专利名称：涂层去除装置及其操作方法
技术领域：
本发明涉及一种涂层去除装置和一种操作该涂层去除装置 的方法。涂层去除装置用于将涂覆装置中所用的并不可避免地在 那里被涂覆的工件支座从它们的涂层中释放出来，并用于使这些 工件支座适合再次使用，还用于去除磨损的或涂覆错误的工件上 的涂层从而为它们的重新涂覆做准备。
背景技术：
去除工件支座上的涂层现在主要使用机械方法，特别是喷砂 法。为此目的不得不拆开工件支座。处理完成后不得不小心地除 去砂子，例如通过吹走砂子。尽管如此，残留物常常无法避免， 其随后可能会导致故障。此外，工件支座在喷砂期间受到不均匀 的磨损，遭受了相当大的磨损，从而缩短了它们的寿命。
电化学方法也被用于去除磨损的和涂覆错误的工件的涂层，
例如W099/54528 Al。根据权利要求1的前序的涂层去除装置就 用于此目的。这些装置中有一些设有能上下移动用于接收这些工 件的吊篮或转筒。但是总之而言，只能逐个接触工件。在去除非 导电材料涂层的过程中这会特别的复杂，因为在这种情况下接触 会受到更多的限制，必须单个地将工件安装在支架上。
由于电流应该尽可能均匀地分布在要除去涂层的工件的表 面区域上，使得能够均匀地去除涂层并避免对载有涂层的本体的 腐蚀，因此已知的普通类型的涂层去除装置中的反电极 (opposite electrode )表面形成和定位是^艮困难的，总是不能 实现最理想的。
发明内容
本发明的目的是进一步改进普通的涂层去除装置，使得涂层 去除工艺得到充分的简化并且其实现起来具有极高可靠性。这一目的通过权利要求1的特征部分得以实现。此外，描述了操作依 照本发明的涂层去除装置的方法，通过这种方法，可以以简单方 式实施涂层去除，并且除了涂层去除之外，还可以实施包括更多 步骤的更加复杂的工艺。
本发明的优点具体在于能更简单和更轻柔地完成去除工件 支座上的涂层。由于基本能避免机械处理，装置的寿命基本上会 更长。最多需要小范围的后处理(清洗、喷淋、烘干)，这些后 处理几乎不需任何人工。但是此外，去除磨损的和涂覆错误的工 件上的涂层基本上也被简化并且能够被更加可靠地完成。通过旋 转工件支座，可更加容易地获到更大或更小的均匀电流密度-处 理时间段内的平均值。特别是在工件带有非导电涂层的情形下， 处理过程通常被大大简化了，因为去除涂层和涂覆涂层时工件的 接触方式完全一致。
具体地，如果要去除涂覆错误的工件上的涂层并重新涂覆 它，按本发明的方法来处理工件就可使处理费力显著降低。对于 涂层去除而言，他们在这种情况下仍留在他们原先被涂覆时所放 的工件支座上。由于工件支座带着被安装和接触的工件被从涂覆 装置移送到依据本发明的涂层去除装置中并被插入其中，因此免 除了拆卸和重新安装。在重新涂覆工件的情形下，带着工件的工 件支座在涂料去除后以同样方式被送至涂覆装置并被插入其中， 在这里工件被重新涂覆。工件的直接处理因此而免除。
下面参考显示只是一个实施例的附图更加详细地解释本发明。
图l显示了依据本发明的涂层去除装置的竖向剖面图。
具体实施例方式
依照本发明的涂层去除装置包括立方体形外壳1，该外壳内
包含槽2，槽2由非导电材料构成或者在其内侧上涂覆有非导电 材料，从而使得槽的内表面是非导电性的。该槽用于装液体电解 质。带有过滤网或过滤器的溢流口 3被布置成邻近槽2。外壳1在顶部具有开口 4。
支架5包含基板6和联接件7，支架5借助基板6支撑在外 壳1上，联接件7可转动地安装在基板6中。联接件的旋转轴竖 向地并近似地从槽2的中部穿过。电动机形式的驱动装置8操作 性地连接联接件7。支架5还包含两极电流供应装置(未显示)， 其中一极通过电流传输装置9电连接联接件7。电流供应装置可 以是电流源、电压源、脉冲电流源或脉沖电压源、或是交流电流 源的形式。支架5连接到外壳1上，从而使得移动该支架无需很 大力气，例如筒单地抬起。电流供应装置也可是外设的，从而使 得涂层去除装置仅有连接到所述电流供应装置的接线，其中一条 接线连接至电流传输装置9。此外，围绕旋转轴的框架具有多个 平行杆10，这些平行杆10被锚定在基板6上，它们的端部上装
有十字支杆11。
电流供应装置的另 一个极或者其他接线连接到反电极12上，
该反电极例如是栅极形式并被布置在槽2的内部。反电极12具 有面对旋转轴的反电极表面，该反电极表面至所述轴的任何一处 的距离都大致相等并延伸基本覆盖整个槽2的高度。所述反电极 表面例如可以具有凹的圆柱侧表面的形式，该侧表面的轴线与旋 转轴重合，该侧面延伸占据更小或更大的扇形，例如90°到180 ° 。然而，反电极也可以为棒电极的形式。加热和冷却装置13、 超声波发生器14、电解液入口以及移动所述电解液的装置(例 如泵或搅拌器(未显示))也被布置在槽2中。
在工作期间，槽2所装的液体电解质至少要接近其上边缘。 本示例中的工件支座15为带有中心支撑轴的旋转对称的多层支 座(以下称为支撑树)，中心支撑轴具体为位于旋转轴上的所述 工件支座的中心轴16，该工件支座15不可旋转地连接到联接件 7上，轴圆盘17按一定间隔连续地固定在工件支座15上，轴圆 盘17承载的工件18分布在位于该轴圆盘外围上的工件座内。联 接件7和轴16之间的连接形式存在多种可能性。优选采用可快 速生产和拆卸的连接，例如插头连接或者销钉连接。轴16的末 端可旋转地安装在十字支杆11上。轴16通过联接件7连接至电 流供应装置的第一极，圆盘17通过轴16也被连接。工件18被固定到圆盘17上并被接触，从而使得它们也电连接电流供应装 置的第一极。布置在槽2中的工件支座15以及涂层去除装置的 所有其他部件都必须由不受电解液腐蚀的材料构成，通常是不锈 钢，或者在某些磁性材料的情形下无法使用不锈钢时，材料必须 要用不锈箔包裹。
工件支座的形成也可以不同于已描述的；原则上，可以使用
任何类型的工件支座，这种工件支座可围绕旋转轴旋转并且是涂 覆装置中所使用的，特别是真空涂覆装置，例如多重旋转的支撑
树；可以将具有磁性盘或插接盘的另一种类型传动装置的机械手 或工件支座安装在例如杆10上。可以使用真空涂覆装置中惯用 的方法完成工件的固定，例如通过插接、或夹持连接或磁力方式。 现在电流供应装置在作为电极的工件支座15及经由所述工 件支座被接触的工件18的一面和反电极12的另 一面之间提供间 歇的或持久的电势差。在可适用的情形下，电极通常作为阳极连 接，而反电极则为阴极。同时，联接件7带着工件支座15由驱 动装置8均匀地旋转，旋转速度适合于处理过程。工件18紧挨 反电极表面地移动经过该反电极表面，优选以2厘米到20厘米 之间的最小距离，优选在3厘米到8厘米之间。作为一项规则， 现在都是通过电化学分解工件支座15和工件18上的涂层来完成 涂层去除的。由于工件支座15的旋转，作为时间函数的电流密 度的平均值是相当均勻的，即电流均勻地分布在要去除涂层的表 面上，因此涂层的去除得以均勻地和轻柔地完成。这还受到一个 事实的辅助，即在根据优选改进的任何情况下，反电极表面的所 有部分都距离旋转轴大致相同的距离，因此距离轴16大致相同 的距离。
涂层也可能由直接沉积在本体上的粘合层和沉积在所述粘 合层上的功能层构成，这样也可以通过从功能层的小孔分解粘合 层来完成涂层去除，例如，如W099/64646 Al和W005/073433 Al 中所描述的。特别是在这样的情形下，通过使用超声波发生器 14可以充分地加速和改进涂层去除工艺。
依照本发明的涂层去除装置具有各种可能的工作模式。因 此，例如可用该涂层去除装置只去除工件支座15上的涂层，即
7工件支座不带工件。可选地，可用该涂层去除装置去除之前在涂 覆装置(特别是真空涂覆装置)中被错误涂覆的工件上的涂层。
在这种情况下，例如，支架5连同工件支座15和工件18 —起被 从涂覆装置中移走，然后被插到涂层去除装置中，而不需对这些 部件实施任何其它的人工操作。
同样的程序可适用于涂层去除完成之后重新涂覆的情况。在 这种情况下，支架5连同工件支座15和工件18 —起被从涂层去 除装置的外壳1中移走，并被转移至涂覆装置，特别是真空涂覆 装置，然后被插到它的真空室中，再用例如化学气相沉积(CVD) 或物理气相沉积(PVD)工艺进行涂覆。在多室单元中，在涂层 去除和重新涂覆之间在合适的室内执行其他步骤，例如清洗、喷 淋和烘干，也是可能的，所有步骤均无需将工件支座15与支座 5分离或者甚至无需移动工件18。当然，也可以在涂覆错误之后 接着以这种方式执行涂层去除和再涂覆。可设置合适的运输装置 用于在各室之间移动支架5。按照这样的方式，即使包含多个处 理步骤的复杂工艺也能基本实现自动化。
可选地，在每一种情形下按照所描述的方式单独移动每个工 件室中都配有工件18的工件支座15是可能的，这就需要将所述 的工件支座安装在联接件7上或安装在其他室中的联接件上，或 者使工件支座与它们分开。这稍微多了些复杂性，但是运输装置 的必须要符合的要求可以低一点。所描述的涂层去除装置还可能 存在很多的变型。因此，可以在槽中设置用于多个工件支座的多 个联接件。取代布置在槽的上方或在其上部区域中，联接件还可 以布置在槽的底部上。槽可以按照也能在其内执行诸如清洗、喷 淋和烘干的其他工艺步骤的方式成型。为此目的，可设置泵和用 于临时移走电解液的收集容积。
以下给出依据本发明的涂层去除装置的可能改进的一些示 例以及其中所使用的方法
1.用于活塞阀的活塞的支座，该支座在沉积类金刚石(DLC) 和氮化铬(CrN) /类金刚石(DLC)涂层的涂覆工艺中经过重复 使用后，被涂覆了厚达IOO微米的多层涂层，该支座装栽在支撑 树上，装栽在被安装在槽底部中的多个可旋转的联接件上。每个单独的支撑树均固定到位于接触区中导电的联接件上，传动装置
以类似于PVD单元中的方式被安置靠着卫星装置，槽然后被装入 掺有磷酸盐和表面活性剂的含氢氧化钾的电解液，该电解液的 PH值介于11和13之间。在恒定转数下，带有双回转卫星装置 的支撑树在室温和恒定+ 12V电压下在1小时内被除去涂层。各 个工件座内都发生电解液腐蚀，该电解液腐蚀穿过类金刚石层的 小孔到达沉积在类金刚石下面作为粘合层的氮化铬层或者薄铬 (Cr)层。
2. 用于桶提杆(bucket tappets)的带双回转卫星装置的 支撑树在重复使用后被涂上类金刚石和氮化铬/类金刚石层，类 似于示例1，使用同样的电解液以恒定的2 00A电流在室温下在1 小时内除去氮化铬/类金刚石层。取代由传动弹簧传动，在这里 双回转通过带齿轮和带齿环来实现。
3. 关于PVD涂覆工艺，活塞阀的被错误涂覆的活塞上涂有 沉积在铬粘合层或氮化铬/类金刚石双层上的类金刚石(DLC )层、 碳化鴒/碳(WC/C)层，这些活塞被装栽在卫星盘和支撑树上。 根据控制活塞的尺寸，可以使用具有不同分区的圓盘。这些支撑 树接着以单树装置形式固定在被安装在槽底部中的联接件上，并 在安置好传动弹簧后被浸到示例1的碱性电解液中。在恒定双卫 星回转和恒定25 0A电流条件下，在室温下10分钟内涂层被从支 撑树上除去。
4. 在示例3所用的装置中，在与示例1相同的电解液中， 在恒定15V电压下5分钟内除去装载在卫星树上的涂有氮化铬+ 类金刚石的螺栓和活塞销上的涂层。
5. 高速钢(HSS)钻头和切割器以及其他高速钢(HSS)工 具涂覆有不同的含铬涂层系统，例如Balinit Alcrona (氮化铝 铬)、Balinit Helica (氮化铅铬珪)、Balinit C ( Cr+WC/C )、 Balinit DLC ( Cr+DLC )以及Balinit D ( CrN )，它们一起被装 载到卫星圆盘上并类似于示例3被装在槽中的树上。在这些工具 浸入到示例1的碱性电解液中之后，在室温和恒定双回转以及 250A电流的条件下在30分钟内，涂层被除去。
6. 不同涂覆的工具的类似混合装置被像示例5中的一样安置，然后在百分之一氢氧化钠的溶液中，以恒定12V电压以及其 它方面相同的条件下，涂层在25分钟内被除去。
7. 涂有Balinit Alcrona的两个高速钢滚刀(hob )被装载 到支撑树上，支撑树被浸入示例6的电解液中。在恒定单回转以 及恒定12V电压的条件下涂层在2 0分钟内被从滚刀上除去。
8. 圓盘上装有涂有Balinit Futura-Nano ( TiAlN (氮化 钛铝))和Balinit Alcrona ( AlCrN (氮化铝铬))的钻头和 切割器，带着这些切割器的圆盘被装载到支撑树上并被倒置地插 入根据图1的装置中，其被浸入到示例1的电解液中。在恒定单 回转和恒定6V电压的条件下，在3分钟的期间内通过形成氧化 铝薄层改变了表面，该氧化铝薄层具有至氮化钛铝(TiAlN)层 的含氧基氮化物(oxonitride)的过渡区。
9. 碳化物工具涂覆有不同涂层，例如Balinit Futura (氮 化钛铝)、Balinit Xceed(具有高含量铝的氮化钬铝)、Balinit Alcrona (氮化铝铬)以及Balinit Helica (氮化铝铬珪)。这 些碳化物工具一起被装载在卫星圆盘上，并类似于实施例8在支 撑树上被浸入pH值介于1. 5和3之间的包含硝酸铵和乙酸的电 解液中。在恒定单回转和15V电压的条件下，涂层在5分钟的期 间内被从这些工具上除去。
10. 作为处理工艺的产物，被涂螺栓涂有由CrN+WC/C构成 的有缺陷的双涂层。装有这些螺栓的支撑树被直接从PVD涂覆单 元中移走，在与示例3相同的条件下，涂层在该装置中类似于示 例3地被除去。然后，在槽中将带螺栓的支撑树喷洗
(spray-clean)几次并用热空气烘干。这些支撑树随后被直接 安装在PVD涂覆装置中，用于重新涂覆。
除了用于涂层去除之外，依照本发明的单元也能用于其他电 化学工艺，例如用于如示例8—样修改涂层，或者用于工件表面 的抛光或氧化，切割工具上的边缘的限定倒圆等等。通过工件支 座的旋转也使这些工艺处理很均匀。此外，这些工艺能较好地与 复杂工艺的其他步骤相协调。
附图标记列表
101外壳
2槽
3 溢流C2
4开口
5支架
6基板
7联接件
8驱动装置
9电流传输装置
10杆
11十字支杆
12反电极
13加热和冷却装置
14超声波发生器
15工件支撑件
16轴
17圆盘
18工件
权利要求
1. 一种涂层去除装置，其包括装液体电解质的槽(2)和布置在槽(2)内部的反电极表面，该反电极表面能连接到一种电流供应装置的电极上，其特征在于该涂层去除装置包括支架(5)，支架(5)具有联接件(7)和操作性地连接到该联接件(7)上的驱动装置(8)，联接件(7)可旋转地安装在穿过槽(2)内部的旋转轴上并供安装工件支座(15)用，该联接件可以连接到电流供应装置的另一个电极上以允许该工件支座(15)与该电流供应装置的另一个电极连接，驱动装置(8)操作性地连接到联接件(7)上并供旋转该联接件用。
2. 如权利要求l所述的涂层去除装置，其特征在于旋转轴是竖 向的。
3. 如权利要求1或2所述的涂层去除装置，其特征在于联接件(7) 布置在槽(2)的上方或者位于该槽的上部中。
4. 如权利要求3所述的涂层去除装置，其特征在于支架(5)可 以从槽(2)上移走。
5. 如权利要求1至4任一项所述的涂层去除装置，其特征在于反 电极表面面对旋转轴，其到旋转轴的距离沿着所述旋转轴是基本不变 的。
6. 如权利要求5所述的涂层去除装置，其特征在于反电极表面 的所有部分到旋转轴的距离大致相等。
7. 如权利要求1至6任一项所述的涂层去除装置，其特征在于反 电极表面是布置在槽(2)内部的至少一个反电极(12)的部分表面， 反电极表面与槽(2)的内表面之间有距离。
8. 如权利要求7所述的涂层去除装置，其特征在于槽(2)的内 壁由电绝缘材料构成。
9. 如权利要求1至8任一项所述的涂层去除装置，其特征在于在 槽(2)的内部布置有超声波发生器U4)。
10. 如权利要求1至9任一项所述的涂层去除装置，其特征在于 在槽(2)的内部布置有加热和冷却装置(13)。
11. 一种操作如权利要求1至10任一项所述的涂层去除装置的方 法，其特征在于至少主要由导电材料构成的工件支座(15)被安装 在联接件(7)上，槽的内部装有液体电解质，为了去除涂层，借助于电流供应装置将不同的电极电势至少间歇地施加到联接件(7)上，并 经由联接件(7) —方面将这些不同的电极电势施加到作为电极的工件 支座(15)上，另一方面则将这些不同的电极电势施加到反电极表面 上，同时通过借助于驱动装置(8)旋转联接件(7)来旋转基本完全 浸在电解质中的工件支座(15)。
12. 如权利要求ll所述的方法，其特征在于工件支座(15)是 先前用在涂覆装置中的工件支座。
13. 如权利要求ll所迷的方法，用于从工件(18)上除去涂层， 其特征在于工件支座(15)上装载有要除去其上涂层的工件(18)。
14. 如权利要求13所述的方法，用于从涂覆错误的工件(18)上 除去涂层，其特征在于在去除涂层之前，装载有涂覆错误的工件(18) 的工件支座(15)被从涂覆装置中移出，并被插入到涂层去除装置中。
15. 如权利要求13或14所述的方法，用于从工件(18)上去除涂 层并重新涂覆所述工件，其特征在于在去除涂层之后，装载有工件(18)的工件支座(15)被从涂层去除装置中移出，并被插入到涂覆 装置中，随后工件(18)在该涂覆装置中被重新涂覆。
16. 如权利要求15所述的方法，其特征在于装载有工件(18) 的工件支座(15)在涂层去除和传送至涂覆装置之间受到至少一种处 理，例如清洗、喷淋、烘干。
全文摘要
联接件(7)布置在位于装有电解液的槽(2)的上方的可移动支架(5)中，其可以围绕竖向旋转轴旋转，用于安装工件支座(15)，该工件支座(15)例如可以装载已磨损或涂覆不适当的工件。工件支座通过联接件(7)连接到电源供应装置上，反电极(12)连接到该电源供应装置的相反的接线端上。在槽(2)中还布置有加热和冷却装置(13)和超声波发生器(14)。通过电流供应和同时旋转，涂层被从工件支座(15)和/或工件(18)上除去。在错误涂覆后，工件(18)可以连同工件支座(15)一起，以及在某些情况下还有支架(5)，被直接从涂覆装置中取出，还可以在去除涂层之后将它们直接送至涂覆装置以重新涂覆。
文档编号C25F7/00GK101512050SQ200780033018
公开日2009年8月19日 申请日期2007年9月4日 优先权日2006年9月5日
发明者H·巴尔特什, K·拉希, M·沃泽, S·埃格, T·雷赫尔, U·劳赫 申请人:奥尔利康贸易股份公司(特吕巴赫)