DE102005050181A1

DE102005050181A1 - Verfahren zur Oberflächenbearbeitung von Stahlteilen und damit hergestellte Stahlteile

Info

Publication number: DE102005050181A1
Application number: DE102005050181A
Authority: DE
Inventors: Hubert Groll; Michael Hartmann
Original assignee: BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH
Current assignee: BSH Hausgeraete GmbH
Priority date: 2005-10-19
Filing date: 2005-10-19
Publication date: 2007-04-26
Anticipated expiration: 2025-10-20
Also published as: DE102005050181B4

Abstract

Die Erfindung beschreibt ein Verfahren zum Bearbeiten der Oberfläche eines metallischen Teils (1) zur Erzeugung einer optisch Edelstahl imitierenden Oberfläche auf Normalstahl und ein nach diesem Verfahren hergestelltes Stahlteil. Die Stahloberfläche (2) wird mit einem abrasiven Verfahren bearbeitet und mit einer vorzugsweise durchsichtigen Deckbeschichtung versehen. Erfindungsgemäß wird die Stahloberfläche ferner einer Korrosionsschutzbehandlung unterzogen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bearbeiten der Oberfläche eines metallischen Teils zur Erzeugung einer optisch Edelstahl imitierenden Oberfläche auf Normalstahl, wobei die Stahloberfläche mit einem abrasiven Verfahren bearbeitet wird und mit einer vorzugsweise durchsichtigen Deckbeschichtung versehen wird.
Stahlteile sind als Konstruktionselemente weit verbreitet, wobei für Teile mit sichtbarer Oberfläche aus ästhetischen Gründen häufig Edelstahl bevorzugt wird. Eine wesentliche Materialeigenschaft, insbesondere bei Feuchtigkeit ausgesetzten Teilen, ist die Korrosionsbeständigkeit von Edelstahl. Edelstahl hat aber gegenüber Normalstahl insbesondere den Nachteil erheblich höherer Materialkosten. Anstriche auf Normalstahl, welche eine Edelstahloberfläche simulieren sollen, ergeben kein zufrieden stellendes Erscheinungsbild.

Ein Verfahren zur Herstellung von kostengünstigen Stahlteilen mit einer ästhetisch als Edelstahl empfundenen Oberfläche sowie nach diesem Verfahren hergestellte Stahlteile sind in der DE 100 22 541 A1 angegeben. Bei diesem Verfahren wird eine Normalstahl-Oberfläche in einem ersten Schritt nach einem abrasiven Bearbeitungsverfahren bearbeitet und nachfolgend mit einer vorzugsweise durchsichtigen geschlossenen Beschichtung versehen. Die abrasive Oberflächenbearbeitung kann durch Drehen oder einen Schleif-, Bürstund/oder Poliervorgang vorgenommen werden. Die Beschichtung wird nach einem Pulverbeschichtungsverfahren (EPS) vorgenommen, wobei das Beschichtungsmaterial einen Polyesterlack enthält. Das in Pulverform aufgebrachte Beschichtungsmaterial wird durch Temperatureinwirkung auf der Oberfläche aufgeschmolzen und mit dieser verbunden, so dass eine dichte, die Oberfläche abschließende Schicht entsteht.

Aufgrund der Verwendung eines Polyesterlacks als durchsichtige Deckbeschichtung ist ein dauerhafter Schutz vor Korrosion der Normalstahl-Oberfläche nicht gewährleistet. Darüber hinaus ist fraglich, ob eine Haftung des Polyesterlacks auf der aufgerauhten Oberfläche des Normalstahlteils gegeben ist. Die Viskosität der Pulverbeschichtung reicht nicht aus, um die durch das Aufrauhen erzeugten Vertiefungen der Normalstahl-Oberfläche auszufüllen. Dies resultiert aus der zu großen Teilchengröße des Beschichtungsmaterials.

Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines kostengünstigen Stahlteils mit einer ästhetisch als Edelstahl empfundenen Oberfläche sowie nach diesem Verfahren hergestellte Stahlteile anzugeben, welche die oben genannten Nachteile nicht aufweisen.

Erfindungsgemäße Lösungen sind in den unabhängigen Patentansprüchen beschrieben. Die abhängigen Patentansprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Bearbeiten der Oberfläche eines metallischen Teils zur Erzeugung einer optisch Edelstahl imitierenden Oberfläche auf Normalstahl, bei dem die Stahloberfläche mit einem abrasiven Verfahren bearbeitet wird und mit einer vorzugsweise durchsichtigen Deckbeschichtung versehen wird, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Stahloberfläche einer Korrosionsschutzbehandlung unterzogen wird. Hierdurch ist sichergestellt, dass bei Stahlteilen mit einer Normalstahl-Oberfläche auch in feuchten Umgebungen ein guter Korrosionsschutz gegeben ist.

Die Korrosionsschutzbehandlung wird in einer Ausführungsform vor dem Aufbringen der Deckbeschichtung durchgeführt. Die Korrosionsschutzbehandlung kann in einer anderen Ausführungsform auch vor der abrasiven Oberflächenbehandlung der Stahloberfläche durchgeführt werden. Ist die Deckbeschichtung, wie bei dem erfindungsgemäßen Stahlteil vorgesehen, auf einer korrosionshemmenden Schicht aufgebracht, so wird gleichzeitig eine hervorragende Haftung der Deckbeschichtung sichergestellt.

Die Korrosionsschutzbehandlung umfasst gemäß einer Ausgestaltung das Aufbringen einer Sperrschicht aus einem vorzugsweise durchsichtigen Lack mit anorganischen Komponenten. Diese können auf Zirkonium- oder Titanbasis beruhen. Ebenso kann eine Chromatierung, bevorzugt mit Chrom(III), durchgeführt werden. Das Aufbringen eines Lacks mit organischen Komponenten bietet zuverlässigen Korrosionsschutz und stellt eine optisch Edelstahl imitierende Oberfläche auf Normalstahl bereit.

Die Korrosionsschutzbehandlung kann alternativ auch das Aufbringen einer Sperrschicht aus einer Phosphatierung umfassen. Gegenüber einem Lack mit anorganischen Komponenten muss in Kauf genommen werden, dass eine geringfügig schlechtere Optik einer Edelstahlimitation gegeben ist.

Die abrasive Oberflächenbehandlung kann insbesondere durch einen Schleif- und/oder einen Bürst- und/oder eine Polier- und/oder einen Strahlvorgang mit bekannten Herstellungsmethoden erfolgen.

Die Deckbeschichtung wird bevorzugt nach einem Pulverbeschichtungsverfahren oder einem Nasslackierverfahren oder mit einem Coatingverfahren vorgenommen, wobei das Deckbeschichtungsmaterial einen Einbrennlack, bevorzugt einen Acrylatlack, enthält. Einbrennlacke, insbesondere Acrylatlacke, weisen den Vorteil auf, dass sie widerstandsfähig sind und die optischen Eigenschaften der bearbeiteten Stahloberfläche nicht nachteilig beeinflussen. Einbrennlacke bieten üblicherweise keinen Schutz gegen Korrosion. Aufgrund der bereits vorgenommenen Korrosionsschutzbehandlung tritt diese Eigenschaft im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens jedoch nicht nachteilig zutage. Zusätzlich kann das Aufbringen eines Klarlacks als äußerste Schicht der Deckbeschichtung vorgesehen sein.

In einer alternativen Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Aufbringen der Deckbeschichtung das Ausbilden einer Nanobeschichtung umfasst. Eine Nanobeschichtung verhindert durch ihre fein strukturierte Oberfläche das Eindringen von Fremdstoffen und gewährleistet höchstmöglichen Schutz der Oberfläche. Eine Nanobeschichtung kann beispielsweise unschöne Fingerabdrücke auf der Oberfläche effektiv verhindern und die Reinigung dadurch wesentlich erleichtern. Die mit einer Nanobeschichtung versehenen Materialien werden vor langfristigen Oxidationsspuren sicher geschützt und bieten dem Benutzer auch nach intensiver und langer Benutzung ein ansprechendes Bild. Darüber hinaus erschwert eine Nanobeschichtung das Anhaften von Verunreinigungen. Eventuelle Verschmutzungen können mit Wasser einfach abgewaschen werden. Nachdem das Anhaften von Schmutzpartikeln durch eine Nanobeschichtung wirksam verringert ist, ist auch die Gefahr einer Korrosion durch solche anhaftende Schmutzpartikel zusätzlich reduziert.

Die Deckbeschichtung kann in einer weiteren Ausführungsform durch Aufbringen einer transparenten Folie ausgebildet sein. Das Aufbringen erfolgt vorzugsweise durch Aufwalzen. Die transparente Folie kann dabei über eine oder mehrere Schichten verfügen. Die Verwendung einer Folie gewährleistet einen Oberflächenschutz der bearbeiteten und korrosionsgeschützten Normalstahl-Oberfläche, ohne die Edelstahl imitierende Optik zu beeinträchtigen.

Zur Gestaltung weiterer, die Optik der Oberfläche des Stahlteils verbessernder, Effekte kann weiterhin vorgesehen sein, die Deckbeschichtung und/oder die korrosionshemmende Beschichtung mit Farbstoffen zu versehen.

Die auf die vorbeschriebene Weise hergestellten Stahlteile aus Normalstahl vermitteln einen optischen Eindruck, welcher eine Edelstahloberfläche vermuten lässt, wobei die Herstellung mit wesentlich geringeren Kosten verbunden ist. Die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzten Verfahrensschritte sind zwar an sich bekannt, bislang aber nicht zur Imitation einer Edelstahloberfläche auf Normalstahl eingesetzt oder angeregt.

Bei dem erfindungsgemäßen Stahlteil mit einer auf einer abrasiv bearbeiteten Normalstahl-Oberfläche aufgebrachten, vorzugsweise transparenten Deckbeschichtung ist die Deckbeschichtung auf einer korrosionshemmenden Beschichtung aufgebracht.

Diese umfasst vorzugsweise einen durchsichtigen Lack mit anorganischen Komponenten, da hierdurch die durch die abrasive Bearbeitung der Normalstahl-Oberfläche erzielte Edelstahlimitation nicht beeinträchtigt wird. Die korrosionshemmende Beschichtung kann alternativ oder zusätzlich ein unedleres Material als die Stahloberfläche umfassen. So ist beispielsweise die Verwendung eines verzinkten Stahlteiles als Ausgangsmaterial denkbar. Dies weist den Vorteil auf, dass eine besonders gute Haftung des durchsichtigen Lacks mit anorganischen Komponenten gegeben ist.

Die Deckbeschichtung des erfindungsgemäßen Stahlteils weist einen Einbrennlack, vorzugsweise einen Acrylatlack, eine Nanobeschichtung oder eine Schutzfolie auf oder ist durch diese gebildet. Die Deckbeschichtung und/oder die Beschichtung können zur Erzielung eines optischen Effekts Farbstoffe enthalten. Als äußerste Schicht der Deckbeschichtung kann ein Klarlack vorgesehen sein.

Das erfindungsgemäße Stahlteil ist bevorzugt für Haushaltsgeräte, insbesondere zur Verkleidung einer Haushalt-Geschirrspülmaschine.

Die erfindungsgemäß hergestellten Teile werden besonders in Haushaltsgeräten, insbesondere zur Verkleidung z.B. von Haushalt-Geschirrspülmaschinen, verwendet, bei denen ein optischer hochwertiger Eindruck bei geringen Stückkosten gefordert ist. Die Erfindung erfüllt diese Anforderungen in besonders vorteilhafter Weise.

In einem erfindungsgemäßen Haushaltsgerät, z.B. Geschirrspülmaschine, Waschmaschine, Kühlschrank, Staubsauger, Wasserkocher oder Kaffeemaschine, ist ein metallisches Teil, erhalten durch ein oben beschriebenes Verfahren und/oder ein oben beschriebenes Stahlteil eingebaut, welches vorzugsweise ein Verkleidungsteil am erfindungsgemäßen Haushaltsgerät ist.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels in einer einzigen Figur näher erläutert.

Die Figur zeigt einen Querschnitt durch ein Stahlteil 1 aus einem Normalstahl. Auf einer zunächst unbearbeiteten Oberfläche 2 des Stahlteils 1 ist eine dünne Lackschicht mit anorganischen Chemikalien als korrosionshemmende Beschichtung aufgebracht. Diese mit dem Bezugszeichen 3 als Sperrschicht wirkende Lackschicht kann wahlweise direkt auf die unbearbeitete Stahloberfläche 2 oder auf eine, z.B. mit einer Verzinkung versehene, Stahloberfläche 2 aufgebracht werden. Letzteres ermöglicht eine besonders gute Haftung der Lackschicht mit anorganischen Komponenten. Die korrosionshemmende Beschichtung ist in diesem Fall durch die Zinkschicht und die Lackschicht gebildet. Eine Lackschicht mit anorganischen Chemikalien, z.B. einer Chromatierung mit Chrom III oder auf Zirkonium- oder Titanbasis, ist nahezu durchsichtig, so dass die optischen Eigenschaften der Stahloberfläche 2 nicht verfälscht oder verändert werden. Ein derart vorbehandeltes Stahlteil 1 wird einem abrasiven Bearbeitungsschritt unterzogen. Dies kann beispielsweise durch einen Schleif- und/oder einen Bürst- und/oder einen Polier- und/oder einen Strahlvorgang erfolgen. Durch diesen Verarbeitungsschritt wird die gewünschte Optik eines Edelstahlimitats hergestellt.
Zum Schutz der aufgerauhten Oberfläche wird diese mit einer Deckbeschichtung 4 versehen, welche beispielsweise durch einen Einbrennlack, eine Nanobeschichtung oder eine Schutzfolie, gegebenenfalls mit einer darauf aufgebrachten Klarlackschicht, gebildet sein kann. Die Wahl der Deckbeschichtung 4 kann hierbei anhand von optischen und haptischen Kriterien erfolgen, da an die Deckbeschichtung hinsichtlich des Korrosionsschutzes keinerlei Anforderungen mehr gestellt werden.
Als Einbrennlack wird vorzugsweise ein Acrylatlack verwendet, welcher die Oberfläche besonders hart, jedoch transparent, versiegelt. Gebräuchlich sind alternativ oder auch als Mischungskomponente Epoxid-Lacke.
Durch die Ausbildung der Deckbeschichtung 4 als Nanobeschichtung ergibt sich in besonders vorteilhafter Weise eine unverfälschte Optik von Stahl. Dies resultiert aus der sehr geringen Schichtdicke der Nanobeschichtung, welche üblicherweise kleiner als 1 μm ist. Darüber hinaus werden die optischen Eigenschaften der abrasiv bearbeiteten Oberfläche des Stahlteils 1 nicht verändert, wobei gleichzeitig ein Schutz gegen Verschmutzung, Oxidation und dergleichen gegeben ist.
Die Ausbildung der Deckbeschichtung 4 in Form einer Schutzfolie, insbesondere einer transparenten, z.B. hochglänzenden oder matten, Schutzfolie, ermöglicht ebenfalls den optischen Eindruck von Edelstahl. Nachteilig sind die hohen Kosten einer Schutzfolie, da diese in der Regel aus mehreren Schichten aufgebaut ist und hierbei eine Dicke von ca. 100 μm erreichen kann. Der Klarheit halber sei angemerkt, dass es sich bei der Schutzfolie der vorliegenden Erfindung nicht um eine durch den Benutzer abziehbare Schutzfolie handelt, welche nach Abschluss aller Fertigungsschritte zum zeitweiligen (Transport-)Schutz aufgebracht wird.
Ein mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugtes Stahlteil wird bevorzugt in Haushaltsgeräten, insbesondere bei Haushalt-Geschirrspülmaschinen, verwendet, bei denen ein besonderer optischer Eindruck gewünscht ist. Die in diesen Geräten eingesetzten Stahlteile, z.B. eine Bedienelemente aufweisende Blende oder eine Tür, sind während des Fertigungsvorganges häufig mehreren Umformschritten, z.B. Stanzungen, Biegungen und Schweißungen unterworfen. Dabei ist es zweckmäßig, die Korrosionsschutzbehandlung vor diesen Umformschritten vorzunehmen. Die abrasive Bearbeitung und das Aufbringen der Deckbeschichtung können wahlweise vor Durchführung der Umformschritte oder auch hinterher durchgeführt werden.
Neben einer rein Edelstahl imitierenden Optik ist es auch möglich, sowohl die Sperrschicht 3 als auch die Deckbeschichtung 4 mit Farbanteilen zu versehen, um einen gewünschten optischen Effekt zu erzielen.
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern im Rahmen fachmännischen Könnens in mancherlei Weise abwandelbar. Die vorstehend und in den Ansprüchen angegebenen Merkmale sind sowohl einzeln als auch in verschiedener Kombination vorteilhaft realisierbar.

1: Stahlteil
2: Stahloberfläche
3: Beschichtung
4: Deckbeschichtung
5: Oberfläche

Claims

Verfahren zum Bearbeiten der Oberfläche eines metallischen Teils (1) zur Erzeugung einer optisch Edelstahl imitierenden Oberfläche auf Normalstahl, wobei die Stahloberfläche (2) mit einem abrasiven Verfahren bearbeitet wird und mit einer vorzugsweise durchsichtigen Deckbeschichtung versehen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Stahloberfläche ferner einer Korrosionsschutzbehandlung unterzogen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrosionsschutzbehandlung vor dem Aufbringen der Deckbeschichtung (4) durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrosionsschutzbehandlung vor der abrasiven Oberflächenbehandlung der Stahloberfläche (2) durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrosionsschutzbehandlung das Aufbringen einer korrosionshemenden Beschichtung (3) aus einem vorzugsweise durchsichtigen Lack mit anorganischen Komponenten umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrosionsschutzbehandlung das Aufbringen einer korrosionshemmenden Beschichtung (3) aus einer Phosphatierung umfasst.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die abrasive Oberflächenbehandlung einen Schleif- und/oder einen Bürst- und/oder einen Polier- und/oder einen Strahlvorgang umfasst.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckbeschichtung (4) nach einem Pulverbeschichtungsverfahren oder einem Nasslackierverfahren oder mit einem Coating-Verfahren, vorgenommen wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Deckbeschichtungsmaterial einen Einbrennlack, bevorzugt einen Acrylatlack, enthält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbringen der Deckbeschichtung (4) das Ausbilden einer Nanobeschichtung umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckbeschichtung (4) durch Aufbringen einer transparenten Folie ausgebildet wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckbeschichtung (4) und/oder die korrosionshemmende Beschichtung (3) mit Farbstoffen versehen wird.
Stahlteil (1) mit einer auf einer abrasiv bearbeiteten Normalstahl-Oberfläche (2) aufgebrachten, vorzugsweise transparenten, Deckbeschichtung (4), dadurch gekennzeichnet, dass die Deckbeschichtung (4) auf eine korrosionshemmende Beschichtung (3) aufgebracht ist.
Stahlteil nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die korrosionshemmende Beschichtung (3) einen vorzugsweise durchsichtigen Lack mit anorganischen Komponenten aufweist.
Stahlteil nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die korrisionshemmende Beschichtung (3) ein unedleres Material als die Stahloberfläche (2) umfasst.
Stahlteil nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckbeschichtung (4) einen Einbrennlack, vorzugsweise einen Acrylatlack, aufweist.
Stahlteil nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckbeschichtung (4) eine Nanobeschichtung aufweist.
Stahlteil nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckbeschichtung (4) eine Schutzfolie aufweist.
Stahlteil nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckbeschichtung (4) und/oder die Sperrschicht Farbstoffe enthält.
Stahlteil nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stahlteil ein Verkleidungsteil für Haushaltsgeräte ist.
Stahlteil nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stahlteil ein Verkleidungsteil für eine Haushalt-Geschirrspülmaschine ist.
Haushaltsgerät, z.B. Geschirrspülmaschine, Waschmaschine, Kühlschrank, Staubsauger, Wasserkocher oder Kaffeemaschine, dadurch gekennzeichnet, dass ein metallisches Teil (1), erhalten durch ein Verfahren nach einem oder mehren der Ansprüche 1 bis 11 und/oder ein Stahlteil (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 12 bis 20 eingebaut ist.
Haushaltsgerät nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass das metallische Teil (1) oder Stahlteil (1) ein Verkleidungsteil am Haushaltsgerät ist.