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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten einer metallischen Oberfläche
sowie eine entsprechende Beschichtungssystem.
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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.
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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).
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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.
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Diese
Aufgabe wird mit dem Verfahren zum Beschichten einer metallischen
Oberfläche sowie dem Beschichtungssystem gemäß den
unabhängigen Ansprüchen gelöst.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand
der abhängigen Ansprüche.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Mit
Vorteil wird als Reduktionsmittel Natriumbisulfit, insbesondere
in einer Konzentration von 5%–10%, verwendet.
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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.
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Vorteilhafter
Weise wird als metallische Oberfläche Zink oder eine Zinklegierung
oder Cadmium oder eine Cadmiumlegierung verwendet.
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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.
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Vorteilhafter
Weise weist die im ersten Schritt aufgebrachte Schicht eine schwarze
Färbung auf.
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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.
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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.
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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.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand eines in der Figur dargestellten
Ausführungsbeispiels näher erläutert.
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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.
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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.
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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.
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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.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - Norm DIN EN
15205 [0010]