DE102007060185A1 - Verfahren zum Beschichten einer metallischen Oberfläche sowie Beschichtungssystem - Google Patents

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DE102007060185A1
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Klaus-Dieter Bauch
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Siemens AG
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C22/00Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C22/82After-treatment
    • C23C22/83Chemical after-treatment

Abstract

Bei einem Verfahren zum Beschichten einer metallischen Oberfläche wird in einem ersten Schritt mittels einer ersten Lösung (L1) auf die metallische Oberfläche eine sechswertiges Chrom enthaltende Schicht aufgebracht. In einem zweiten Schritt wird die sechswertiges Chrom enthaltende Schicht mit einer ein Reduktionsmittel enthaltenden zweiten Lösung (L2) in Kontakt gebracht, so dass in der Schicht enthaltenes sechswertiges Chrom zu dreiwertigem Chrom reduziert wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten einer metallischen Oberfläche sowie eine entsprechende Beschichtungssystem.
  • Durch Chromatieren werden metallische Oberflächen, insbesondere Zink- und Cadmiumoberflächen, mit einer korrosionsbeständigen Schicht überzogen. Die Schicht kann je nach verwendeter Chromatierung unterschiedliche Färbungen von transparent über blau, gelb, oliv bis hin zu schwarz haben. Diese Schichten enthalten sechswertiges Chrom, Chrom(VI), in Form von Chromaten (CrO4 2–), das als gesundheitsschädlich gilt und im Verdacht steht, krebserzeugend zu sein.
  • Es wurden daher Verfahren entwickelt, mittels derer gleiche Färbungen und Korrosionsbeständigkeit wie beim Chromatieren erreicht werden, ohne dass Chromate mit sechswertigem Chrom in der Schicht vorkommen. Bei solchen als Passivierung oder auch Dickschichtpassivierung bezeichneten Verfahren wird beispielsweise nur noch mit Lösungen gearbeitet, die dreiwertiges Chrom, Chrom(III), enthalten oder es wird ganz auf Chrom verzichtet. Bei chromfreien Verfahren werden beispielsweise Behandlungslösungen verwendet, die komplexe Zirkonium- oder Titanfluoride enthalten. Die mit Chrom(III)-Lösungen oder ohne Chrom erzeugten Chrom(VI)-freien Schichten erreichen aber auf bestimmten Oberflächengeometrien und bei manchen Applikationsverfahren weder die Korrosionsbeständigkeit noch wird die gleiche Farbqualität erreicht, die durch Chromatieren mit Chrom(VI)-haltigen Schichten erreicht wird. So kommt es z. B. bei flächigen Teilen, die z. B. mittels Galvaniktrommeln oder Körben als Massenware verarbeitet werden zu keiner intensiven dunklen Schwarzfärbung ohne Flecken und Irisierung (Regenbogeneffekte).
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein alternatives Verfahren zum Beschichten einer metallischen Oberfläche sowie ein Beschichtungssystem anzugeben, mittels derer eine im Wesentlichen Chrom(VI)-freie Schicht erzeugt werden kann, mit der im Wesentlichen die gleiche Farbwirkung erreicht wird wie mit einer durch Chromatieren erzeugten Schicht.
  • Diese Aufgabe wird mit dem Verfahren zum Beschichten einer metallischen Oberfläche sowie dem Beschichtungssystem gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Beschichten einer metallischen Oberfläche wird in einem ersten Schritt mittels einer ersten Lösung auf die metallische Oberfläche eine sechswertiges Chrom enthaltende Schicht aufgebracht. In einem zweiten Schritt wird die sechswertiges Chrom enthaltende Schicht mit einer ein Reduktionsmittel enthaltenden zweiten Lösung in Kontakt gebracht, so dass in der Schicht enthaltenes sechswertiges Chrom zu dreiwertigem Chrom reduziert wird.
  • Reduktionsmittel sind dem Chemiker zur Reduktion in wässrigen Lösungen gelösten sechswertigen Chroms zu dreiwertigem Chrom bekannt. Der Erfinder hat herausgefunden, dass sich die Reduktionsmittel auch dazu eignen, in einer Chromatschicht gebundenes und daher als Chromat vorliegendes sechswertiges Chrom zu dreiwertigem Chrom zu reduzieren. Die Reduktion zu dreiwertigem Chrom erfolgt insbesondere derart, dass für eine Schicht beispielsweise der nach der EG-Richtlinie 2002/95/EG zulässige Anteil an sechswertigem Chrom von 0,1 Gewichtsprozent unterschritten wird bzw. dass das sechswertige Chrom nicht mehr nachweisbar ist. D. h. das in der Schicht enthaltene Chrom(VI) wird im Wesentlichen zu Chrom(III) reduziert.
  • Vorteilhafter Weise wird die Schicht mindestens solange mit der das Reduktionsmittel enthaltenden zweiten Lösung in Kon takt gebracht, bis in der Schicht weniger als 0,1 Mikrogramm pro Quadratzentimeter sechswertiges Chrom enthalten sind.
  • Beträgt die Konzentration von sechswertigem Chrom weniger als 0,1 μg/cm2 gilt die Schicht gemäß der Norm DIN EN 15205 als Chrom(VI)-frei. Die Zeitdauer, die für eine entsprechende Reduktion des Chrom(VI) zu Chrom(III) benötigt wird, ist dabei umso größer, je geringer die Konzentration des Reduktionsmittels in der zweiten Lösung ist. Je nach Konzentration des Reduktionsmittels kann die Zeitdauer des Kontakts der Schicht mit der zweiten Lösung auch solange erfolgen bis das Chrom(VI) vollständig zu Chrom(III) reduziert wurde.
  • Mit Vorteil wird als Reduktionsmittel Natriumbisulfit, insbesondere in einer Konzentration von 5%–10%, verwendet.
  • Um die durch das fehlende Chrom(VI) herabgesetzte Korrosionsbeständigkeit der Schicht wieder zu erhöhen, erfolgt vorteilhafter Weise in einem auf den zweiten Schritt folgenden dritten Schritt eine Versiegelung der Schicht, z. B. mit einem Lack aus Polyethylen.
  • Vorteilhafter Weise wird als metallische Oberfläche Zink oder eine Zinklegierung oder Cadmium oder eine Cadmiumlegierung verwendet.
  • Beispielsweise in der Elektro- und Elektronikindustrie werden häufig verzinkte Schrauben oder andere verzinkte Gegenstände verwendet. Diese lassen sich durch das erfindungsgemäße Verfahren mit einer im Wesentlichen Chrom(VI)-freien Schicht beschichten.
  • Vorteilhafter Weise weist die im ersten Schritt aufgebrachte Schicht eine schwarze Färbung auf.
  • Durch Schwarzchromatieren und anschließendes Reduzieren des Chrom(VI) im Wesentlichen zu Chrom(III) kann eine im Wesent lichen Chrom(VI)-freie Schicht eine in gleicher Weise tiefschwarzen Farbe wie eine Chrom(VI)-haltige Schicht aufweisen.
  • Das erfindungsgemäße Beschichtungssystem zum Beschichten einer metallischen Oberfläche weist einen ersten Behälter mit einer ersten Lösung auf, mittels derer in einem ersten Schritt auf die metallische Oberfläche eine sechswertiges Chrom enthaltende Schicht aufbringbar ist. Das Beschichtungssystem weist weiterhin einen zweiten Behälter mit einer ein Reduktionsmittel enthaltenden zweiten Lösung auf, mit der die sechswertiges Chrom enthaltende Schicht in einem zweiten Schritt in Kontakt gebracht werden kann, so dass in der Schicht enthaltenes sechswertiges Chrom zu dreiwertigem Chrom reduziert wird.
  • Das erfindungsgemäße Beschichtungssystem weist alle Merkmale auf, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens benötigt werden. Insbesondere können entsprechende Mittel zur Durchführung der einzelnen Verfahrensschritte oder Verfahrensvarianten vorgesehen sein.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
  • Die Figur zeigt schematisch ein Beschichtungssystem mit neun Behältern. Im Behälter B0 wird zunächst eine metallische Oberfläche eines Gegenstands, beispielsweise die Oberfläche eines verzinkten oder mit Cadmium beschichteten Gegenstands oder eines aus Zink oder Cadmium bestehenden Gegenstands, zur Vorbereitung auf ein nachfolgendes Chromatieren beispielsweise mit Salpetersäure (HNO3) aktiviert. Beispielsweise handelt es sich um die Oberfläche einer verzinkten Griffbrücke für Schutzschalter. In Behälter B1 wird die aktivierte metallische Oberfläche des Gegenstands gespült. Im Behälter B2 befindet sich eine erste, Chrom(VI)-haltige Lösung L1 zum Chromatieren der aktivierten metallischen Oberfläche. Durch Eintauchen der aktivierten metallischen Oberfläche in die erste Lösung L1 wird die Oberfläche chromatiert, d. h. es bildet sich eine Chrom(VI)-haltige Schicht auf der aktivierten metallischen Oberfläche. Wird beispielsweise als erste Lösung L1 eine Schwarzchromatierung verwendet, ist die Schicht tiefschwarz gefärbt.
  • Nach dem Chromatieren wird die Schicht in den Behältern B3 und B4 gespült und im Behälter B5 in eine zweite Lösung L2 eingetaucht, die ein Reduktionsmittel, beispielsweise Natriumbisulfit (NaHSO3) in einer Konzentration von 5%–10%, enthält. In der Schicht enthaltenes Chrom(VI) reagiert mit dem Reduktionsmittel und wird zu Chrom(III) reduziert. Die Einwirkzeit in der zweiten Lösung L2 wird beispielsweise experimentell so eingestellt, dass die Konzentration von Chrom(VI) nach der Reduktion unter 0,1 μg/cm2 liegt.
  • Nachfolgend wird die Schicht in Behältern B6 und B7 gespült und erhält in Behälter B8 eine Versiegelung V durch einen Lack, beispielsweise Polyethylen. Danach wird der wie zuvor beschrieben beschichtete Gegenstand beispielsweise in einer Trockenzentrifuge getrocknet.
  • Durch das zuvor anhand eines Ausführungsbeispiels erläuterte erfindungsgemäße Verfahren kann in einem erfindungsgemäßen Beschichtungssystem ein Gegenstand in gleicher Weise und mit gleicher Farbqualität wie bisher durch Chromatieren beschichtet werden. Die durch das erfindungsgemäße Verfahren erzeugte Schicht ist jedoch im Gegensatz zu bisher bekannten, durch Chromatieren erzeugten Schichten im Wesentlichen Chrom(VI)-frei. Zusätzlich kann durch das Aufbringen eines Lacks eine ebenso große Korrosionsbeständigkeit erreicht werden wie dies bislang mit Chrom(VI)-haltigen Schichten erreicht wurde.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • - Norm DIN EN 15205 [0010]

Claims (7)

  1. Verfahren zum Beschichten einer metallischen Oberfläche, bei dem in einem ersten Schritt mittels einer ersten Lösung (L1) auf die metallische Oberfläche eine sechswertiges Chrom enthaltende Schicht aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass die sechswertiges Chrom enthaltende Schicht in einem zweiten Schritt mit einer ein Reduktionsmittel enthaltenden zweiten Lösung (L2) in Kontakt gebracht wird, so dass in der Schicht enthaltenes sechswertiges Chrom zu dreiwertigem Chrom reduziert wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht mindestens solange mit der das Reduktionsmittel enthaltenden zweiten Lösung (L2) in Kontakt gebracht wird, bis in der Schicht weniger als 0,1 Mikrogramm pro Quadratzentimeter sechswertiges Chrom enthalten sind.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Reduktionsmittel Natriumbisulfit, insbesondere in einer Konzentration von 5%–10%, verwendet wird.
  4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem dritten Schritt eine Versiegelung (V) der Schicht, insbesondere mit einem Lack aus Polyethylen, erfolgt.
  5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als metallische Oberfläche Zink oder eine Zinklegierung oder Cadmium oder eine Cadmiumlegierung verwendet wird.
  6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die im ersten Schritt aufgebrachte Schicht eine schwarze Färbung aufweist.
  7. Beschichtungssystem zum Beschichten einer metallischen Oberfläche, aufweisend einen ersten Behälter (B2) mit einer ersten Lösung L1 mittels derer in einem ersten Schritt auf die metallische Oberfläche eine sechswertiges Chrom enthaltende Schicht aufbringbar ist, gekennzeichnet durch, einen zweiten Behälter (B5) mit einer ein Reduktionsmittel enthaltenden zweiten Lösung (L2) mit der die sechswertiges Chrom enthaltende Schicht in einem zweiten Schritt in Kontakt gebracht werden kann, so dass in der Schicht enthaltenes sechswertiges Chrom zu dreiwertigem Chrom reduziert wird.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2652570A1 (de) * 1975-11-24 1977-06-02 Imasa Ltd Verfahren zum behandeln einer mit chromat ueberzogenen metalloberflaeche
DE3719312A1 (de) * 1986-06-13 1987-12-17 Nihon Parkerizing Verfahren zur erzeugung von chromatueberzuegen
DE102004001945A1 (de) * 2004-01-14 2005-08-11 Ina-Schaeffler Kg Schwarzpassivierung von Zink- oder Zinklegierungsoberflächen

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Non-Patent Citations (1)

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Title
Norm DIN EN 15205

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