專利名稱：通過刷鍍以電化學(xué)方式涂覆襯底的方法以及實施該方法的裝置的制作方法
通過刷鍍以電化學(xué)方式涂覆襯底的方法以及實施該方法的裝置本發(fā)明涉及通過刷鍍以電化學(xué)方式涂覆襯底的方法，在所述方法中使用轉(zhuǎn)移載體(CJbertriiger)將電解質(zhì)施加至襯底上，其中在襯底上形成金屬層的同時結(jié)合(Einbau)顆粒。將顆粒結(jié)合在層中的方法可以從例如DE 10125290A1、DE 10125289A1或JP01301897A獲得。上述最后一篇文獻建議使用刷鍍方法用于制備其中分散有顆粒的層。刷鍍理解為這樣一種電化學(xué)涂覆方法，在該方法中待涂覆的襯底不是浸入電解質(zhì)(Elektoolyt)中，而是使用稱為“刷”的轉(zhuǎn)移載體將電解質(zhì)施加至襯底。在此使用的不是狹義上的刷。取而代之的，該轉(zhuǎn)移載體必須具有由出色的毛細管力所引起的將電解質(zhì)轉(zhuǎn)移至襯底的性能。例如刷適用于此目的，因為在單根刷毛之間形成了適合運輸電解質(zhì)的毛細管通道。其他適合轉(zhuǎn)移電解質(zhì)的結(jié)構(gòu)例如由海綿樣(即開孔式)的自身有彈性的材料。為了有效地進行涂覆，電解質(zhì)通過通道系統(tǒng)供應(yīng)給轉(zhuǎn)移載體，其中電解質(zhì)流體連接轉(zhuǎn)移載體的毛細管通道。與將襯底浸入電解質(zhì)中的常規(guī)電化學(xué)涂覆方法相比而言的顯著 優(yōu)勢在于可以通過連續(xù)給料電解質(zhì)實現(xiàn)高的材料產(chǎn)量。因此，例如在電鍍期間可以相應(yīng)地實現(xiàn)大的沉積電流，并由此可以快速地形成層。與電解質(zhì)浴方法相比，在刷鍍中，電解質(zhì)的連續(xù)流動可以由于受限的擴散速率而在電解質(zhì)中防止限制涂覆速率的穩(wěn)態(tài)的成立。顯然已知的是，將顆粒結(jié)合入以電化學(xué)方法制備的層中，該層已經(jīng)在電化學(xué)浴中經(jīng)過涂覆。例如根據(jù) US 2007/0036978A1 可以知道將 CNT (Kohlenstoff-Nanorohrchen)(在下文中該縮寫用來表示碳納米管)結(jié)合入電化學(xué)沉積的層中。類似地，還可以結(jié)合BNNT (Bornitrid Nano Tubes)(該縮寫在下文中用來表示硼氮化物納米管)。然而，此時進一步限制CNT結(jié)合的因素是所述CNT僅能以有限的程度分散于電化學(xué)浴中。在制備穩(wěn)定分散體(即能在超過24小時的較長時間段上保持穩(wěn)定的分散體)時產(chǎn)生了問題。盡管可以通過使用潤濕劑(Netzmitteln)穩(wěn)定該分散體，但是該潤濕劑也會至少部分地沉積于層中。不過通過CNT結(jié)合入電化學(xué)層中例如可以致力于電導(dǎo)率的改進。而潤濕劑的存在(主要存留于CNT的表面上)限制了所期望的關(guān)于CNT結(jié)合入電化學(xué)沉積層的金屬基質(zhì)中的作用。最后，DE 102004030523A1公開了一種粉末輸送設(shè)備。因此，本發(fā)明的目的在于提供一種通過刷鍍以電化學(xué)方式涂覆襯底的方法，在該方法中提供了較大的留白(Spielraum)用于結(jié)合顆粒。 根據(jù)本發(fā)明，該目的通過在引言部分所提的方法以如下方式實現(xiàn)經(jīng)用于電解質(zhì)的第一導(dǎo)管系統(tǒng)供應(yīng)所述轉(zhuǎn)移載體，在所述第一導(dǎo)管系統(tǒng)中顆粒濃度與充分結(jié)合所需的濃度相比至少有減少，或者不存在顆粒。此外，提供用于顆粒的第二導(dǎo)管系統(tǒng)，在使用所述轉(zhuǎn)移載體進行處理前通過所述第二導(dǎo)管系統(tǒng)將所述顆粒直接施加至待涂覆的襯底上。本發(fā)明方法有利地實現(xiàn)了無需在電解質(zhì)中制備顆粒的穩(wěn)定分散體。相反，可以利用以下狀態(tài)在刷鍍中層形成過程的時間非常短。因此可以有利地在通過刷鍍方法進行涂覆前使用各供應(yīng)管線，第二導(dǎo)管系統(tǒng)，直接施加顆粒(所述第二導(dǎo)管系統(tǒng)的具體配置將在下文中詳細說明)。因此，不期望的顆粒團聚在直至襯底被涂覆的短時間期間得以排除。這具有如下的優(yōu)勢，即，可以使用本身在提供的電解質(zhì)中分散性差的CNT或BNNT。使這種狀態(tài)的利用變得有意義的另一個可能性在于，可以施加較高濃度的顆粒，通常在所關(guān)注的電解質(zhì)中較高濃度的顆粒分散體不再是穩(wěn)定的。由此增加了顆粒進入所形成的層中的結(jié)合率。因此，用于形成具有分散顆粒的電化學(xué)層的加工窗口(Prozessfenster)有利地變得更大。刷鍍的另一優(yōu)勢來源于轉(zhuǎn)移介質(zhì)在形成層的過程期間與襯底接觸。由此對抗了樹枝狀層的生長，這是由于所形成的層立即被壓實。但是CNT的引入會促進樹枝狀晶體的形成，對層的質(zhì)量有負面影響。根據(jù)本發(fā)明的另一實施方案，在所述第二導(dǎo)管系統(tǒng)中所述顆粒作為分散體供應(yīng)。此時作為分散劑可以同等地使用氣體(形成氣溶膠)或液體(形成懸浮液)。但是也可以輸送和計量作為粉末結(jié)合入待形成的層中的顆粒。然而，分散體的使用具有通?？梢院喕幚淼膬?yōu)勢。作為液體分散劑也可以優(yōu)選使用電解質(zhì)本身。因此，通過第一導(dǎo)管系統(tǒng)供料的電解質(zhì)與通過第二導(dǎo)管系統(tǒng)供料的電解質(zhì)的差別僅在于分散顆粒的濃度。有利的是，構(gòu)成了產(chǎn)量主要部分的第一導(dǎo)管系統(tǒng)中的電解質(zhì)不提供大量的顆粒從而有利地簡化了處理。特別在重復(fù)使用電解質(zhì)時，即，在實現(xiàn)刷鍍后收集電解液并回收進入向第一導(dǎo)管系統(tǒng)供料的存儲器中，在所述電解質(zhì)中會存在少量的顆粒。但是這并沒引起上述團聚問題，這是由于在達到了臨界濃度時在實現(xiàn)刷鍍后顆粒就已經(jīng)沉積在收集容器中，從而沒有回收進入存儲器中。另一方面，通過第二導(dǎo)管系統(tǒng)施加的較少量的電解質(zhì)或其他分散體可以各自在使用前的短時間內(nèi)混合，從而無需要求這些懸浮體的長期穩(wěn)定性。備選地，作為液體分散劑還可以使用在其中更容易分散相關(guān)顆粒的液體。然而這種分散劑不應(yīng)當對刷鍍的后續(xù)涂覆過程有不利的影響。因此，在選擇時必須相應(yīng)地予以考慮。如果液體作為分散劑供應(yīng)，那么它們可以有利地這樣選擇，使得分散劑在刷鍍期間主導(dǎo)的溫度下蒸發(fā)或升華。以此方式可以在分散劑結(jié)合進入形成的層之前將該分散劑從刷鍍過程中取出。還可以考慮合適的防止氣體分散劑逃逸進入環(huán)境的收集裝置。由此可以避免可能的健康風險，以及可以將該分散劑再次用于分散體的形成。根據(jù)該方法的另一個實施方案，在第二導(dǎo)管系統(tǒng)中，可以通過能量的作用、特別是超聲的作用防止顆粒的團聚。在此，還可以有利地使用超臨界分散體，這是因為在第二導(dǎo)管系統(tǒng)已經(jīng)團聚的分散顆粒的風險可以通過引入能量而降低。如果顆粒為納米顆粒，特別是CNT和/或BNNT，則可以得到本發(fā)明另一個有利的實施方案。如果使用納米顆粒，可以有利地在待涂覆的零件上生成特別精細的層結(jié)構(gòu)。此夕卜，上述在納米顆粒結(jié)合入層中之前防止納米顆粒團聚的機制可以特別有效地被利用。特別地，可以有利地實現(xiàn)不使用會干擾涂覆的潤濕劑而將CNT結(jié)合入金屬基質(zhì)中。根據(jù)本發(fā)明另一有利的實施方案，在所述CNT和/或BNNT于形成的層中擇優(yōu)取向的方向上引導(dǎo)轉(zhuǎn)移載體經(jīng)過襯底。由此出人意料地發(fā)現(xiàn)，在刷鍍前施加的顆粒由于接著的轉(zhuǎn)移載體的覆蓋而在轉(zhuǎn)移載體的移動方向上出色地定向排列(ausrichten),如果所述顆粒具有如CNT或BNNT的長構(gòu)型。由于CNT和/或BNNT的優(yōu)選取向，可以有利地有目的性地構(gòu)造出層的在其例如強度或電導(dǎo)性方面的各向異性。特別地，還可以生成多種取向的CNT和/或BNNT，如果提供多個層片的話。為此，轉(zhuǎn)移載體僅需在所期望的多個取向上移動，其、中各個層片以所期望的取向中的一個取向而制備。例如，襯底可以在制備一個層片后針對下一個分別旋轉(zhuǎn)90°，從而制備出CNT晶格或BNNT晶格類型特別有利的是，如果作為襯底涂覆的是輥，則在安置(Aufsetzen)轉(zhuǎn)移載體后該輥在轉(zhuǎn)移載體的下方旋轉(zhuǎn)。通過輥的簡單旋轉(zhuǎn)有利地實現(xiàn)了襯底和轉(zhuǎn)移載體之間的相對運動，其中實現(xiàn)了對輥的均勻涂覆。特別地，通過輥的旋轉(zhuǎn)，所述的CNT和/或BNNT的擇優(yōu)取向可以在輥的切線方向上實現(xiàn)。這對于通過涂覆增加強度而言例如具有以下優(yōu)勢，即，這可以在切線方向上實現(xiàn)。此外，有利地提供了 在涂覆輥形襯底期間，除了襯底圍繞它的中軸旋轉(zhuǎn)之外，在轉(zhuǎn)移載體和所述襯底之間在旋轉(zhuǎn)軸方向上執(zhí)行線性相對運動。如果待涂覆的輥具有特別大的構(gòu)造，這是特別有利的。由此，就沒有必要使用在輥整個長度上延伸的轉(zhuǎn)移載體，而是通過旋轉(zhuǎn)軸方向上的同時的線性相對運動以及輥的同時旋轉(zhuǎn)，在輥上形成螺紋形涂覆路徑，最終實現(xiàn)對整個輥的涂覆。根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方案，在待制備層的僅部分區(qū)域上通過第二導(dǎo)管系統(tǒng)將顆粒施加至襯底上，或者顆粒的施加量在待涂覆的層區(qū)域中局部存在變化。對此，該層可以有利地局部配合一定的要求輪廓。例如可以考慮將滑動軸承的活動面提供在具有顆粒的輥表面上，這在此處確保了較高的耐磨性。還可以考慮使涂層的導(dǎo)電性局部地配合所需值，從而提供給層具有顯著降低的電阻的電導(dǎo)線。所述層架構(gòu)的結(jié)構(gòu)留白如下實現(xiàn)第二導(dǎo)管系統(tǒng)在刷鍍前僅向部分區(qū)域施加顆粒，在所述部分區(qū)域中顆粒結(jié)合入層中。其他區(qū)域通過沒有結(jié)合顆粒的刷鍍方法進行涂覆。本發(fā)明的一個特別的實施方式提供了以電化學(xué)方式制造包括多個層片的層，其中在通過刷鍍施加各層片之前經(jīng)第二導(dǎo)管系統(tǒng)將顆粒施加至待涂覆的表面。因此有利的是還可以制造其中分布有顆粒的厚度較大的層。例如，可以涂覆軋機的工作輥，所述工作輥由于其高機械負荷而承受高度磨損。為了增加工作輥的使用期限，可以有利地將硬質(zhì)材料的顆粒結(jié)合入涂層中。隨著層的逐漸磨損，總是有新顆粒暴露在當前的表面下，此時不僅顆粒本身有利地減少了磨損，而且隨著層的逐漸磨損總是提供一定的表面粗糙度，這是因為所述顆粒由于其較少的除去和可能的從層表面的斷裂而導(dǎo)致粗糙的層表面。冷軋中的工作輥要求高表面粗糙度，從而工作棍的轉(zhuǎn)矩(Drehmoment)可以轉(zhuǎn)移至待軋制的材料(例如薄片)。適用于結(jié)合入層中的優(yōu)選硬質(zhì)材料是金屬碳化物，如SiC、TiC和WC，金屬氮化物如TiN、SiN和BN，以及金屬氧化物如A1203、5102和1102。更優(yōu)選的是，可以結(jié)合硬質(zhì)金屬的顆粒在層中形成金屬硬質(zhì)相。合適的硬質(zhì)金屬是在Co、Ni或Mo基質(zhì)中具有90至94重量％比例的WC、TiC或TiN的顆粒。所述硬質(zhì)金屬顆粒在層中的結(jié)合導(dǎo)致電化學(xué)沉積層中的硬質(zhì)金屬顆粒濃度最大為50體積％，優(yōu)選至10至15體積％。通過重復(fù)刷鍍一定次數(shù)，還可以制備所謂的多層或梯度層。以電化學(xué)方式沉積的單個層片根據(jù)所需的顆粒濃度可以更厚或更薄。在用于軋機的工作輥的實例中，必要的是通過刷鍍制造的單個層片不顯著厚于結(jié)合顆粒的直徑。只有這樣才可以保證隨著所制備的層的逐漸除去，顆?？偸潜┞对趯颖砻嫔?。多層的層可以如下制備在一個或多個層片后改變結(jié)合顆粒的濃度，或者將不同的顆粒結(jié)合入單個層片中。梯度層可以通過逐層地連續(xù)變化一種或多種類型的顆粒的濃度來制備。在這種情況下，單個的層片制備成如此薄使得在整個層厚上形成漸變的濃度梯度，而且濃度中沒有驟變。
單個的層片可以多種方式制備。例如，轉(zhuǎn)移載體可以在待涂覆的表面上來回移動。此時，顆?？梢越惶娴卦谵D(zhuǎn)移載體的前方和后方供應(yīng)，但是均在轉(zhuǎn)移載體的前方的移動方向上。為此，向顆粒提供兩種不同的輸送系統(tǒng)。備選地，可以分別使得層的一個層片不具有顆粒進行制備，一個層片具有顆粒進行制備，其中對于具有顆粒的層片總是選擇移動方向，在該方向上，待結(jié)合的顆粒可以在可見的運動方向上在轉(zhuǎn)移載體的前方流入。此外，還可以分別提供給多個轉(zhuǎn)移載體前后依次設(shè)置的第二導(dǎo)管系統(tǒng)。由此可以特別地在帶狀涂層(Bandbeschichtung)的情況中實現(xiàn)更快的層生長,并且由此可以更有效地利用該方法。同時，多個轉(zhuǎn)移載體的使用可以制備具有不同顆粒或?qū)硬牧系膶悠?。此外，本發(fā)明還涉及一種用于通過刷鍍以電化學(xué)方式涂覆襯底的裝置，其包括可流過液體的轉(zhuǎn)移載體，其具有轉(zhuǎn)移面用于將電解質(zhì)施加至待涂覆的襯底上，和具有用于電解質(zhì)的第一導(dǎo)管系統(tǒng)，其在轉(zhuǎn)移載體處具有出口。在引言部分已經(jīng)提到的JP 01301897A中描述了這種類型的裝置。根據(jù)該文獻，刷鍍用裝置具有輥形設(shè)計，使用海綿狀輥作為轉(zhuǎn)移載體。該輥的內(nèi)部設(shè)置有導(dǎo)管系統(tǒng)，其具有在轉(zhuǎn)移載體中心中運轉(zhuǎn)的拉長的圓柱體形式。該管狀導(dǎo)管系統(tǒng)具有通入轉(zhuǎn)移載體材料中的多個孔。本發(fā)明的目的還在于，提供一種用于通過刷鍍以電化學(xué)方式涂覆襯底的裝置，使用該裝置可以較有效地制備其中分散有顆粒的電化學(xué)層。根據(jù)本發(fā)明，該目的通過所述裝置實現(xiàn)，其中所述裝置具有第二導(dǎo)管系統(tǒng)，可以獨立于所述第一導(dǎo)管系統(tǒng)對其進行供料，并且具有設(shè)置在轉(zhuǎn)移面前方的開口。由此，本發(fā)明提供一種方案用于將應(yīng)當結(jié)合入待形成涂層中的顆粒獨立地供應(yīng)至裝置。由此，根據(jù)本發(fā)明可以僅在實施涂覆過程前很短時間內(nèi)才將應(yīng)當結(jié)合入涂層中的顆粒施用在待涂覆的襯底表面。為此，第二導(dǎo)管系統(tǒng)的開口，如已經(jīng)提及的，必須設(shè)置在轉(zhuǎn)移表面的前方。這表示可以事先施加在具有轉(zhuǎn)移表面的轉(zhuǎn)移載體和待涂覆的襯底間相對運動的方向上可見的顆粒。也就是說，具有開口的第二導(dǎo)管系統(tǒng)在轉(zhuǎn)移載體的轉(zhuǎn)移表面前方引入。優(yōu)選的是，所述系統(tǒng)也可以在結(jié)構(gòu)上結(jié)合入裝置中以組成組件。第二導(dǎo)管系統(tǒng)的開口必須以使得可以實施所需的施加顆粒的工藝的方式形成。如果顆粒例如(且優(yōu)選)分散在液體中，那么該液體可以通過噴霧施用。在這種情況中，開口必須具有噴嘴的形式。另一個可能性在于提供移液管形式的噴嘴，使得懸浮液可以被滴加。通過噴嘴還可以施加顆粒在氣體中的分散體，其中利用了顆粒在撞擊襯底時的粘附力。所實現(xiàn)的流速因此必須相應(yīng)程度較小，由此對于顆粒而言保持了足夠用于粘附的時間。顯然，開口可以配備單獨的轉(zhuǎn)移載體，后者實現(xiàn)與電解質(zhì)的轉(zhuǎn)移載體相同的工作原理。通過轉(zhuǎn)移載體提供的毛細管通道然后可以用來向表面供應(yīng)優(yōu)選的液體分散體。也可以使用相同的轉(zhuǎn)移載體用于轉(zhuǎn)移電解質(zhì)以及轉(zhuǎn)移顆粒分散體，其中第二導(dǎo)管系統(tǒng)的開口位于第一導(dǎo)管系統(tǒng)的前方，在移動方向上可見。由于在第二導(dǎo)管系統(tǒng)中供應(yīng)顆粒，因此有利的是可以避免生成包含涂覆電解質(zhì)和待結(jié)合顆粒的分散體。由此特別地，可以將在作為分散劑的電解質(zhì)的分散體中會產(chǎn)生問題的顆粒結(jié)合入以電化學(xué)方式形成的層中。例如，如已述的，可以避免使用對獲得的層有負面 影響的潤濕劑。根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案,第二導(dǎo)管系統(tǒng)連接(im Eingriff stehen)超聲發(fā)生器。該發(fā)生器以如下方式連接第二導(dǎo)管系統(tǒng)通過發(fā)生器產(chǎn)生的超聲至少在第二導(dǎo)管系統(tǒng)中起作用。超聲具有使在第二導(dǎo)管系統(tǒng)中輸送的顆粒不團聚的有利作用。例如，在第二導(dǎo)管系統(tǒng)中輸送的顆粒粉末也可以通過超聲而保持流動能力。關(guān)于如何在該導(dǎo)管系統(tǒng)中應(yīng)用超聲發(fā)生器的詳細信息例如可以參見DE 102004030523A1。此外，有利的是第二導(dǎo)管系統(tǒng)的開口設(shè)置有計量閥，特別是壓電閥。關(guān)于本發(fā)明這種構(gòu)造的實現(xiàn)也可以考慮上述DE 102004030523A1的說明。通過使用壓電閥有利的是可以非常精確地計量施用在襯底上的顆粒，即使所述顆粒以粉末形式進行處理。本發(fā)明的進一步細節(jié)將在下文中參考附圖
進行描述。在此附圖中相同或相應(yīng)的附圖要素以相同的附圖標記表示，并且僅在各個附圖中存在差異時反復(fù)說明。圖I示意性示出了使用本發(fā)明裝置的實施方案的本發(fā)明方法的實施方案的運行過程，圖2示出了可以用于本發(fā)明裝置的另一實施方案的導(dǎo)管模塊的橫截面，圖3和4示意性顯示了本發(fā)明方法的實施方案，其中涂覆了軋機的工作輥或另一個輥。本發(fā)明的裝置11具有轉(zhuǎn)移載體12和該轉(zhuǎn)移載體12所連接的導(dǎo)管模塊13。該轉(zhuǎn)移載體為刷，其可以安裝于襯底15的表面14上。正如下文所詳細介紹的，該裝置可以用來在襯底15上制備其中分散有顆粒(未詳細示出)的層16。為了制備層16，將襯底15置于收集容器17中。此外，襯底15和裝置11連接至電壓源，襯底可以作為陰極連接。從電解質(zhì)存儲器19將電解質(zhì)給料至轉(zhuǎn)移載體12中。該電解質(zhì)含有涂覆材料的離子，其將形成層16的金屬基質(zhì)(未示出細節(jié))。此外，從顆粒存儲器20引入第二轉(zhuǎn)移載體12a中，該顆粒容器20含有應(yīng)結(jié)合入層16中的顆粒的高濃度懸浮液。導(dǎo)管模塊13具有用于電解質(zhì)的第一導(dǎo)管系統(tǒng)21和具有出口 22a的用于顆粒的第二導(dǎo)管系統(tǒng)22。它們彼此獨立，S卩，第一導(dǎo)管系統(tǒng)可以通過電解質(zhì)存儲器19供料，與此相獨立的，第二導(dǎo)管系統(tǒng)22可以通過顆粒存儲器20供料。作為用于顆粒的分散劑，例如可以使用在施加顆粒后快速蒸發(fā)的易揮發(fā)液體，或者使用具有電解質(zhì)組成的液體。為了形成層16，沿所示方向(箭頭)在表面14上拉動裝置11。過程期間保持顆粒和電解質(zhì)的連續(xù)流，其中在具有轉(zhuǎn)移表面12b的轉(zhuǎn)移載體12前方施加的顆粒首先在表面14上形成膜16a，以及結(jié)合入隨后所施加的層16中。由于施加的電壓較快地形成了層16，在收集容器17中收集過量的混有顆粒的電解質(zhì)?；亓鲗?dǎo)管23從收集容器17通向分離裝置24，在這里顆粒與電解質(zhì)再次分離。然后僅含有不顯著量顆粒的電解質(zhì)流回電解質(zhì)存儲器19中，電解質(zhì)液體中高濃度的顆粒返回顆粒存儲器20中，在此如有必要也可以改變分散劑。然后可以使用回收的電解質(zhì)和回收的顆粒繼續(xù)該涂覆方法。此時應(yīng)當考慮到對在形成層16期間于表面14上發(fā)生的物質(zhì)轉(zhuǎn)化進行補償(ersetzen)(未示出)。圖2顯示了裝置的截面，由此匯集了另一導(dǎo)管模塊13的各構(gòu)件之間的相互作用。該導(dǎo)管模塊具有第二導(dǎo)管系統(tǒng)22，其在開口 22a處形成連接轉(zhuǎn)移載體12的噴嘴30?？梢允褂脟娮煊妙w粒分散體噴涂襯底15。 與圖I所示的實施方案不同的是，第三導(dǎo)管系統(tǒng)31平行于第二導(dǎo)管系統(tǒng)22設(shè)置。第三導(dǎo)管系統(tǒng)31的開口 26通向第二導(dǎo)管系統(tǒng)22。在此，電解質(zhì)(或其他分散劑)因此已經(jīng)與第二導(dǎo)管系統(tǒng)中的顆粒相混合。如此制備的電解質(zhì)分散體在第二導(dǎo)管系統(tǒng)22中仍然必須覆蓋的途徑是短的，并且因此顆粒的分離或團聚都不會發(fā)生。在第三導(dǎo)管系統(tǒng)31中，顆粒優(yōu)選作為粉末輸送。為了防止團聚，發(fā)生器28直接設(shè)置在第三導(dǎo)管系統(tǒng)31中。例如，發(fā)生器可以通過壓電晶體形成。此外，位于第二導(dǎo)管系統(tǒng)22中的粉末的計量可以通過在開口 26處提供的計量閥得以簡化。將計量閥設(shè)計為壓電閥?？梢杂欣赝ㄟ^使用壓電技術(shù)實現(xiàn)導(dǎo)管模塊的非常緊實的設(shè)計。第二和第三導(dǎo)管系統(tǒng)(22，31)中的途徑因此可以保持為短的，從而在待涂覆的表面處排除顆粒的團聚。盡管圖2中未示出但是同樣可想到的是不具有如圖2所示的第二通道22的裝置
11。第二通道的作用，即，將顆粒施加至襯底15，然后可以直接由圖2所示的第三通道31所 發(fā)揮，其中在根據(jù)圖2的開口 26將發(fā)揮開口 30的作用。此時，粉末狀顆粒將直接通過計量閥32直接計量至襯底15的表面14上。如果開口間隔開足夠小的程度，那么由于顆粒的粘附力可以覆蓋表面14，從而在后續(xù)電解質(zhì)涂覆步驟中，將所述顆粒結(jié)合入形成的層(圖2中未示出)中。如圖3所示，所涂覆的襯底15為軋機的工作輥。此時，將比層材料硬得多的顆粒結(jié)合入涂層中是有利的。由此即使在涂層逐漸除去時，也可以通過從表面14上凸起的顆粒產(chǎn)生高的表面粗糙度，這對于冷軋情況下對于將拉力從輥轉(zhuǎn)移至待軋制的薄片(Blech)是必要的。為了涂覆工作輥，該工作輥在箭頭所示方向上旋轉(zhuǎn)。裝置11從一側(cè)向工作輥的表面14移動，使用海綿作為轉(zhuǎn)移載體12。第一導(dǎo)管系統(tǒng)21供應(yīng)給轉(zhuǎn)移載體涂覆電解質(zhì)，其中過量的電解質(zhì)排出進入收集容器17中。此外，通過第二導(dǎo)管系統(tǒng)22經(jīng)噴嘴30將含有待結(jié)合顆粒的分散體噴霧至表面14上?？紤]到工作輥的旋轉(zhuǎn)方向，由于工作輥和具有轉(zhuǎn)移表面12b的轉(zhuǎn)移載體之間的相對移動所清楚的是，在通過電解質(zhì)進行涂覆之前將含有顆粒的分散體施加至表面14上。裝置11和襯底15的電連接以及用于供應(yīng)導(dǎo)管系統(tǒng)21，22的通道系統(tǒng)以及收集容器17的連接可以從圖I中獲知，并且可以類似地實施。這也適用于圖4的示意性實施方案中。如圖4所示，對輥作為襯底15 (以俯視圖顯示)進行涂覆。圖4僅顯示了一前端，未顯示的另一前端具有相同的形式。裝置11從上面安置在輥上，其可以相應(yīng)于圖3中的實施方案設(shè)計。與圖3所示實施方案的不同僅在于第二導(dǎo)管系統(tǒng)22的構(gòu)造。根據(jù)圖3，噴嘴30將分散體噴霧至其中所示輥的整個寬度上并且使顆粒結(jié)合在所形成的整個層中。而在圖4中僅部分地施用懸浮液。這形成了結(jié)合了 CNT(作為顆粒示意)36的帶35。這發(fā)生在接近輥的端面37的區(qū)域，并且意在向輥的滾動設(shè)置提供最高的耐磨性。輥的其余部分以電化學(xué)方式涂覆而不結(jié)合CNT 36，從而產(chǎn)生例如輥的耐腐保護。通過該方法還實現(xiàn)了 CNT36在涂層的帶35中的擇優(yōu)取向。在輥于箭頭所示方向上旋轉(zhuǎn)并且將分散體在轉(zhuǎn)移載體(未示出)前方施用于輥表面時，轉(zhuǎn)移載體和輥之間的接著的相對移動具有使CNT 36在移動方向上取向的作用，這是因為CNT 36與轉(zhuǎn)移載體之間的摩擦條件得到了優(yōu)化。因此，以此方式制造的層構(gòu)件具有各向異性的性質(zhì)，其在圖4所示的實施例中例如導(dǎo)致帶在其取向方向上的硬度特別大。
權(quán)利要求
1.通過刷鍍以電化學(xué)方式涂覆襯底(15)的方法，在所述方法中使用轉(zhuǎn)移載體(12)將電解質(zhì)施加至所述襯底(15)上，其中在所述襯底(15)上形成金屬層(16)的同時結(jié)合顆粒， 其特征在于， 經(jīng)用于電解質(zhì)的第一導(dǎo)管系統(tǒng)供應(yīng)所述轉(zhuǎn)移載體，在所述第一導(dǎo)管系統(tǒng)中顆粒濃度與充分結(jié)合所需的濃度相比至少有減少，或者不存在顆粒，和 提供用于所述顆粒的第二導(dǎo)管系統(tǒng)，在使用所述轉(zhuǎn)移載體進行處理前通過所述第二導(dǎo)管系統(tǒng)將所述顆粒直接施加至待涂覆的襯底上。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法， 其特征在于，在所述第二導(dǎo)管系統(tǒng)中所述顆粒作為分散體供應(yīng)。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法， 其特征在于， 所述分散體以噴霧方式或以滴注方式供應(yīng)。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法， 其特征在于， 所述顆粒在所述第二導(dǎo)管系統(tǒng)中作為粉末輸送。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的方法， 其特征在于， 在所述第二導(dǎo)管系統(tǒng)中通過能量的作用、特別是超聲的作用防止所述顆粒的團聚。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法， 其特征在于， 作為所述顆粒使用的是納米顆粒，特別是CNT和/或BNNT。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法， 其特征在于， 在所述CNT和/或BNNT于所形成的層中擇優(yōu)取向的方向上引導(dǎo)所述轉(zhuǎn)移載體(12)經(jīng)過所述襯底(15)。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法， 其特征在于， 作為襯底(15)涂覆的是輥，在安置所述轉(zhuǎn)移載體(12)后所述輥在所述轉(zhuǎn)移載體(12)的下方旋轉(zhuǎn)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法， 其特征在于， 在涂覆輥形襯底(15)期間，除了所述襯底圍繞它的中軸旋轉(zhuǎn)之外，在所述轉(zhuǎn)移載體(12)和所述襯底(15)之間在旋轉(zhuǎn)軸方向上執(zhí)行線性相對運動。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法， 其特征在于， 在待制備層(16)的僅部分區(qū)域上通過所述第二導(dǎo)管系統(tǒng)(22)將所述顆粒施加至所述襯底(15)上，或者所述顆粒的施加量在待施加的層(16)區(qū)域中局部存在變化。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于， 以電化學(xué)方式制造包括多個層片的所述層(16)，其中在通過刷鍍施加各層片之前經(jīng)所述第二導(dǎo)管系統(tǒng)(22)將所述顆粒施加至待涂覆的表面。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法， 其特征在于， 作為襯底涂覆的是用于軋機的工作輥。
13.用于通過刷鍍以電化學(xué)方式涂覆襯底(15)的裝置，其包括 可流過液體的轉(zhuǎn)移載體(12)，其具有轉(zhuǎn)移面(12b)用于將電解質(zhì)施加至待涂覆的襯 底(15)上，和 用于電解質(zhì)的第一導(dǎo)管系統(tǒng)(21)，其在所述轉(zhuǎn)移載體(12)處具有出口(30)， 其特征在于， 所述裝置具有第二導(dǎo)管系統(tǒng)(22)，可以獨立于所述第一導(dǎo)管系統(tǒng)對其進行供料，并且具有設(shè)置在所述轉(zhuǎn)移面(12b)前方的開口(22a)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置， 其特征在于，所述第二導(dǎo)管系統(tǒng)(22)連接超聲發(fā)生器(28a)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種通過刷鍍以電化學(xué)方式涂覆襯底(15)的方法。本發(fā)明建議，經(jīng)電解質(zhì)用的轉(zhuǎn)移載體(12)前方的各導(dǎo)管系統(tǒng)(22)將顆粒施加至待涂覆的表面(14)上。該電解質(zhì)經(jīng)導(dǎo)管系統(tǒng)(21)可自行添加給轉(zhuǎn)移載體。由此有利地實現(xiàn)了因為在施加顆粒后直到形成層(16)前只經(jīng)過很短的時間，所以可以抑制顆粒的團聚。本發(fā)明還要求保護一種用于以電化學(xué)方式進行涂覆的裝置，該裝置具有兩個為所述目的設(shè)置的導(dǎo)管系統(tǒng)(21，22)。使用本發(fā)明的方法例如可以在軋機中部分涂覆輥的高應(yīng)力表面部分。
文檔編號C25D5/06GK102639757SQ201080054284
公開日2012年8月15日 申請日期2010年8月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月30日
發(fā)明者A.阿恩特, H.斯普林伯恩, J.D.詹森, M.施耐德, M.萊基克-尼尼克, P.威瑟, S.萊克納, U.克魯格, U.派利茲 申請人:西門子公司