DE102010012004A1

DE102010012004A1 - Workpiece with at least one nickel-containing layer

Info

Publication number: DE102010012004A1
Application number: DE102010012004A
Authority: DE
Inventors: Matthias Kurrle
Original assignee: IPT INTERNAT PLATING TECHNOLOG; IPT INTERNATIONAL PLATING TECHNOLOGIES GmbH
Current assignee: IPT INTERNAT PLATING TECHNOLOG; IPT INTERNATIONAL PLATING TECHNOLOGIES GmbH
Priority date: 2009-03-13
Filing date: 2010-03-15
Publication date: 2010-09-16
Also published as: EP2438218B1; WO2010102808A2; WO2010102808A3; EP2438218A2

Abstract

Ein Werkstück (10), insbesondere ein Tiefdruckzylinder oder ein Zylinder eines Verbrennungsmotors, hat einen Grundkörper (12), eine erste Schicht (14), welche zumindest teilweise auf dem Grundkörper (12) angeordnet ist und Nickel mit einem Massenanteil von mindestens 0,80, insbesondere von mindestens 0,95, enthält, und eine zweite Schicht (16), welche zumindest teilweise auf der dem Grundkörper (12) gegenüberliegenden Seite der ersten Schicht (14) angeordnet ist und Nickel mit einem Massenanteil von mindestens 0,70, insbesondere von mindestens 0,85, und mindestens einen nicht metallischen Bestandteil enthält, wobei die zweite Schicht (16) härter ist als die erste Schicht (14).A workpiece (10), in particular a gravure cylinder or a cylinder of an internal combustion engine, has a base body (12), a first layer (14) which is at least partially disposed on the base body (12) and nickel with a mass fraction of at least 0.80 , in particular of at least 0.95, and a second layer (16) disposed at least partially on the side of the first layer (14) opposite the base body (12) and nickel with a mass fraction of at least 0.70, in particular of at least 0.85, and containing at least one non-metallic constituent, wherein the second layer (16) is harder than the first layer (14).

Description

Die Erfindung betrifft ein Werkstück mit mindestens einer nickelhaltigen Schicht.The Invention relates to a workpiece with at least one nickel-containing layer.

Im Tiefdruck werden derzeit überwiegend Zylinder mit einer Gravurschicht aus Kupfer und einer Verschleißschutzschicht aus Hartchrom verwendet. Dabei geschieht die galvanische Abscheidung von Chrom mit einem schlechten Wirkungsgrad.in the Gravure is currently predominantly cylinder with an engraving layer of copper and a wear protection layer used in hard chrome. The galvanic deposition happens of chrome with a poor efficiency.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein neues Werkstück bereit zu stellen.It It is an object of the invention to provide a new workpiece.

Nach der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch ein Werkstück gemäß Anspruch 1. Bei einem solchen Werkstück wird das Recycling der ersten und zweiten Schicht erleichtert, da beide Schichten als Hauptbestandteil Nickel aufweisen. Das Werkstück ist auch für eine Lasergravur geeignet. Bevorzugt dient die zweite Schicht als Verschleißschutzschicht.To The object is achieved by a workpiece according to claim 1. In such a workpiece the recycling of the first and second layer is facilitated since have both layers as the main component nickel. The workpiece is too for one Laser engraving suitable. Preferably, the second layer serves as a wear protection layer.

Eine vorteilhafte Weiterbildung ergibt sich aus dem Anspruch 6. Bei einem solchen Werkstück ist das Recycling der ersten und zweiten Schicht besonders gut möglich, da es sich trotz der beiden Schichten im Wesentlichen um ein sortenreines Einmetallsystem handelt.A advantageous development results from the claim 6. In a such workpiece is the recycling of the first and second layer is particularly well possible because In spite of the two layers, it is essentially a varietal one Einmetallsystem acts.

Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein Werkstück gemäß Anspruch 14. Eine Schicht, die Nickel und hexagonales Bornitrid enthält, hat vorteilhafte Eigenschaften und kann insbesondere auch als Verschleißschutzschicht dienen.The Task is also solved through a workpiece according to claim 14. A layer containing nickel and hexagonal boron nitride has advantageous properties and can in particular also as a wear protection layer serve.

Bevorzugt dient die äußere Schicht als Verschleißschutzschicht. Bevorzugt ist die äußere Schicht galvanisch abgeschieden. Bevorzugt ist die äußere Schicht aus einer wässrigen Dispersion abgeschieden. Bevorzugt enthält die äußere Schicht Siliciumcarbid. Bevorzugt enthält die äußere Schicht Phosphor. Bevorzugt enthält die äußere Schicht hexagonales Bornitrid mit einem Massenanteil zwischen 0,001 und 0,08, bevorzugt zwischen 0,002 und 0,07, weiter bevorzugt zwischen 0,01 und 0,05.Prefers serves the outer layer as wear protection layer. The outer layer is preferred galvanically deposited. Preferably, the outer layer of an aqueous Dispersion deposited. Preferably, the outer layer contains silicon carbide. Preferably contains the outer layer of phosphorus. Preferably contains the outer layer hexagonal boron nitride with a mass fraction between 0.001 and 0.08, preferably between 0.002 and 0.07, more preferably between 0.01 and 0.05.

Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen und in den Zeichnungen dargestellten, in keiner Weise als Einschränkung der Erfindung zu verstehenden Ausführungsbeispielen, sowie aus den Unteransprüchen. Es zeigtFurther Details and advantageous developments of the invention result from those described below and illustrated in the drawings, in no way as a limitation the invention to be understood embodiments, and from the dependent claims. It shows

1 eine schematische Darstellung eines Tiefdruckzylinders in geschnittener Darstellung, 1 a schematic representation of a gravure cylinder in a sectional view,

2 einen Querschnitt durch den Tiefdruckzylinder aus 1, 2 a cross section through the gravure cylinder 1 .

3 eine schematische Darstellung einer Galvanisieranlage, 3 a schematic representation of a galvanizing plant,

4 einen Querschnitt durch einen Tiefdruckzylinder, 4 a cross section through a gravure cylinder,

5 einen Querschliff durch einen Grundkörper mit einer Schicht, welche Nickel und hexagonales Bornitrid enthält, 5 a transverse section through a base body with a layer containing nickel and hexagonal boron nitride,

6 einen Querschliff durch eine Schicht aus Nickel und hexagonalem Bornitrid, und 6 a transverse section through a layer of nickel and hexagonal boron nitride, and

7 den Querschliff aus 5 im Original. 7 the cross section 5 in the original.

1 zeigt einen Tiefdruckzylinder (allgemein: Werkstück) 10 mit einem Kern (allgemein: Grundkörper) 12, einer ersten Schicht 14, welche auf dem Kern aufgebracht ist, und einer zweiten Schicht 16, welche auf der ersten Schicht 14 aufgebracht ist. Die Längsachse 18 des Werkstücks 10 ist schematisch angedeutet. Als Kern 12 wird z. B. ein Zylinder aus Stahl, Kupfer oder Zink verwendet. 1 shows a gravure cylinder (in general: workpiece) 10 with a core (in general: basic body) 12 , a first layer 14 , which is applied to the core, and a second layer 16 which on the first layer 14 is applied. The longitudinal axis 18 of the workpiece 10 is indicated schematically. As a core 12 is z. B. a cylinder made of steel, copper or zinc used.

Die erste Schicht 14 besteht bevorzugt aus reinem Nickel, und die zweite Schicht 16 besteht bevorzugt aus einer Zusammensetzung NIX, wobei X z. B. Siliciumcarbid (SiC), Phosphor (P), hexagonales Bornitrid (h-BN) und/oder ein anderer, bevorzugt nicht-metallischer Bestandteil (Zusatzstoff) ist, der zusammen mit dem Nickel bessere Verschleißschutzeigenschaften hat als reines Nickel. Der Massenanteil des nicht-metallischen Bestandteils in der zweiten Schicht 16, also die relative Masse des nicht-metallischen Bestandteils an der Gesamtmasse des Stoffgemischs, liegt bevorzugt zwischen 0,001 und 0,15, weiter bevorzugt zwischen 0,003 und 0,12, weiter bevorzugt zwischen 0,01 und 0,10, weiter bevorzugt zwischen 0,03 und 0,09.The first shift 14 is preferably pure nickel, and the second layer 16 preferably consists of a composition NIX, wherein X z. As silicon carbide (SiC), phosphorus (P), hexagonal boron nitride (h-BN) and / or another, preferably non-metallic ingredient (additive), which has better anti-wear properties together with the nickel than pure nickel. The mass fraction of the non-metallic constituent in the second layer 16 , that is, the relative mass of the non-metallic constituent to the total mass of the substance mixture, is preferably between 0.001 and 0.15, more preferably between 0.003 and 0.12, even more preferably between 0.01 and 0.10, more preferably between 0, 03 and 0.09.

Der Verschleiß, also der fortlaufende Materialverlust aus der Oberfläche eines festen Körpers, hervorgerufen durch mechanische Ursachen, ist von einer Vielzahl von Materialeigenschaften abhängig. Im Allgemeinen sind eine große Härte, antiadhäsive Eigenschaften und eine geringe Reibungszahl vorteilhaft.Of the Wear, So the continuous loss of material from the surface of a solid body, evoked due to mechanical causes, is of a variety of material properties dependent. in the General are a big one Hardness, anti-adhesive properties and a low coefficient of friction advantageous.

Reines, galvanisch abgeschiedenes Nickel hat – in Abhängigkeit vom verwendeten galvanischen Bad – eine Härte im Bereich von 350 bis 550 HV 0,05, und die zweite Schicht hat bevorzugt eine Härte von mindestens 450 HV 0,05, z. B. zwischen 450 und 750 HV 0,05. Die Angabe 350 HV 0,05 gibt z. B. an, dass die Härteprüfung nach Vickers mit einer Prüfkraft von 0,05 kp ein Härtewert von 350 gemessen wurde. 0,05 kp (Kilopond) entsprechen in etwa dem Gewicht einer Masse von 50 g, und 1 kp = 9,80665 N.pure, Electrodeposited nickel has a hardness in the range depending on the galvanic bath used from 350 to 550 HV 0.05, and the second layer preferably has one Hardness of at least 450 HV 0.05, z. B. between 450 and 750 HV 0.05. The specification 350 HV 0.05 gives z. B. that the hardness test according to Vickers with a test load of 0.05 kp a hardness value was measured from 350. 0.05 kp (kilopond) are roughly equivalent to Weight of a mass of 50 g, and 1 kp = 9.80665 N.

Die erste Schicht 14 hat bevorzugt eine Schichtdicke von 20 bis 210 μm, weiter bevorzugt von 30 bis 200 μm, weiter bevorzugt von 30 bis 80 μm, und die zweite Schicht 16 bevorzugt eine Schichtdicke von 1 bis 20 μm, weiter bevorzugt von 3 bis 15 μm, weiter bevorzugt von 5 bis 15 μm.The first shift 14 preferably has a layer thickness of 20 to 210 microns, more preferably from 30 to 200 μm, more preferably from 30 to 80 μm, and the second layer 16 preferably a layer thickness of 1 to 20 microns, more preferably from 3 to 15 microns, more preferably from 5 to 15 microns.

Der Grundkörper 12 kann auch mehrschichtig ausgebildet sein und unterschiedliche Formen aufweisen. Insbesondere kann er eine zusätzliche Anschlagschicht/Grundschicht aus Nickel oder Kupfer aufweisen.The main body 12 can also be multi-layered and have different shapes. In particular, it may have an additional stop layer / base layer of nickel or copper.

Beispiel 1example 1

Als Beispiel für die Beschichtung eines Druckzylinders 12 mit einem Durchmesser von 60 cm hat die erste Schicht 14 eine Dicke von 30 μm und besteht aus reinem Nickel mit einem Massenanteil von 1,00, und die zweite Schicht 16 hat eine Dicke von 5 μm und besteht aus einer Zusammensetzung aus Nickel mit einem Massenanteil von 0,96 und Phosphor mit einem Massenanteil von 0,04.As an example for the coating of a printing cylinder 12 with a diameter of 60 cm has the first layer 14 a thickness of 30 microns and consists of pure nickel with a mass fraction of 1.00, and the second layer 16 has a thickness of 5 microns and consists of a composition of nickel with a mass fraction of 0.96 and phosphorus with a mass fraction of 0.04.

Beispiel 2Example 2

Als weiteres Beispiel für die Beschichtung eines Druckzylinders 12 mit einem Durchmesser von 80 cm hat die erste Schicht 14 eine Dicke von 35 μm und besteht aus einer Zusammensetzung (Legierung) aus Nickel mit einem Massenanteil von 0,96 und Chrom mit einem Massenanteil von 0,04, und die zweite Schicht 16 hat eine Dicke von 5 μm und besteht aus einer Zusammensetzung aus Nickel mit einem Massenanteil von 0,911, Chrom mit einem Massenanteil von 0,039, und hexagonalem Bornitrid mit einem Massenanteil von 0,05.As another example of the coating of a printing cylinder 12 with a diameter of 80 cm has the first layer 14 a thickness of 35 microns and consists of a composition (alloy) of nickel with a mass fraction of 0.96 and chromium with a mass fraction of 0.04, and the second layer 16 has a thickness of 5 microns and consists of a composition of nickel with a mass fraction of 0.911, chromium with a mass fraction of 0.039, and hexagonal boron nitride with a mass fraction of 0.05.

Der metallische Bestandteil der zweiten Schicht 16 hat hier einen Massenanteil von 0,911 (Nickel) + 0,039 (Chrom) = 0,95, und bezogen auf den metallischen Bestandteil, also ohne Berücksichtigung der nicht-metallischen Bestandteile, hat das Nickel einen Massenanteil von 0,911/0,95 = 0,959 und das Chrom einen Massenanteil von 0,039/0,95 = 0,041, und dies entspricht im Wesentlichen den Massenanteilen der Metalle in der ersten Schicht 14. Das Massenverhältnis von Chrom zu Nickel ist in der zweiten Schicht mit 0,0428 (berechnet durch 0,039/0,911) im Wesentlichen gleich wie in der ersten Schicht mit 0,042 (berechnet durch 0,04/0,96). Dies hat den Vorteil, dass nach einem Abtragen der ersten Schicht 14 und zweiten Schicht 16 das abgetragene Material nach Reinigung von den Zusätzen erneut verwendet werden kann, da das relative Verhältnis der Massenanteile der einzelnen Metalle zueinander (hier Nickel und Chrom, ggf. auch zusätzliche Metalle) in beiden Schichten ähnlich bzw. im Wesentlichen gleich bzw. gleich ist. Wie dem Fachmann bekannt ist, schwankt der Metallgehalt in den elektrolytischen Bädern über die Zeit, und der Begriff der Gleichheit der relativen Verhältnisse der Massenanteile der einzelnen Metalle zueinander muss entsprechend weit ausgelegt werden.The metallic component of the second layer 16 here has a mass fraction of 0.911 (nickel) + 0.039 (chromium) = 0.95, and based on the metallic component, ie without taking into account the non-metallic constituents, the nickel has a mass fraction of 0.911 / 0.95 = 0.959 and the Chromium has a mass fraction of 0.039 / 0.95 = 0.041, and this essentially corresponds to the mass fractions of the metals in the first layer 14 , The mass ratio of chromium to nickel in the second layer is 0.0428 (calculated by 0.039 / 0.911) substantially the same as in the first layer is 0.042 (calculated by 0.04 / 0.96). This has the advantage that after a removal of the first layer 14 and second layer 16 the abraded material can be reused after purification from the additives, since the relative ratio of the mass fractions of the individual metals to one another (here nickel and chromium, optionally also additional metals) in both layers is similar or substantially the same or the same. As is known to those skilled in the art, the metal content in the electrolytic baths will vary over time, and the concept of equality of the relative ratios of the proportions by weight of the individual metals to one another must be construed correspondingly wide.

2 zeigt eine vergrößerte Darstellung des Druckzylinders 10 mit einem Näpfchen 22, das sich durch die zweite Schicht 16 hindurch in die erste Schicht 14 erstreckt und mit Druckfarbe 20 gefüllt ist. 2 shows an enlarged view of the printing cylinder 10 with a cup 22 passing through the second layer 16 through into the first layer 14 extends and with printing ink 20 is filled.

Die zweite Schicht (NiX-Schicht) 16 hat gegenüber reinem Nickel neben den besseren Verschleißschutzeigenschaften auch den Vorteil einer schlechteren Benetzung, so dass die Druckfarbe 20 nicht in den Näpfchen 22 hängen bleibt.The second layer (NiX layer) 16 Compared to pure nickel, in addition to the better anti-wear properties, it also has the advantage of poorer wetting, so that the printing ink 20 not in the cups 22 Keeps hanging.

Die Näpfchen 22 können durch Gravur, insbesondere Lasergravur und – bei nicht zu großer Härte der zweiten Schicht 16 und/oder einer dünnen zweiten Schicht 16 – auch durch elektromechanische Gravur hergestellt werden.The cups 22 can by engraving, especially laser engraving and - not too great hardness of the second layer 16 and / or a thin second layer 16 - also be produced by electromechanical engraving.

Ein großer Vorteil der zweiten Schicht (NiX-Schicht) 16 und auch der ersten Schicht 14 ist die gute Eignung für die Lasergravur. Insbesondere gegenüber den heutzutage üblichen Chrom- und Kupferschichten können bei der Lasergravur in Nickel bessere Ergebnisse erzielt werden.A big advantage of the second layer (NiX-layer) 16 and also the first shift 14 is the good suitability for the laser engraving. Especially with respect to the chromium and copper layers which are customary today, better results can be achieved in laser engraving in nickel.

Herstellungmanufacturing

3 zeigt eine Galvanisieranlage 50 mit einer oberen Wanne 52, in der das Werkstück 10 drehbar gelagert ist, einer ersten unteren Wanne 54 mit einem galvanischen Nickel-Bad 55, und einer zweiten unteren Wanne 56 mit einem galvanischen NiX-Bad 57. 3 shows a galvanizing plant 50 with an upper tub 52 in which the workpiece 10 is rotatably mounted, a first lower tray 54 with a galvanic nickel bath 55 , and a second lower tub 56 with a galvanic NiX bath 57 ,

Ein Anodenkäfig 60 ist teilweise um das Werkstück 10 herum angeordnet und mit einer Spannungs- bzw. Stromquelle 62 verbunden, welche auch mit dem Werkstück 10 verbunden ist.An anode cage 60 is partially around the workpiece 10 arranged around and with a voltage or current source 62 connected, which also with the workpiece 10 connected is.

Eine Pumpvorrichtung 70 ermöglicht ein Pumpen des Bads 55 in die obere Wanne 52, und ein Ventil 72 ermöglicht ein Ablassen des Bads aus der oberen Wanne 52 in die erste untere Wanne 54. In gleicher Weise ermöglicht eine Pumpvorrichtung 80 ein Pumpen des Bads 57 in die obere Wanne 52, und ein Ventil 82 ermöglicht ein Ablassen des Bads aus der oberen Wanne 52 in die zweite untere Wanne 56.A pumping device 70 allows a pump of the bath 55 in the upper tub 52 , and a valve 72 allows draining the bath from the upper tub 52 in the first lower tub 54 , Similarly, a pumping device allows 80 a pump of the bath 57 in the upper tub 52 , and a valve 82 allows draining the bath from the upper tub 52 in the second lower tub 56 ,

Im dargestellten Verfahrensschritt wird das Nickel-Bad im Kreislauf über die Pumpvorrichtung 70 in die obere Wanne 52 gepumpt und anschließend über das Ventil 72 wieder in die erste untere Wanne 54 abgelassen.In the illustrated method step, the nickel bath in the circuit via the pumping device 70 in the upper tub 52 pumped and then over the valve 72 back to the first lower tub 54 drained.

Es erfolgt die galvanische Beschichtung des Werkstücks 10 mit der ersten Schicht 14 aus Nickel, die z. B. mit einer relativ hohen Abscheiderate von beispielsweise bis zu 10 μm/min möglich ist, so dass eine Schichtdicke von 50 μm ca. 5 Minuten benötigt. Anschließend wird das Nickel-Bad vollständig über das Ventil 72 in die erste untere Wanne 54 abgelassen, und danach wird das NiX-Bad aus der zweiten unteren Wanne 56 in gleicher Weise im Kreislauf in die obere Wanne 52 gepumpt, und die Beschichtung des Werkstücks 10 mit der zweiten Schicht 16 aus NiX findet statt. Hierbei ist die Abscheiderate mit beispielsweise bis zu 5 μm/min niedriger, aber die zweite Schicht 16 ist dünner als die erste Schicht 14, so dass die gesamte Beschichtung des Werkstücks 10 mit der ersten und zweiten Schicht in etwa 7 bis 30 Minuten erfolgen kann.There is the galvanic coating of the workpiece 10 with the first layer 14 made of nickel, the z. B. with a relatively high deposition rate of, for example, up to 10 microns / min is possible, so that a layer thickness of 50 microns about 5 minutes needed. Subsequently, the nickel bath is completely over the valve 72 in the first lower tub 54 drained, and then the NiX bath from the second lower tray 56 in the same way in the circulation in the upper tub 52 pumped, and the coating of the workpiece 10 with the second layer 16 from NiX takes place. Here, the deposition rate is lower, for example, up to 5 microns / min, but the second layer 16 is thinner than the first layer 14 so that the entire coating of the workpiece 10 can be done with the first and second layer in about 7 to 30 minutes.

Ein Geschwindigkeitsvorteil wird auch dadurch erzielt, dass für beide Schichten die gleiche obere Wanne 52 verwendet werden kann, da in beiden Prozessschritten ein galvanisches Bad 55, 57 mit dem Metall Nickel verwendet wird und so eine Verunreinigung der Bäder mit fremden Metallen ausgeschlossen ist, die im Normalfall die Verwendung von zwei getrennten oberen Wannen und einen Transport des Werkstücks 10 erforderlich machen würde.A speed advantage is also achieved by having the same top pan for both layers 52 can be used because in both process steps a galvanic bath 55 . 57 With the metal nickel is used and so contamination of the baths with foreign metals is excluded, which normally involves the use of two separate upper trays and a transport of the workpiece 10 would require.

Nach der Beschichtung wird das Werkstück üblicherweise poliert, bevor anschließend die Gravur erfolgt.To the coating usually becomes the workpiece polished before afterwards the engraving is done.

Recyclingrecycling

Um das Werkstück 10 wieder verwenden zu können, werden z. B. bei einer haftfesten Beschichtung die zweite Schicht 16 vollständig und die erste Schicht 14 teilweise auf einer Drehbank abgedreht bzw. abgefräst, und anschließend kann eine neue Beschichtung erfolgen.To the workpiece 10 to be able to use again, z. B. in an adhesive coating, the second layer 16 completely and the first layer 14 partially turned on a lathe or milled off, and then a new coating can be done.

Ein großer Vorteil bei der Verwendung des gleichen Metalls bzw. der gleichen Metallkombination für die erste und zweite Schicht 14, 16 besteht darin, dass das abgetrennte Material – ggf. nach einem Reinigungsvorgang – erneut zur Beschichtung verwendet werden kann und keine aufwändige bzw. zum Teil unmögliche Trennung unterschiedlicher Metalle erfolgen muss.A big advantage in using the same metal or metal combination for the first and second layers 14 . 16 is that the separated material - possibly after a cleaning process - can be used again for coating and no complex or sometimes impossible separation of different metals must be made.

4 zeigt einen Querschnitt durch einen Tiefdruckzylinder 10, bei dem zwischen dem Grundkörper 12 und der ersten Schicht 14 eine Trennschicht 13 angeordnet ist. 4 shows a cross section through a gravure cylinder 10 in which between the main body 12 and the first layer 14 a separation layer 13 is arranged.

Die Trennschicht 13 dient dazu, eine haftfeste Verbindung zwischen der ersten Schicht 14 und dem Grundkörper 12 zu verhindern, um so nach Art einer Ballardhaut ein mechanisches Brechen und anschließendes Abziehen der ersten Schicht 14 und zweiten Schicht 16 zu ermöglichen.The separation layer 13 serves to ensure a strong bond between the first layer 14 and the body 12 To prevent, so in the manner of a Ballardhaut a mechanical breaking and then stripping off the first layer 14 and second layer 16 to enable.

Als Trennschicht 13 kann z. B. eine Silberschicht aufgebracht werden, die oxidiert, oder es kann eine organische Schicht (z. B. Eiweiß) verwendet werden. Die Dicke beträgt z. B. wenige Ångström (1 Å = 10^–10 m).As a separating layer 13 can z. For example, a silver layer may be applied that oxidizes, or an organic layer (eg, egg white) may be used. The thickness is z. B. few angstroms (1 Å = 10 ^-10 m).

N ih-BNN ih BN

5 zeigt einen Querschliff durch ein Werkstück 10 mit einem Grundkörper 12 aus Kupfer (Kupferbolzen), auf dessen Oberfläche 15 eine äußere, 60 μm dicke Schicht (Verschleißschutzschicht) 16 aufgebracht ist, die aus einer Zusammensetzung aus Nickel und hexagonalem Bornitrid (h-BN) besteht. Das hexagonale Bornitrid ist in Form von gegenüber dem Nickel dunkleren Punkten 17 sichtbar. Bei den größeren, ganz dunklen Punkten 24 handelt es sich dagegen um oberflächliche Einlagerungen, die im Zusammenhang mit der Erstellung des Querschliffs hinzugekommen sind. 5 shows a cross section through a workpiece 10 with a basic body 12 of copper (copper stud), on its surface 15 an outer, 60 μm thick layer (wear protection layer) 16 is applied, which consists of a composition of nickel and hexagonal boron nitride (h-BN). The hexagonal boron nitride is in the form of darker points than the nickel 17 visible, noticeable. At the larger, very dark spots 24 On the other hand, these are superficial deposits that have been added in connection with the creation of the cross section.

Oberhalb der Ni h-BN-Schicht 16 ist eine Schutzschicht 19 aus einem Einbettmittel (z. B. Kunststoff) aufgebracht, die nur zur Verhinderung einer Zerstörung der äußeren Schicht 16 beim Querschliff vorgesehen ist. Die Schutzschicht 19 und der Grundkörper 12 sind durch Bildbearbeitung zur besseren Wiedergabe aufgehellt worden.Above the Ni h BN layer 16 is a protective layer 19 of a embedding agent (eg plastic) applied only to prevent destruction of the outer layer 16 is provided when cross section. The protective layer 19 and the main body 12 have been lightened by image editing for better playback.

6 zeigt einen Querschliff durch eine Ni h-BN-Schicht 16, die gegenüber der Schicht 16 aus 5 einen höheren Massenanteil an – als dunklere Flecken erkennbarem – hexagonalem Bornitrid 17 hat. Die Rillen 25 kommen vom Querschliff. Durch Bildbearbeitung wurden die Helligkeit und der Kontrast erhöht. Ein Maßstab liegt nicht vor. 6 shows a transverse section through a Ni h-BN layer 16 facing the layer 16 out 5 a higher mass fraction of hexagonal boron nitride, recognizable as darker patches 17 Has. The grooves 25 come from the cross section. Image editing has increased brightness and contrast. A scale is not available.

7 zeigt den Querschliff aus 5 im Original. 7 shows the cross section 5 in the original.

Versuche haben ergeben, dass eine solche Ni h-BN-Schicht sehr gute Verschleißschutzeigenschaften hat und deshalb in vielen Einsatzbereichen, z. B. bei der Beschichtung von Tiefdruckzylindern oder auch von Zylindern für Verbrennungsmotoren (allgemein: Werkstücken), als Ersatz für eine Verschleißschutzschicht aus Hartchrom eingesetzt werden kann.tries have shown that such a Ni h-BN layer very good anti-wear properties has and therefore in many applications, eg. B. in the coating of gravure cylinders or cylinders for internal combustion engines (in general: Workpieces) as replacement for a wear protection layer made of hard chrome can be used.

Die Härte ist mit ca. 450 bis 600 HV 0,05 ähnlich groß wie bei einer NiP-Schicht, aber geringer als die von Hartchrom (bis zu 1.200 HV 0,05).The Hardness is similar with about 450 to 600 HV 0.05 as big as with a NiP layer, but less than that of hard chrome (bis to 1.200 HV 0.05).

Ein großer Vorteil der Ni h-BN-Schicht besteht in einer großen Reibwertreduzierung (Reibungszahlreduzierung, Reibungskoeffizientreduzierung), insbesondere in der Reduzierung der Trockenreibung, wobei die Reibwertreduzierung dazu führt, dass die Verschleißschutzeigenschaften – abhängig vom Anwendungsfall – ähnlich gut wie bei Hartchrom sind. Bei mangelnder Schmierung tritt bei tribologisch beanspruchtem reinem Nickel schnell Fressreibung auf, und dies wird durch die durch die Ni h-BN-Schicht erreichte Reibwertreduzierung verhindert bzw. zumindest vermindert. Der Vorteil der guten Reibwertreduzierung ist in Bezug auf die Fressreibung wichtiger als der Nachteil der geringeren Härte. Vorteilhaft ist ein Zusatz weiterer Partikel wie z. B. SiC.A major advantage of the Ni h-BN layer consists in a large Reibwertreduzierung (Reibungszahlreduzierung, friction coefficient reduction), in particular in the reduction of dry friction, the coefficient of friction leads to the fact that the wear protection properties - depending on the application - are similar to hard chrome. If there is a lack of lubrication, tribological stressed pure nickel quickly becomes subject to friction on, and this is prevented by the achieved by the Ni h-BN layer friction coefficient reduction or at least reduced. The advantage of good coefficient of friction reduction is more important in terms of scuffing than the disadvantage of lower hardness. It is advantageous to add additional particles such. B. SiC.

Der Massenanteil des hexagonalen Bornitrids 17 in der Schicht 16 beträgt bevorzugt zwischen 0,001 und 0,08, weiter bevorzugt zwischen 0,002 und 0,07, und weiter bevorzugt zwischen 0,01 und 0,05.The mass fraction of the hexagonal boron nitride 17 in the layer 16 is preferably between 0.001 and 0.08, more preferably between 0.002 and 0.07, and more preferably between 0.01 and 0.05.

Herstellung von Ni h-BNPreparation of Ni h-BN

Die Herstellung einer Ni h-BN-Schicht wurde erfolgreich durch eine galvanische Beschichtung mit dem folgenden Badansatz durchgeführt:

• 500 g/l Nickelsulfat (NiSO₄·7 H₂O)
• 30–45 g/l Borsäure (H₃BO₃)
• 15–35 ml/l organischer Kornverfeinerer/Härtebildner, z. B. Saccharin
• 10–50 ml/l Zusatz, z. B. h-BN und/oder weitere Zusätze.

The production of a Ni h -BN layer was successfully carried out by a galvanic coating with the following bath batch:

500 g / l nickel sulfate (NiSO ₄ .7H ₂ O)
• 30-45 g / l boric acid (H ₃ BO ₃ )
• 15-35 ml / l organic grain refiner / hardener, z. B. saccharin
• 10-50 ml / l supplement, eg. B. h-BN and / or other additives.

Da sich das hexagonale Bornitrid nicht im Bad löst, ist es vorteilhaft, bei der Herstellung des galvanischen Bads eine gebrauchsfertige wässrige h-BN-Suspension mit einem Netzmittel zu verwenden, wie es im Handel erhältlich ist, und das galvanische Bad muss während des Galvanisiervorgangs in Bewegung versetzt werden. Bei Versuchen hat sich ein Nickel-Gehalt im elektrolytischen Bad von ca. 110 g/l und ein pH-Wert im Bereich von 1,7–4,5 als vorteilhaft erwiesen.There the hexagonal boron nitride does not dissolve in the bath, it is advantageous in the preparation of the galvanic bath a ready to use aqueous h-BN suspension with a Wetting agents to use, as it is commercially available, and the galvanic Bad must while the galvanizing process are set in motion. In experiments has a nickel content in the electrolytic bath of about 110 g / l and a pH in the range of 1.7-4.5 proved to be advantageous.

Man kann bei einer Ni h-BN-Schicht bzw. bei einer anderen aus einer wässrigen Dispersion abgeschiedenen Schicht auch von einer Dispersionsschicht sprechen.you can in one Ni h-BN layer or in another from a aqueous Dispersion deposited layer also of a dispersion layer speak.

Der angegebene Badansatz kann auch für die anderen genannten NiX-Schichten verwendet werden, wobei der jeweilige X-Anteil als Zusatz mit der gewünschten Konzentration zugegeben wird.Of the given bathing set can also for the other mentioned NiX layers are used, wherein the respective X content as an additive with the desired Concentration is added.

Beispiel 3Example 3

Eine gut haftende Ni h-BN-Schicht auf einem entfetteten, aktivierten und dekapierten Kupferbolzen hat sich mit der folgenden Badzusammensetzung ergeben:
300 g/l Nickelsulfat
40 g/l Borsäure
2,6 g/l Saccharin
20 g/l h-BNA well-adherent Ni h-BN layer on a degreased, activated and dekapierten copper stud has resulted in the following bath composition:
300 g / l nickel sulphate
40 g / l boric acid
2.6 g / l saccharin
20 g / l h-BN

Die genannten Feststoffe wurden in Wasser aufgelöst. Die Temperatur betrug 60°C und der pH-Wert 2. Das Stromprogramm für die Galvanisierung betrug 2 Minuten bei 2,5 A/dm² für eine glatte Schicht und anschließend 10 Minuten bei 30 A/dm² (abhängig von der gewünschten Schichtdicke).The stated solids were dissolved in water. The temperature was 60 ° C. and the pH was 2. The electroplating program for 2 minutes was 2.5 A / dm ² for a smooth layer and then 10 minutes at 30 A / dm ² (depending on the desired layer thickness). ,

Naturgemäß sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung vielfältige Abwandlungen und Modifikationen möglich.By nature are in the Within the scope of the present invention various modifications and modifications possible.

So können neben Tiefdruckzylindern und Zylindern von Motoren auch andere Werkstücke wie oben ausgeführt beschichtet werden, um den Verschleißschutz zu erhöhen.So can In addition to gravure cylinders and cylinders of engines, other workpieces as above accomplished coated to increase the wear protection.

Claims

Workpiece ( 10 ), in particular gravure cylinder or cylinder of an internal combustion engine, which comprises: 12 ), a first layer ( 14 ), which at least partially on the body ( 12 ) and nickel having a mass fraction of at least 0.80, in particular of at least 0.95, and a second layer ( 16 ), which at least partially on the body ( 12 ) opposite side of the first layer ( 14 ), which comprises nickel with a mass fraction of at least 0.70, in particular of at least 0.85, and at least one non-metallic constituent, the second layer ( 16 ) is harder than the first layer ( 14 ).

workpiece according to claim 1, wherein the non-metallic constituent is phosphorus (P), silicon carbide (SiC) and / or hexagonal boron nitride (h-BN).

Workpiece according to claim 1 or 2, wherein the first layer ( 14 ) is thicker than the second layer ( 16 ).

Workpiece according to one of the preceding claims, in which the thickness of the first layer ( 14 ) is between 20 and 210 μm, in particular between 30 and 200 μm.

Workpiece according to one of the preceding claims, in which the thickness of the second layer ( 16 ) is between 1 and 20 μm, in particular between 3 and 15 μm.

Workpiece according to one of the preceding claims, in which the metallic constituent of the first layer ( 14 ) and the second layer ( 16 ) each having nickel with a mass fraction of at least 0.95, in particular of at least 0.98.

A workpiece according to any one of the preceding claims, wherein the metallic component the first layer ( 14 ) and the second layer ( 16 ) in addition to the nickel has at least one same additional metal.

workpiece according to claim 7, wherein the relative mass ratio between the mass of the at least one more further metal and the mass similar to the nickel in both layers is.

workpiece according to any one of the preceding claims, wherein the first Layer and the second layer are electrodeposited.

workpiece according to one of the preceding claims, in which the entire non-metallic constituent of the second layer a mass fraction between 0.001 and 0.15, preferably between 0.003 and 0.12 preferably between 0.01 and 0.10.

Workpiece according to one of the preceding claims, wherein between the main body ( 12 ) and the first layer ( 14 ) a release layer ( 13 ), which is an adhesive bond between the first layer ( 14 ) and the basic body ( 12 ) counteracts.

Workpiece according to one of claims 1 to 10, in which the first layer ( 14 ) and the second layer ( 16 ) adherent to the body ( 12 ) are connected.

Workpiece according to one of the preceding claims, which at least in the second layer ( 16 ) Wells ( 22 ), which are produced by laser engraving.

Workpiece ( 10 ), in particular gravure cylinder or cylinder of an internal combustion engine, which has an outer layer ( 16 ) in which nickel with a mass fraction of at least 0.85 and hexagonal boron nitride ( 17 ) are provided.

A workpiece according to claim 14, wherein the outer layer ( 16 ) hexagonal boron nitride ( 17 ) with a mass fraction of between 0.001 and 0.08, preferably between 0.002 and 0.07, more preferably between 0.01 and 0.05.