DE19821781C2 - Beschichtungsverfahren und Beschichtungsgerät zur Herstellung dreidimensionaler Metallgegenstände - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Beschichtungs­ verfahren und ein Beschichtungsgerät zur Herstellung dreidi­ mensionaler Metallgegenstände.

Es gibt verschiedene Arten von Produkten, die beschichtete Me­ tallbasismaterialien wie Eisen und Aluminium verwenden. Bei­ spielsweise sind Stoßstangen für Fahrzeuge, Rückspiegel, Re­ flektoren, elektrische und elektronische Teile, Präzisionsin­ strumententeile, Flugzeugkomponenten, Motorkolben, Sammel­ schienenleiter und elektrische Drähte in solchen Produkten mit umfasst.

Im allgemeinen umfasst ein Beschichten eines Metallbasismate­ rials wie Aluminium eine Vorbehandlungsstufe und eine Be­ schichtungsstufe. Bei der Vorbehandlungsstufe wird ein Oxid­ film und Schmutz von der Oberfläche des Basismaterials ent­ fernt, um eine Haftung zwischen dem Basismaterial und der be­ schichteten Schicht zu gewährleisten. Ein Zinkatprozess wird für die Vorbehandlungsstufe verwendet. Der Zinkatprozess um­ fasst einen Entfettungsschritt, einen Ätzschritt, einen Säure­ waschschritt und einen Zinkentfernungsschritt, von denen alle auf der Oberfläche des Basismaterials durchgeführt werden.

Beim Entfettungsschritt wird die Oberfläche des Basismaterials entfettet. Beim Ätzschritt wird die Oberfläche des Aluminium­ basismaterials durch eine Ätzlösung abgetragen. Beim Säure­ waschschritt wird die Oberfläche des Aluminiums durch eine Säure wie beispielsweise Salpetersäure, Flusssäure oder Schwe­ felsäure abgetragen. Bei der Zinklegierungsverschiebung wird das Aluminiumbasismaterial einer Zinklösung ausgesetzt, die basische Bestandteile aus Natriumhydroxid und Zinkoxid hat. Folglich wird ein dünner Oxidfilm auf dem Aluminium entfernt und Zink wird abgetrennt und auf die erneut ausgesetzte labile Oberfläche des Aluminiumbasismaterials verschoben. Als ein Er­ gebnis deckt der Zinkfilm die Oberfläche des Aluminiumbasisma­ terials ab. Wenn der Zinkverschiebungsprozess wiederholt wird, nachdem der Zinkfilm entfernt worden ist, wird die Oberfläche des Basismaterials viel gleichmäßiger gemacht.

Nach der komplexen Vorbehandlungsstufe wird das Basismaterial elektrobeschichtet, was allgemein bekannt ist. Bei der Be­ schichtungsstufe wird das Basismaterial in eine vorbestimmte Beschichtungslösung eingetaucht und es wird eine Spannung zwi­ schen Elektroden angelegt. Dies erzeugt eine elektroplattierte oder galvanische Schicht auf der Oberfläche des Basismateri­ als.

Jedoch erhöht die Vorbehandlungsstufe bei dem obigen Beschich­ tungsverfahren die Kosten. Es ist auch schwierig, eine Schicht speziell auf einen begrenzten Oberflächenbereich des Basisma­ terials durch das obige Verfahren auszubilden. Wenn nur die begrenzte Oberfläche beschichtet werden soll, wird der Rest der Oberfläche mit einem Isolierband oder einer anderen Be­ schichtung abgedeckt, um nur den begrenzten Bereich bloßzule­ gen. Der Abdeckprozess reduziert des weiteren die Effizienz.

Die japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung Nr. 8-104997 schlägt eine Lösung dieses Problems vor. Gemäß dieser Veröf­ fentlichung wird ein Beschichtungsfluid durch eine Düsenöff­ nung auf die Oberfläche des Basismaterials gespritzt. Gleich­ zeitig wird eine Schicht auf einem speziellen Oberflächenbe­ reich des Basismaterials ausgebildet, indem eine Spannung zwi­ schen der Düse und dem Basismaterial angelegt wird, die durch das Beschichtungsfluid elektrisch miteinander verbunden sind.

Bei der Verwendung dieses herkömmlichen Verfahrens ist es je­ doch schwierig, eine Schicht mit einer gleichmäßigen Oberflä­ che auszubilden. Da das entfernte Ende der Düse eine zylindri­ sche Gestalt hat, wird das Beschichtungsfluid durch eine ring­ förmige Öffnung ausgespritzt. Die Strömungsgeschwindigkeit des Beschichtungsfluids, das von der Düse ausgespritzt wird, ist in dem mittleren Bereich höher und in dem Bereich, der näher am Umfang liegt, niedriger. Die daraus resultierende Schicht wird in einer Dicke erzeugt, die von der Strömungsgeschwindig­ keit des Beschichtungsfluids, das gegen die Oberfläche eines Basismaterials kollidiert, abhängt. Deshalb ist die Dicke der Schicht im mittleren Bereich dicker und im Bereich nahe des Umfangs dünner.

Dreidimensionale Gegenstände wie Formen und Stempel werden durch Schneiden oder Elektronenentladung in eine gewünschte Gestalt gebracht. In der letzten Stufe werden die erzeugten Produkte manuell geschliffen. Ornamente wie Bronzestatuen wer­ den durch Druckgießen ausgebildet und die erzeugten Produkte werden auch geschliffen.

Jedoch sind diese Herstellungsverfahren kompliziert und inef­ fizient. Das Elektronenentladeverfahren erfordert eine große und teure Ausrüstung. Mit diesen Verfahren werden durch Ab­ schneiden des Basismaterials Endprodukte erhalten und das weg­ geschnittene Basismaterial ist Abfall.

Wenn Formen Aussparflächen haben, oder die ausgebildeten Pro­ dukte hohle Gestalten haben, wird ein Spritzguss schwierig. In diesem Fall sind viele Teilformen und Gleitkerne notwendig. Dies macht die Formen kompliziert und erhöht die Herstellungs­ kosten.

Aus der DE 44 42 961 A1 ist ein Beschichtungsverfahren be­ kannt, mittels dem ebenfalls dreidimensionale Bauteile herge­ stellt werden sollen. Gemäß diesem Verfahren wird ein Bauteil durch schichtweisen Metallauftrag hergestellt, bei dem ein elektrochemischer Abscheidungsprozess eingesetzt wird. Dabei wird eine Spannung zwischen der Düse und dem Basismaterial an­ gelegt, um die Beschichtung auf der Oberfläche des Basismate­ rials zu erzeugen. Durch Vorsehen einer Abschirmung ist es möglich, Material an einer bestimmten Stelle genau aufzubrin­ gen, wie bspw. aus Fig. 2 dieses Dokuments zu ersehen. D. h. ein genaues Platzieren des gewünschten Auftrags wird im We­ sentlichen durch die Abschirmung ermöglicht.

Aus der US 3 810 829 ist ein Beschichtungssystem bekannt, bei dem eine metallische Beschichtung über eine Düse auf ein Substrat aufgebracht wird. Die Düse ist dabei über dem zu be­ schichtenden Substrat angeordnet. Weiterhin ist eine Span­ nungsquelle zum Anlegen einer Spannung zwischen dem Substrat und der Düse sowie Mittel zur Erzeugung einer gewünschten Strömungsgeschwindigkeit vorgesehen.

Aus der US 4 367 123 ist ein Verfahren zur selektiven elektro­ lytischen Metallabscheidung auf einem Substrat beschrieben, bei dem das Substrat als Kathode geschaltet wird. Der Elektro­ lyt strömt durch eine rohrförmige Düse, die als Anode geschal­ tet ist oder in der eine Anode angeordnet ist, zu dem zu be­ schichtenden Substrat. Die selektive Metallabscheidung wird über die Düsenöffnung den Abstand zwischen Düse und Substrat sowie über den hydrostatischen Druck zum Aufbringen des Elek­ trolyten gesteuert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Herstellungsver­ fahren sowie eine dazu gehörende Vorrichtung zu schaffen, mit der es möglich ist, einen dreidimensionalen Gegenstand durch ein Beschichtungsverfahren unkompliziert und effizient zu er­ zeugen.

Diese Aufgabe wird mit dem Herstellungsverfahren gemäß An­ spruch 1 und der dazu gehörenden Vorrichtung gemäß Anspruch 5 gelöst. Indem das aufzubringende Material durch eine Düse, die ringförmig ausgebildet ist, auf das Basismaterial aufgebracht wird, kann die Strömungsgeschwindigkeit des Beschichtungsmate­ rials quer über den Strahl vergleichmäßigt werden, was zu ei­ ner akkuraten Aufbringung des Beschichtungsfluids an der ge­ wünschten Stelle führt. Die Ringform wird bei der beanspruch­ ten Vorrichtung durch einen Stab erzeugt, der im Wesentlichen in der Mitte des Zuflussrohres angeordnet ist, so dass eine ringförmige Düse erhalten wird.

Vorteilhafte Weiterbildungen werden durch die Unteransprüche beschrieben.

Die Erfindung folgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele weiter beschrieben:

Fig. 1 ist eine Teilansicht im Schnitt, die ein Basismaterial und eine Spritzdüse eines Beschichtungsgeräts in einem ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel zeigt;

Fig. 2 ist eine Teilansicht im Schnitt, die ein Basismaterial, eine beschichtete Oberflächenschicht und eine Spritzdüse zeigt;

Fig. 3 ist ein schematisches Systemschaubild des Beschich­ tungsgeräts.

Fig. 4 ist ein Diagramm, das die Verteilungen der Stromdichte relativ zu den Abständen von dem Mittelpunkt der Beschich­ tungsfläche zeigt.

Fig. 5 ist ein Diagramm, das eine Verteilung einer begrenzen­ den Stromdichte relativ zu den Abständen von dem Mittelpunkt der Beschichtungsfläche zeigt.

Fig. 6 ist eine Teilansicht im Schnitt, die ein Basismaterial, eine beschichtete Oberflächenschicht und eine Spritzdüse in einem zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel zeigt.

Fig. 7 ist eine Teilansicht im Schnitt eines Basismaterials, einer beschichteten Oberflächenschicht und einer Spritzdüse, die ein Verfahren zur Herstellung von dreidimensionalen Gegen­ ständen zeigt.

Fig. 8 ist eine perspektivische Ansicht einer hergestellten Form.

Fig. 9 ist eine Schnittansicht einer anderen Schicht auf einem Basismaterial.

Fig. 10 ist eine Schnittansicht einer weiteren Schicht auf ei­ nem Basismaterial.

Fig. 11(a) ist eine schematische Schnittansicht, die ein Sy­ stem zum Messen der elektrischen Stromdichte zeigt.

Fig. 11(b) ist eine Draufsicht, die das Basismaterial aus Fig. 11(a) zeigt.

Fig. 11(c) ist eine Teilansicht eines vergrößerten Schnitts, das die Elektroden aus Fig. 11(a) zeigt.

In den Zeichnungen werden gleiche Bezugszeichen verwendet, um gleiche Elemente durchgehend zu bezeichnen.

Erstes Ausführungsbeispiel

Es wird nun ein Beschichtungsverfahren und ein Gerät gemäß ei­ nem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung un­ ter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 5 beschrieben. Wie in Fig. 2 gezeigt ist, wird das Beschichtungsverfahren zur Ausbildung einer Schicht 2, die vorzugsweise aus Nickel hergestellt ist, verwendet, indem ein Beschichtungsfluid auf einem Metallbasis­ material 1, vorzugsweise aus Aluminium (einfach als Basismate­ rial im folgenden bezeichnet) gespritzt wird. Wie in Fig. 3 gezeigt ist, enthält das Beschichtungsgerät einen Tank 13, der ein Beschichtungsfluid enthält und eine Spritzdüse 15 zum Spritzen des Beschichtungsfluids auf das Basismaterial 1.

Der Tank 13 beherbergt einen Rührer 11 zum Rühren des Be­ schichtungsfluids und eine Heizung 12 zum Erwärmen des Be­ schichtungsfluids. Eine Plattform 14 ist oberhalb des Tanks 13 vorgesehen, um das Basismaterial 1 zu positionieren. Die Spritzdüse 15 ist oberhalb der Plattform 14 vorgesehen. Eine Stromquelle 16 hat eine Anode, die mit der Spritzdüse 15 ver­ bunden ist und eine Kathode, die mit der Plattform 14 verbun­ den ist.

Ein Durchlass 17 verbindet den Tank 13 und die Spritzdüse 15 durch die Pumpe 18. die Pumpe 18 leitet das Beschichtungs­ fluid, das erwärmt und gleichmäßig verrührt wurde, durch den Durchlass 17 zur Spritzdüse 15. Die Spritzdüse 15 spritzt das Beschichtungsfluid in einem Strom aus, der zur Oberfläche des Basismaterials 1 gerichtet ist. Eine Box 19 umgibt die Platt­ form 14 und die Spritzdüse 15, um zu verhindern, dass das Be­ schichtungsfluid Verstreut wird.

Ein Hauptventil 21 ist in dem Durchlass 17 zwischen der Pumpe 18 und der Düse 15 vorgesehen. Die Menge an Beschichtungs­ fluid, die geliefert wird, wird durch Steuern der Öffnung des Ventils 21 eingestellt. Ein Bypass 22 verbindet die stromauf­ wärtigen und die stromabwärtigen Seiten der Pumpe 18. In dem Bypass 22 ist ein Hilfsventil 23 vorgesehen. Die Menge an Be­ schichtungsfluid, das von der stromabwärtigen Seite der Pumpe 18 zurückkehrt, wird durch die Steuerung der Öffnung des Ven­ tils 23 eingestellt und dies stellt auch die Menge des Be­ schichtungsfluids ein, die von der Düse 15 geliefert wird.

Wie in Fig. 1 gezeigt ist, hat das entfernte Ende der Spritz­ düse 15 ein Rohr oder eine zylindrische Wand 31 und einen mit­ tig angeordneten Stab 32. Dementsprechend hat die Düse 15 eine ringförmige Öffnung. Das Beschichtungsfluid wird nicht von dem mittigen Bereich der Düse 15 geliefert, das heißt von der Stelle des Stabs 32. Der innere Durchmesser des Zylinders 31 beträgt 4,5 mm und der Durchmesser des Stabs 32 beträgt 5,0 mm (dies sind lediglich beispielhafte Werte). Das verwendete Be­ schichtungsfluid ist vorzugsweise aus Nickelsulfamat "Ni(NH₂SO₄) 4H₂O" (430 kg/m³), Nickelchlorid "NICl₂ 6H₂O" (15 kg/m³), Borsäure (H₂BO₃) (45 kg/m³), Saccharin "C₇H₅NO₃S" (5 kg/m³). Es kann ein Nickelbeschichtungsfluid, ein Kupferbe­ schichtungsfluid, ein Zinkbeschichtungsfluid, ein Zinnbe­ schichtungsfluid oder eine Kombination dieser Fluide oder ein Beschichtungsfluid, das irgendwelche Metallionen enthält, als Beschichtungsfluid verwendet werden.

Ein Beschichtungsverfahren zur Ausbildung einer Schicht 2 mit dem obigen Gerät wird nun erläutert. Ein Basismaterial 1, das wie bei der Beschreibung des Standes der Technik vorbehandelt wurde, wird auf die Plattform 14 platziert. Der Abstand zwi­ schen dem Basismaterial 1 und dem entfernten Ende der Düse 15 wird festgesetzt auf beispielsweise 5 mm. Anschließend wird die Stromquelle 16 eingeschaltet, um die Pumpe 18 zu betrei­ ben. Die Öffnungen des Hilfsventils 23 und des Hauptventils 21 werden dementsprechend eingestellt.

Das Beschichtungsfluid wird durch den Durchlass 17 geleitet und von der Düse 15 auf die Oberfläche des Basismaterials ab­ gelegt. Der Strom des Beschichtungsfluids hat eine relativ ho­ he Strömungsgeschwindigkeit. Die Strömungsgeschwindigkeit be­ trägt vorzugsweise 1,0 m/s oder mehr, noch vorzugsweise 4,0 m/s oder mehr und es ist noch viel vorteilhafter, wenn sie 10 m/s oder mehr beträgt und darüber hinaus ist es noch vorteil­ hafter, wenn sie 12 m/s oder mehr beträgt. Jedoch ist dies ei­ ne obere Grenze der Strömungsgeschwindigkeit. Bei einer be­ stimmten Strömungsgeschwindigkeit wird das Basismaterial de­ formiert.

Das von der Spritzdüse 15 ausgespritzte Beschichtungsfluid verbindet die Düse 15 und das Basismaterial 1 elektrisch. Die Spritzdüse dient als Anode und das Basismaterial 1 dient als Kathode. Die Metallionenbestandteile (Nickel) in dem Beschich­ tungsfluid werden als eine Metallmatrix auf der Oberfläche des Basismaterials 1 durch die angelegte Spannung getrennt und dies bildet eine Schicht 2 aus (in Fig. 2 gezeigt).

Dementsprechend wird im Gegensatz zum herkömmlichen Beschich­ tungsverfahren des Eintauchens eines Basismaterials eine star­ ke Schicht 2 auf dem Basismaterial 1 mittels eines einfachen Prozesses des Ablegens eines Stroms aus metallbeschichtenden Fluid auf das Basismaterial 1 mit einer vorbestimmten Strö­ mungsgeschwindigkeit ausgebildet. Dies vereinfacht die Ausrü­ stung und senkt die Kosten.

Da bei diesem Ausführungsbeispiel keine Notwendigkeit zum Ab­ decken besteht, wird die Schicht leicht auf dem spezifischen Oberflächenbereich des Basismaterials 1 ausgebildet. Mit ande­ ren Worten, durch Einstellen des Position von entweder dem Ba­ sismaterial 1 oder der Spritzdüse 15 wird die Schicht 2 auf jeglicher gewünschten Oberflächenstelle des Basismaterials 1 ausgebildet. Dies verbessert die Effizienz drastisch.

In diesem Ausführungsbeispiel ist die Strömungsgeschwindigkeit des Beschichtungsfluidstroms zwischen dem Mittelpunkt und dem Umfang der Beschichtungsfläche im wesentlichen gleich, weil das Beschichtungsfluid nicht aus dem Stab 32 herausströmt. Wenn eine herkömmliche, stablose Düse verwendet wird, ist die Strömungsgeschwindigkeit in der Mitte am höchsten. Jedoch nimmt die Strömungsgeschwindigkeit in dem mittleren Bereich der Düse in diesem Ausführungsbeispiel ab. Deshalb ist die Strömungsgeschwindigkeit des Stroms, wenn er auf die Oberflä­ che eines Basismaterials 1 auftrifft, quer über den gesamten Strom nahezu gleichförmig. Deshalb ist die Dicke der Schicht 2 ferner im wesentlichen gleichmäßig.

Bestätigungsexperiment

Die Erfinder haben die folgenden zwei Experimente durchge­ führt, um eine Gleichmäßigkeit einer Schicht zu bestätigen.

Erstes Experiment: Die Verteilung der Stromdichte i wurde ge­ messen, wenn ein Platinbasismaterial (Kathode) beschichtet wurde. Anschließend wurde ein Vergleich zwischen einem Be­ schichtungsgerät mit der verbesserten Spritzdüse 15 und einem Beschichtungsgerät mit einer herkömmlichen Düse (ohne einen Stab in ihrer Mitte) durchgeführt.

Ein Verfahren zum Messen der Stromdichte wird im nachfolgenden unter Bezug auf die Fig. 11(a) bis 11(c) erläutert. Wie in Fig. 11(a) gezeigt ist, ist die Bodenoberfläche und die Um­ fangsoberfläche des Basismaterials 1 durch einen Überzug 53, der aus Epoxidharz hergestellt ist, überzogen. Elektroden E1 bis E10 sind in diesem Basismaterial 1 eingebettet. Die Elek­ troden E1 bis E10 sind aus Kupferdrähten mit einem Durchmesser von ungefähr 0,8 mm hergestellt. Die Elektroden E1 bis E10 sind jeweils mit einem Strommesser 52 verbunden. Um das Basis­ material 1 und die Elektroden E1 bis E10 voneinander zu iso­ lieren, sind die Elektroden E1 bis E10 mit einer Isolierung 54, die aus Epoxidharz hergestellt ist, überzogen (wie in Fig. 11(c) gezeigt ist).

Die Elektrode E1 befindet sich in der Mitte des kreisförmigen Basismaterials 1 unter dem Stab 32. Die übrigen Elektroden E2 bis E10 sind in bestimmten radialen Positionen angeordnet, die durch gleiche Intervalle voneinander beabstandet sind. Bei­ spielsweise, wenn E2 ein Abstand "d" vom Mittelpunkt ist, dann ist E3 ein Abstand von 2d vom Mittelpunkt und E4 ist ein Ab­ stand von 3d vom Mittelpunkt usw.. Tatsächlich sind die Elek­ troden E1 bis E10 auf radialen Linien in unterschiedlichen Winkelpositionen angeordnet, wie in Fig. 11(a) gezeigt ist. In Fig. 11(a) sind die Elektroden E1 bis E10 jedoch dargestellt, als ob sie auf derselben radialen Linie liegen, um den Abstand vom Mittelpunkt zu jeder Elektrode E1 bis E10 zu zeigen.

Ein ringförmiger Draht 51 ist in der Düse 15 als eine Anode vorgesehen. Der positive Anschluss einer Elektrode 16 ist mit dem Draht 51 verbunden und der negative Anschluss ist mit dem Strommesser 52 verbunden.

Beim Beschichtungsprozess werden die elektrischen Ströme, die durch die Elektroden E1 bis E10 strömen, durch den Strommesser 52 zu einer Zeit gemessen. Das Basismaterial 1 und die Elek­ troden E1 bis E10 werden durch die Ausbildung einer Schicht auf dem Basismaterial 1 elektrisch miteinander verbunden. Dem gemäß werden elektrische Stromwerte in den Elektroden E1 bis E10 gemessen, während die Isolierung zwischen dem Basismateri­ al 1 und den Elektroden E1 bis E10 aufrechterhalten wird. Stromdichten i werden durch Teilen der Stromwerte durch die Oberflächenbereiche der Elektroden E1 bis E10 jeweils berech­ net.

Wie in Fig. 4 gezeigt ist, sind Stromdichten i in dem mittigen Bereich der Düse höher, wenn eine herkömmliche Düse verwendet wird. Im Vergleich dazu sind die Stromdichten i bei der ver­ besserten Düse 15 annähernd gleich. Dies zeigt, dass die Strö­ mungsgeschwindigkeit in dem mittleren Bereich des Stromes in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel niedriger als diejenige in einer herkömmlichen Düse ist. Als ein Ergebnis wird die Strömungsgeschwindigkeit des Beschichtungsfluids gleichmäßiger gemacht.

Zweites Experiment: Es wird die Bewegung von Elektroden beim Elektrobeschichten bzw. Galvanisieren durch die Bewegung von Metallionen in einer Elektrolytlösung bestimmt. In diesem Ex­ periment wurde die Materialbewegungsgeschwindigkeit K_L unter­ sucht. Die Materialbewegungsgeschwindigkeit K_L wird durch die folgende Gleichung (1) ausgedrückt. Eine Verteilung der Ma­ terialbewegungsgeschwindigkeit K_L wird von den gemessenen Wer­ ten der Grenzstromdichte i_L berechnet. Die Materialbewegungsgeschwindigkeit K_L ist ferner proportional zur Strömungsgeschwin­ digkeit des Beschichtungsfluids.

K_L = i_L/zFC₀ (1)

In der Gleichung ist z die Valenz, F ist die Faraday-Konstante und C₀ ist die Ionendichte in der Elektrolytlösung. Je höher die Grenzstromdichte i_L ist, desto höher ist die Materialbewe­ gungsgeschwindigkeit K_L und desto höher ist die Anzahl an Io­ nen, die an die Kathode geliefert werden. Eine Verteilung der Grenzstromdichte i_L wurde gemessen, um eine Verteilung der Ma­ terialbewegungsgeschwindigkeit K_L zu messen. Fig. 5 zeigt eine Verteilung der Grenzstromdichte i_L, die für die zwei gleichen Arten von Düsen in dem ersten Experiment gemessen wurde (die herkömmliche und die verbesserte des vorliegenden Ausführungs­ beispiels).

Wie in Fig. 5 gezeigt ist, ist die Grenzstromdichte i_L nahe an der Mitte der herkömmlichen Düse höher, aber die Verteilung der Grenzstromdichte i_L ist annähernd gleichförmig quer über den Beschichtungsbereich unter der Spritzdüse 15 des vorlie­ genden Ausführungsbeispiels. Dies zeigt, dass die Ionenbewe­ gungsgeschwindigkeit annähernd gleichmäßig quer über der Be­ schichtungsfläche ist oder über einem Bereich, der ein Vor­ sprung der Spritzdüse 15 ist. Als ein Ergebnis wird eine nahe­ zu gleichmäßig Schicht 2 gebildet.

Zweites Ausführungsbeispiel

Ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf Fig. 6 beschrieben. Wie in Fig. 6 gezeigt ist, umfasst das entfernte Ende einer Spritzdüse 41 in dem zweiten Ausführungsbeispiel ein äußeres Rohr oder eine zylindrische Wand 42, ein inneres Rohr oder eine Wand 43 und einen Stab 44. Die Düse 41 liefert Beschichtungsfluid zwischen der inneren Wand 43 und dem Stab 44. Zwischen der äußeren Wand 42 und der inneren Wand 43 ist ein Rohr oder ein Luftdurchlass 45 ausgebildet. Das Beschichtungsgerät des zweiten Ausfüh­ rungsbeispiels hat eine Luftpumpe (nicht gezeigt), um Luft auszugeben. Die Luft von der Pumpe wird durch den Luftdurch­ lass 45 ausgeblasen. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird der innere Durchmesser des inneren Rohrs 43 beispielswei­ se auf 14,5 mm festgesetzt, der Durchmesser des Stabes 44 auf 5,0 mm und der innere Durchmesser des äußeren Rohrs 42 auf 17,5 mm.

Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel nimmt die Strömung des Beschichtungsfluids von dem inneren Rohr 43 der Spritzdüse 41 durch den Luftstrom von dem Luftdurchlass 45 zu. Aus diesem Grund wird der Unterschied der Strömungsgeschwindigkeit des Beschichtungsfluids zwischen dem mittleren Bereich und dem Um­ fangsbereich der geschichteten Oberfläche des Basismaterials 1 minimiert und die Strömungsgeschwindigkeit wird gleichmäßiger. Dies macht die Dicke einer Schicht 2 gleichmäßiger. Die opti­ male Strömungsgeschwindigkeit der Luft wird in Abhängigkeit von der Strömungsgeschwindigkeit des Beschichtungsfluids be­ stimmt. Wenn die Strömungsgeschwindigkeit des Beschichtungs­ fluids zum Beispiel 1 m/s beträgt, beträgt die Strömungsge­ schwindigkeit der Luft optimal 60 m/s. Da die Strömungsge­ schwindigkeit des Beschichtungsfluids vorzugsweise 1 m/s oder höher ist, beträgt die Strömungsgeschwindigkeit von Luft auch vorzugsweise 60 m/s oder mehr.

Die ausgegebene Luft trifft auf das Basismaterial 1 und iso­ liert die Oberfläche der Schicht 2 von der unbeschichteten Oberfläche. Als ein Ergebnis wird die Schicht 2 auf der Fläche direkt unter dem inneren Rohr 43 der Spritzdüse 41 ausgebildet und die Grenze zwischen der geschichteten Oberfläche und der nichtbeschichteten Oberfläche wird klarer. Dies macht die äu­ ßere Kante der Schicht gut sichtbar.

Nun wird ein Verfahren zur Herstellung von dreidimensionalen Gegenständen beschrieben. Wie in den Fig. 7 und 8 gezeigt ist, umfasst ein dreidimensionaler Gegenstand oder eine Form 3 ein Nickelbasismaterial 1 und eine Schicht 4, die aus Nickel her­ gestellt ist und auf dem Basismaterial 1 ausgebildet ist. Die Schicht 4 bildet einen zylindrischen Vorsprung, der von dem Basismaterial 1 nach oben vorsteht.

Das Beschichtungsfluid wird mit einer gleichmäßigen Strömungs­ geschwindigkeit auf dem Basismaterial gleichmäßig abgelegt, um eine zylindrische Schicht 4 auszubilden. Die Schicht 4 wird allmählich an der Stelle ausgebildet, wo das Beschichtungs­ fluid aufgespritzt wird. Die Spritzdüse 41 wird bewegt, wäh­ rend die Schicht 4 wie beschrieben ausgebildet wird. Das heißt, die Spritzdüse 41 wird bewegt, als ob sie einen Kreis ziehen würde, um die gewünschte Gestalt zu erhalten. Die Schicht 4 häuft sich allmählich entlang des Pfads der Düse 41 auf. Während sich die Schicht aufhäuft, bewegt sich die Düse 41, um einen bestimmten Abstand zwischen der Schicht 4 und dem entfernten Ende der Düse 41 zu halten. Auf diese Art und Weise wird eine zylindrische Schicht 4 mit einer bestimmten Höhe ausgebildet und schließlich wird eine Form 3 erhalten. Somit können dreidimensionalen Gegenstände von verschiedenen Gestal­ ten durch Beschichten mit einer gesteuerten Bewegung der Düse 41 erhalten werden.

Schneiden wird unnötig, da die Schicht 4 auf dem Basismaterial 1 aufgehäuft ist. Dementsprechend gibt es keinen Metallabfall von dem Schneidprozess. Da das Beschichtungsfluid, das von der Spritzdüse 41 ausgespritzt wird, ferner recycelt wird, wird das Material für die Form 3 effizient genutzt.

Da die Dicke der Schicht 4 im Mikrobereich gesteuert wird, durch Steuerung der Beschichtungszeit, kann in manchen Fällen ein Schleifen weggelassen werden. Als ein Ergebnis wird eine Effizienz beim Herstellen von Formen merklich verbessert.

Eine großdimensionierte Ausrüstung ist unnötig, da die erfor­ derlichen Formen von Schichten 4 einfach durch Bewegen der Düse 41 während dem Beschichtungsprozess erhalten werden. Die Herstellungskosten werden ferner gesenkt.

Es können viele Formen an Schichten durch Bewegen der Spritz­ düse 41 ausgebildet werden. Es kann beispielsweise, wie in Fig. 9 gezeigt ist, eine Schicht 5 erzeugt werden, die wie ei­ ne kegelstumpfförmige konische Plattform geformt ist. Um hin­ terschnittene Formen herzustellen, kann eine Schicht 6 auch ausgebildet werden, wie in Fig. 10 gezeigt ist. Obwohl es nicht in den Zeichnungen gezeigt ist, können ferner hohle dreidimensionale Gegenstände, die mit den herkömmlichen Tech­ nologien kaum herzustellen waren, durch Anhäufen einer Schicht zum Verschließen der Öffnung hergestellt werden.

Neben Formen, kann das Verfahren der vorliegenden Erfindung zur Herstellung von Mustern von Formteilen, Bronzeornamenten und Druckplatten, die aus Metall hergestellt sind, verwendet werden.

Um die Spritzdüse 41 und das Basismaterial 1 relativ zueinan­ der zu bewegen, kann die Düse 41 fixiert sein und das Basisma­ terial 1 kann bewegt werden. Die Spritzdüse kann in Abhängig­ keit von den Anforderungen geneigt werden.

Es sollte dem Fachmann klar sein, dass die vorliegende Erfin­ dung in vielen anderen spezifischen Gestalten verkörpert wer­ den kann, ohne den Erfindungsgedanken oder Schutzbereich der Erfindung zu verlassen. Insbesondere soll klargestellt werden, dass die Erfindung in folgenden Gestalten verkörpert werden kann.

• 1. Unlösliche Partikel können in das Beschichtungsfluid ein­ gemischt werden. Wenn das Beschichtungsfluid auf das Basisma­ terial 1 gespritzt wird, wirkt die Kollisionskraft der unlös­ lichen Partikel auf die Oberfläche des Basismaterials 1. Die Kollision der unlöslichen Partikel kratzt die Oxidfilme weg, die sich während eines Beschichtungsprozesses gebildet haben könnten. Dem gemäß kann die Vorbehandlungsstufe, die die Oxid­ filme entfernt, weggelassen werden.

Wenn die unlöslichen Partikel in das Beschichtungsfluid einge­ mischt werden, werden zusätzliche Ablagerungen der unlöslichen Partikel in der Schicht 2 durch ein relatives Absenken der Strömungsgeschwindigkeit ausgebildet. Diese zusätzlichen Abla­ gerungen der unlöslichen Partikel verbessern die Härte der Schicht 2.

Oxide, wie Aluminiumoxid, Zirkonerde, Silika, Titanium (IV)- Oxid, Cerdioxid, komplexe Oxide, die aus zwei oder mehr dieser Oxide ausgebildet sind, Karbide wie Siliziumkarbid oder Titan­ karbid, Nitride wie Siliziumnitride oder Bornitrid und organi­ sche Polymerpulver wie Fluorharzpulver, Polyamidpulver, Polye­ thylenpulver sind als unlösliche Partikel geeignet. Jede Art von unlöslichen Partikeln kann verwendet werden, solange diese in dem Beschichtungsfluid unlöslich und flugfähig sind und ei­ ne erforderliche Härte haben. Die unlöslichen Partikeldurch­ messer liegen vorzugsweise im Bereich von 0,1 µm bis 1000 µm. Die Dichte (Streumenge) an unlöslichen Partikeln, die in dem Beschichtungsfluid verteilt sind, kann bedarfsgerecht gewählt werden, aber sie liegt vorzugsweise im Bereich von 1 g/L bis 1000 g/L und noch vorzugsweiser im Bereich von 10 bis 500 g/L.

• 1. Der Querschnitt (axial betrachtet) der Düsen 15, 41 in je­ dem Ausführungsbeispiel kann nicht kreisförmig sein.
• 2. Andere Metalle als Nickel können verwendet werden, um die Schicht 2 in jedem Ausführungsbeispiel zu bilden.
• 3. Das Basismaterial 1 kann irgendein leitfähiges Metall sein.
• 4. In dem zweiten Ausführungsbeispiel ist der Luftdurchlass zwischen dem äußeren Zylinder 42 und dem inneren Zylinder 43 ringförmig, um einen Luftstrom zu liefern, aber er kann auch anders gestaltet sein. Die Geschwindigkeit des Beschichtungs­ fluids, das von dem Umfang der Düse 41 ausgespritzt wird, wird durch die Luft erhöht. Dementsprechend wird die Strömungsge­ schwindigkeit des Beschichtungsfluids gleichmäßiger im Ver­ gleich zu jener der herkömmlichen Düsen, sogar dann, wenn der Stab 44 weggelassen wird. Andere Gase wie beispielsweise Stickstoff und Argon können auch anstelle von Luft verwendet werden.
• 5. In jedem Ausführungsbeispiel wird zur Vereinfachung der Beschreibung nur eine Spritzdüse 15 oder 41 verwendet, aber es können mehr als eine Düse in jedem Ausführungsbeispiel verwen­ det werden.

Claims (7)

1. Beschichtungsverfahren, das die folgenden Schritte aufweist:
Vorsehen eines leitfähigen Basismaterials (1);
Auftragen eines Strahls eines Beschichtungsfluids aus einer über dem Basismaterial (1) positionierten Düse (15; 41) unter
Anlegen einer Spannung zwischen der Düse (15; 41) und dem Basismaterial (1), um eine Schicht (2) eines Überzugs auf der Oberfläche des Basismaterials (1) zu erzeugen,
wobei die Strömungsgeschwindigkeit des Beschichtungsfluids quer über den Strahl vergleichmäßigt wird, indem die Lieferung des Beschichtungsfluids ringförmig am Umfang der Düse (15; 41) erfolgt, während die Mitte der Düse (15; 41) blockiert wird.

2. Beschichtungsverfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeit des Stroms am Umfang erhöht wird.

3. Beschichtungsverfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeit dadurch erhöht wird, dass über einen Kanal (45), der die Düse (41) umgibt, Gas zugeführt wird.

4. Beschichtungsverfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zu dem Strom unlösliche Partikel hinzugefügt werden.

5. Gerät zur Erzeugung einer Beschichtung auf einem leitfähigen Basismaterial (1) mit einer Düse (15; 41), die über dem Basismaterial (1) angeordnet ist zum Auftragen eines Stroms eines Beschichtungsfluids auf das Basismaterial (1), und einer Spannungsquelle zum Anlegen einer Spannung zwischen dem Basismaterial (1) und der Düse (15; 41), dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (15; 41) ein Rohr (31; 43) und einen in der Mitte des Rohres angeordneten Stab (32; 44) umfasst, wobei zwischen Rohr und Stab eine ringförmige Öffnung ausgebildet ist.

6. Beschichtungsgerät gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (41) zusätzlich ein Rohr (42) aufweist, welches das Rohr (43) umgibt, wobei zwischen äußerem (42) und innerem Rohr (43) ein Kanal (45) für einen Luftdurchlass ausgebildet ist.

7. Beschichtungsgerät gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das äußere Rohr (42) und das innere Rohr (43) zylindrisch sind.