometries can be realized. By producing comparatively small depots, it is advantageously achieved that a tight exchange between the first material and the second material in the layer can be realized. As a result, stress peaks in the structures of the first material and the second material can be kept low as soon as they arise due to the inhomogeneous Aus ¬ strain behavior of the layer.
Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Zonen als Streifen auf dem Werkstück anzuordnen. Hierdurch lässt sich ein inho- mogenes Ausdehnungsverhalten erzeugen, welches nicht nur bezüglich des Ausdehnungsverhaltens der Schicht senkrecht zur Oberfläche des Werkstückes, sondern auch bezüglich des late¬ ralen Ausdehnungsverhaltens in unterschiedliche Richtungen der Schicht unterschiedlich ausfällt. Another possibility is to arrange the zones as strips on the workpiece. This allows an inho- produce seamless front expansion behavior which is different turns in different directions of the layer not only in the expansion behavior of the layer perpendicular to the surface of the workpiece, but also with respect to the late ¬ eral expansion behavior.
Alternativ ist es auch möglich, dass die Zonen als Rechtecke in einem zweidimensionalen Array auf dem Werkstück angeordnet sind . Alternatively, it is also possible that the zones are arranged as rectangles in a two-dimensional array on the workpiece.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Schicht im Bereich zu¬ mindest einer Zone auf einem Opfermaterial, z. B. Wachs, her¬ gestellt wird, welches nach der Fertigstellung der Schicht unter Ausbilden eines Hohlraums beispielsweise durch Auf¬ schmelzen entfernt wird. Hierdurch lassen sich vorteilhaft mit den Zonen aus dem zweiten Werkstoff und dem diese Zonen umgebenden Schichtverbund aus dem ersten Werkstoff freitra¬ gende Strukturen erzeugen, die aufgrund ihres inhomogenen Ausdehnungsverhaltens als mechanische Stellelemente Verwen¬ dung finden können. Die treibende Kraft für die Betätigung der Stellelemente sind demzufolge Temperaturdifferenzen während des Betriebs des beschichteten Bauteils. It is particularly advantageous if the layer in the region to ¬ at least one zone on a sacrificial material, for. B. wax, her ¬ which is removed after the completion of the layer to form a cavity, for example, by melting on ¬ . In this way can advantageously with the zones of the second material and the surrounding these zones of the first material layer composite generate freitra ¬ constricting structures that can be used as mechanical setting elements USAGE ¬ manure due to its inhomogeneous expansion behavior. The driving force for the actuation of the actuators are therefore temperature differences during operation of the coated component.
Beispielsweise ist es möglich, dass die Zone aus dem zweiten Werkstoff zusammen mit dem ersten Werkstoff der restlichenFor example, it is possible that the zone of the second material together with the first material of the remaining
Schicht zu einem mehrlagigen, frei tragenden Biegebalken ausgebildet wird. An seinem einen Ende ist der Biegebalken dann mit dem restlichen Schichtverbund verbunden. Unterhalb des Biegebalkens entsteht der bereits genannte Hohlraum, wobei das andere Ende des Biegebalkens frei beweglich ist. Durch das unterschiedliche Ausdehnungsverhalten der beiden Werkstoffe, die vorzugsweise in zwei aneinandergrenzenden Schichten angeordnet sind, biegt sich der Balken nach dem Mechanis- mus, der beispielsweise von Bimetallstreifen bekannt ist. Auf diese Weise ist das Stellelement verwirklicht. Layer is formed into a multilayer, cantilever bending beam. At one end of the bending beam is then connected to the rest of the composite layer. Below the bending beam, the already mentioned cavity is formed, wherein the other end of the bending beam is freely movable. Due to the different expansion behavior of the two materials, which are preferably arranged in two adjoining layers, the beam bends according to the mechanism mus, which is known for example from bimetallic strip. In this way, the actuator is realized.
Ein so gebildeter Biegebalken kann mit seinem frei tragenden Ende beispielsweise oberhalb einer Öffnung in der Oberfläche des Werkstücks hergestellt werden. Diese Öffnung kann bei¬ spielsweise der Zuführung eines Kühlmediums dienen. Der Bie¬ gebalken kann so ausgebildet sein, dass die Öffnung erst freigegeben wird, wenn eine bestimmte Temperatur überschrit- ten wird, so dass das Kühlmittel nur bei einer drohendenA bending beam formed in this way can be produced with its free-carrying end, for example, above an opening in the surface of the workpiece. This opening can serve in ¬ example, the supply of a cooling medium. The Bie ¬ gebalken may be formed so that the opening is released only when a certain temperature is exceeded is ten, so that the coolant is imminent only when
Überhitzung des Bauteils gefördert wird. Damit ist vorteil¬ haft ein temperaturgesteuertes Ventil verwirklicht. Auch eine Drosselung des Kühlmittelflusses kann gewährleistet werden. Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Zone als frei tragender Balken aus dem zweiten Werkstoff hergestellt wird. Dieser weist einen größeren ther¬ mischen Ausdehnungskoeffizienten auf als der erste Werkstoff. Der Biegebalken wird an seinem einen Ende mit dem restlichen Schichtverbund verbunden und an seinem anderenOverheating of the component is promoted. This is advantageous ¬ a temperature-controlled valve realized. A throttling of the coolant flow can be ensured. According to another embodiment of the invention, it is provided that the zone is produced as a cantilever beam of the second material. This has a greater thermal expansion coefficient ¬ than the first material. The bending beam is connected at one end to the rest of the layer composite and at the other
Ende mit einem definierten Abstand zum restlichen Schichtverbund ausgeführt. Vorzugsweise weist der so gebildete Balken keine Komponente aus dem ersten Werkstoff auf. Diese Struktur kann beispielsweise als thermischer Schalter verwendet wer- den. Bei einer Erwärmung des Bauteils dehnt sich der Balken aufgrund des größeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Balkens aus und überbrückt bei einer bestimmten Tempera¬ tur den definierten Abstand zum restlichen Schichtverbund. Hierbei entsteht ein Kontakt, der eine elektrische Leitfähig- keit zumindest des zweiten Werkstoffes vorausgesetzt und zu einer Änderung des elektrischen Verhaltens der Schicht führt. Diese kann gemessen werden und als Schaltsignal verwendet werden. Ist der erste Werkstoff ein elektrischer Isolator, so lässt sich durch eine geeignete Ausführung von Zuleitungen beispielsweise aus dem ersten Werkstoff auch ein elektrischer Schalter mit dem Balken realisieren. End executed with a defined distance to the rest of the composite layer. Preferably, the beam thus formed on no component of the first material. This structure can be used, for example, as a thermal switch. Upon heating of the component, the beam expands due to the larger coefficient of thermal expansion of the beam and bridged at a certain tempera ture the defined distance to the rest of the composite layer. This results in a contact that assumes an electrical conductivity at least of the second material and leads to a change in the electrical behavior of the layer. This can be measured and used as a switching signal. If the first material is an electrical insulator, this can be achieved by a suitable design of supply lines for example, realize an electrical switch with the beam from the first material.
Bei Bauteilen mit einer Drehachse, die vorzugsweise zylinder- symmetrisch sind, ist es besonders vorteilhaft, wenn die mit Zonen versehenen Teile der Schicht in Umfangsrichtung bezüglich der Drehachse gesehen mit Teilen der Schicht ohne diese Zonen einander abwechseln. Hierdurch ist es, wie bereits erläutert, vorteilhaft möglich, aufgrund des inhomogenen Aus- dehnungsverhaltens in dem Bauteil in Umfangsrichtung Druckspannung zu erzeugen. Dies kann von besonderem Vorteil sein, wenn das Bauteil beispielsweise wegen hoher Drehzahlen und den dabei auftretenden Fliehkräften ohne Vorsehen der Zonen im Randbereich auf Zug beansprucht würde. In the case of components with an axis of rotation, which are preferably cylinder-symmetrical, it is particularly advantageous if the zoned parts of the layer alternate in the circumferential direction with respect to the axis of rotation with parts of the layer without these zones. As a result, as already explained, it is advantageously possible to generate compressive stress in the circumferential direction due to the inhomogeneous expansion behavior in the component. This can be of particular advantage if, for example, due to high rotational speeds and the centrifugal forces occurring, the component would be subjected to tensile stress without provision of the zones in the edge region.
Das Verfahren kann besonders vorteilhaft für Arbeitswalzen eines Walzwerks angewendet werden. Diese dienen u. a. dem Transport des zu walzenden Gutes, z. B. einem Blech, welches durch die Führung zwischen den Arbeitswalzen beispielsweise in seiner Wandstärke verringert wird. Daher unterliegen die Arbeitswalzen eines Walzwerks einem enormen Verschleiß. Die¬ ser kann durch die erfindungsgemäß aufgetragenen Beschichtun- gen verringert werden, wenn in die Zonen bevorzugt Partikel eines Hartstoffs eingebettet werden. Dies können beispiels- weise Oxide von AI, Co, Mg, Ti, Si oder Zr, Nitride von AI, B oder Si oder Carbide von B, Cr, Ti, Si oder W oder auch Car- bonitride sein. Weiterhin können Kohlenstoff als Graphit, Diamant, DLC (Diamant like Carbon) oder Glassy-Carbon oder Gemische aus allen genannten Stoffen zum Einsatz kommen. The method can be used particularly advantageously for work rolls of a rolling mill. These serve, inter alia, the transport of goods to be rolled, z. As a sheet, which is reduced by the leadership between the work rolls, for example, in its wall thickness. Therefore, the work rolls of a rolling mill are subject to enormous wear. The water can be reduced by the coatings applied according to the invention if particles of a hard material are preferably embedded in the zones. These may be, for example, oxides of Al, Co, Mg, Ti, Si or Zr, nitrides of Al, B or Si or carbides of B, Cr, Ti, Si or W or carbonitrides. Furthermore, carbon can be used as graphite, diamond, DLC (diamond like carbon) or glassy carbon or mixtures of all these substances.
Besonders bevorzugte Hartstoffe sind die Folgenden: Tic, B4C, Cr3C2, SiC, WC, TiN, MoB, TiB2, A1203, Cr203, Ti02. Auch Parti¬ kel aus Hartmetallen (WC, Tic oder TiN mit einem Anteil von > 80 Gew.-% in einer Matrix aus Co, Ni, Cr, Fe) können verwendet werden. Die genannten Hartstoffe können zusammen mit Partikeln eines Matrixwerkstoffes als zweiter Werkstoff in den Zonen abge¬ schieden werden. Der erste Werkstoff kann mit einem kleineren thermischen Ausdehnungskoeffizienten als der zweite Werkstoff ausgewählt werden, um bei einer Erwärmung der Walzenoberflä¬ che Druckspannungen in den Zonen zu erzeugen, welche wegen des Anteils an Hartstoffen vor dem Auftreten von Zugspannungen im Gefüge bewahrt werden müssen. In den Zonen können dann vergleichsweise hohe Konzentrationen an HartstoffPartikeln verwirklicht werden. Particularly preferred hard materials are the following: Tic, B 4 C, Cr 3 C 2, SiC, WC, TiN, MoB, TiB 2, A1 2 0 3, Cr 2 0 3, Ti0. 2 Also Parti ¬ angle of cemented carbides (WC, TiC or TiN with a content of> 80 wt .-% in a matrix of Co, Ni, Cr, Fe) may be used. The hard materials may be mentioned as the second material in the zones abge ¬ eliminated together with particles of a matrix material. The first material can be selected with a smaller coefficient of thermal expansion than the second material in order to generate compressive stresses in the zones when the surface of the roll heats up , which must be preserved in the microstructure due to the proportion of hard materials before the occurrence of tensile stresses. In the zones then comparatively high concentrations of hard material particles can be realized.
Die verwendeten Hartstoffe in den Zonen der hergestellten Schicht verringern zum einen vorteilhaft deren Abrieb, so dass deren Verschleißfestigkeit steigt. Weiterhin erfüllen die Hartstoffe jedoch auch den Zweck, die Oberflächenrauhigkeit der Schicht zu vergrößern, welche erforderlich ist, da¬ mit das Drehmoment der Arbeitswalzen auf das zu walzende Blech übertragen werden kann. Werden die Hartstoffe durch den mehrlagigen Aufbau der Walze über die gesamte Schichtdicke vorgesehen, so wird weiterhin vorteilhaft sichergestellt, dass auch bei einem Abrieb der Schicht mit fortlaufendem Verschleiß durch Freilegen immer neuer Hartstoffpartikel die Oberflächenrauhigkeit der Walze erhalten bleibt. Dies bedeu¬ tet, dass vorteilhaft ein Bauteil geschaffen wird, welches über seine gesamte vorgesehen Lebensdauer die Anforderungen an die Oberflächenrauhigkeit in vollem Maß erfüllt. The hard materials used in the zones of the layer produced on the one hand advantageously reduce their abrasion, so that their wear resistance increases. Furthermore, however, the hard materials also comply with the purpose to increase the surface roughness of the layer which is required because ¬ can be transferred to the sheet to be rolled with the torque of the work rolls. If the hard materials are provided by the multi-layer structure of the roller over the entire layer thickness, it is furthermore advantageously ensured that the surface roughness of the roller is maintained even if the layer undergoes continuous wear by exposing ever new hard material particles. This signified tet ¬ that advantageously, a component is created which is provided over its lifetime the requirements for the surface roughness met in full measure.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens sollen an die- ser Stelle noch einmal zusammengefasst werden. Es ist eine galvanische Abscheidung auch von elektrochemisch unedlen Metallen, wie Ti, Ta, Si, AI oder Mg, möglich, wenn eine ionische Flüssigkeit als Elektrolyt ausgewählt wird. Eine kosten¬ günstige Abscheidung ist insbesondere durch Auswahl des Brush Plating-Verfahrens möglich, da hierbei ein vergleichsweise schnelles Schichtwachstum erreicht werden kann. Ein Partikeleintrag in die sich ausbildende Zonen aus dem zweiten Werkstoff ist möglich und es können hohe Partikelkonzentrationen in der Schicht erreicht werden. Das Verfahren ist auch partiell an großen Werkstücken ausführbar, da dieses beim Brush Plating nicht in einen Elektrolyten eingetaucht werden müssen. Insbesondere kann das Verfahren auch zu Reparaturzwecken angewendet werden, wobei das Beschichtungssystem (bestehend aus einer Kaltgasspritzpistole und einem Überträger für dasThe advantages of the process according to the invention will be summarized again at this point. It is also possible to electrodeposit electrochemically base metals, such as Ti, Ta, Si, Al or Mg, when an ionic liquid is selected as the electrolyte. A cost- effective deposition is in particular by selecting the brush Plating process possible, since in this case a comparatively fast layer growth can be achieved. Particulate entry into the forming zones of the second material is possible and high particle concentrations in the layer can be achieved. The process can also be carried out partially on large workpieces since they do not have to be immersed in an electrolyte during brush plating. In particular, the method can also be used for repair purposes, wherein the coating system (consisting of a cold gas spray gun and a transmitter for the
Brush Plating) transportabel ist und daher auch z. B. am Einsatzort des zu reparierenden Werkstücks eingesetzt werden kann . Erstes Ausführungsbeispiel: Brush Plating) is transportable and therefore also z. B. can be used at the site of the workpiece to be repaired. First embodiment:
Zunächst wird an dem zu beschichtenden Werkstück eine Oberflächenreinigung und -aktivierung vorgenommen. Dies kann beispielsweise durch ein sogenanntes Brush Cleaning mittels eines alkalischen und/oder zyanidischen Elektrolyten undFirst, a surface cleaning and activation is performed on the workpiece to be coated. This can be done for example by a so-called brush cleaning by means of an alkaline and / or cyanide electrolyte and
Brush Etching mittels eines sauren Elektrolyten, wie z. B. Salz- oder Schwefelsäure, erfolgen. Dann erfolgt der erste Beschichtungsschritt , bei dem ein duktiles Basismaterial, wie z. B. Nickel oder Nickel-Kobalt, als erster Werkstoff abge- schieden wird. Dieser Prozess wird mittels Brush Plating durchgeführt. Als Elektrolyt kann beispielsweise ein Watts- Elektrolyt verwendet werden. Der Überträger des Brush Pla- tings, der ein mit dem Elektrolyt getränkter Filz oder Brush etching by means of an acidic electrolyte, such. For example, hydrochloric or sulfuric acid, take place. Then, the first coating step in which a ductile base material, such as. As nickel or nickel-cobalt, as the first material is deposited. This process is done by means of brush plating. As the electrolyte, for example, a Watts electrolyte can be used. The carrier of the Brush Plating, the felt soaked in the electrolyte or
Schwamm sein kann, wird dabei über die zu beschichtende Flä- che bewegt. In dem Überträger kann eine Anode in Form eines Stabes, Drahtgeflechtes oder aus Kugeln enthalten sein. Das Material der Anode ist entweder der Grundwerkstoff der abzu¬ scheidenden Schicht, wobei diese sich dann auflöst und regel- mäßig ersetzt werden muss, oder eine inerte Anode, beispiels¬ weise aus Platin. Sponge can be moved over the area to be coated. In the transmitter, an anode in the form of a rod, wire mesh or balls may be included. The material of the anode is either the base material of the ERS ¬ outgoing layer, this then dissolves and regular has to be replaced moderately, or an inert anode, example ¬ of platinum.
Je nach Werkstückgeometrie kann anschließend an das elektro- chemische Beschichten bzw. gleichzeitig an einer anderen Stelle der weitere Beschichtungsschritt erfolgen. Hierbei werden Zonen eines zweiten Werkstoffes mit anderem thermischen Ausdehnungskoeffizienten mittels thermischen Spritzens, bevorzugt Kaltgasspritzen aufgetragen, wobei die Partikel me- chanisch mit der Oberfläche verkrallen und daher haften bleiben. Beim Kaltgasspritzen wird die Oberfläche dabei vorteil¬ haft kaum thermisch beansprucht. Daher kann diese sofort wie¬ der dem elektrochemischen Beschichtungsschritt zugeführt wer¬ den. Es kann eine dichte Folge von elektrochemischen und thermischen Beschichtungsschritten realisiert werden. Hierdurch ist ein schneller Schichtaufbau möglich, was vorteil¬ haft einer höheren Wirtschaftlichkeit der hergestellten Teile zugute kommt . Zweites Ausführungsbeispiel: Depending on the workpiece geometry, the further coating step may take place subsequent to the electrochemical coating or simultaneously at another point. In this case, zones of a second material with a different coefficient of thermal expansion are applied by means of thermal spraying, preferably cold gas spraying, wherein the particles mechanically cling to the surface and thus adhere. In cold spraying the surface to advantageous way ¬ hardly thermally stressed. Therefore, it can instantly ¬ of the electrochemical coating step applied ¬ to. It can be realized a dense sequence of electrochemical and thermal coating steps. This provides a faster layer structure is possible, beneficial ¬ way benefits of higher efficiency of the parts produced. Second embodiment:
Zunächst erfolgt die Beschichtung in einem nicht wässrigen Elektrolyten. Die Oberflächenreinigung und -aktivierung des zu beschichtenden Werkstücks erfolgt in der bereits beschrie- benen Weise durch Brush Cleaning und Brush Etching. Nach einer Trocknung bei 100°C erfolgt der erste Beschichtungs¬ schritt, wobei eine Metallschicht beispielsweise aus Titan abgeschieden wird. Dieser Prozess wird mittels Brush Plating durchgeführt. Der benutzte Elektrolyt zur Abscheidung von Ti- tan als erstem Werkstoff ist l-Butyl-3-Methylimidazolium- tetrafluoroborat , in dem als Ionenträger Titantetrafluorobo- rat gelöst wird. Ein Filz oder Schwamm wird mit diesem First, the coating is carried out in a non-aqueous electrolyte. The surface cleaning and activation of the workpiece to be coated is carried out in the manner already described by brush cleaning and brush etching. After drying at 100 ° C, the first coating step ¬, wherein a metal layer is deposited, for example, of titanium is carried out. This process is done by means of brush plating. The electrolyte used to deposit titanium as the first material is 1-butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate, in which titanium tetrafluoroborate is dissolved as ion carrier. A felt or sponge will come with this
Elektrolyten getränkt und über die zu beschichtende Fläche des Bauteils bewegt. Der durch den Filz oder Schwamm gebil- dete Überträger ist in der bereits beschriebenen Weise mit einer Elektrode ausgestattet. Diese kann aus Titan oder einem inerten Material, wie Platin, bestehen. Je nach Werkstückgeometrie kann im Wechsel mit dem elektro¬ chemischen Beschichten oder auch gleichzeitig an einer Electrolyte impregnated and moved over the surface to be coated of the component. The felt or sponge formed by the felt or sponge The transmitter is equipped with an electrode in the manner already described. This may consist of titanium or an inert material, such as platinum. Depending on the workpiece geometry can in alternation with the electro ¬ chemical coating or simultaneously on a
Stelle, an der das elektrochemische Beschichten aktuell nicht durchgeführt wird, der zweite Beschichtungsschritt vorgenom¬ men werden. Hier werden Zonen beispielsweise aus Aluminium als zweiten Werkstoff mit dem genannten Kaltgasspritzen hergestellt. Im nachfolgenden elektrochemischen Behandlungsschritt werden die Zonen dann in der bereits beschriebenen Weise in die Metallmatrix eingebaut, indem wieder Titan elektrochemisch abgeschieden wird. Place where the electrochemical coating is currently not performed, the second coating step vorgenom ¬ men are. Here, zones are made of aluminum, for example, as the second material with said cold gas spraying. In the subsequent electrochemical treatment step, the zones are then incorporated in the manner already described in the metal matrix by again titanium is deposited electrochemically.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Gleiche oder sich entsprechende Zeichnungselemente sind jeweils mit den gleichen Bezugszei¬ chen versehen und werden nur insoweit mehrfach erläutert, wie sich Unterschiede zwischen den einzelnen Figuren ergeben. Es zeigen : Further details of the invention are described below with reference to the drawing. Identical or corresponding drawing elements are each provided with the same Bezugszei ¬ chen and are only explained several times as far as differences arise between the individual figures. Show it :
Figur 1 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Figure 1 shows an embodiment of the invention
Verfahrens zur Beschichtung eines Werkstücks,  Process for coating a workpiece,
Figur 2 und 3 ein Bewegungsmuster, wie die Kaltgasspritzdüse gemäß Figur 1 geführt werden kann und Figure 2 and 3, a movement pattern, as the cold gas spraying nozzle can be performed according to Figure 1 and
Figur 4 bis 11 Schichtaufbauten, die sich mit Ausführungsbei- spielen des erfindungsgemäßen Verfahrens herstellen lassen. FIGS. 4 to 11 layer structures that can be produced using exemplary embodiments of the method according to the invention.
Bei dem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß Figur 1 wird ein walzenförmiges Werkstück 11 mit einer Verschleißschutzschicht versehen. Das Werkstück 11 ist mit seiner Mittelachse 12 drehbar gelagert, wobei die Drehachse 13 mit der Mittelachse 12 identisch ist. Eine Lagerung 14 ist schematisch dargestellt, wobei während des Beschichtens das Werkstück 11 mittels eines nicht dargestellten Antriebs mit konstanter Geschwindigkeit gedreht wird. In the embodiment of the inventive method according to Figure 1, a roller-shaped workpiece 11 with a Provided wear protection layer. The workpiece 11 is rotatably mounted with its central axis 12, wherein the axis of rotation 13 is identical to the central axis 12. A bearing 14 is shown schematically, wherein during the coating, the workpiece 11 is rotated by means of a drive, not shown, at a constant speed.
In Figur 1 ist eine Aufsicht auf das Werkstück 11 von oben nach senkrecht unten dargestellt. Während des Beschichtens wird von der einen Seite ein Überträger 15 an das Werkstück herangeführt, der aus einem Schwamm mit offenen Poren 16 besteht. Durch diese wird in nicht näher dargestellter Weise über ein Zuführsystem 17 ein Elektrolyt auf die Oberfläche 18 des Werkstücks aufgetragen, welches sich unter dem Überträger hinweg bewegt. Dabei findet ein elektrochemisches Beschichten statt, wobei zu diesem Zweck das Werkstück 11 und der Überträger an eine Spannungsquelle 19 angeschlossen wird. FIG. 1 shows a plan view of the workpiece 11 from above to vertically below. During the coating, a transfer device 15 is brought from one side to the workpiece, which consists of a sponge 16 with open pores. Through this, an electrolyte is applied to the surface 18 of the workpiece in a manner not shown via a feed system 17, which moves away under the transmitter. In this case, an electrochemical coating takes place, for which purpose the workpiece 11 and the transmitter is connected to a voltage source 19.
Gleichzeitig findet auf der gegenüberliegenden Seite des Werkstücks ein Kaltgasspritzen statt. Eine Kaltgasspritzdüse 20 wird hierzu auf die Oberfläche 18 des Werkstückes gerich¬ tet und schrittweise ungefähr in Richtung der Drehachse 13 über die Oberfläche geführt. An den Verweilstellen 26 (darge¬ stellt in Figur 3) des Kaltgasstrahls entstehen kleine Depots 27 (dargestellt in Figur 4) eines Werkstoffes mit anderemAt the same time a cold gas spraying takes place on the opposite side of the workpiece. A Kaltgasspritzdüse 20 is for this purpose guided to the surface 18 of the workpiece court ¬ tet and gradually in the direction about the rotational axis 13 over the surface. At the dwell points 26 (Darge ¬ represents in Figure 3) of the cold gas jet arise small deposits 27 (shown in Figure 4) of a material with other
Ausdehnungskoeffizienten als dem des durch das elektrochemisches Beschichten aufgebrachten Schichtwerkstoffes. Beim Führen des Kaltgasstrahls zwischen den Verweilstellen bleiben einzelne Partikel aus dem Kaltgasstrahl 21 an der Oberfläche haften und werden aufgrund der Drehung des Werkstücks an¬ schließend in die sich danach ausbildende Schicht am Überträ¬ ger 15 in die Schichtmatrix eingebaut. Dies entfalten aber im Vergleich zu den Depots 27 wegen ihrer geringen Ausdehnung eine vernachlässigbare Wirkung. Zu erkennen ist in Figur 1 auch, dass ein Bewegungsbereich 22 der Kaltspritzdüse 20 etwas geringer ausfällt als die Länge des Werkstückes, da beispielsweise bei Arbeitswalzen von Walzwerken als zu beschichtende Werkstücke der jeweils stirn¬ seitige Bereich am Walzprozess nicht beteiligt ist und daher auch nicht der starken Verschleißbeanspruchung ausgesetzt ist. Wird der Bewegungsbereich 22 der Kaltgasspritzdüse 20 so gewählt, dass dieser nicht bis zum Rand des zu beschichtenden Werkstückes reicht, hat dies Vorteile für die Verfahrensfüh¬ rung. Das Bewegungsmuster der Kaltspritzdüse ist in Figur 2 dargestellt. Dieser nimmt einen Verlauf, der einer Acht ent¬ spricht, wobei hierbei die ständige Bewegung 24 des Werk¬ stückes aufgrund der Drehung berücksichtigt wird. Durch den acht-förmigen Verlauf wird auf der Oberfläche 18 des Werk¬ stückes 11 nämlich eine Linie 25 gemäß Figur 3 beschrieben, so dass es zu einer gleichmäßigen Beladung der Oberfläche mit Partikeln kommt. In Figur 3 sind auch die Verweilstellen 26 des Kaltgasstrahls dargestellt, die zu einem Aufbau von De- pots 27 im Schichtwerkstoff 28 gemäß Figur 4 mit einer schachbrett-artigen Schichtstruktur führt. Expansion coefficients than that of the coating material applied by the electrochemical coating. When carrying out the cold gas stream between the Verweilstellen individual particles remain in the cold gas jet 21 adhere to the surface and be incorporated in the layer matrix due to the rotation of the workpiece at ¬ closing in the forming thereafter layer on Überträ ¬ ger 15th However, this unfold a negligible effect compared to the depots 27 because of their small size. Be seen in Figure 1 also, that a range of motion 22 of the cold spray nozzle 20 slightly less pronounced than the length of the workpiece, as for example when work rolls of rolling mills as workpieces to be coated of the respective end ¬ side region on the rolling process is not involved, and therefore not even the exposed to strong wear stress. If the movement range 22 of the Kaltgasspritzdüse 20 selected so that this does not reach the edge of the workpiece to be coated, this has advantages for the Verfahrensfüh ¬ tion. The movement pattern of the cold spray nozzle is shown in FIG. This takes a course of the eight speaks a ¬ ent, wherein in this case the constant movement 24 of the work piece is taken into account ¬ due to the rotation. By the eight-shaped course of a line 25 will be described in accordance with FIG 3, so that there is a uniform loading of the surface with particles on the surface 18 of the work piece 11 namely ¬. FIG. 3 also shows the residence points 26 of the cold gas jet, which leads to a construction of depots 27 in the layer material 28 according to FIG. 4 with a checkerboard-like layer structure.
In Figur 4 ist eine Aufsicht auf die Schichtoberfläche dar¬ stellt. Zu erkennen ist, dass die Depots 27 so in den ersten Werkstoff 28 der Schicht eingebettet sind, dass diese einen Teil der Schichtoberfläche bilden. In Figur 5 hingegen sind die Depots 27 vollständig vom Werkstoff 28 der Schicht umge¬ ben. Dies lässt sich dadurch erreichen, dass nach dem Aufbringen der Depots 27 ein elektrochemischer Beschichtungs- schritt mit dem ersten Werkstoff 28 der Schicht durchgeführt wird, ohne ein weiteres Mal das zweite Material aufzubringen. Eine so gebildete Schicht 29 weist damit drei Lagen 30 auf, von denen nur die mittlere mit den Depots 27 ausgestattet ist . In Figur 6 ist wiederum die Schichtoberfläche mit frei lie¬ genden Streifen 31 des zweiten Werkstoffes dargestellt, die an den Seitenflanken in den ersten Werkstoff 28 eingebettet sind. Eine andere Ausführungsform ergibt sich, wenn statt der Streifen 31 Rechtecke 32 hergestellt werden, wie dies in Fi¬ gur 7 dargestellt ist. Auch diese liegen oben frei, so dass sie in der Schichtoberfläche zu erkennen sind, während sie mit ihren Seiten durch den ersten Werkstoff eingebettet sind. 4 shows a plan view of the layer surface is ¬ provides. It can be seen that the depots 27 are embedded in the first material 28 of the layer so that they form part of the layer surface. In Figure 5, however, the deposits 27 are fully converted ¬ ben on the material 28 of the layer. This can be achieved by carrying out an electrochemical coating step with the first material 28 of the layer after application of the depots 27, without once again applying the second material. A thus formed layer 29 thus has three layers 30, of which only the middle is equipped with the depots 27. In Figure 6, the layer surface with freely lie ¬ constricting strips 31 of the second material, in turn, is shown, which are embedded to the side edges in the first material 28th Another embodiment results if, instead of the strips 31, rectangles 32 are produced, as shown in FIG . These too are exposed at the top, so that they can be seen in the layer surface, while they are embedded with their sides by the first material.
In Figur 8 ist dargestellt, wie in die Schicht 29 auf dem Bauteil 11 ein Biegebalken 33 integriert werden kann. Um zu gewährleisten, dass dieser frei tragend hergestellt werden kann, wird als Opfermaterial 34 Wachs in einer vorgegebenen Form auf das Bauteil 11 aufgebracht, wobei das Opfermaterial auch eine Öffnung 35 im Bauteil 11 verschließt und so verhin¬ dert, dass diese durch den Beschichtungsvorgang verschlossen wird. Oberhalb des Opfermaterials 34 wird zunächst der erste Werkstoff 28 elektrochemisch abgeschieden, wobei das Opferma- terial zu diesem Zweck mit einer elektrisch leitfähigen FIG. 8 shows how a bending beam 33 can be integrated into the layer 29 on the component 11. In order to ensure that it can be produced freely, wax 34 is applied as a sacrificial material in a predetermined shape on the component 11, wherein the sacrificial material also closes an opening 35 in the component 11 and so verhin ¬ changed that they are closed by the coating process becomes. Above the sacrificial material 34, first the first material 28 is deposited electrochemically, the sacrificial material being for this purpose electrically conductive
Startschicht versehen werden muss. Anschließend wird auf den ersten Werkstoff eine Zone 36 durch Kaltgasspritzen hergestellt und anschließend an deren Flanken 36a in den ersten Werkstoff 28 eingebettet. Damit die Zone 36 selbst nicht durch den ersten Werkstoff 28 beschichtet wird, wird diese elektrisch isoliert (beispielsweise mittels eines Schutz¬ lackes) . Auf diese Weise entsteht zumindest im mittleren Teil des Biegebalkens 33 ein zweilagiger Verbund, der sich bei Temperaturänderungen aufgrund des inhomogenen Ausdehnungsver- haltens biegt und auf diese Weise auch die Öffnung 35 ver¬ schließen kann. Um diese Funktion zu gewährleisten, wird nach erfolgter Herstellung des Biegebalkens 33 das Opfermaterial 34 beispielsweise durch Aufschmelzen entfernt. Ein anderes Ausführungsbeispiel ist in den Figuren 9 und 10 zu sehen, wobei die Schnittebenen der jeweils anderen Figuren entsprechend eingezeichnet sind (Schnitt X-X entspricht der Schnittebene in Figur 10 und Schnitt IX-IX der Schnittebene in Figur 9) . In Figur 9 ist ein Balken 37 dargestellt, der in die Schicht 29 integriert ist. An seinem einen Ende ist der Balken 37, der vollständig aus dem zweiten Werkstoff besteht, in den ersten Werkstoff 28 eingebettet (vgl. Figur 10) und damit im Bereich der Schicht 29 fixiert. Durch das Opfermate- rial 34 ist ein Hohlraum definiert, welcher dazu führt, dass der Balken 37 frei tragend in der Schicht angeordnet ist. Start layer must be provided. Subsequently, a zone 36 is produced by cold gas spraying onto the first material and then embedded in the first material 28 at its flanks 36a. Thus, the zone 36 itself is not coated by the first material 28, it is electrically insulated (for example by means of a protective lacquer ¬). In this way, a two-layer composite, the holding flexes with changes in temperature due to the inhomogeneous Ausdehnungsver- and the opening 35 can ver ¬ close in this manner is formed at least in the central part of the bending beam 33rd To ensure this function, after the production of the bending beam 33, the sacrificial material 34 is removed, for example, by melting. Another embodiment can be seen in Figures 9 and 10, wherein the sectional planes of the respective other figures are drawn accordingly (section XX corresponds to the sectional plane in Figure 10 and section IX-IX of the sectional plane in Figure 9). FIG. 9 shows a bar 37 which is integrated in the layer 29. At its one end, the beam 37, which consists entirely of the second material, is embedded in the first material 28 (cf., FIG. 10) and thus fixed in the region of the layer 29. Through the sacrificial material 34, a cavity is defined, which leads to the fact that the beam 37 is arranged freely supported in the layer.
Durch eine Erwärmung dehnt sich der Balken 37 aus, wobei bei einer genügenden Längenausdehnung ein Abstand a überbrückt wird, so dass der Balken 34 an eine aus dem ersten Werkstoff 28 gebildete Querstrebe 38 stößt. Diese überspannt ebenfalls frei tragend eine Ausgleichsöffnung 39, so dass sich bei einer weiteren Erwärmung und Ausdehnung des Balkens 37 die Querstrebe 38 elastisch verformen kann. In Figur 10 ist zu erkennen, dass das Opfermaterial auch unterhalb des Balkens 37 und der Querstrebe 38 dafür sorgt, dass eine Verbindung zum Bauteil 11 unterbleibt. Nach erfolgter Herstellung der Schicht 29 muss das Opfermaterial entfernt werden. In Figur 9 ist zudem zu erkennen, an welchen Stellen 40 By heating, the beam 37 expands, with a sufficient length expansion, a distance a is bridged, so that the beam 34 abuts a transverse strut 38 formed from the first material 28. This also spans a compensating opening 39, so that the cross strut 38 can deform elastically upon further heating and expansion of the beam 37. It can be seen in FIG. 10 that the sacrificial material, even below the beam 37 and the transverse strut 38, ensures that there is no connection to the component 11. After the production of the layer 29, the sacrificial material must be removed. FIG. 9 also shows at which points 40
Elektroden an der Oberfläche angreifen könnten, um eine Änderung des elektrischen Widerstandes im Falle eines Kontaktes des Balkens 37 mit der Querstrebe 38 zu detektieren. Dieser lässt sich insbesondere dann messen, wenn der Balken 37 einen geringeren elektrischen Widerstand aufweist, als der erste Werkstoff 28.  Electrodes could attack on the surface to detect a change in electrical resistance in the event of contact of the beam 37 with the crossbar 38. This can be measured, in particular, when the beam 37 has a lower electrical resistance than the first material 28.
In Figur 11 ist ein Bauteil 11 dargestellt, welches als Welle ausgeführt ist und im Querschnitt dargestellt ist. Die Schicht besteht aus dem ersten Werkstoff 28, wobei axial ver¬ laufende Streifen 31 in der Schicht vorgesehen sind. Von außen betrachtet ergibt das Bauteil 11 damit ein Schichtbild, wie dieses in Figur 6 dargestellt ist. FIG. 11 shows a component 11, which is designed as a shaft and is shown in cross-section. The Layer consists of the first material 28, wherein axially ver ¬ running strips 31 are provided in the layer. Viewed from the outside, the component 11 thus yields a tomogram, as shown in FIG.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zum Beschichten eines Werkstücks (11), auf dem elektrochemisch eine Schicht (26) aus einem ersten Werkstoff hergestellt wird, 1. A method for coating a workpiece (11) on which a layer (26) of a first material is produced electrochemically,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , characterized ,
dass Zonen eines zweiten Werkstoffes mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten , welcher von demjenigen des ersten Werkstoffes abweicht, unter Anwendung eines thermischen that zones of a second material having a thermal expansion coefficient which differs from that of the first material, using a thermal
Spritzverfahrens auf das Werkstück (11) aufgebracht werden und anschließend durch das elektrochemische Beschichten in die Schicht (26) eingebettet werden. Spray method can be applied to the workpiece (11) and then embedded by the electrochemical coating in the layer (26).
2. Verfahren nach Anspruch 1, 2. The method according to claim 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , characterized ,
dass der zweite Werkstoff einen größeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, als der erste Werkstoff. that the second material has a larger thermal expansion coefficient than the first material.
3. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , 3. Method according to one of the preceding claims, characterized in that
dass als thermisches Spritzverfahren ein Kaltgasspritzen angewendet wird. that as a thermal spraying method, a cold gas spraying is applied.
4. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , 4. Method according to one of the preceding claims, characterized in that
dass die Schicht (26) in mehreren Lagen (28) hergestellt wird, indem das thermische Spritzverfahren und das elektro¬ chemische Beschichten mehrfach durchgeführt werden. that the layer (26) is produced in a plurality of layers (28) by the thermal spraying process and the electrostatic coating chemical ¬ be performed multiple times.
5. Verfahren nach Anspruch 4, 5. The method according to claim 4,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , characterized ,
dass das thermische Spritzen und das elektrochemische Be¬ schichten gleichzeitig, jedoch jeweils an unterschiedlichen Stellen des Werkstückes (11) durchgeführt wird. that the thermal spraying and the electrochemical Be ¬ layers simultaneously, but at different locations on the workpiece (11) is performed.
6. Verfahren nach Anspruch 5, 6. The method according to claim 5,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , characterized ,
dass als Elektrolyt für das elektrochemische Beschichten eine ionische Flüssigkeit verwendet wird. in that an ionic liquid is used as the electrolyte for the electrochemical coating.
7. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, 7. The method according to any one of the preceding claims,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , characterized ,
dass die Zonen als inselartige Depots (27) in einem regel- mäßigen Muster auf dem Werkstück verteilt werden. that the zones are distributed as island-like depots (27) in a regular pattern on the workpiece.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, 8. The method according to any one of claims 1 to 6,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , characterized ,
dass die Zonen als Streifen (31) auf dem Werkstück (11) ange- ordnet sind. the zones are arranged as strips (31) on the workpiece (11).
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, 9. The method according to any one of claims 1 to 6,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , characterized ,
dass die Zonen als Rechtecke (32) in einem zweidimensionalen Array auf dem Werkstück angeordnet sind. the zones are arranged as rectangles (32) in a two-dimensional array on the workpiece.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, 10. The method according to any one of claims 1 to 6,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , characterized ,
dass die Schicht (26) im Bereich zumindest einer Zone auf einem Opfermaterial (34) hergestellt wird, welches nach der Fertigstellung der Schicht (26) unter Ausbilden eines Hohlraumes entfernt wird. the layer (26) is produced in the region of at least one zone on a sacrificial material (34) which is removed after the completion of the layer (26) to form a cavity.
11. Verfahren nach Anspruch 10, 11. The method according to claim 10,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , characterized ,
dass die Zone zusammen mit dem ersten Werkstoff zu einem mehrlagigen, freitragenden Biegebalken (33) ausgebildet wird, der an seinem einen Ende mit dem restlichen Schichtverbund verbunden ist. that the zone is formed together with the first material to a multilayer, cantilevered bending beam (33) which is connected at its one end to the remaining layer composite.
12. Verfahren nach Anspruch 11, 12. The method according to claim 11,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , characterized ,
dass der Biegebalken (33) mit seinem freitragenden Ende ober- halb einer Öffnung (35) in der Oberfläche des Werkstückes (11) hergestellt wird. that the bending beam (33) is produced with its cantilevered end above an opening (35) in the surface of the workpiece (11).
13. Verfahren nach Anspruch 10, 13. The method according to claim 10,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , characterized ,
dass die Zone als freitragender Balken (37) aus dem zweiten Werkstoff hergestellt wird, that the zone is produced as a self-supporting beam (37) of the second material,
• der einen größeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten hat, als das erste Material,  Having a larger thermal expansion coefficient than the first material,
• der an seinem einen Ende mit dem restlichen Schichtverbund verbunden ist und  • which is connected at its one end to the rest of the layer composite and
• der an seinem anderen Ende mit einem definierten Abstand zum restlichen Schichtverbund hergestellt wird.  • which is produced at its other end with a defined distance to the rest of the layer composite.
14. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , 14. Method according to one of the preceding claims, characterized in that
dass das Bauteil (11) eine Drehachse (13) aufweist, und die mit Zonen versehenen Teile der Schicht in Umfangsrichtung bezüglich der Drehachse (13) gesehen mit Teilen der Schicht ohne diese Zonen einander abwechseln. in that the component (11) has an axis of rotation (13) and the zoned parts of the layer alternate in the circumferential direction with respect to the axis of rotation (13) with parts of the layer without these zones.
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