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DE2011966B2 - Process for the electrophoretic application of a firmly adhering layer of powdery, non-metallic substances on an electrically conductive base with subsequent galvanic metal deposition - Google Patents

Process for the electrophoretic application of a firmly adhering layer of powdery, non-metallic substances on an electrically conductive base with subsequent galvanic metal deposition

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Publication number
DE2011966B2
DE2011966B2 DE19702011966 DE2011966A DE2011966B2 DE 2011966 B2 DE2011966 B2 DE 2011966B2 DE 19702011966 DE19702011966 DE 19702011966 DE 2011966 A DE2011966 A DE 2011966A DE 2011966 B2 DE2011966 B2 DE 2011966B2
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DE
Germany
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layer
pores
powdery
electrically conductive
firmly adhering
Prior art date
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Application number
DE19702011966
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German (de)
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DE2011966A1 (en
DE2011966C3 (en
Inventor
Josef Dr. 4000 Duesseldorfoberkassel Heyes
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dr W Kampschulte & Cie 5650 Solingen
Original Assignee
Dr W Kampschulte & Cie 5650 Solingen
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dr W Kampschulte & Cie 5650 Solingen filed Critical Dr W Kampschulte & Cie 5650 Solingen
Priority to DE19702011966 priority Critical patent/DE2011966C3/en
Publication of DE2011966A1 publication Critical patent/DE2011966A1/en
Publication of DE2011966B2 publication Critical patent/DE2011966B2/en
Application granted granted Critical
Publication of DE2011966C3 publication Critical patent/DE2011966C3/en
Expired legal-status Critical Current

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Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25DPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D15/00Electrolytic or electrophoretic production of coatings containing embedded materials, e.g. particles, whiskers, wires

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Electroplating Methods And Accessories (AREA)

Description

3535

Es besteht in der Technik vielfach der Wunsch, elektrisch leitende, insbesondere metallische Unterlagen mit pulverförmigen Schichten aus nichtmetallischen Stoffen, insbesondere Metallverbindungen, zu belegen und sie dort fest zu verankern. Dabei handelt es sich im allgemeinen um Metallverbindungen, die sich durch hohe Härte und hohen Verschleißwiderstand auszeichnen. Es sind meist Stoffe, die in der Metallkeramik als Grundstoffe bekannt sind, wie Karbide, Nitride, Boride, Suizide und Oxide der Me-•teile Wolfram, Molybdän, Tantal, Niob, Titan, Zirkon; Karbide, Nitride und Oxide von Silizium und Bor oder auch Diamantpulver und andere, z. B. Al2O3.There is often a desire in technology to cover electrically conductive, in particular metallic, substrates with powdery layers of non-metallic substances, in particular metal compounds, and to anchor them firmly there. These are generally metal compounds that are characterized by high hardness and high wear resistance. They are mostly substances that are known as basic substances in metal ceramics, such as carbides, nitrides, borides, suicides and oxides of the metal • parts tungsten, molybdenum, tantalum, niobium, titanium, zirconium; Carbides, nitrides and oxides of silicon and boron or diamond powder and others, e.g. B. Al 2 O 3 .

Es ist ein Verfahren bekannt, bei welchem solche Stoffe auf eine elektrisch leitende, waagerecht liegende Oberfläche aufgebracht und dann in einem Kupfer- oder Nickel-Elektrolyten festhaftend mit der Unterlage galvanisch verbunden werden. Das Verfahren ist aber auf waagerechte Unterlagen beschränkt. A method is known in which such substances on an electrically conductive, horizontally lying Surface applied and then firmly adhering to the in a copper or nickel electrolyte Be galvanically connected to the base. However, the procedure is limited to horizontal documents.

Es ist auch bekannt, in einem Elektrolyten pulverförmige Metallverbindungen durch Rühren in der Schwebe zu halten und sie gleichzeitig mit dem aus einem Elektrolyten abzuscheidenden Metall auf einer leitenden Oberfläche niederzuschlagen. Dabei ist aber die Menge der Metallverbindungen gegenüber der Menge der galvanisch abgeschiedenen Stoffe verhältnismäßig gering; sie steigt bei einem relativ hohen Anteil der Metallverbindungen am Volumen des Elektrolyten selten über 5 %.It is also known to convert powdered metal compounds into an electrolyte by stirring in the To keep it levitated and at the same time with the metal to be deposited from an electrolyte on one down conductive surface. But here is the amount of metal compounds compared to the The amount of electrodeposited substances is relatively small; it increases at a relatively high The proportion of metal compounds in the volume of the electrolyte rarely exceeds 5%.

Es lassen sich zwar auf elektrophorettschem Wege Metalloxide, Karbide, Nitride und andere in Pulverform auf Metallen abscheiden, worauf die abgeschiedene Schicht getrocknet und durch einen nachfolgenden Arbeitsgang auf der Unterlage befestigt wird. Dies geht als bekannt hervor aus Veröffentlichungen der Firma VITRO, New York/USA, nämlich aus den USA.-Patentschriften 2 848 391, 2 853 256, der Zeitschrift »Plating« (Oktober 1955), S. 1255 bis 1258, und dem Artikel »Electrophoresis — a new coating tool« in »AMERICAN MACHINIST« (May 18, 1959), S. 138/139. Bei diesem Verfahren ist: man auch in der Lage, die Stoffe nach dem Beschichten durch verschiedene Maßnahmen mit dem Grundmaterial zu verbinden, nämlich durch Glühen.. Aufwalzen, oder durch galvanische Verfahren. In der zuletztgenannten Veröffentlichung ist jedoch nur noch als Befestigungsverfahren vorgesehen, daß man die mit der aufgebrachten Schicht versehenen Werkstücke mit einer Gummihülle versieht, sie alsdann in einen mit Glyzerin gefüllten Behälter einbringt, dort einem Druck von 1,55 bis 7,75 t/cm2 aussetzt, und anschließend, gegebenenfalls unter Schutzgas, einer Glühbehandlung aussetzt, um den Überzug zu sintern. Dabei diffundieren Überzug und Grundmaterial ineinander. Die in diesem Verfahren gebildeten Schichten sind häufig rissig und deshalb unbrauchbar. Außerdem bedingen das Glühen und Aufwalzen einen hohen Aufwand an Betriebsmitteln und Energie. It is true that metal oxides, carbides, nitrides and others can be deposited in powder form on metals by electrophoresis, whereupon the deposited layer is dried and attached to the substrate in a subsequent operation. This emerges as known from publications by the company VITRO, New York / USA, namely from USA patents 2,848,391, 2,853,256, the journal "Plating" (October 1955), pp. 1255 to 1258, and the article "Electrophoresis - a new coating tool" in "AMERICAN MACHINIST" (May 18, 1959), pp. 138/139. With this method: you are also able to connect the materials to the base material after coating by various measures, namely by annealing .. rolling, or by galvanic processes. In the last-mentioned publication, however, the only fastening method provided is that the workpieces provided with the applied layer are provided with a rubber cover and then placed in a container filled with glycerine at a pressure of 1.55 to 7.75 t / cm 2 exposes, and then, optionally under protective gas, exposed to an annealing treatment in order to sinter the coating. The coating and base material diffuse into one another. The layers formed in this process are often cracked and therefore unusable. In addition, annealing and rolling require a lot of resources and energy.

Die Aufgabe der Erfindung besteht demgemäß darin, ein Verfahren zu entwickeln, bei dem auf elektrisch leitenden Unterlagen beliebiger Form rißfrei und gleichmäßig mit geringem Aufwand festheftende Schichten der obengenannten Stoffe aufgetragen werden können.The object of the invention is accordingly to develop a method in which on electrically Conductive documents of any shape, free of cracks and evenly with little effort Layers of the above substances can be applied.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einem Verfahren zum Aufbringen einer festhaftenden Schicht aus pulverförmigen, nichtmetallischen Stoffen auf eine elektrisch leitende Unterlage beliebiger Form unter Anwendung der Elektrophorese, bei dem die elektrophoretisch aufgebrachte Schicht galvanisch durch Abscheiden eines Metalls oder einer Metalllegierung zuerst auf der Unterlage und alsdann in Poren der Pulverschicht befestigt wird, erfindungsgemäß so vorgegangen, daß vor Beginn des Galvanisierens die Poren der Pulversohicht von Luft oder Gas freigehalten werden mit Hilfe des in den Poren belassenen Suspensionsmittels der Elektrophorese oder bevorzugt mittels des in die Poren mit Hilfe eines Netzmittels oiler der Anwendung von Vakuum und gegebenenfalls Druck eingebrachten Elektrolyten. To solve this problem, a method for applying a firmly adhering layer of powdery, non-metallic substances on an electrically conductive surface of any shape using electrophoresis, in which the electrophoretically applied layer is galvanically by depositing a metal or a metal alloy first on the substrate and then in Pores of the powder layer is attached, proceed according to the invention so that before the start of electroplating the pores of the powder layer are kept free of air or gas with the help of the in the pores left suspension means of electrophoresis or preferably by means of the in the pores with the aid a wetting agent oiler the application of vacuum and optionally pressure introduced electrolytes.

Beläßt man das Suspensionsmittel der Elektrophorese in den Poren der Pulverschicht, so wird die Pulverschicht auf dem Wege der Diffusion langsam durch den Elektrolyten ersetzt. Im Anschluß an diesen Flüssigkeitsaustausch erfolgt sodann die galvanische Abscheidung des im Elektrolyten enthaltenen Metalls. Sie beginnt zuerst auf der elektrisch leitenden Unterlage der Pulverschicht, seien es nun Bleche, Drähte, Siebe oder seien es Platten oder Formkörper aus Metall, Kohlenstoff oder Graphit. Die Poren des Pulvers werden langsam mit dem abgeschiedenen Metall gefüllt, bis die gewünschte Dicke der galvanischen Abscheidung erreicht ist.If the suspension medium of the electrophoresis is left in the pores of the powder layer, the Powder layer slowly replaced by the electrolyte by means of diffusion. Following this Liquid exchange then takes place the galvanic deposition of that contained in the electrolyte Metal. It starts first on the electrically conductive base of the powder layer, be it sheet metal, Wires, screens or plates or molded bodies made of metal, carbon or graphite. The pores of the Powders are slowly filled with the deposited metal until the desired thickness of the electroplated Deposition is achieved.

Je nach angestrebtem Zweck der Beschichtung mit dem Pulver kann man die galvanische Abscheidung unterbrechen, wenn die Poren ganz oder zum größten Teil gefüllt sind. Man kann aber auch die Ab-Depending on the intended purpose of the coating with the powder, electrodeposition can be used interrupt when the pores are completely or largely filled. But you can also

2 Oil 9662 Oil 966

scheidung weiter fortsetzen, so daß sich eine nur aus galvanisch abgeschiedenem Metall bestehende Schicht über der Pulverschicht bildet.Divorce continue, so that a layer consisting only of electrodeposited metal forms over the powder layer.

Die zuletzt genannte A-rbeitsweise kann insbesondere dann Vorteile bringen, wenn im Anschluß an die galvanische Abscheidung noch eine Schleifoperation vorgenommen wird.The last-mentioned working method can in particular then bring advantages if a grinding operation after the electrodeposition is made.

Das Verhältnis der aufgebrachten Pulvermenge zu der in den Poren abgeschiedenen Metallmenge ist abhängig von der Korngröße und der Komstruktur des elektrophoretisch abgeschiedenen Pulvers. Es läßt sich durch die Wahl dieser Einflußgrößen variieren.The ratio of the amount of powder applied to the amount of metal deposited in the pores is dependent on the grain size and grain structure of the electrophoretically deposited powder. It leaves vary through the choice of these influencing variables.

Die erzeugten festhaftenden Schichten sind rißfrei und dicht.The firmly adhering layers produced are free of cracks and tight.

Es kann jedoch auch der Wunsch bestehen, den aufgebrachten Pulverschichten eine bestimmte Porosität zu geben. Das kann z. B. dadurch bewirkt werden, daß man die zur Beschichtung verwendbaren Pulver vor ihrem Aufbringen auf die metallische Unterlage in an sich bekannter Weise mit einer dünnen Schicht von Lack, Paraffin oder einem ähnlichen dafür geeigneten Stoff versieht. Sind die so vorbehandelten Pulverteilchen durch die Abscheidung von Metallen in den Poren der Pulverschicht genügend fest mit der Unterlage verbunden, so kann man den vorher auf den Pulverteilchen aufgebrachten Überzug aus Lack, Paraffin oder dergleichen beseitigen, z.B. durch Eintauchen des beschichteten Werkstückes in ein geeignetes Lösungsmittel. Dieser Vorgang nimmt naturgemäß eine gewisse Zeit in Anspruch, weil die Entfernung der aufgebrachten Schicht nur durch Diffusion geschehen kann. Eine Temperatursteigerung beim Auflösen der organischen Schichten kann das Inlösunggehen der Schichten beschleunigen.
Die so gebildeten Zwischenräume zwischen den
However, there may also be a desire to give the applied powder layers a certain porosity. This can be B. be effected by providing the powder that can be used for the coating before it is applied to the metallic substrate in a manner known per se with a thin layer of lacquer, paraffin or a similar substance suitable for this purpose. If the powder particles pretreated in this way are sufficiently firmly bonded to the substrate through the deposition of metals in the pores of the powder layer, the coating of lacquer, paraffin or the like previously applied to the powder particles can be removed, e.g. by immersing the coated workpiece in a suitable solvent . This process naturally takes a certain amount of time, because the applied layer can only be removed by diffusion. An increase in temperature when the organic layers are dissolved can accelerate the dissolution of the layers.
The spaces thus formed between the

ίο Pulverteilchen untereinander bzw. dem Bindemetall, lassen sich dann mit anderen Stoffen füllen, z. B. ähnlich wie das in der Pulver-Metallurgie zur Erreichung besonders niedriger Reibungswerte geschieht, mit Schmierstoffen tränken.ίο powder particles between each other or the binding metal, can then be filled with other substances, e.g. B. similar to that in powder metallurgy to achieve especially low friction values happen, soak them with lubricants.

Falls die elektrophoretisch aufgebrachte Schioht vor dem Eintauchen in den Elektrolyten von dem Suspensionsmittel ganz oder größtenteils befreit worden ist, was den Vorteil hat, daß das Suspensionsmittel das galvanische Bad nicht verunreinigt, so istIf the electrophoretically applied layer is removed from the electrolyte prior to immersion Suspending agent has been completely or largely freed, which has the advantage that the suspending agent the galvanic bath is not contaminated, so is

ao es notwendig, dem galvanischen Bad ein Netzmittel zuzugeben.ao it is necessary to add a wetting agent to the galvanic bath.

Es kann aber auch Vakuum zum Entfernen der Luft oder von in den Poren der Pulverschicht befindlichen Gasen angewendet werden, damit derBut there can also be a vacuum to remove the air or from in the pores of the powder layer Gases are applied so that the

as Elektrolyt in den freigemachten Porenräumen der Pulversoliicht bis zur elektrisch leitenden Unterlage eindringen kann.The electrolyte in the cleared pore spaces of the Powder solids up to the electrically conductive base can penetrate.

Claims (2)

2 Oil Patentansprüche:2 Oil claims: 1. Verfahren zum Aufbringen einer festhaftenden Schicht aus pulverförmigen, nichtmetallischen Stoffen auf einer elektriscii leitenden Unterlage beliebiger Form unter Anwendung der Elektrophorese, bei dem die elektrophoretisch aufgebrachte Schicht galvanisch durch Abscheiden eines Metalls oder einer Metallegierung zuerst auf der Unterlage und alsdann in Poren der Pulverschicht befestigt wird, dadurch gekennzeichnet, daß vor Beginn des Galvanisierens die Poren der Pulverschicht von Luft oder Gas freigehalten werden mit Hilfe des in den Poren belassenen Suspensionsmittel« der Elektrophorese oder bevorzugt durch den in die Poren mit Hilfe eines Netzmittels oder der Anwendung von Vakuum und gegebenenfalls Druck eingebrachten Elektrolyten. ao1. Method for applying a firmly adhering layer of powdery, non-metallic Substances on an electrically conductive surface of any shape using electrophoresis, in which the electrophoretically applied layer is electroplated by depositing a metal or a metal alloy first is attached to the substrate and then in pores of the powder layer, characterized in that that before the start of electroplating, the pores of the powder layer are kept free of air or gas with the aid of the in the pores The suspension medium left in place by electrophoresis or, preferably, by using the in the pores a wetting agent or the application of vacuum and optionally pressure introduced Electrolytes. ao 2. Verfahren nach Anspruch 1 zum Aufbringen vorbestimmt poröser Schichten, dadurch gekennzeichnet, daß die pulverförmigen Stoffe vor dem elektrophoretischen Abscheiden mit einer Deckschicht, vorzugsweise einer organischen, in einem Lösungsmittel löslichen Schicht, versehen werden, welche nach dem Galvanisieren entfernt werden, vorzugsweise durch Lösung mit einem Lösungsmittel. 2. The method according to claim 1 for applying predetermined porous layers, characterized in that that the powdery substances are coated with a top layer before electrophoretic deposition, are preferably provided with an organic, solvent-soluble layer, which are removed after electroplating, preferably by dissolving with a solvent. 3030th
DE19702011966 1970-03-13 1970-03-13 Process for the electrophoretic application of a firmly adhering layer of powder-coated, non-metallic substances on an electrically conductive base with subsequent galvanic metal deposition Expired DE2011966C3 (en)

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