DE10014486C2 - Verfahren zum Aufbringen einer Antihaftschicht - Google Patents

Verfahren zum Aufbringen einer Antihaftschicht

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen einer Antihaftschicht auf Oberflächen eines Gegenstandes, bei dem die zu beschichtende Oberfläche aufgeraut ist, wobei eine Hartstoffschicht, vorzugsweise ein Aluminiumoxid-Titandioxid-Pulvergemisch auf die aufgeraute Oberfläche des Gegenstandes thermisch aufgesprüht und die Antihaftschicht auf die aufgesprühte Schicht aufgetragen und eingebrannt wird.
Die Erfindung wird vorzugsweise zum Beschichten von Küchengefäßen wie Töpfen, Pfannen jeder Art und Ausführung und Blechen, z. B. Pizzableche, Backbleche usw., sowie zur Herstellung von Maschinenbauteilen mit hoher Abriebfestigkeit und Antihafteigenschaften wie Backwalzen, Führungsschienen oder Gleitschienen angewendet.
Im Stand der Technik sind verschiedene Verfahren zum Aufbringen einer Antihaftschicht auf Oberflächen eines Gegenstandes, bei dem die zu beschich­ tende Oberfläche aufgeraut ist, wobei eine Hartstoffschicht, vorzugsweise eine Aluminiumoxid-Titanoxid-Schicht, auf die aufgeraute Oberfläche des Gegenstandes mittels Plasma thermisch aufgesprüht und die Antihaftschicht auf die aufgesprühte Schicht aufgetragen und eingebrannt wird bekannt.
Nach DE 36 04 762 C2 ist ein Verfahren zum Beschichten von Küchengefäßen mit einer Antihaftschicht bekannt, bei dem auf eine vorbehandelte Oberfläche eine Haftgrundschicht, darauf eine Hartstoffschicht und darauf die Antihaft­ schicht aufgetragen werden.
Nachteilig bei diesem Verfahren ist der zur Gewährleistung einer guten Haftung der Hartstoffschicht erforderliche Aufwand zur Aufbringung einer Haftgrundschicht.
Nach DE 44 34 425 C2 ist ein Verfahren zur Erzeugung einer Antihaftbeschich­ tung auf der Oberfläche eines verhältnismäßig weichen Metallsubstrates bekannt, bei dem die Metalloberfläche aufgeraut wird und eine Hartstoffschicht mit bestimmten Kenngrößen aufgetragen wird.
Nachteilig bei diesem Verfahren ist die teilweise geringe Haftung zwischen Metalloberfläche und Hartstoffschicht.
Nach EP 0 523 761 B1 und DE 38 44 522 C2 sind Verfahren zum Beschichten von Haushaltsgegenständen mit einer Antihaftschicht bekannt, bei dem eine Oberfläche durch Plasmaspritzen mit einer porösen Hartstoffschicht versehen wird und die unteren Lagen dieser porösen Hartstoffschicht mit einem Einbrenn­ lack aufgefüllt und danach die oberen Lagen mit einer Antihaftschicht ausgefüllt werden.
Nachteilig bei diesen Verfahren sind die teilweise geringe Haftung zwischen Metalloberfläche und Hartstoffschicht und der hohe technologische Aufwand zum lagenweisen Ausfüllen der porösen Hartstoffschicht, welches unter Serienbe­ dingungen praktisch unmöglich ist.
Nach EP 0 331 155 B1 ist ein Verfahren zum Beschichten von Haushaltsgegen­ ständen mit einer Antihaftschicht bekannt, bei dem eine Oberfläche durch Plasmaspritzen lagenweise mit porösen Hartstoffschichtlagen versehen wird, wobei die Korngröße der verwendeten Hartstoffpulver von der Oberfläche des Grundkörpers zur Antihaftschicht zunimmt.
Nachteilig bei diesem Verfahren sind die teilweise geringe Haftung zwischen Metalloberfläche und Hartstoffschicht und der hohe technologische Aufwand zum lagenweisen Auftrag verschiedener poröser Hartstoffschichtlagen.
Nach EP 0 365 485 B1 ist ein Verfahren zum Aufbringen einer Antihaftschicht auf eine aufgeraute Oberfläche eines Gegenstandes bekannt, wobei die Tempera­ tur des Gegenstandes vor und während des Aufsprühens mindestens 400°C beträgt.
Nachteilig bei diesem Verfahren ist die unter Serienbedingungen nicht, oder nur mit äußerst hohem technischen Aufwand zu realisierende Einhaltung der relativ hohen Teiletemperatur.
Nach EP 0 510 546 B1 ist ein Verfahren zum Beschichten von Haus- und Küchengerätschaften bekannt, wobei in die Oberfläche eines metallischen Grund­ körpers Rillen eingebracht werden.
Nachteilig bei diesem Verfahren ist der hohe technologische Aufwand zum Einbringen der Rillen, die einer dauerhaften Haftung zwischen Metalloberfläche und Hartstoffschicht dienen sollen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Aufbringen einer Antihaftschicht auf Oberflächen eines Gegenstandes, bei dem die zu beschich­ tende Oberfläche aufgeraut ist, wobei eine Hartstoffschicht, vorzugsweise aus einem Aluminiumoxid-Titandioxid-Pulvergemisch, auf die aufgeraute Oberfläche des Gegenstandes mittels Plasma thermisch aufgesprüht und die Antihaftschicht auf die aufgesprühte Schicht aufgetragen und eingebrannt wird anzugeben, das bei Verzicht auf eine Haftschicht eine gute und dauerhafte Haftung der Hartstoff­ schicht auf der Oberfläche des Gegenstandes ermöglicht und das einen einfachen und haltbaren Auftrag der Antihaftschicht auf die Hartstoffschicht ermöglicht.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit den kennzeichnenden Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung weist eine Reihe von Vorteilen auf. Durch die thermische Vorbe­ handlung des zu beschichtenden Gegenstandes wird dessen Spannungsfreiheit sichergestellt und durch die Kombination von Sandstrahlen und Strahlen mit einem Hochdruckwasserstrahlverfahren gelingen sowohl eine exzellente Reinigung der Oberfläche als auch eine Überlagerung einer Makrowelligkeit mit einer Mikroporigkeit, die eine optimale Vorbereitung für die anschließende Plasmabeschichtung bedeuten.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine Schnittdarstellung eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren beschichteten Gegenstandes,
Fig. 2 eine vergrößerte Schnittdarstellung des Schichtaufbaus einer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren beschichteten Oberfläche,
Fig. 3 die Überlagerung von Makroprofil und Mikroprofil an der Oberfläche und
Fig. 4 eine Bahnkurve der Brennerbewegung.
In Fig. 1 ist die Oberfläche einer metallischen Bratpfanne dargestellt. Die Oberfläche ist rückstandsfrei gereinigt und weist die in Fig. 3 erläuterte Überla­ gerung eines Makroprofils MaP mit Makrowelligkeit mit einem Mikroprofil MiP mit Mikroporigkeit auf, die durch die Kombination von Sandstrahlen und Strah­ len mit einem Hochdruckwasserstrahlverfahren erzielt worden ist.
Der Schichtaufbau ist aus Fig. 2 ersichtlich. Die nach dem Sandstrahlen auf dem Trägerwerkstoff TrW aufgetragene Hartstoffschicht HS weist eine poröse Struk­ tur auf und ist von dem Haftvermittler (bei zweischichtigem Aufbau) bzw. BaseCoat Bc (bei dreischichtigem Aufbau) vollständig ausgefüllt und auch an ihren höchsten Stellen vom Haftvermittler bedeckt. Die aus Hartstoffschicht und Haftvermittler bestehende Basisschicht wurde 6 min bei 240°C gesintert und weist noch keine glatte Oberfläche auf. Nach dem Sintern der Basisschicht und des Primers wurde diese mit einer Antihaftschicht auf PTFE-Basis bedeckt, wodurch die Täler der Hartstoffschicht weiter abgeflacht wurden.
In Abhängigkeit vom Einsatzfall kann auch auf die Aufbringung einer Basisschicht verzichtet werden und der Primer direkt auf die durch die Wasser­ strahlbehandlung und das sich daraus ergebende Hartstoffschicht-Profil mit Makro- und Mikrorauhigkeit aufgetragen werden. Dies geschieht ebenfalls in der Art, dass der Primer die Hartstoffschicht vollständig, mit welligem Profil bedeckt.
BEZUGSZEICHENLISTE
TrW Trägerwerkstoff
HS Hartstoffschicht
Bc BaseCoat
Zs Zwischenschicht
Tc TopCoat
MaP Makroprofil
MiP Mikroprofil
SB Streubreite des Plasmastrahls
OsBB Oszillierende Brennerbewegung
BM mittlere Bahnkurve

Claims (12)

1. Verfahren zum Aufbringen einer Antihaftschicht (4) auf Oberflächen eines Gegenstandes (1), bei dem die zu beschichtende Oberfläche aufgeraut ist, wobei eine Hartstoffschicht (2), vorzugsweise eine Aluminiumoxid-Titandioxid- Schicht, mittels Plasma auf die aufgeraute Oberfläche des Gegenstandes thermisch aufgesprüht und die Antihaftschicht (4) auf die aufgesprühte Schicht aufgetragen und eingebrannt wird, dadurch gekennzeichnet, dass
der zu beschichtende Gegenstand (1) vor dem Aufrauen seiner zu beschich­ tenden Oberfläche auf eine Temperatur zwischen 420°C und 450°C erhitzt wird,
diese Temperatur zwei bis zehn Minuten gehalten wird,
der zu beschichtende Gegenstand (1) anschließend rasch auf eine Temperatur von ca. 100°C abgekühlt wird,
anschließend durch Sandstrahlen aufgeraut wird,
anschließend durch einen Hochdruckwasserstrahl gestrahlt wird,
die Hartstoffschicht (2) mittels Plasma aufgetragen wird,
ein Haftvermittler (3) aufgetragen wird
und darauf schließlich die Antihaftschicht (4) aufgetragen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abkühlge­ schwindigkeit zwischen 50 K/min und 60 K/min beträgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils zwei gegenüberliegende Oberflächen des zu beschichtenden Gegenstandes (1) gleichzeitig sandgestrahlt werden.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, dass die gestrahlte Oberfläche mittels Hochdruckwasserstrahl profiliert wird und, wobei der Druck des Hochdruckwasserstrahles zwischen 1500 bar und 4000 bar beträgt.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, dass dem Hochdruckwasserstrahl Abrasivmittel zugesetzt sind.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, dass das Aufbringen der Hartstoffschicht (2) mittels eines seitlich oszillieren­ den Brenners erfolgt.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, dass der zu beschichtende Gegenstand (1) für eine Zeitdauer zwischen drei und sechs Minuten bei einer Temperatur zwischen 425°C und 450°C gehal­ ten wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, dass der Auftrag der Hartstoffschicht in höchstens zwei Schichten mit gleicher Korngröße erfolgt.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Korngröße überwiegend zwischen 22 µm und 45 µm beträgt und Restmengen anderer Korngrößen entsprechend üblicher Korngrößenverteilungskurve der Pulverher­ steller enthalten sind.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, dass als Haftvermittler (3) ein Basislack auf Lösungsmittel- oder Wasserbasis und/oder ein Primer auf Wasserbasis verwendet wird und der Haftvermittler (3) die Körner der Hartstoffschicht (2) vollständig bedeckt.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die aus Hartstoffschicht (2) und Haftvermittler (3) bestehende Basisschicht zur Herstellung eines 3-Schicht-Antihaftsystems für etwa sechs Minuten bei etwa 240°C gesintert wird, anschließend ein Primer aufgetragen und bei 50°C getrock­ net wird und danach ein TopCoat aufgetragen und bei 420°C-430°C ca. 6 min gesintert wird.
12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die aus Hartstoffschicht (2) und Haftvermittler (3) bestehende Basisschicht zur Herstel­ lung eines 2-Schicht-Antihaftsystems für etwa drei Minuten bei etwa 50°C getrocknet wird, ein Top-Coat auf PTFE-Basis aufgetragen wird und die gesamte Schichtenfolge (2, 3, 4) für etwa sechs Minuten bei 20°C bis 425°C gesin­ tert wird.
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