Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Stukturieren der Oberflächenschicht von Körpern aus Bunt- oder Edelmetallen und die Anwendung des Verfahrens.
Das Strukturieren der Oberflächenschicht von Körpern aus Bunt- oder Edelmetallen, wie beispielsweise der Oberflächenschicht von Folien, Blechen oder Bändern aus Bunt- oder Edelmetallen, kann durch mechanische, chemische oder elektrochemische Behandlung der Oberflächenschicht erfolgen. Durch eine mechanische Behandlung der Oberflächenschicht, wie beispielsweise durch Prägen, kann die Oberflächenschicht von Körpern aus Bunt- oder Edelmetallen eine bestimmte Oberflächenstruktur, Oberflächenbeschaffenheit oder Oberflächenvergrösserung erhalten.
Bei einem Prägeverfahren wird eine gewünschte reliefartige Oberfläche durch Druck beispielsweise eines zweiteiligen Werkzeuges, wobei mindestens ein Teil eine formgebende Strukturierung aufweist, oder durch Druckbeaufschlagung eines auf der zu strukturierenden Oberfläche befindlichen und entsprechend strukturierten Prägewerkzeuges, wie beispielsweise eine Prägefolie, hergestellt. Die Druckbeaufschlagung kann in mechanischen oder hydraulischen Pressen, Walzgerüsten mit beispielsweise gravierten oder geätzten Stahlwalzen, Prägegerüsten, Umlenkrollen oder allgemein mit zwei sich gegenüberliegenden Rollen erfolgen. Ein derartiger Prägevorgang erlaubt die im wesentlichen spiegelbildliche Übertragung einer auf einem Prägewerkzeug befindlichen Struktur auf die Oberflächenschicht eines Körpers aus Bunt- oder Edelmetallen.
Die Strukturübertragung kann dabei mit oder ohne Abnahme der mittleren Dicke des geprägten Körpers geschehen.
Beim Prägen werden im wesentlichen zwei Verfahren unterschieden: das Vollprägen und das Hohlprägen. Beim Hohlprägen wird das erhabene Gepräge der einen durch entsprechende Vertiefungen der anderen Seite hervorgerufen, so dass der geprägte Körper keine wesentliche Dickenveränderung erfährt. Im Unterschied zum Hohlprägen bleiben beim Vollprägen die Vertiefungen im wesentlichen auf die Oberflächenschicht des geprägten Körpers beschränkt, bzw. beide Seiten können unterschiedlich strukturiert werden.
Bei Prägeverfahren, bei denen die Druckbeaufschlagung mittels Walzen geschieht, kann die Gegenwalze beispielsweise einen Papier- oder Gummi-Belag und fallweise, wie beispielsweise bei einer Hohlprägung, eine entsprechende Gegenform aufweisen.
Bei Prägeverfahren können Punkt- und Linienraster oder beliebige Muster, Firmen- oder Markenbezeichnungen auf glatten oder gemusterten Grund übertragen werden. Prägen kann auch bei lackierten und/oder beschichteten Oberflächen von Körpern aus Bunt- oder Edelmetallen durchgeführt werden.
Prägeverfahren bedingen das im wesentlichen spiegelbildliche Aufbringen der gewünschten Struktur auf das Prägewerkzeug. Dabei weist das Prägewerkzeug üblicherweise eine höhere Härte und Festigkeit als die zu strukturierende Oberflächenschicht auf. Beim Prägen wird das vorstrukturierte Prägewerkzeug gegen die zu strukturierende Oberfläche gerichtet und mit einem vorbestimmten Druck beaufschlagt. Bei Prägeverfahren, bei denen die Druckbeaufschlagung mittels Walzen geschieht, wird der an seiner Oberfläche zu strukturierende Körper zwischen wenigstens zwei rotierende Walzen geschoben, deren Abstand etwas geringer ist als die Dicke des zu prägenden Körpers. Die Walzen nehmen den zu prägenden Körper infolge Reibung mit, drücken den Körper auf den Abstand zwischen den Walzen zusammen und prägen gleichzeitig ihre Struktur im wesentlichen spiegelbildlich auf die Oberfläche des Körpers.
Eine derartige Strukturübertragung bewirkt wenigstens in der Oberflächenschicht des geprägten Körpers eine Materialverformung. Im Gegensatz zu einem Walzprozess, bei dem die Dickenverformung im Vordergrund steht, ist bei einem derartigen Prägevorgang die mittlere Dickenabnahme des strukturierten Körpers gering und beträgt üblicherweise zwischen 0 und 15%.
Anstelle der Vorstrukturierung der Prägewalze mit der im wesentlichen spiegelbildlichen Struktur des auf dem Walzgut gewünschten Oberflächenmusters kann sich die entsprechende Strukturierung beispielsweise auch auf einem Stahlblech als Prägewerkzeug befinden. Das Prägen der Oberflächenschicht geschieht dann durch Auflegen des Prägewerkzeuges auf die zu strukturierende Oberflächenschicht und nachfolgender Druckbeaufschlagung in einem Walzgang mit Walzen, die eine glatte Oberfläche aufweisen.
Das Prägen von Oberflächenschichten von Körpern aus Bunt- oder Edelmetallen geschieht üblicherweise durch einen Kaltumformprozess, d.h. die Strukturierung erfolgt bei Raumtemperatur. Durch die beim Prägevorgang angewandte Druckbeaufschlagung wird zumindest die betreffende Oberflächenschicht mechanisch verformt, d.h. beim erfindungsgemässen Verfahren erfolgt in der Oberflächenschicht immer ein Präge- und Verformungsprozess. Dabei kann die auf die Oberflächenschicht übertragene Strukturierung exakt die zur Strukturierung auf dem Prägewerkzeug spiegelbildliche Strukturierung aufweisen oder entsprechend der gewählten Verfahrensparameter des Prägeprozesses in ihrer Strukturtiefe und/oder in ihrer geometrischen Form von der Strukturierung des Prägewerkzeuges abweichen.
Mit dem Begriff spiegelbildliche Strukturierung wird im vorliegenden Text stets die durch einen Prägeprozess auf der geprägten Oberflächenschicht erhaltene - im wesentlichen spiegelbildliche, fallweise jedoch verformte - Abbildung der Strukturierung des Prägewerkzeuges verstanden.
Bei gewissen Buntmetallen und deren Legierungen, wie beispielsweise bei Aluminium oder dessen Legierungen, kann sich durch die bei einem Prägeprozess angewandte Druckbeaufschlagung die Umformzone der Oberflächenschicht, d.h. der durch den Prägevorgang beeinflusste Oberflächenbereich, verfestigen. Durch Weichglühen, d.h. eine Wärmebehandlung, kann eine solche Verfestigung des Werkstoffes fallweise wieder abgebaut werden.
Die Herstellung von Prägewerkzeugen wie Prägewalzen oder strukturierten Stahlblechen kann beispielsweise durch chemische Ätzverfahren oder durch Gravieren der Stahloberfläche geschehen. Solche Verfahren zur Herstellung von Strukturierungen oder Mustern auf beispielsweise Stahloberflächen sind aufwendig und stellen somit im allgemeinen einen wesentlichen Kostenfaktor für das Prägen von Oberflächenschichten von Körpern aus Bunt- oder Edelmetallen dar.
Bedingt durch den Prägevorgang bleiben immer geringe Mengen des Werkstoffes der geprägten Oberflächenschicht am Prägewerkzeug hängen und verursachen damit eine von der Einsatzzeit der Prägewerkzeuge abhängige Verschmutzung. Damit ein reproduzierbarer Prägevorgang gewährleistet werden kann, müssen somit die Prägewerkzeuge in bestimmten Abständen immer wieder gereinigt werden. Eine solche Reinigung kann durch chemische Verfahren, wie beispielsweise chemisches Ätzen, oder physikalische Verfahren, wie beispielsweise Bürsten, Plasmaätzen, Sandstrahlen oder dergleichen, geschehen. Solche Reinigungsverfahren sind üblicherweise kostenintensiv und bedingen zudem meist einen Produktionsunterbruch in der Fertigungslinie.
Zudem sind die bekannten Prägeverfahren, wegen der Verfahren zum Strukturieren der für Prägewerkzeuge verwendeten Werkstoffe, wie beispielsweise Ätzverfahren oder Gravieren, bezüglich der Feinheit der auf die Oberflächenschicht von Körpern aus Bunt- oder Edelmetallen übertragbaren Strukturelemente beschränkt.
Aufgabe vorliegender Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, welches oben dargelegte Nachteile verhindert, die Kosten für die Herstellung und Reinigung der Prägewerkzeuge wesentlich vermindert und zudem die Herstellung feiner Strukturelemente in der Oberflächenschicht von Körpern aus Bunt- oder Edelmetallen erlaubt.
Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass die auf der Oberflächenschicht gewünschte Strukturierung spiegelbildlich auf einer Kunststoffolie einer Dicke von 5 mu m bis 1 mm eingeprägt ist, die Strukturierung der Kunststoffolie gegen die zu strukturierende Oberflächenschicht gerichtet wird und die Übertragung der auf der Kunststoffolie befindlichen Strukturierung auf die Oberflächenschicht durch Druckbeaufschlagung der auf der Oberflächenschicht liegenden Kunstoffolie geschieht, wobei die übertragene Strukturierung eine Strukturtiefe zwischen 0,001 mu m und 20 mu m aufweist.
Bevorzugt weisen die für das erfindungsgemässe Verfahren verwendeten Kunststoffolien eine Dicke zwischen 5 mu m und 500 mu m auf.
Bevorzugt wird das erfindungsgemässe Verfahren für die Strukturierung von Oberflächenschichten aus Bunt- oder Edelmetallen mit einer submikronen Strukturtiefe zwischen 0,001 mu m und 1 mu m und insbesondere zwischen 0,01 mu m und 0,5 mu m eingesetzt.
Die für das erfindungsgemässe Verfahren erforderliche Druckbeaufschlagung geschieht bevorzugt durch Walzen, Abwalzen, Pressen, Aufhaspeln oder Rollen. Die durch die Druckbeaufschlagung bewirkte mittlere Dickenabnahme des zumindest in seiner Oberflächenschicht strukturierten Körpers aus Bunt- oder Edelmetallen beträgt vorzugsweise zwischen 0% und 15% und insbesondere zwischen 0,5% und 10%.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens weisen die strukturierten Oberflächenschichten aus Bunt- oder Edelmetallen zumindest teilweise Strukturelemente auf, deren Abmessungen in der zur strukturierten Oberflächenschicht horizontalen Ebene zwischen 1 nm (Nanometer) und 1 mm, besonders bevorzugt zwischen 0,01 mu m und 100 mu m und insbesondere zwischen 0,1 mu m und 10 mu m liegen, wobei sich die Abmessungen der Strukturelemente auf die zur strukturierten Oberflächenschicht parallele Ebene 3 am Ort ihrer grössten Strukturtiefe beziehen.
Im Rahmen der erfinderischen Tätigkeit wurde gefunden, dass Kunststoffe, die an ihrer Oberfläche eine Strukturierung aufweisen, als Prägewerkzeuge für die Strukturierung von Oberflächenschichten aus Bunt- oder Edelmetallen verwendet werden können.
Für das erfindungsgemässe Verfahren können prinzipiell alle Kunststoffe eingesetzt werden, die aufgrund ihrer Materialeigenschaften wie Anisotropie sowie ihrer strukturviskosen, entropie-elastischen und viskoelastischen Eigenschaften eine für das Prägen von Oberflächenschichten aus Bunt- oder Edelmetallen genügend hohe Härte und Materialfestigkeit aufweisen.
Als Kunststoffe werden bevorzugt Folien aus Thermo- oder Duroplasten und besonders bevorzugt Polyolefinen, Polyethylenterephthalat (PET), Polyacrylaten wie beispielsweise Polymethylmethacrylat (PMMA), Polyvinylchlorid (PVC), Polyacetat, Polyacetal (POM), lineares oder vernetztes Polyurethan (PU), Harnstoff-Formaldehyd (UF), Polyimid (PI), Cellulose wie beispielsweise Celluloseacetat (CA), Cellulosepropionat (CP), Celluloseacetobutyrat (CAB) oder Cellulosenitrat (CN) sowie Gemische der oben angeführten Polymerklassen eingesetzt. Solche Folien können als Monofilm oder als Folienverbund zweier oder mehrerer Filme vorliegen. Bei Verbunden können die Filme aus dem selben Material bestehen oder aber die Folien können aus Filmen verschiedener Kunststoffe aufgebaut sein.
Beispiele von Polyolefinen für Polyolefinfolien sind Polyethylene, z.B. Polyethylen hoher Dichte (HDPE, Dichte grösser als 0,944 g/cm<3>), Polyethylen mittlerer Dichte (MDPE, Dichte 0,926- 0,940 g/cm<3>), lineares Polyethylen mittlerer Dichte (LMDPE, Dichte 0,926-0,940 g/cm<3>), Polyethylen niedriger Dichte (LDPE, Dichte 0,910-0,925 g/cm<3>) und lineares Polyethylen niedriger Dichte (LLDPE, Dichte 0,916-0,925 g/cm<3>), Polypropylene, wie axial oder biaxial orientiertes Polypropylen oder gegossenes (cast) Polypropylen, amorphes oder kristallines Polypropylen oder Gemische davon, ataktisches oder isotaktisches Polypropylen oder Gemische davon, Poly-1-buten, Poly-3-methylbuten, Poly-4-methylpenten und Copolymere davon, wie z.B. von Polyethylen mit Vinylacetat, Vinylalkohol, Acrylsäure, z.B.
Ionomerharze, wie Copolymerisate von Ethylen mit etwa 11% Acrylsäure, Methacrylsäure, Acrylestern, Tetrafluorethylen oder Polypropylen, sowie statistische Copolymere, Block-Copolymere oder Olefinpolymer-Elastomer-Mischungen. Bevorzugt sind Polyethylene hoher Dichte und Polypropylene.
Beispiele von Kunststoffolien aus Polymethylmethacrylat (PMMA) sind beispielsweise hochpolymeres PMMA, Mischungen von PMMA mit weichen, eine zähe Komponente enthaltenden Pfropfpolymerisaten mit modifiziertem Polyacrylester oder anderen Elastomeren, Copolymerisate von PMMA mit Acrylnitrid, Mischpolymerisate aus Acrylnitrid-Methylmethacrylat (AMMA) und Copolymere aus Methylacrylat-Butadien-Styrol.
Die Strukturierung der Kunststoffolien kann beispielsweise mittels Siebdruck-, Tiefdruck-, Tampondruck- oder Heissprägedruckverfahren, beispielsweise im Übergangsbereich vom plastischen zum entropie-elastischen Zustand erfolgen, wobei das Erzeugen der Oberflächenstrukturierung mit Prägewerkzeugen, wie beispielsweise Stempel oder Prägewalzen geschieht. Bevorzugt wird dazu das Heissprägedruckverfahren verwendet. Ein anderes Verfahren zum Strukturieren von Kunststoffolien stellt das Prägen einer lösungsmittelhaltigen Kunststoffolie mittels einer strukturierten Walze (Walz-Prägen) mit einem nachfolgenden oder gleichzeitig mit dem Walz-Prägen stattfindenden Trocknungsprozess dar.
Eine weitere Möglichkeit zum Strukturieren einer Kunststoffoberfläche besteht beispielsweise in einem entsprechenden Formgebungsprozess bei der Herstellung der Kunststoffolie, während dem der Kunststoff noch als Schmelze vorliegt.
Bevorzugt wird das Heissprägen der Kunststoffolie bei einer vom Kunststoff abhängigen, fallweise gegenüber der Raumtemperatur erhöhten Verarbeitungstemperatur, zumindest der zu prägenden Folienoberfläche, durch Druckbeaufschlagung mittels einer beispielsweise gekühlten Prägewalze und einer beispielsweise gummibelegten Gegenwalze durchgeführt. Die optimale Verarbeitungstemperatur liegt dabei üblicherweise im thermoplastischen Temperaturbereich des Kunststoffs und hängt dabei neben dem Kunststoff von weiteren Parametern, wie beispielsweise vorgängig zum Heissprägen vorgenommene Verarbeitungsschritte, der dabei erzielten Anisotropie sowie der zu übertragenden Prägestruktur ab und wird üblicherweise durch Vorversuche bestimmt.
Die zum Prägen der Kunststoffolie notwendige Aufheizung der Folienoberfläche kann beispielsweise durch eine beheizbare Prägewalze oder durch einen Infrarotstrahler erfolgen.
Die für das erfindungsgemässe Verfahren eingesetzten Kunststoffolien können auch beschichtet sein. Dazu können Metall-, Kunststoff- oder Keramikschichten aufgebracht werden. Insbesondere können dünne Aluminiumschichten einer Schichtdikke von typischerweise 0,001 mu m bis 1 mu m im Vakuum auf die Kunststoffoberfläche gedampft oder gesputtert werden.
Das erfindungsgemässe Verfahren eignet sich besonders zum Strukturieren der Oberflächenschichten von Körpern, wie beispielsweise Folien einer Dicke von 5 mu m bis 1,5 mm, insbesondere Folien einer Dicke von 5 bis 20 mu m und Bänder, Bleche oder Platten einer Dicke von 1,5 mm bis 50 mm, aus Bunt- oder Edelmetallen. Für das erfindungsgemässe Verfahren bevorzugte Metallkörper sind einerseits die Edelmetalle Gold (Au), Silber (Ag) und Platin (Pt) und andererseits die Buntmetalle Aluminium (Al), Kupfer (Cu), Nickel (Ni), Zink (Zn) und Zinn (Sn) sowie deren Legierungen.
Besonders bevorzugt wird das erfindungsgemässe Verfahren zum Strukturieren der Oberflächenschicht von Aluminium-Folien, -Bänder oder -Blechen einer Dicke von 0,01 mm bis 5 mm eingesetzt. Insbesondere wird das erfindungsgemässe Verfahren für die Strukturierung der Oberflächenschicht von Aluminiumbändern einer Dicke zwischen 0,05 mm bis 2 mm bevorzugt angewendet.
Beim erfindungsgemässen Verfahren kann der Körper aus Bunt- oder Edelmetallen in seiner ganzen Dicke oder nur in einem gewissen Dickenbereich, der Oberflächenschicht, verformt werden. Der zumindest in einer gewissen Oberflächenschicht zu strukturierende Körper kann aus Bunt- oder Edelmetallen sowie deren Legierungen bestehen, oder aber einen Verbundwerkstoff darstellen, wobei wenigstens die zu prägende Oberflächenschicht aus einem zuvor genannten Werkstoff besteht. Insbesondere können alle handelsüblichen Werkstoffe der Bunt- und Edelmetalle mit dem erfindungsgemässen Verfahren strukturiert werden. Das erfindungsgemässe Verfahren eignet sich ganz besonders auch zum Strukturieren eines mit einem der zuvor genannten Werkstoffe (Bunt- und Edelmetalle sowie deren Legierungen) beschichteten oder metallisierten Kunststoffes.
Im vorliegenden Text werden mit dem Begriff Bunt- und Edelmetalle immer alle entsprechenden Metalle sowie deren Legierungen verstanden.
Für die mit dem erfindungsgemässen Verfahren zu strukturierenden Körper aus Aluminium haben sich in der Praxis Reinaluminum oder Aluminiumlegierungen und insbesondere Aluminium einer Reinheit von beispielsweise 98,3% und höher oder Legierungen auf Al-Basis mit und ohne Dispersionshärtung, Al-Verbundwerkstoffe sowie mit Al beschichtete Werkstoffe, wie beispielsweise Al-beschichtete Kunststoffolien bewährt.
Im Rahmen der erfinderischen Tätigkeit wurde überraschenderweise gefunden, dass sich die Oberflächenschicht eines Körpers aus Bunt- oder Edelmetallen mit einer auf ihr liegenden und gegenüber der Oberflächenschicht aus einem Bunt- oder Edelmetall weicheren Kunststoffolie, auf die vorgängig, beispielsweise durch einen Heissprägeprozess, ein Muster übertragen wurde, wobei dieses während dem erfindungsgemässen Verfahren gegen die zu strukturierende Oberflächenschicht gerichtet ist, die auf der Kunststoffolie befindliche Strukturierung im wesentlichen spiegelbildlich auf die Oberflächenschicht aus einem Bunt- oder Edelmetall übertragen lässt.
Durch das erfindungsgemässe Verfahren lassen sich in einer Oberflächenschicht aus einem Bunt- oder Edelmetall Muster mit einer Strukturtiefe zwischen 0,001 mu m und 20 mu m realisieren. Mit dem Begriff Strukturtiefe wird dabei die grösste in einem Prägevorgang realisierte Höhendifferenz zwischen Strukturtal und Strukturhöhe bezeichnet. Vorteilhaft liegt die realisierte Strukturtiefe jedoch im submikronen Bereich zwischen 0,001 mu m und 1 mu m und insbesondere zwischen 0,01 mu m und 0,5 mu m.
Die Grösse der für den jeweiligen Prägevorgang benötigten Druckbeaufschlagung hängt beispielsweise von der zu prägenden Oberflächenschicht, insbesondere deren Werkstoffeigenschaften, von den Materialeigenschaften der Kunststoffolie, von der Prozesstemperatur, der Strukturfeinheit, der Strukturtiefe, der Strukturform, der Prägegeschwindigkeit und der geforderten Oberflächeneigenschaften des zu prägenden Musters ab. Beispiele von Prozessparametern bezüglich der Oberflächenschicht sind beispielsweise die Schichtdicke der Umformzone, deren Werkstoffzusammensetzung und Oberflächeneigenschaften, wie Rauheit, Oberflächenhärte und Umformbarkeit. Beispiele von Prozessparametern bezüglich der Kunststoffolie sind beispielsweise deren stoffliche Zusammensetzung, deren strukturviskosen, entropie-elastischen und viskoelastischen Eigenschaften sowie der eingeprägten Strukturierung.
Die optimalen Prozessparameter lassen sich jedoch durch Vorversuche einfach bestimmen.
Um eine mehrmalige Verwendung derselben Kunststoffolie für das erfindungsgemässe Prägeverfahren zu ermöglichen, wird die Druckbeaufschlagung vorteilhaft derart gewählt, dass die Kunststofffolie während dem erfindungsgemässen Verfahren nicht über deren elastischen Bereich verformt wird. Beschränkt sich jedoch die Verwendung der Kunststoffolie als Prägewerkzeug - beispielsweise aufgrund der durch den Strukturierungsprozess bedingten Verschmutzung - auf einen einmaligen Gebrauch, kann die Kunststoffolie auch in ihrem plastischen Bereich verformt werden.
Die für das erfindungsgemässe Verfahren zu wählende Prozesstemperatur hängt u.a. von den mechanischen Eigenschaften der Kunststoffolie und der zu strukturierenden Oberflächenschicht ab. Bevorzugt wird das Verfahren bei Raumtemperatur oder einer gegenüber dieser tiefer liegenden Temperatur durchgeführt.
Die mit dem Prägemuster versehene Kunststoffolie kann schon vor dem erfindungsgemässen Strukturierungsverfahren auf die zu strukturierende Oberflächenschicht, beispielsweise durch elektrostatische Aufladung, partielles Aufkleben, Aufwickeln oder einfach durch Auflegen, aufgebracht werden und damit als Schutzfolie dienen, oder sie kann erst unmittelbar vor oder während dem erfindungsgemässen Verfahren auf die zu strukturierende Oberflächenschicht aufgebracht werden.
Nach dem erfindungsgemässen Verfahren kann die Kunststoffolie von der strukturierten Oberflächenschicht entfernt oder aber belassen werden. Im letzteren Fall dient sie beispielsweise als Schutzfolie.
Die mit dem erfindungsgemässen Verfahren zu strukturierenden Oberflächenschichten können vorgängig zum Strukturierungsprozess einer Oberflächenbehandlung, beispielsweise zum mechanischen oder chemischen Polieren ihrer Oberfläche, zugeführt werden.
Die strukturierten Oberflächenschichten können nachträglich einer weiteren Oberflächenbehandlung mit beispielsweise mechanischen oder chemischen Verfahren zugeführt werden oder können mit einer gegenüber der Strukturtiefe dünnen, organischen oder anorganischen Beschichtung gegen die auf die strukturierte Oberflächenschicht während ihrer vorgesehenen Anwendung möglicherweise einwirkenden chemischen oder physikalischen Einflüsse geschützt werden. Zu den bevorzugten Oberflächennachbehandlungen gehört dabei insbesondere das Anodisieren.
Als Nachbehandlung der nach dem erfindungsgemässen Verfahren strukturierten Oberflächenschichten eignen sich insbesondere auch Beschichtungsverfahren wie beispielsweise das Galvanisieren, Dispersionsbeschichten, Emaillieren, Lackieren, Kaschieren, das thermische Spritzen oder Vakuumbeschichtungsverfahren wie beispielsweise das Sputtern, Aufdampfen oder die Abscheidung dünner organischer (beispielsweise durch Plasmapolymerisation) bzw. anorganischer Schichten.
Vorliegende Erfindung betrifft auch die Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens zur Herstellung funktioneller oder dekorativer Oberflächenschichten aus Bunt- oder Edelmetallen, wie beispielsweise mit Logos oder Mustern versehene Oberflächen, Spiegel- oder Reflektoroberflächen, Beugungsgitter, Streumuster oder Filter.
Eine bevorzugte Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens liegt in der Herstellung von Reflektoroberflächen oder Spiegel mit vorbestimmter Reflexionsrichtung für die gezielte Ablenkung oder Streuung elektromagnetischer Strahlung wie beispielsweise zur gezielten Irisierung von Reflektoroberflächen oder für Reflektorflächen von photovoltaischen Substraten, Reflektoren in der Lichttechnik, als Anzeigeflächen für Hinweisschilder oder die Strassensignalisation, retroreflektierende Oberflächen oder für die Herstellung flacher ein- und zweidimensionaler, fokussierender oder streuender Spiegel, insbesondere als Sammellinsen für beispielsweise Scheinwerfer oder andere Reflektoren von Lichtquellen des täglichen Lebens, als Spiegel zur gezielten Ablenkung der einfallenden elektromagnetischen Strahlung in einen vorbestimmten Raumwinkelbereich und als Beugungs- oder Fresnelspiegel.
Eine andere bevorzugte Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens liegt in der Herstellung von Reflektoroberflächen oder Spiegel als Filter oder Beugungsgitter mit bezüglich der Wellenlänge und/oder der Polarisation der einfallenden elektromagnetischen Strahlung selektiven Reflexionseigenschaften. Ganz besonders bevorzugt wird das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung entsprechender Filter für UV (Ultraviolett)-Strahlung, elektromagnetische Strahlung im sichtbaren Bereich oder IR (Infrarot)-Strahlung angewendet.
Im weiteren wird das erfindungsgemässe Verfahren bevorzugt angewendet zur Herstellung von dekorativen Oberflächenschichten mit vom Betrachtungswinkel und/oder vom Lichteinfall abhängigen veränderlichen Farben und/oder Strukturen zur Verwendung beispielsweise im Hochbau (beispielsweise als Fassaden) oder Tiefbau (beispielsweise als Tunnelverkleidungen).
Eine weitere bevorzugte Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens stellt das Einprägen von Hologrammen, Firmen- und Herstellerlogos oder Benutzerhinweisen auf Verpackungen, Gerätegehäusen oder Panels sowie die Herstellung von Identifikations-Muster, -Logos, oder -Etiketten dar, wobei die strukturierten Oberflächenschichten eine hohe Fälschungssicherheit aufweisen.
Eine weitere bevorzugte Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens besteht in der Herstellung lithographischer Substrate.
Im weiteren eignet sich das erfindungsgemässe Verfahren auch besonders für die Herstellung strukturierter Oberflächenschichten aus Bunt- oder Edelmetallen als Basismaterial, das nach weiteren chemischen oder physikalischen Oberflächenbehandlungen beispielsweise zur Herstellung von feinstrukturierten Leiterbahnen verwendet werden kann.
Vorliegende Erfindung wird beispielhaft anhand der Fig. 1 bis 3 weiter erläutert:
Fig. 1 zeigt eine Draufsicht auf eine Struktur einer heissgeprägten Polyethylenfolie vor deren Verwendung für das erfindungsgemässe Verfahren.
Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf die Struktur einer Aluminiumoberfläche, welche durch das erfindungsgemässe Verfahren von einer Polyethylenfolie mit der in Fig. 1 dargestellten Strukturierung auf die Aluminiumoberfläche übertragen wurde.
Fig. 3 zeigt eine Draufsicht auf eine heissgeprägte Polyethylenfolie mit derselben Strukturierung wie in Fig. 1, nach dem erfindungsgemäss durchgeführten Stukturierungsverfahren.
Fig. 1 zeigt eine Kunststoffolie aus Polyethylen mit einer linienförmigen Strukturierung wie sie als Prägewerkzeug für das erfindungsgemässe Verfahren eingesetzt werden kann. Die in Fig. 1 gezeigte Draufsicht stellt eine rasterelektronenmikroskopische (REM)-Aufnahme in 1000-facher Vergrösserung einer auf einer heissgeprägten Polyethylenfolie befindlichen submikronen Struktur vor deren Verwendung für das erfindungsgemässe Verfahren dar. Zur REM-Aufnahme des in Fig. 1 gezeigten Bildes wurde die Substratoberfläche gegenüber dem einfallenden Elektronenstrahl des REM's um einen Winkel von 30 DEG gekippt. Dabei sind die Strukturtäler (im Bild: dunkle Linien) und Strukturhöhen (im Bild: helle Linien) leicht zu erkennen.
Die in Fig. 2 gezeigte Draufsicht auf eine erfindungsgemäss strukturierte Aluminiumoberfläche stellt eine REM-Aufnahme in 1000-facher Vergrösserung dar. Dabei ist die gezeigte Aluminiumoberfläche diejenige eines handelsüblichen Aluminium-Hochglanzbandes nach einem erfindungsgemässen Strukturierungsverfahren mit einer mittleren Dikkenabnahme des Aluminium-Hochglanzbandes von etwa 6%. Zur Strukturierung der Oberfläche des Aluminium-Hochglanzbandes wurde als Prägewerkzeug eine Polyethylenfolie mit dem in Fig. 1 gezeigten Muster und den selben Abmessungen wie das Hochglanzband verwendet. Die Polyethylenfolie wurde dann mit ihrer geprägten Seite auf das Hochglanzbandstück gelegt. Die Struktur-Übertragung selbst erfolgte durch einen Kaltwalz-Prägevorgang. Die verwendete Polyethylenfolie wies in diesem Fall eine dünne aufgedampfte Aluminium-Schutzschicht auf.
Zur REM-Aufnahme des in Fig. 2 gezeigten Bildes wurde die Substratoberfläche gegenüber dem einfallenden Elektronenstrahl des REM's um einen Winkel von 30 DEG gekippt.
Im Bild ist gut die zur Strukturierung auf der Kunststoffolie spiegelbildlich eingeprägte linienförmige Musterung zu erkennen. Der Gitterabstand (Linienabstand) des auf der Aluminiumoberfläche eingeprägten Musters beträgt in diesem Fall 1,2 mu m. Die Strukturtiefe liegt im Bereich von 0,02 bis 0,2 mu m.
Die in Fig. 3 gezeigte Draufsicht auf eine mit einem linienförmigen Muster versehene Kunststoffolie aus Polyethylen zeigt die Oberflächenstruktur der in Fig. 1 gezeigten Kunststoffolie nach Anwendung des erfindungsgemäss durchgeführten Strukturierungsverfahres an einer Aluminium-Reflektorfolie. Fig. 3 stellt eine REM-Aufnahme der oben beschriebenen Draufsicht in 1000-facher Vergrösserung dar. Zur REM-Aufnahme des in Fig. 3 gezeigten Bildes wurde die Substratoberfläche gegenüber dem einfallenden Elektronenstrahl des REM's um einen Winkel von 30 DEG gekippt.
Ein Vergleich der Fig. 1 und 3 zeigt, dass die hier für das erfindungsgemässe Verfahren beispielhaft verwendete heissgeprägte Polyethylenfolie vor und nach dem erfindungsgemässen Verfahren im wesentlichen dieselbe linienförmige Musterung aufweist und somit während dem erfindungsgemässen Strukturierungsverfahren im wesentlichen nur entropie-elastisch verformt wurde, d.h. die Kunststoffolie war nach dem Strukturierungsverfahren nicht verformt.
Ein Vergleich der Fig. 1 und 2 zeigt das während der erfinderischen Tätigkeit überraschend gefundene Resultat der im wesentlichen spiegelbildlichen Abbildung des auf der Kunststoffolie aus Polyethylen eingeprägten Musters auf die Oberfläche eines handelsüblichen Aluminium-Hochglanzbandes durch das erfindungsgemässe Verfahren, welches damit die Struktur-Übertragung von einer gegenüber Aluminium weicheren Kunststoffolie auf eine Aluminiumoberfläche mittels Druckbeaufschlagung ermöglicht.
Das erfindungsgemässe Verfahren erlaubt damit die kostengünstige Übertragung beinahe beliebiger Muster, insbesondere im submikronen Strukturtiefenbereich, auf die Oberflächenschicht eines Körpers aus Bunt- oder Edelmetallen durch Druckbeaufschlagung einer auf der Oberflächenschicht befindlichen strukturierten Kunststoffolie und ermöglicht so die Herstellung grossflächiger funktioneller oder dekorativer Oberflächenschichten aus Bunt- oder Edelmetallen für breite gewerbliche Anwendungszwecke wie beispielsweise für Fassaden im Hochbau, Tunnelverkleidungen im Tiefbau, richtungsabhängige Hinweisschilder, Reflektoroberflächen, Spiegel, Beugungsgitter, Filter, Linsen, lithographische Substrate oder Substrate für photovoltaische Zellen wie auch für das Einprägen von beispielsweise Hologrammen, Firmen- und Herstellerlogos oder Benutzerhinweisen auf Verpackungen,
Gerätegehäusen oder Panels sowie für Identifikations-Muster, -Logos oder -Etiketten.
The invention relates to a method for structuring the surface layer of bodies made of non-ferrous or noble metals and the application of the method.
The structuring of the surface layer of bodies made of non-ferrous or noble metals, such as, for example, the surface layer of foils, sheets or strips of non-ferrous or noble metals, can be carried out by mechanical, chemical or electrochemical treatment of the surface layer. A mechanical treatment of the surface layer, for example by embossing, can give the surface layer of bodies made of non-ferrous or precious metals a certain surface structure, surface quality or surface enlargement.
In an embossing process, a desired relief-like surface is produced by printing, for example, a two-part tool, at least one part having a structuring structure, or by pressurizing a correspondingly structured embossing tool, such as an embossing film, which is located on the surface to be structured. The pressurization can take place in mechanical or hydraulic presses, roll stands with, for example, engraved or etched steel rolls, embossing stands, deflection rolls or generally with two rolls lying opposite one another. Such an embossing process allows the essentially mirror-image transfer of a structure located on an embossing tool to the surface layer of a body made of non-ferrous or precious metals.
The structure can be transferred with or without a decrease in the average thickness of the embossed body.
A distinction is essentially made between two processes: full embossing and hollow embossing. In hollow embossing, the embossed embossment on one side is caused by corresponding depressions on the other side, so that the embossed body does not undergo any significant change in thickness. In contrast to hollow embossing, the embossments remain essentially limited to the surface layer of the embossed body, or both sides can be structured differently.
In the case of embossing processes in which the pressure is applied by means of rollers, the counter-roller can, for example, have a paper or rubber covering and, in some cases, for example in the case of hollow embossing, a corresponding counter-shape.
With embossing processes, dot and line grids or any pattern, company or brand name can be transferred on a smooth or patterned background. Embossing can also be carried out on painted and / or coated surfaces of bodies made of non-ferrous or precious metals.
Embossing processes require the essentially mirror-image application of the desired structure to the embossing tool. The stamping tool usually has a higher hardness and strength than the surface layer to be structured. During stamping, the pre-structured stamping tool is directed against the surface to be structured and is subjected to a predetermined pressure. In embossing processes in which the pressure is applied by means of rollers, the body to be structured on its surface is pushed between at least two rotating rollers, the spacing of which is somewhat less than the thickness of the body to be embossed. The rollers take the body to be embossed due to friction, compress the body to the distance between the rollers and at the same time emboss their structure essentially in mirror image on the surface of the body.
Such a transfer of structure causes material deformation at least in the surface layer of the embossed body. In contrast to a rolling process in which the thickness deformation is in the foreground, the average decrease in thickness of the structured body is small in such an embossing process and is usually between 0 and 15%.
Instead of pre-structuring the embossing roller with the essentially mirror-image structure of the surface pattern desired on the rolling stock, the corresponding structuring can also be located on a steel sheet as an embossing tool, for example. The surface layer is then embossed by placing the embossing tool on the surface layer to be structured and then applying pressure in a rolling operation with rollers which have a smooth surface.
The embossing of surface layers of bodies made of non-ferrous or precious metals is usually done by a cold forming process, i.e. structuring takes place at room temperature. The pressurization applied during the embossing process mechanically deforms at least the surface layer in question, i.e. in the method according to the invention, an embossing and deformation process always takes place in the surface layer. The structuring transferred to the surface layer can have exactly the structuring that is mirror image for structuring on the embossing tool or, in accordance with the selected process parameters of the embossing process, differ in its structure depth and / or in its geometric shape from the structuring of the embossing tool.
The term mirror-image structuring in the present text is always understood to mean the image of the structuring of the embossing tool obtained by an embossing process on the embossed surface layer, which is essentially mirror-image, but deformed in some cases.
For certain non-ferrous metals and their alloys, such as aluminum or its alloys, the pressurization applied in an embossing process can change the forming zone of the surface layer, i.e. solidify the surface area influenced by the embossing process. By soft annealing, i.e. a heat treatment, such solidification of the material can be broken down on a case-by-case basis.
Embossing tools such as embossing rollers or structured steel sheets can be produced, for example, by chemical etching processes or by engraving the steel surface. Such processes for the production of structures or patterns on, for example, steel surfaces are complex and thus generally represent an essential cost factor for the embossing of surface layers of bodies made of non-ferrous or noble metals.
Due to the embossing process, small amounts of the material of the embossed surface layer always remain on the embossing tool and thus cause contamination depending on the time in which the embossing tools are used. In order to ensure a reproducible embossing process, the embossing tools must be cleaned again and again at certain intervals. Such cleaning can be done by chemical methods, such as chemical etching, or physical methods, such as brushing, plasma etching, sandblasting or the like. Such cleaning processes are usually cost-intensive and, moreover, usually necessitate an interruption in production in the production line.
In addition, the known embossing processes, because of the processes for structuring the materials used for embossing tools, such as, for example, etching processes or engraving, are limited with regard to the fineness of the structural elements that can be transferred to the surface layer of bodies made of non-ferrous or precious metals.
The object of the present invention is to provide a method of the type mentioned at the outset which prevents the disadvantages set out above, substantially reduces the costs for the production and cleaning of the embossing tools and, moreover, allows the production of fine structural elements in the surface layer of bodies made of non-ferrous or noble metals.
According to the invention, this is achieved in that the structuring desired on the surface layer is embossed in mirror image on a plastic film with a thickness of 5 .mu.m to 1 mm, the structuring of the plastic film is directed against the surface layer to be structured and the transfer of the structuring on the plastic film the surface layer is done by pressurizing the plastic film lying on the surface layer, the transferred structuring having a structure depth between 0.001 μm and 20 μm.
The plastic films used for the method according to the invention preferably have a thickness of between 5 μm and 500 μm.
The method according to the invention is preferably used for the structuring of surface layers of non-ferrous or precious metals with a submicron structure depth between 0.001 μm and 1 μm and in particular between 0.01 μm and 0.5 μm.
The pressurization required for the method according to the invention is preferably carried out by rolling, rolling, pressing, reeling or rolling. The average decrease in thickness caused by the pressurization of the body made of non-ferrous or precious metals, which is structured at least in its surface layer, is preferably between 0% and 15% and in particular between 0.5% and 10%.
In a preferred embodiment of the method according to the invention, the structured surface layers of non-ferrous or precious metals at least partially have structural elements whose dimensions in the plane horizontal to the structured surface layer are between 1 nm (nanometer) and 1 mm, particularly preferably between 0.01 μm and 100 µm and in particular between 0.1 µm and 10 µm, the dimensions of the structural elements refer to the plane 3 parallel to the structured surface layer at the location of its greatest structural depth.
Within the scope of the inventive step, it was found that plastics which have a structure on their surface can be used as embossing tools for the structure of surface layers of non-ferrous or noble metals.
In principle, all plastics can be used for the process according to the invention which, because of their material properties such as anisotropy and their pseudoplastic, entropy-elastic and viscoelastic properties, have a hardness and material strength which are sufficiently high for the embossing of surface layers of non-ferrous or noble metals.
The preferred plastics are films made of thermoplastics or thermosets and particularly preferably polyolefins, polyethylene terephthalate (PET), polyacrylates such as polymethyl methacrylate (PMMA), polyvinyl chloride (PVC), polyacetate, polyacetal (POM), linear or crosslinked polyurethane (PU), urea Formaldehyde (UF), polyimide (PI), cellulose such as cellulose acetate (CA), cellulose propionate (CP), cellulose acetobutyrate (CAB) or cellulose nitrate (CN) and mixtures of the above-mentioned polymer classes. Such films can be present as a monofilm or as a film composite of two or more films. In the case of composites, the films can consist of the same material or the films can be constructed from films of different plastics.
Examples of polyolefins for polyolefin films are polyethylenes, e.g. High density polyethylene (HDPE, density greater than 0.944 g / cm <3>), medium density polyethylene (MDPE, density 0.926-0.940 g / cm <3>), linear medium density polyethylene (LMDPE, density 0.926-0.940 g / cm <3>), low density polyethylene (LDPE, density 0.910-0.925 g / cm <3>) and linear low density polyethylene (LLDPE, density 0.916-0.925 g / cm <3>), polypropylenes such as axially or biaxially oriented polypropylene or cast polypropylene, amorphous or crystalline polypropylene or mixtures thereof, atactic or isotactic polypropylene or mixtures thereof, poly-1-butene, poly-3-methylbutene, poly-4-methylpentene and copolymers thereof, such as, for example of polyethylene with vinyl acetate, vinyl alcohol, acrylic acid, e.g.
Ionomer resins, such as copolymers of ethylene with about 11% acrylic acid, methacrylic acid, acrylic esters, tetrafluoroethylene or polypropylene, as well as statistical copolymers, block copolymers or olefin polymer-elastomer mixtures. High density polyethylenes and polypropylenes are preferred.
Examples of plastic films made of polymethyl methacrylate (PMMA) are, for example, high polymer PMMA, mixtures of PMMA with soft graft polymers containing a tough component with modified polyacrylic ester or other elastomers, copolymers of PMMA with acrylonitride, copolymers of acrylonitride-methyl methacrylate (AMMA) and copolymers of methylacryl Butadiene styrene.
The structuring of the plastic films can take place, for example, by means of screen printing, gravure printing, pad printing or hot stamping printing processes, for example in the transition area from the plastic to the entropy-elastic state, the surface structuring being produced using stamping tools such as stamps or stamping rollers. The hot stamping printing process is preferably used for this. Another method for structuring plastic films is the embossing of a solvent-containing plastic film by means of a structured roller (roller embossing) with a subsequent drying process or which takes place simultaneously with the roller embossing.
Another possibility for structuring a plastic surface consists, for example, in a corresponding shaping process in the production of the plastic film, during which the plastic is still present as a melt.
The hot stamping of the plastic film is preferably carried out at a processing temperature which is dependent on the plastic and in some cases higher than room temperature, at least on the surface of the film to be stamped, by applying pressure by means of, for example, a cooled embossing roller and an, for example, rubber-coated counter roller. The optimum processing temperature is usually in the thermoplastic temperature range of the plastic and depends on the plastic in addition to other parameters, such as processing steps previously carried out for hot stamping, the anisotropy achieved and the stamping structure to be transferred, and is usually determined by preliminary tests.
The heating of the film surface necessary for embossing the plastic film can take place, for example, by a heatable embossing roller or by an infrared radiator.
The plastic films used for the method according to the invention can also be coated. For this, metal, plastic or ceramic layers can be applied. In particular, thin aluminum layers with a layer thickness of typically 0.001 μm to 1 μm can be vaporized or sputtered onto the plastic surface in a vacuum.
The method according to the invention is particularly suitable for structuring the surface layers of bodies, such as foils with a thickness of 5 μm to 1.5 mm, in particular foils with a thickness of 5 to 20 μm and strips, sheets or plates with a thickness of 1.5 mm to 50 mm, made of non-ferrous or precious metals. Metal bodies preferred for the process according to the invention are on the one hand the noble metals gold (Au), silver (Ag) and platinum (Pt) and on the other hand the nonferrous metals aluminum (Al), copper (Cu), nickel (Ni), zinc (Zn) and tin ( Sn) and their alloys.
The method according to the invention is particularly preferably used for structuring the surface layer of aluminum foils, strips or sheets with a thickness of 0.01 mm to 5 mm. In particular, the method according to the invention is preferably used for structuring the surface layer of aluminum strips with a thickness between 0.05 mm and 2 mm.
In the method according to the invention, the body made of non-ferrous or precious metals can be deformed in its entire thickness or only in a certain thickness range, the surface layer. The body to be structured at least in a certain surface layer can consist of non-ferrous or precious metals and their alloys, or else can be a composite material, at least the surface layer to be embossed consisting of a previously mentioned material. In particular, all commercially available non-ferrous and precious metal materials can be structured using the method according to the invention. The method according to the invention is also particularly suitable for structuring a plastic coated or metallized with one of the aforementioned materials (non-ferrous and noble metals and their alloys).
In the present text, the term non-ferrous and precious metals always means all corresponding metals and their alloys.
In practice, pure aluminum or aluminum alloys and in particular aluminum with a purity of, for example, 98.3% and higher or aluminum-based alloys with and without dispersion hardening, aluminum composite materials and aluminum coated have been used for the aluminum bodies to be structured with the method according to the invention Materials such as Al-coated plastic films have proven their worth.
Within the scope of the inventive step, it was surprisingly found that the surface layer of a body made of non-ferrous or precious metals with a plastic film lying thereon and softer than the surface layer made of non-ferrous or noble metal onto which a pattern was transferred beforehand, for example by a hot stamping process was, which during the method according to the invention is directed against the surface layer to be structured, which allows the structuring on the plastic film to be transferred essentially in mirror image to the surface layer made of a non-ferrous or noble metal.
With the method according to the invention, patterns with a structure depth between 0.001 μm and 20 μm can be realized in a surface layer made of a non-ferrous or precious metal. The term structure depth refers to the greatest height difference between structure valley and structure height that is achieved in an embossing process. However, the structure depth realized is advantageously in the submicron range between 0.001 μm and 1 μm and in particular between 0.01 μm and 0.5 μm.
The size of the pressurization required for the respective embossing process depends, for example, on the surface layer to be embossed, in particular its material properties, the material properties of the plastic film, the process temperature, the structural fineness, the structural depth, the structural shape, the embossing speed and the required surface properties of the pattern to be embossed from. Examples of process parameters relating to the surface layer are, for example, the layer thickness of the forming zone, its material composition and surface properties, such as roughness, surface hardness and formability. Examples of process parameters relating to the plastic film are, for example, its material composition, its pseudoplastic, entropy-elastic and visco-elastic properties as well as the embossed structuring.
However, the optimal process parameters can easily be determined by preliminary tests.
In order to enable the same plastic film to be used several times for the embossing process according to the invention, the pressurization is advantageously selected such that the plastic film is not deformed over its elastic region during the process according to the invention. However, if the use of the plastic film as an embossing tool is limited to one use - for example due to the contamination caused by the structuring process - the plastic film can also be deformed in its plastic area.
The process temperature to be selected for the process according to the invention depends, inter alia, on on the mechanical properties of the plastic film and the surface layer to be structured. The process is preferably carried out at room temperature or at a temperature which is lower than this.
The plastic film provided with the embossed pattern can already be applied to the surface layer to be structured, for example by electrostatic charging, partial adhesive bonding, winding or simply by being placed on it, before the structuring process according to the invention, and can thus serve as a protective film, or it can only be used immediately before or during the inventive process Methods are applied to the surface layer to be structured.
According to the method according to the invention, the plastic film can be removed from the structured surface layer or left. In the latter case, it serves as a protective film, for example.
The surface layers to be structured with the method according to the invention can be supplied to a surface treatment prior to the structuring process, for example for mechanical or chemical polishing of their surface.
The structured surface layers can subsequently be subjected to a further surface treatment using, for example, mechanical or chemical processes or can be protected with a thin, organic or inorganic coating compared to the structure depth against the chemical or physical influences possibly acting on the structured surface layer during its intended use. Anodizing is one of the preferred surface treatments.
Coating processes such as electroplating, dispersion coating, enamelling, painting, laminating, thermal spraying or vacuum coating processes such as sputtering, vapor deposition or the deposition of thin organic (for example by plasma polymerization) or inorganic layers.
The present invention also relates to the use of the method according to the invention for producing functional or decorative surface layers from non-ferrous or noble metals, such as surfaces provided with logos or patterns, mirror or reflector surfaces, diffraction gratings, scatter patterns or filters.
A preferred application of the method according to the invention is in the production of reflector surfaces or mirrors with a predetermined reflection direction for the targeted deflection or scattering of electromagnetic radiation, for example for the targeted iridescence of reflector surfaces or for reflector surfaces of photovoltaic substrates, reflectors in lighting technology, as display surfaces for information signs or the like Street signaling, retroreflective surfaces or for the production of flat one- and two-dimensional, focusing or scattering mirrors, in particular as converging lenses for e.g. headlights or other reflectors from everyday light sources, as mirrors for the targeted deflection of the incident electromagnetic radiation into a predetermined solid angle range and as diffraction - or Fresnel mirror.
Another preferred application of the method according to the invention is in the production of reflector surfaces or mirrors as filters or diffraction gratings with reflection properties which are selective with regard to the wavelength and / or the polarization of the incident electromagnetic radiation. The method according to the invention is very particularly preferably used for producing corresponding filters for UV (ultraviolet) radiation, electromagnetic radiation in the visible range or IR (infrared) radiation.
Furthermore, the method according to the invention is preferably used for the production of decorative surface layers with variable colors and / or structures depending on the viewing angle and / or the incidence of light, for use, for example, in building construction (for example as facades) or civil engineering (for example as tunnel cladding).
Another preferred application of the method according to the invention is the embossing of holograms, company and manufacturer logos or user instructions on packaging, device housings or panels, and the production of identification patterns, logos or labels, the structured surface layers being highly counterfeit-proof.
Another preferred application of the method according to the invention is in the production of lithographic substrates.
Furthermore, the method according to the invention is also particularly suitable for the production of structured surface layers of non-ferrous or noble metals as the base material, which can be used after further chemical or physical surface treatments, for example for the production of finely structured conductor tracks.
The present invention is further explained by way of example with reference to FIGS. 1 to 3:
1 shows a top view of a structure of a hot-stamped polyethylene film before it is used for the method according to the invention.
FIG. 2 shows a top view of the structure of an aluminum surface, which was transferred by the method according to the invention from a polyethylene film with the structure shown in FIG. 1 to the aluminum surface.
FIG. 3 shows a top view of a hot-stamped polyethylene film with the same structuring as in FIG. 1, according to the structuring method carried out according to the invention.
Fig. 1 shows a plastic film made of polyethylene with a linear structure as it can be used as an embossing tool for the inventive method. The top view shown in FIG. 1 shows a scanning electron microscope (SEM) image in a 1000-fold magnification of a submicron structure located on a hot-stamped polyethylene film before it was used for the method according to the invention. The SEM image of the image shown in FIG The substrate surface is tilted by an angle of 30 ° with respect to the incident electron beam from the SEM. The structure valleys (in the picture: dark lines) and structure heights (in the picture: light lines) are easy to recognize.
The top view shown in FIG. 2 of an aluminum surface structured according to the invention represents an SEM image in 1000 times magnification. The aluminum surface shown is that of a commercially available aluminum high-gloss tape according to a structuring method according to the invention with an average thickness decrease of the aluminum high-gloss tape of approximately 6 %. To structure the surface of the aluminum high-gloss tape, a polyethylene film with the pattern shown in FIG. 1 and the same dimensions as the high-gloss tape was used as the embossing tool. The embossed side of the polyethylene film was then placed on the high-gloss tape piece. The structure transfer itself was carried out by a cold rolling embossing process. The polyethylene film used in this case had a thin evaporated aluminum protective layer.
For the REM image of the image shown in FIG. 2, the substrate surface was tilted by an angle of 30 ° with respect to the incident electron beam from the REM.
The image shows the linear pattern that is embossed in mirror image for structuring on the plastic film. In this case, the grid spacing (line spacing) of the pattern embossed on the aluminum surface is 1.2 μm. The structure depth is in the range of 0.02 to 0.2 μm.
The top view shown in FIG. 3 on a plastic film made of polyethylene provided with a linear pattern shows the surface structure of the plastic film shown in FIG. 1 after application of the structuring method according to the invention to an aluminum reflector film. FIG. 3 shows a SEM image of the plan view described above in a magnification of 1000 times. For the SEM image of the image shown in FIG. 3, the substrate surface was tilted by an angle of 30 ° with respect to the incident electron beam from the SEM.
A comparison of FIGS. 1 and 3 shows that the hot-stamped polyethylene film used here by way of example for the method according to the invention has essentially the same linear pattern before and after the method according to the invention and thus was deformed essentially only entropy-elastically during the structuring method according to the invention, i.e. the plastic film was not deformed after the structuring process.
A comparison of FIGS. 1 and 2 shows the result, found surprisingly during the inventive step, of the essentially mirror image of the pattern embossed on the plastic film made of polyethylene on the surface of a commercially available high-gloss aluminum strip by the process according to the invention, which thus transfers the structure of a plastic film that is softer than aluminum on an aluminum surface by means of pressurization.
The method according to the invention thus allows the cost-effective transfer of almost any pattern, in particular in the submicron structure depth range, to the surface layer of a body made of non-ferrous or precious metals by pressurizing a structured plastic film located on the surface layer and thus enables the production of large-area functional or decorative surface layers made of colored or Precious metals for broad commercial applications such as for facades in building construction, tunnel cladding in civil engineering, directional signs, reflector surfaces, mirrors, diffraction gratings, filters, lenses, lithographic substrates or substrates for photovoltaic cells as well as for embossing e.g. holograms, company and manufacturer logos or User instructions on packaging,
Device housings or panels as well as for identification patterns, logos or labels.