WO2011036004A1

WO2011036004A1 - Method for electrochemically coating and incorporating particles in the layer

Info

Publication number: WO2011036004A1
Application number: PCT/EP2010/062237
Authority: WO
Inventors: Jens Dahl Jensen; Oliver Stier; Gabriele Winkler; Stefan Lechner; Marinko Lekic-Ninic; Peter Wieser
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 2009-09-25
Filing date: 2010-08-23
Publication date: 2011-03-31
Anticipated expiration: 2012-03-25
Also published as: DE102009043594A1; DE102009043594B4

Abstract

The invention relates to a method for coating a work piece (11), preferably the work roll of a mill, wherein the coating is carried out electrochemically, by means of brush plating, for example, by a carrier (15). According to the invention, particles are incorporated in the coating layer such that the particles to be incorporated in the layer are applied to the surface (18) of the workpiece (11) using a thermal spray method, for example with a cold spray nozzle (20). The concentration of particles in the layer can thus advantageously be precisely adjusted. After application of the particles, an electrochemical coating is applied again, so that the particles are incorporated in the layer matrix.

Description

Beschreibung description

Verfahren zum elektrochemischen Beschichten und Einbau von Partikeln in die Schicht Process for the electrochemical coating and incorporation of particles into the layer

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten eines Werkstücks, auf dem elektrochemisch eine Schicht hergestellt wird, in die Partikel eines Feststoffes eingebaut werden. Ein Verfahren der eingangs genannten Art ist beispielsweise gemäß der DE 602 25 352 T2 beschrieben. Es ist gemäß diesem Verfahren möglich, die Oberfläche elektrochemisch beispielsweise mittels Brush Plating zu beschichten. Hierbei wird ein Fließ, offenporiger Schwamm oder eine Bürste als Überträger verwendet, um ein Elektrolyt auf die zu beschichtende Ober^¬ fläche 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 abgeschie- den. Dabei können gleichzeitig in dem Elektrolyt Partikel zum Einsatz kommen, die mittels des Überträgers ebenfalls auf die zu beschichtende Oberfläche aufgebracht und mit dem metalli^¬ schen Material zusammen abgeschieden werden können, indem diese in die sich ausbildende metallische Matrix eingebaut werden. Zu diesem Zweck müssen die abzuscheidenden Partikel in dem verwendeten Elektrolyt dispergiert werden, wobei hierbei beachtet werden muss, dass eine Grenzkonzentration an dispergierten Partikeln im Elektrolyt nicht überschritten wird. Sonst fallen die Partikel aus dem Elektrolyt wieder aus und bilden einen Schlamm, der den elektrochemischen Abschei- deprozess stört. Wegen der Grenzkonzentration an dispergier- baren Partikeln im Elektolyt ist auch die Konzentration der in der Schichtmatrix abscheidbaren Partikel begrenzt. Gemäß der WO 2006/061081 A2 ist es außerdem bekannt, dass ei^¬ ne elektrochemische Abscheidung von Metall auch mit ionischen Flüssigkeiten vorgenommen werden kann, die einem wässerigen Elektrolyten ersetzen. Der Einsatz ionischer Flüssigkeiten, also Salzschmelzen, die im Bereich von unter 100°C, vorzugsweise sogar bei Raumtemperatur flüssig vorliegen, hat den Vorteil, dass sich bei deren Verwendung größere Prozessfens^¬ ter 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 beschrieben. The invention relates to a method for coating a workpiece, on which electrochemically a layer is produced in which particles of a solid are incorporated. 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 electrochemically, for example by means of brush plating. Here, a flow, open-cell sponge or a brush as an intermediary is used to transmit an electrolyte to be coated ^¬ upper surface. There, by applying a voltage between the substrate and an electrode arranged in the region of the transmitter for the electrolyte, a metallic material is deposited on the surface from the electrolyte. In this case, at the same time can be used, which can also be applied by means of the transmitter on the surface to be coated and deposited together with the metalli ^¬ rule material by this in the forming metal matrix are incorporated into the electrolyte particles. For this purpose, the particles to be deposited must be dispersed in the electrolyte used, in which case it must be ensured that a limit concentration of dispersed particles in the electrolyte is not exceeded. Otherwise the particles will fall out of the electrolyte again and form a sludge, which disturbs the electrochemical deposition process. Because of the limiting concentration of dispersible particles in the electrolyte, the concentration of the particles which can be deposited in the layer matrix is also limited. According to WO 2006/061081 A2, it is also known that egg ^¬ ne electrochemical deposition of metal can also be performed with ionic liquids, which replace an aqueous electrolyte. The use of ionic liquids, ie molten salts, which are liquid in the range of below 100 ° C., preferably even at room temperature, has the advantage that, when they are used, larger process ^openings for the deposition of metals, which are obtained by means of aqueous electrolytes their position in the voltage series of the metals are difficult or impossible to separate. An example of such a metal is Ta. It should be noted that the deposited from the molten salt on to beschich ^¬ Tenden surface metal ions müs- be replaced by new ones introduced into the molten salt metal ions sen so that the deposition process does not come to a halt. A method for keeping constant the concentration of metal ions is described for example in DE 43 44 387 AI.

Aus der DE 103 48 896 AI geht hervor, dass es bei verschiede- nen Anwendungsfällen wünschenswert ist, die Oberflächeneigenschaften von Bauteilen nur auf Teilbereichen dieser Oberfläche zu verändern. Als Beispiel wird eine Reflektorscheibe ge^¬ nannt, die in Rotorspinnvorrichtungen eingebaut werden kann und zur Drehzahlbestimmung verwendet wird. Zu diesem Zweck kann die Reflektorscheibe mit einer Einfärbung versehen werden, die vorzugsweise nicht nur auf der Oberfläche, sondern auch in den oberflächennahen Bereichen der Reflektorscheibe vorhanden ist. Die Aufgabe der Erfindung liegt darin, ein elektrochemisches Beschichtungsverfahren dahingehend zu verbessern, dass die elektrochemisch abgeschiedenen Schichten mit eingelagerten Partikeln hergestellt werden können, wobei ein möglichst gro^¬ ßer Spielraum für das elektrochemisch abgeschiedene Material und für die abgeschiedenen Partikel hinsichtlich der Konzentration in der Beschichtung, des Materials und des intendierten Verwendungszweckes erreicht wird. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die einzubauenden Partikel mit einem thermischen Spritzverfahren auf das Werkstück aufgebracht werden und anschließend durch das elektrochemische Beschichten in die Schicht eingebaut werden. Der Erfindungsgedanke liegt also darin, den Einbau der Partikel nicht durch Einbringen derselben in das Elektrolyt zu vollziehen, sondern hierfür ein gesondertes Beschich- tungsverfahren vorzusehen. Hierzu eignen sich vorteilhaft die thermischen Spritzverfahren, wobei die Partikel durch Spritzen auf die Oberfläche aufgebracht werden. Um die Einlagerung von Partikeln zu gewährleisten, ist es dabei erforderlich, durch das thermische Spritzen keine geschlossene Schicht dar^¬ zustellen, sondern vielmehr die Partikel einzeln auf der Oberfläche zu deponieren, wo sie sich mechanisch mit der Oberfläche verkrallen. Anschließend können die zumindest im Wesentlichen auf der Oberfläche vorliegenden Partikel in einem elektrochemischen Beschichtungsschritt in die im Aufbau befindliche Schicht eingebaut werden. Somit wird die Schicht^¬ matrix durch das elektrochemische Beschichten erzeugt und die Einlagerung der Partikel wird mittels der Prozessparameter beim thermischen Beschichten eingestellt. Der Vorteil der Aufgabentrennung beim Beschichten ist, dass ein größerer Spielraum entsprechend der oben angeführten Aufgabe zur It is apparent from DE 103 48 896 A1 that in various applications it is desirable to change the surface properties of components only to partial areas of this surface. As an example, a reflector ^{disk is} called ge, which can be installed in rotor spinning devices and is used to determine the speed. For this purpose, the reflector disc can be provided with a coloring, which is preferably present not only on the surface, but also in the near-surface regions of the reflector disc. The object of the invention is to improve an electrochemical coating process in that the electrodeposited layers can be produced with embedded particles, wherein a large as possible ^¬ SSER room for the electrochemically deposited material and for the deposited particles with regard to the concentration in the coating, the material and the intended use. This object is achieved in that the particles to be incorporated are applied to the workpiece by a thermal spraying process and then incorporated by the electrochemical coating in the layer. The idea of the invention is thus not to carry out the incorporation of the particles by introducing them into the electrolyte, but to provide a separate coating method for this purpose. Advantageously, the thermal spraying processes are suitable for this purpose, the particles being applied to the surface by spraying. In order to ensure the incorporation of particles, it is necessary to provide by the thermal spraying no closed layer ^¬ , but rather to deposit the particles individually on the surface, where they mechanically dig into the surface. Subsequently, the particles, which are present at least substantially on the surface, can be incorporated into the layer under construction in an electrochemical coating step. Thus, the layer ^¬ matrix is generated by the electrochemical coating and the incorporation of the particles is adjusted by means of the process parameters during thermal coating. The advantage of the separation of duties in coating is that a larger margin according to the above-mentioned task

Schichtgestaltung zur Verfügung steht. Zum einen können auch Partikel verarbeitet werden, die sich nicht oder nur schlecht in Form von Dispersionen mit dem Elektrolyt verarbeiten lassen. Als Beispiel hierfür seien CNT (Carbon Nanotubes) oder BNNT (Bornitrid Nanotubes) genannt. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass die Konzentration der Partikel in der sich ausbildenden Schicht leicht variiert werden kann und vor allem höhere Konzentrationswerte erreich^¬ bar sind. Die Konzentration der Partikel in der Schicht hängt vorrangig von zwei Parametern ab. Zum einen kann während des thermischen Spritzens die Belegungsdichte der einzelnen Par^¬ tikel auf der Oberfläche variiert werden. Hierdurch wird der mittlere Abstand der einzelnen Partikel in lateraler Schicht^¬ richtung eingestellt. Er ist lediglich dadurch begrenzt, dass die gespritzten Partikel sich ab einer bestimmten Belegungsrate zu einer geschlossenen Schicht verbinden. Der zweite Parameter ist die Dicke der elektrochemisch erzeugten Schicht. Diese bestimmt den mittleren Abstand der Partikel in Richtung der Schichtbildung. Besonders bevorzugt wird dabei die Layer design is available. On the one hand, it is also possible to process particles which can not or only poorly be processed in the form of dispersions with the electrolyte. An example of this is CNT (carbon nanotubes) or BNNT (boron nitride nanotubes). A further advantage is that the concentration of the particles can be in the forming layer varies slightly and especially higher concentration values are Reach ^¬ bar. The concentration of the particles in the layer depends primarily on two parameters. Firstly, during the thermal spraying, the coverage density of the individual Par ^¬ Tikel can be varied on the surface. As a result, the average distance of the individual particles in the lateral layer ^¬ direction is set. It is only limited by the fact that the sprayed particles connect to a closed layer at a certain occupancy rate. The second parameter is the thickness of the electrochemically generated layer. This determines the mean distance of the particles in the direction of the layer formation. Particularly preferred is the

Schicht in mehreren Lagen hergestellt, indem das thermischeLayer produced in several layers by the thermal

Spritzverfahren und das elektrochemische Beschichten mehrfach im Wechsel durchgeführt werden. Die elektrochemische Schicht entsteht somit in mehreren Lagen, deren jeweilige Dicke für den Abstand der Partikel gesehen in Richtung des Schichtbil- dungsprozesses verantwortlich ist. Es ist nicht einmal erfor^¬ derlich, dass die Partikel durch die anschließend elektroche^¬ misch hergestellte Lage vollständig abgedeckt werden, wenn die folgende Anzahl von Partikeln auf die Oberfläche mittels thermischen Spritzens aufgebracht wird. Allerdings ist in diesem Fall die Belegungsdichte der aktuellen Oberfläche an Partikeln derart zu wählen, dass es nicht zu häufig zu einer Verbindung zwischen Partikeln benachbarter Lagen kommt. Spraying and electrochemical coating are carried out several times in alternation. The electrochemical layer thus arises in a plurality of layers whose respective thickness is responsible for the spacing of the particles in the direction of the layer formation process. It is not even erfor ^¬ sary, that the particles are completely covered by the electrochemical ^¬ then mixed produced situation when the following number of particles is applied to the surface by means of thermal spraying. However, in this case, the occupation density of the current surface on particles should be selected in such a way that a connection between particles of adjacent layers does not occur too frequently.

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 kinetischen Energie auf der Oberfläche haften bleiben. Diese wird mittels einer Kaltspritzdüse in einem Kaltgas- strahl 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 Anwen- dung des Kaltgasspritzens ist daher, dass die Integrität des Gefüges der verwendeten Partikel durch das Kaltgasspritzen nicht beeinträchtigt wird. Außerdem hat dieses Verfahren den Vorteil, dass insbesondere bei einer weichen elektrochemisch hergestellten Schichtmatrix der vorangehenden Lage die Parti- kel 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 kinetic energy. This is achieved by means of a cold spray nozzle in a cold gas generated, wherein a heating of the particles is not or only to a small extent. 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 microstructure of the particles used is not impaired by the cold gas spraying. Moreover, this method has the advantage in particular that the particles penetrate at a soft electrochemically prepared matrix layer of the preceding layer in the layer, whereby a better distri ^¬ development of the particles is achieved in the formed layer.

Selbstverständlich ist es vorteilhaft möglich, dass in die einzelnen Lagen Partikel unterschiedlicher Art und/oder Größe und/oder Form (Oberflächenbeschaffenheit wie Rauheit, Gestalt wie globular, abgeflacht, röhrenförmig) in unterschiedlicher Konzentration eingebaut werden. Hierdurch können vorteilhaft Schichten hergestellt werden, die komplexen Anforderungspro^¬ filen genügen. Insbesondere lassen sich auch Multilayer- und Gradientenschichten herstellen. Multilayerschichten erhält man, wenn in den einzelnen elektrochemisch hergestellten Lagen sprunghafte Änderungen der Partikelbeschaffenheit oder Konzentration vorgenommen werden. Demgegenüber lassen sich Gradientenschichten erzeugen, indem sich die genannten Para- meter von hergestellter Lage zu hergestellter Lage allmählich ändern. Dass die Lagen an sich einzeln hergestellt werden, ist hierbei nicht von Bedeutung, da die Schichtmatrix der einmal hergestellten Schicht die Grenzen zwischen den Lagen nicht mehr erkennen lässt. Werden die Lagen hinreichend dünn gewählt, so entsteht durch die allmählich sich ändernden Parameter in den einzelnen Lagen de facto eine Gradientenschicht . 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 beschichtet wird. Beim thermischen Spritzen ist dies ohnehin erforderlich, weil immer nur der Punkt des Auftreffens des Beschichtungsstrahls gerade beschichtet wird. Beim elektrochemischen Beschichten muss ein Beschichtungsverfahren gewählt werden, bei dem eine partielle Beschichtung des Bauteils möglich ist, d. h. bei dem nicht das ganze Bauteil in den Elektrolyten eintaucht. Dies ist bevorzugt beim Anwenden des Brush Platings möglich, wobei hier lediglich der Teilbereich des Werkstücks aktuell elektrochemisch beschichtet wird, welcher mit dem Überträger des Elektrolyten in Kontakt steht. 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 dieser 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 Sprit^¬ zen vorgenommen wird. Dies lässt sich beispielsweise bewerk^¬ stelligen, 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 das 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, wobei eine Relativbewegung zwischen dem Werkstück und dem Über- träger durch die ständige Drehung des zylindrischen Werkstückes zustande kommt. Of course, it is advantageously possible that in the individual layers particles of different types and / or size and / or shape (surface texture such as roughness, shape as globular, flattened, tubular) are installed in different concentrations. In this way, advantageously layers can be produced that meet the complex Anforderungspro ^¬-filament. In particular, multilayer and gradient layers can also be produced. Multilayer coatings are obtained when sudden changes in particle properties or concentration are made in the individual electrochemically produced layers. On the other hand, gradient layers can be produced by gradually changing the mentioned parameters from the produced layer to the produced layer. The fact that the layers are produced individually in each case is not important here, since the layer matrix of the once produced layer no longer reveals the boundaries between the layers. If the layers are chosen to be sufficiently thin, the gradually changing parameters in the individual layers result in a de facto gradient layer. 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 prerequisite is that the workpiece is only partially and simultaneously coated with both coating methods. In thermal spraying this is required anyway, because only the point of impact of the coating jet is just coated. In the case of electrochemical coating, a coating method must be selected in which a partial coating of the component is possible, ie in which the entire component is not immersed in the electrolyte. This is preferably possible when applying the Brush Platings, in which case only the portion of the workpiece is currently electrochemically coated, which is in contact with the transmitter of the electrolyte. Particularly preferably, the simultaneous coating of the workpiece with both coating methods can be used when a cylindrical body, in particular a work roll for rolling mills, is coated as a workpiece, wherein this is set in rotation about its central axis and at one point of its circumference, the electrochemical coating and another location of its circumference, the thermal Sprite ^¬ zen is made. This can be, for example, bewerk ^¬ figure by the cylindrical workpiece is submerged with only a portion of its circumferential surface in the electrolyte. 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 carrier is achieved by the constant rotation of the cylindrical workpiece.

Das Verfahren kann besonders vorteilhaft für Arbeitswalzen eines Walzwerks zum Kaltwalzen angewendet werden. Diese die- nen dem Transport des zu walzenden Gutes, z. B. einem Blech, welches durch die Führung zwischen den Arbeitswalzen beispielsweise in seiner Wandstärke verringert wird. Daher un^¬ terliegen die Arbeitswalzen eines Walzwerks einem enormen Verschleiß. Dieser kann durch die erfindungsgemäß aufgetrage- nen Beschichtungen verringert werden. Zu diesem Zweck werden in die Beschichtung bevorzugt Partikel eines Hartstoffs ein^¬ gebettet. Dies können beispielsweise die Oxyde von AI, Co, Mg, Ti, Si oder Zr, die Nitride von AI, B oder Si und die Carbide von B, Cr, Bi, Si oder W sein. Weiterhin können Koh- lenstoff als Graphit, Diamant oder Glassy-Carbon oder Gemi^¬ sche aus allen genannten Stoffen zum Einsatz kommen. Besonders bevorzugte Hartstoffe sind die Folgenden: Tic, B₄C, Cr₃C₂, SiC, WC, TiN, TiB₂, A1₂0₃, Cr0₃, Ti0₂. Auch Partikel aus Hartmetallen (WC, Tic oder TiN mit einem Anteil von > 90 Gew.-% in einer Matrix aus Co, Ni, oder Mo) können verwendet werden . The method can be used particularly advantageously for work rolls of a rolling mill for cold rolling. These serve the transport of the 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 un ^¬ terliegen the work rolls of a rolling mill much wear. This can be reduced by the coatings applied according to the invention. For this purpose, preferably particles of a hard material are embedded in a ^¬ the coating. These may be, for example, the oxides of Al, Co, Mg, Ti, Si or Zr, the nitrides of Al, B or Si and the carbides of B, Cr, Bi, Si or W. Furthermore, coal can lenstoff come from all mentioned substances used as graphite, diamond or glassy carbon or Gemi ^¬ cal. Particularly preferred hard materials are the following: Tic, B ₄ C, Cr ₃ C _2, SiC, WC, TiN, TiB _2, A1 ₂ 0 _3, Cr0 _3, Ti0. ₂ Particles of hard metals (WC, Tic or TiN with a proportion of> 90 wt .-% in a matrix of Co, Ni, or Mo) can also be used.

Die verwendeten Hartstoffe in der Matrix 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. 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 Kati^¬ on wie einem alkylierten Imidazolium, Pyridinium-, Ammoniumoder Phosphoniumionen und einem Anion, wie z. B. einfachen Hallogeniden, Tetrafluorboraten oder Hexafluorphospaten, Bi (trifluoromethylsulfonyl) imiden oder Tri (pentafluorethyl ) - Trifluorphospaten bestehen. The hard materials used in the matrix 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. Be the hard materials by the multi-layer structure of the roller over the entire layer thickness provided, it is further advantageously ensured that even with an abrasion of the layer with continuous wear by exposing ever new hard particles, the surface roughness of the roller is maintained. 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. 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 Kati ^¬ on as an alkylated imidazolium, pyridinium, ammonium or phosphonium ion and an anion such. B. simple hiGene, tetrafluoroborates or Hexafluorphospaten, bi (trifluoromethylsulfonyl) imides or tri (pentafluoroethyl) - consist Trifluorphospaten.

Da ionische Flüssigkeiten auch eine hohe elektrochemische Stabilität besitzen, können vorteilhaft unter anderem die Me- talle Ti, Ta, AI und Si abgeschieden werden, die sich aus wässrigen Elektrolyten aufgrund der starken Wasserstoffent- wicklung nicht abscheiden lassen. Geeignete Metallsalze, die auch in der eingangs erwähnten WO 2006/061081 A2 genannt wer^¬ den, sind beispielsweise Halogenide (Chloride, Bromnide, Flu- oride) , Imide, Amide, Alkoholate und Salze von ein-, zwei- und mehrwertigen organischen Säuren, wie Acetate, Oxalate oder Tartrate. Die Metalle, die elektrochemisch abgeschieden werden sollen, werden durch anodische Auflösung in die geeignete ionische Flüssigkeit gebracht. Als Gegenelektrode zum zu beschichtenden Bauteil wird eine lösliche Elektrode verwen^¬ det. Diese besteht aus dem Metall, das beschichtet werden soll. Alternativ kann das abzuscheidende Metall auch als Salz der ionischen Flüssigkeit zugefügt werden. 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 beispiels^¬ weise in der eingangs bereits erwähnten DE 43 44 387 AI näher beschrieben wird. Außerdem können die Metalle bei Verwendung von ionischen Flüssigkeiten auch als nanokristalline Metallschichten abgeschieden werden. Hierzu sind der ionischen Flüssigkeit geeignete Kationen, wie z. B. Pyrroliniumionen, hinzuzufügen, die grenzflächenaktiv sind und daher als Korn- verfeinerer beim elektrochemischen Abscheiden wirken. Vorteilhaft ist es, dass unter diesen Bedingungen häufig auf die Zugabe von Netzmitteln oder Glanzmitteln verzichtet werden kann . Gemäß einer weiterführenden Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Partikel nur in einen Teil der beschichteten Fläche eingebaut werden, während der andere Teil der beschichteten Fläche ohne diese Partikel hergestellt wird. Hierdurch ist vorteilhaft eine Beschichtung eines Bauteils mit einer Schicht möglich, die nur partiell durch Einbringen geeigneter Partikel in ihrem Anforderungsprofil verändert wird. Gleichzeitig können andere Bereiche der Schicht durch andere Partikel modifiziert werden. Es ist aber auch möglich, dass Teilbereiche der Schichtfläche ohne Einlagerung von Par- tikeln hergestellt werden (natürlich ist es auch möglich, Teile des Höhenprofils mit Partikeln zu versehen, und dies über die gesamte Schichtfläche - hierdurch entsteht dann ein mehrlagiger Aufbau oder ein Gradienten-Aufbau des Schichtpro^¬ fils) . Die Einbringung der Partikel wird durch die lokale An- wendung des thermischen Beschichtungsverfahrens direkt ge^¬ steuert. Die Auflösung, die dabei zu erreichen ist, ent^¬ spricht dem Einflussbereich des thermischen Beschichtungs- strahls, beispielsweise des Kaltgasstrahls und ist daher vor- teilhaft vergleichsweise genau einstellbar. Since ionic liquids also have a high electrochemical stability, the metals Ti, Ta, Al and Si, which can not be deposited from aqueous electrolytes due to the strong evolution of hydrogen, can advantageously be deposited, among other things. Suitable metal salts, which are also in the aforementioned WO 2006/061081 A2 called ^¬ to, for example, halides (chlorides, Bromnide, Flu- oride), imides, amides, alcoholates and salts of mono-, di- and multivalent organic acids, such as acetates, oxalates or tartrates. The metals to be electrochemically deposited are brought into the appropriate ionic liquid by anodic dissolution. As counter electrode to coating component is a soluble electrode verwen ^¬ det. This consists of the metal that is to be coated. Alternatively, the metal to be deposited may also be added as a salt of the ionic liquid. 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 ^¬ example, in the initially above-mentioned DE 43 44 387 Al is described in detail. In addition, when using ionic liquids, the metals can also be deposited as nanocrystalline metal layers. 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 is advantageous that it is often possible to dispense with the addition of wetting agents or brighteners under these conditions. According to a further embodiment of the invention, it is provided that the particles are incorporated only in one part of the coated surface, while the other part of the coated surface is produced without these particles. As a result, a coating of a component with a layer is advantageously possible, which is only partially changed by introducing suitable particles in their requirement profile. At the same time, other areas of the layer can be modified by other particles. However, it is also possible that partial regions of the layer surface are produced without the incorporation of particles (of course it is also possible to provide parts of the height profile with particles, and this over the entire layer surface - this then results in a multilayer structure or a gradient Structure of the Schichtpro ^¬ fils). The introduction of the particles is determined by the local Use of the thermal coating process directly ge ^¬ controls. The resolution, which should be achieved, ent ^¬ speaks the sphere of influence of the thermal coating beam, for example, the cold gas stream and is therefore pre-geous comparatively accurately adjustable.

Auf diese Weise können beispielsweise lokale Schichtbereiche hergestellt werden, die anschließend zum Erfassen von Be- triebszuständen des Bauteils, wie z. B. der Drehzahl, dienen können. Vorteilhaft können als Partikel beispielsweise hart^¬ magnetische Werkstoffe in die Schicht eingebaut werden. Hier^¬ zu eignen sich beispielsweise Kobalt-, Samarium-, Neodym-, Eisen- und Borverbindungen, wie z. B. SmCos-, d₂Fei₄B-, AlNi- Co-, PtCo-, CuNiFe-, CuNiCo-, FeCoCr- oder MnAlC-Legierungen sowie marthensitische Stähle. Die Änderung der magnetischen Eigenschaften, beispielsweise bei Drehung eines Bauteils, kann dann z. B. mit einer Feldspulenanordnung ausgelesen werden . Vorteilhaft ist es auch möglich, als Partikel Kunststoffe und/oder keramische Werkstoffe einzubauen. Hier können beispielsweise Teflon oder PTFE als Kunststoffe oder Aluminiumoxid oder Siliziumoxid als keramischer Werkstoff zum Einsatz kommen. Die Einlagerung in die metallische Schichtmatrix än- dert die Dielektrizitätskonstante und damit die Kapazität im Bereich der Einlagerung, so dass beispielsweise bei Drehung einer Welle mit derartig partiell eingelagerten Partikeln die Drehzahl mittels elektrischer Kondensatorplatten ausgelesen werden kann. In this way, for example, local layer areas can be produced, which are then used to detect operating states of the component, such. B. the speed can serve. Advantageous, for example hard ^¬ magnetic materials can be incorporated into the layer as particles. Here ^¬ to be suitable, for example, cobalt, samarium, neodymium, iron and boron compounds such. B. SmCos, d ₂ Fei ₄ B, AlNiCo, PtCo, CuNiFe, CuNiCo, FeCoCr or MnAlC alloys and martensitic steels. The change of the magnetic properties, for example during rotation of a component, can then z. B. be read out with a field coil arrangement. Advantageously, it is also possible to incorporate as particles plastics and / or ceramic materials. Here, for example, Teflon or PTFE can be used as plastics or aluminum oxide or silicon oxide as a ceramic material. The incorporation into the metallic layer matrix changes the dielectric constant and thus the capacitance in the region of the embedding, so that, for example, upon rotation of a shaft with particles partially embedded in this way, the rotational speed can be read out by means of electrical capacitor plates.

Vorteilhaft können die Partikel auch derart ausgewählt wer^¬ den, dass sie das optische Reflexionsverhalten der Oberfläche der Schicht verändern, wobei diese derart in die Schicht ein^¬ gebaut werden, dass sie einen Teil der Oberfläche bilden. Das damit sich ändernde Reflexionsverhalten bei einer Bewegung des Bauteils kann dann für eine optische Auslegung von re^¬ flektierter elektromagnetischer Strahlung erhalten werden. Das Reflexionsverhalten kann beispielsweise durch Änderung der Oberflächenrauheit oder auch durch eine Farbänderung des Materials durch Einbringen der Partikel beeinflusst werden. Eine Farbänderung lässt sich beispielsweise durch geeignete keramische Substanzen, wie Spinelle, erreichen. Als Spinelle können Magnesium- oder Aluminiumoxide mit Beimischungen von Chrom, Zink, Eisen, Kobalt oder Mangan zum Einsatz kommen. Advantageously, the particles may also be selected so the ^¬ that they change the optical reflection behavior of the surface of the layer, which are built a ^¬ such in the layer so as to form a part of the surface. The thereby changing the reflection characteristic at a movement of the component can then be obtained for an optical design of re ^¬ flexed electromagnetic radiation. The reflection behavior can be influenced for example by changing the surface roughness or by a color change of the material by introducing the particles. A color change can be achieved, for example, by suitable ceramic substances, such as spinels. As spinels, magnesium or aluminum oxides with admixtures of chromium, zinc, iron, cobalt or manganese can be used.

Wie bereits erwähnt, können die partiell eingelagerten Parti^¬ kel vorteilhaft zur Drehzahlmessung genutzt werden. Hierzu wird vorteilhaft das Bauteil, das eine Drehachse aufweist, so hergestellt, dass die mit den Partikeln versehenen Teile der Schicht in Umfangsrichtung bezüglich der Drehachse gesehen, mit Teilen der Schicht ohne diese Partikel einander abwech^¬ seln. Hierdurch gibt es eine zyklische Veränderung des einge^¬ setzten Sensorsignals, welches zur Drehzahlauswertung heran- gezogen werden soll. As already mentioned, the partially embedded Parti ^¬ angle can advantageously be used for speed measurement. For this purpose, advantageously, the component having an axis of rotation, made so that the particles are provided with the parts of the layer in the circumferential direction with respect to the axis of rotation, with portions of the layer each abwech ^¬ clauses without these particles. In this way, there is a cyclic variation of the inserted ^¬ translated sensor signal which is to be called to zoom in speed evaluation.

Alternativ ist es vorteilhaft auch möglich, dass die Partikel antimikrobielle Eigenschaften aufweisen und derart in die Schicht eingebaut werden, dass sie einen Teil der Oberfläche der Schicht bilden. Hierdurch kann beispielsweise ein Algenbefall bei Bauteilen verhindert werden, die der atmosphärischen Witterung ausgesetzt sind. Als antimikrobielle Materia^¬ lien können beispielsweise Silber oder Manganoxid zum Einsatz kommen . Alternatively, it is also advantageously possible that the particles have antimicrobial properties and are incorporated in the layer in such a way that they form part of the surface of the layer. As a result, for example, an algae attack can be prevented in components that are exposed to the atmospheric weather. As antimicrobial material ^¬ lien for example, silver or manganese oxide can be used.

Vorteilhaft ist es auch, wenn die Partikel derart ausgewählt werden, dass sie die Benetzbarkeit der Oberfläche der Schicht verändern, und derart in die Schicht eingebaut werden, dass sie einen Teil dieser Oberfläche bilden. Hierdurch lassen sich sogenannte Easy-to-Clean-Oberflachen herstellen, die selbstreinigende Eigenschaften aufweisen. Als Partikel lassen sich beispielsweise Teflonpartikel in die Schicht einbauen. Nachfolgend werden mögliche Beschichtungsprozesse anhand von zwei Ausführungsbeispielen beschrieben. It is also advantageous if the particles are selected such that they change the wettability of the surface of the layer, and are incorporated into the layer so that they form part of this surface. Hereby leave produce so-called easy-to-clean surfaces that have self-cleaning properties. As particles, for example, Teflon particles can be incorporated into the layer. Hereinafter, possible coating processes will be described with reference to two embodiments.

Erstes Ausführungsbeispiel: Zunächst wird an dem zu beschichtenden Werkstück eine Oberflächenreinigung und -aktivierung vorgenommen. Dies kann beispielsweise durch ein sogenanntes Brush Cleaning mittels ei^¬ nes alkalischen und/oder zyanidischen Elektrolyten und Brush Etching mittels eines sauren Elektrolyten, wie z. B. Salz- oder Schwefelsäure, erfolgen. Dann erfolgt der erste Be- schichtungsschritt , bei dem ein duktiles Basismaterial, wie z. B. Nickel oder Nickel-Kobalt, abgeschieden wird. Dieser Prozess wird mittels Brush Plating durchgeführt. Als Elektro^¬ lyt kann beispielsweise ein Watts-Elektrolyt verwendet wer- den. Der Überträger des Brush Platings, der ein mit dem First Exemplary Embodiment: First, a surface cleaning and activation is carried out on the workpiece to be coated. This can be done, for example, by a so-called brush cleaning by means of egg ^¬ nes alkaline and / or cyanide electrolyte and 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 is deposited. This process is done by means of brush plating. As an electrical ^¬ lyte a Watts electrolyte, for example, used the advertising. The transmitter of the Brush Platings, the one with the

Elektrolyt getränkter oder Schwamm sein kann, wird dabei über die zu beschichtende Fläche bewegt. In dem Überträger kann eine Anode in Form eines Stabes, Drahtgeflechtes oder aus Ku^¬ geln enthalten sein. Das Material der Anode ist entweder der Grundwerkstoff der abzuscheidenden Schicht, wobei diese sich dann auflöst und regelmäßig ersetzt werden muss, oder eine inerte Anode, beispielsweise aus Platin. Electrolyte impregnated or sponge can be moved over the surface to be coated. In the transmitter may be an anode in the form of a rod, wire mesh or Ku ^¬ rules contained. The material of the anode is either the base material of the deposited layer, which then dissolves and must be replaced regularly, or an inert anode, such as platinum.

Je nach Werkstückgeometrie kann anschließend an das elektro- chemische Beschichten bzw. gleichzeitig an einer Stelle der weitere Beschichtungsschritt erfolgen. Hierbei werden Zusatz^¬ werkstoffe, wie z. B. Hartstoffteilchen, mittels des thermischen Spritzens, bevorzugt Kaltgasspritzen aufgetragen, wobei die Partikel mechanisch mit der frisch beschichteten Oberflä- che verkrallen und daher haften bleiben. Beim Kaltgasspritzen wird die elektrochemisch hergestellte Oberfläche dabei vor^¬ teilhaft kaum thermisch beansprucht. Daher kann diese sofort wieder dem elektrochemischen Beschichtungsschritt zugeführt werden. Es kann eine dichte Folge von elektrochemischen sowie thermischen Beschichtungsschritten realisiert werden. Hierdurch ist ein schneller Schichtaufbau möglich, was vorteil^¬ haft einer höheren Wirtschaftlichkeit der hergestellten Teile zugute kommt . Depending on the workpiece geometry, subsequent to the electrochemical coating or simultaneously at one point, the further coating step can take place. Here are additional ^¬ materials, such. As hard particles, by means of thermal spraying, preferably applied cold gas spraying, wherein the particles mechanically with the freshly coated surface clawed and therefore stick. During cold gas spraying, the electrochemically produced surface is hardly subjected to thermal stress before ^¬ geous. Therefore, it can be immediately returned to the electrochemical coating step. 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.

Zweites Ausführungsbeispiel: Second embodiment:

Zunächst erfolgt die Beschichtung in einem nicht wässrigen Elektrolyt. Die Oberflächenreinigung und -aktivierung des zu beschichtenden Werkstücks erfolgt in der bereits beschriebe^¬ nen Weise durch Brush Cleaning und Brush Etching. Nach einer Trocknung bei 100°C erfolgt der erste Beschichtungsschritt, wobei eine Metallschicht beispielsweise aus Titan abgeschie^¬ den wird. Dieser Prozess wird mittels Brush Plating durchge- führt. Der benutzte Elektrolyt zur Abscheidung von Titan ist l-Butyl-3-Methylimidazoliumtetrafluoroborat , in dem als Io^¬ nenträger Titantetrafluoroborat gelöst wird. Ein Filz oder Schwamm wird mit diesem Elektrolyt getränkt und über die zu beschichtende Fläche des Bauteils bewegt. Der durch den Filz oder Schwamm gebildete 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 Stelle, an der das elektrochemische Beschichten aktuell nicht durchgeführt wird, der zweite Beschichtungsschritt vorgenom^¬ men werden. Hier werden Hartstoffteilchen mit dem genannten Kaltgasspritzen mechanisch in die Schichtoberfläche implantiert bzw. ein Beschichten derart durchgeführt, dass die ein^¬ zelnen Partikel zumindest im Wesentlichen einzeln auf der zu beschichtenden Oberfläche vorliegen. Im nachfolgenden elekt- rochemischen Behandlungsschritt werden die Partikel dann in der bereits beschriebenen Weise in die Metallmatrix eingebunden, indem wieder Titan elektrochemisch abgeschieden wird. Als Hartstoffe können die bereits genannten Substanzen zum Einsatz kommen. First, the coating is done in a non-aqueous electrolyte. The surface cleaning and activation of the workpiece to be coated is done in the already-described ^¬ nen way by Brush Cleaning Brush and Etching. After drying at 100 ° C, the first coating step, whereby a metal layer such as titanium abgeschie ^¬ is. This process is carried out by means of brush plating. The electrolyte used for the deposition of titanium is l-butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate is dissolved in the as Io ^¬ nenträger Titantetrafluoroborat. A felt or sponge is soaked with this electrolyte and moved over the surface of the component to be coated. The transmitter formed by the felt or sponge is equipped in the manner already described with an electrode. This may consist of titanium or an inert material, such as platinum. Depending on the workpiece ^geometry , the second coating ^step can be carried out in alternation with the electrochemical coating or at the same time at a point at which electrochemical coating is not currently carried out. Here are hard particles with the mentioned Cold gas injection mechanically implanted in the layer surface or a coating carried out such that the individual particles ^¬ at least substantially individually present on the surface to be coated. In the subsequent electrochemical treatment step, the particles are then incorporated into the metal matrix in the manner already described, by again depositing titanium electrochemically. As hard materials, the substances already mentioned can be used.

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 ioni- sehe 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 metallische Schicht ist lokal gezielt möglich und es können hohe Partikelkonzentrationen in der Schicht erreicht werden. Das Verfahren ist auch partiell an großen Werkstücken ausführbar, da dieses beim Brush Pla- ting nicht in ein Elektrolyt eingetaucht werden müssen. Ins^¬ besondere kann das Verfahren auch zu Reparaturzwecken ange- wendet werden, wobei das Beschichtungssystem (bestehend aus einer Kaltspritzpistole und einem Überträger für das Brush Plating) transportabel ist und daher auch z. B. auf Baustel^¬ len eingesetzt werden kann. 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 : The advantages of this process are to be combined again to the ^¬ ser place. It is also possible to electrodeposit electrochemically base metals, such as Ti, Ta, Si, Al or Mg, if an ionic liquid is selected as the electrolyte. A cost- ^effective deposition is possible in particular by selecting the brush plating method, since in this case a comparatively fast layer growth can be achieved. A particle entry into the forming metallic layer is specifically possible locally and high particle concentrations in the layer can be achieved. The method can also be carried out partially on large workpieces, as they do not have to be immersed in an electrolyte during brush-mounting. Ins ^¬ particular, the method can also be applied for repair purposes, the coating system (consisting of a cold spray gun and a transfer agent for the brush plating) is transportable and therefore also z. B. on Baustel ^¬ len can be used. Further details of the invention are described below with reference to the drawing. The same or corresponding drawing elements are each provided with the same Bezugszei ^¬ Chen and are only explained several times as far as There are differences between the individual figures. Show it :

Figur 1 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Figure 1 shows an embodiment of the invention

Verfahrens zur Beschichtung einer Arbeitswalze für ein Werkstück, Method for coating a work roll for a workpiece,

Figur 2 und 3 ein Bewegungsmuster, wie die Kaltspritzdüse gemäß Figur 1 geführt werden kann und Figure 2 and 3, a movement pattern, as the cold spray nozzle according to Figure 1 can be performed and

Figur 4 bis 6 Schichtaufbauten, die sich mit Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Verfahrens herstellen lassen. Figure 4 to 6 layer structures that can be produced with embodiments of the method according to the invention.

Bei dem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß Figur 1 wird als Werkstück 11 die Arbeitswalze eines Walzwerks 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 darge^¬ stellten Antriebs mit konstanter Geschwindigkeit gedreht wird . In the exemplary embodiment of the method according to FIG. 1, the work roll of a rolling mill is provided with a wear protection layer as the work piece 11. 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 not shown ^¬ set drive 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. Gleichzeitig findet auf der gegenüberliegenden Seite des Werkstücks ein Kaltgasspritzen statt. Eine Kaltspritzdüse 20 wird hierzu auf die Oberfläche 18 des Werkstückes gerichtet und mit konstanter Geschwindigkeit ungefähr in Richtung der Drehachse 13 über die Oberfläche geführt. Hierbei bleiben einzelne Partikel aus dem Kaltgasstrahl 21 an der Oberfläche haften und werden aufgrund der Drehung des Werkstücks anschließend in die sich danach ausbildende Schicht am Überträ- ger 15 in die Schichtmatrix eingebaut. 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. At the same time a cold gas spraying takes place on the opposite side of the workpiece. A cold spray nozzle 20 is for this purpose directed onto the surface 18 of the workpiece and guided at a constant speed approximately in the direction of the axis of rotation 13 over the surface. In this case, individual particles from the cold gas jet 21 adhere to the surface and are subsequently incorporated into the layer matrix on the transmitter 15 due to the rotation of the workpiece in the subsequently forming layer.

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 als zu beschichtende Werkstücke der jeweils stirnseitige Bereich am Walzprozess nicht beteiligt ist und daher auch nicht der starken Verschleißbeanspruchung ausgesetzt ist. Wird der Bewegungsbereich 22 der Kaltspritzdüse 20 so gewählt, dass die^¬ ser nicht bis zum Rand des zu beschichtenden Werkstückes reicht, hat dies Vorteile für die Verfahrensführung. Das Be^¬ wegungsmuster der Kaltspritzdüse ist in Figur 2 dargestellt. Dieser nimmt einen Verlauf, der einer acht entspricht, wobei hierbei die ständige Bewegung 24 des Werkstückes aufgrund der Drehung berücksichtigt wird. Durch den acht-förmigen Verlauf wird auf der Oberfläche 18 des Werkstückes 11 nämlich eine Linie 25 gemäß Figur 3 beschrieben, so dass es zu einer gleichmäßigen Beladung der Oberfläche mit Partikeln kommt. It can also be seen in FIG. 1 that a range of movement 22 of the cold spray nozzle 20 is somewhat smaller than the length of the workpiece, since, for example, the respective frontal area is not involved in the rolling process in work rolls as workpieces to be coated and therefore is not exposed to the strong wear stress , If the movement region 22 of the cold spray nozzle 20 is selected such that the ^water does not extend to the edge of the workpiece to be coated, this has advantages for the process control. The Be ^¬ wegungsmuster the cold spray nozzle is shown in FIG. 2 This takes a course that corresponds to one eight, taking into account the constant movement 24 of the workpiece due to the rotation. Because of the eight-shaped course, a line 25 according to FIG. 3 is described on the surface 18 of the workpiece 11, so that a uniform loading of the surface with particles occurs.

In Figur 4 ist ein Beispiel für eine Schicht 26 dargestellt, die einen Gradientenverlauf von Partikeln 27 aufweist. Es wird deutlich, dass die Schicht 26 in vier Lagen 28 herge^¬ stellt wurde, wobei die Grenzflächen 29 zwischen den Lagen nur gestrichelt dargestellt sind, da diese in der Schichtmat^¬ rix in Wirklichkeit nicht mehr zu erkennen sind. Es wird je- doch deutlich, dass die Partikel 27 jeweils an den Grenzflä^¬ chen der Lagen liegen, da sie erfindungsgemäß jeweils zwi^¬ schen den einzelnen lageweisen Beschichtungsschritten durch Kaltgasspritzen auf die jeweils aktuelle durch die Grenzflä- che 29 gebildete Oberfläche aufgebracht wurden. Der gradien- tenförmige Verlauf der Konzentration an Partikeln kommt dadurch zustande, dass die Belegung der einzelnen Grenzflächen 29 mit Partikeln 27 von Lage zu Lage abnimmt. Nach abge^¬ schlossener Beschichtung wird die endgültige Oberfläche 18 des Werkstückes dann noch einmal durch Kaltgasspritzen mit einzelnen Partikeln 27a versehen. Diese Partikel 27a können beispielsweise antimikrobielle Eigenschaften haben, um eine antimikrobielle Oberfläche 18 zu schaffen. Die anderen Parti^¬ kel 27 können mit ihrem steigenden Konzentrationsgradienten zum Bauteil selbst hin beispielsweise eine Anpassung derFIG. 4 shows an example of a layer 26 which has a gradient profile of particles 27. It is clear that the layer 26 was Herge ^¬ up in four plies 28, wherein the boundary surfaces are only illustrated in broken lines between the sheets 29, as they are in the Schichtmat ^¬ rix in reality no longer recognizable. It will be but significantly, that the particles 27 are respectively at the Grenzflä ^¬ surfaces of the layers, since they inventively each Zvi ^¬ rule the individual layered coating steps 29 formed surface were applied by cold gas spraying to the latest by the interfacial surface. The gradient-like course of the concentration of particles is due to the fact that the occupancy of the individual interfaces 29 with particles 27 decreases from layer to layer. After abge ^¬ closed coating, the final surface 18 of the workpiece is then again provided by cold gas spraying with individual particles 27a. For example, these particles 27a may have antimicrobial properties to provide an antimicrobial surface 18. The other Parti ^¬ angle 27 can with their increasing concentration gradient to the component itself, for example, an adjustment of

Schichteigenschaften, an das Bauteil bewirken, um die Haftung zu verbessern. Layer properties to cause the component to improve the adhesion.

In Figur 5 ist ein Ausführungsbeispiel für eine Schicht 26 dargestellt, wie sie auf eine Arbeitswalze gemäß Figur 1 auf^¬ getragen werden kann. Die beiden dem Werkstück 11 nahen Lagen 28 sind mit Partikeln 27 versehen, die eine charakteristische Farbe haben und daher, sobald sie durch ein Abtragen der Schicht 26 freigelegt werden, das Erreichen des Endes der Standzeit der Arbeitswalze anzeigen. In den darüber liegenden Lagen 28 sind Hartstoffpartikel 30 eingelagert, welche den Verschleißwiderstand der Schicht 26 deutlich erhöhen. Außer^¬ dem ist zu erkennen, dass die die endgültige Oberfläche 18 des Werkstücks 11 bildende Lage 28 so dünn ausgeführt ist, dass die auf die darunter liegende Lage 28 aufgebrachten5 shows an embodiment of a layer 26 is shown as it can be worn on a work roll according to Figure 1 on ^¬. The two layers 28 close to the workpiece 11 are provided with particles 27 which have a characteristic color and therefore, as soon as they are exposed by abrading the layer 26, indicate the reaching of the end of the working roll life. In the overlying layers 28 hard material particles 30 are incorporated, which significantly increase the wear resistance of the layer 26. ^¬ except the it can be seen that the position of the final surface 18 of the workpiece 11 forming is carried out 28 so thin, that the applied to the underlying layer 28

Hartstoffpartikel 30 aus der Oberfläche 18 herausragen. Hier^¬ durch wird die Oberflächenrauhigkeit des als Arbeitswalze zum Einsatz kommenden Werkstücks 11 vergrößert, wobei diese funk^¬ tionsbedingt gefordert wird. Bei einem fortschreitendem Ver- schleiß der Schicht 26 durch Abtrag werden die HartstoffPartikel aus der sich im Verschleiß befindlichen Oberfläche 18 herausgelöst, wobei jedoch auch die in Figur 5 dargestellten Hartstoffpartikel 18 im Inneren der Schicht 26 freigelegt werden und auf diese Weise für eine gleichbleibende Oberflä^¬ chenrauhigkeit sorgen. Die Funktionstauglichkeit der Arbeits^¬ walze wird daher bei fortschreitendem Schichtabtrag uneinge^¬ schränkt zur Verfügung gestellt, bis die farbigen Partikel 27 freigelegt werden und damit die Notwendigkeit eines Aus- tauschs der Arbeitswalze anzeigen. Hard material particles 30 protrude from the surface 18. Here ^¬ by the surface roughness of the work roll as coming used workpiece 11 is increased, this being due to radio ^¬ tion required. In the course of a progressive wear of the layer 26 by removal of material, the hard material particles of which located in the wear surface 18 are released, but also the hard material particles shown in Figure 5 are 18 exposed inside the layer 26 and thus provide for a consistent Oberflä ^¬ roughness. The functional performance of the work roll is therefore ^¬ progresses layer removal uneinge ^¬ limits provided to the colored particles are exposed 27 and thus the need for a training exchanges show the work roll.

In Figur 6 ist ein Ausführungsbeispiel für eine Welle als Werkstück 11 dargestellt, deren Drehzahl gemessen werden soll. Zu diesem Zweck sind die Partikel 27 in radialen Zonen 31 in die Schicht 26 eingebracht, wobei zwischen den Zonen 31 radiale Zonen 32 liegen, in denen keine Partikel vorgesehen sind. Die Partikel 27 sorgen für eine messbare Änderung der Schichteigenschaften, die mittels eines Sensors 33 gemessen werden können, so dass sich bei Drehung der Welle auf die Drehzahl schließen lässt. Die Partikel 27 können beispiels^¬ weise aus einem hartmagnetischen Werkstoff bestehen. FIG. 6 shows an exemplary embodiment of a shaft as a workpiece 11 whose rotational speed is to be measured. For this purpose, the particles 27 are introduced into the layer 26 in radial zones 31, wherein between the zones 31 there are radial zones 32 in which no particles are provided. The particles 27 provide a measurable change in the layer properties, which can be measured by means of a sensor 33, so that it is possible to conclude the rotational speed when the shaft rotates. The particles 27 may, for example ^¬ consist of a hard magnetic material.

Claims

claims

1. A process for coating a workpiece (11), on which an electrochemical layer (26) is produced, into which particles (27, 30) of a solid are incorporated, d a d u c h e c e n e c e n e,

in that the particles (27, 30) to be incorporated are applied to the workpiece (11) by a thermal spraying method and are subsequently incorporated into the layer (26) by the electrochemical coating.

2. The method according to claim 1,

characterized ,

that as a thermal spraying method a cold gas spraying is used.

3. Method according to one of the preceding claims, characterized in that

that the layer (26) in several layers (28) is prepared by the thermal spraying process and the electrostatic coating ^¬ chemical repeatedly alternately carried out ^¬ the.

4. The method according to claim 3,

characterized ,

that in the individual layers (28) particles of different types and / or size and / or shape and / or in different concentrations are incorporated.

5. The method according to claim 3 or 4,

characterized ,

that the thermal spraying and the electrochemical Be ^¬ layers simultaneously, but at different locations on the workpiece (11) is performed.

6. The method according to claim 5,

characterized ,

that as a workpiece (11), a cylindrical body, insbesonde- re a work roll for rolling mills, is coated, and this in rotation about its central axis (12) is displaced and at one point of its circumference the electrochemical Be ^¬ layers and other at one point on its Scope the thermal spraying is made.

7. Method according to one of the preceding claims, characterized in that

in that an ionic liquid is used as the electrolyte for the electrochemical coating.

8. Method according to one of the preceding claims, characterized in that

that the particles (27, 30) can be installed only in a part of the precoat ^¬ th surface, while the other part of the loading surface-coated without the particles (27, 30) is produced.

9. The method according to claim 8,

characterized ,

in that hard-magnetic materials are incorporated in the layer as particles (27, 30).

10. The method according to claim 8,

characterized ,

in that plastics and / or ceramic materials are incorporated as particles (27, 30).

11. The method according to claim 8,

characterized , that the particles (27, 30) are selected such that they change the optical reflection behavior of the surface (18) of the layer (26) and such in the layer (26) is ^¬ builds are that they have a part of the surface (18 ) form.

12. The method according to any one of claims 8 to 11,

characterized ,

in that the component (27, 30) has an axis of rotation (13), and the parts of the layer provided with the particles (27, 30) in the circumferential direction with respect to the axis of rotation (13) are with parts of the layer without these particles (27, 30). change each other ^{¬ off} .

13. Method according to one of the preceding claims, characterized in that

that the particles (27, 30) antimicrobial properties to be incorporated ^¬ wise and so in the layer (26) that they form a part of the surface (18) of the layer (26).

14. Method according to one of the preceding claims, characterized in that

that the particles (27, 30) are selected such that they changed ^¬ countries the wettability of the surface (18) of the layer (26) and such in the layer (26) are installed to a part of this surface (18) form.