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Die Erfindung betrifft ein Beschichtungsverfahren für Oberflächen von Kraftfahrzeugbauteilen.
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Kraftfahrzeugbauteile sind aufgrund von Umwelteinflüssen Korrosion und Verschmutzung ausgesetzt und werden daher am Ende des Fertigungsprozesses mit einer Schutz-Beschichtung versehen, die in der Regel aus einer Grundierung, einem pigmentierten Basislack und einem Klarlack besteht. Diese Beschichtung reicht aber oft nicht aus, um Korrosion durch z. B. Streusalz im Winter oder Beschädigungen durch Verkratzen zu verhindern.
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Dazu wurden selbstreinigende Oberflächenbeschichtungen entwickelt, die „easy-to-clean” (ETC) genannt werden und eine besonders niedrige Oberflächenspannung aufweisen. – Werden derartige Beschichtungen auf Fahrzeugräder aufgetragen werden sie mitunter auch als „anti brake dust”(ABD)-Beschichtungen bezeichnet.
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Aus der
DE 10 2004 011 213 A1 ist bekannt, dass eine selbstreinigende Oberfläche mittels Beschichten mit einem photokatalytisch aktivem Metalloxid, vor allem Titandioxid erreichbar ist. Solche anorganischen Schutzschichten, bzw. ETC-Schichten, beinhalten ein Perhydropolysilazan (PHPS), das auf der zu beschichtenden Oberfläche dünne SiO
x-Schichten ausbildet. Danach wird ein System aus PHPS und aufgedampftem Titandioxid aufgebracht. Die entstehende Schutzschicht ist besonders hart und eignet sich insbesondere für Aluminiumfelgen.
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Ferner sind in der
DE 10 2007 052 764 A1 hydrophobe und kratzfeste Lacke beschrieben, die organische Bindemittel, Precursoren für ein Metall- und/oder Halbmetalloxid-Netzwerk und ein reaktives Hydrophobisierungsadditiv umfassen. Die Komponenten sind hierbei so gewählt, dass bei der Lackierung eine chemische Anbindung des Hydrophobisierungsadditivs an ein in die organischen Binder eingelagertes Metall- und/oder Halbmetalloxid-Netzwerk, wie z. B. Alkyloxy- oder Aryloxy-Silanen, stattfinden kann. Derartige Beschichtungen sind schmutzabweisend und beschlagen nahezu nicht, da auftropfendes Wasser keine Tropfen, sondern einen dünnen Film bildet. Derartige Beschichtungen werden auch als easy-to-clean (ETC) Beschichtungen bezeichnet.
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Im Falle von mechanischer Beschädigung oder Lackierfehlern in der Produktion können derartige ETC-Beschichtungen jedoch ohne chemische oder abrasive Vorbehandlung nicht mehr überlackiert werden. Das betreffende beschichtete Bauteil muss dann vollständig entlackt werden und komplett einer erneuten Beschichtung unterzogen werden. Dieser Vorgang ist teuer und zeitaufwendig.
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Eine Technik zur Oberflächenbehandlung einer Kraftfahrzeugbeschichtung ist aus der
WO 2010/048367 bekannt, wobei die Beschichtung mittels eines Plasmas behandelt wird, um oberflächenspezifische physikalische Eigenschaften zu verändern, während physikalische Eigenschaften der Beschichtung selbst erhalten bleiben. Hierbei wird eine Plasmaentladung erzeugt, mit der die Kraftfahrzeugbeschichtung behandelt wird, wobei die Beschichtung vor der Behandlung völlig ausgehärtet wurde. Der Plasmaentladung kann hierbei ein Beschichtungszusatz beigefügt werden, der durch die partielle Aufschmelzung durch das Plasma in die Oberfläche der bestehenden Beschichtung eingearbeitet wird.
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Auch sind aus dem Stand der Technik Verfahren zum Verkleben von Bauteilen bekannt (
DE 10 2011 115 342 und
DE 10 2011 113 720 ), wobei eine Oberflächenbehandlung der lackierten Bauteile mittels Plasma erfolgt. Die so behandelten Oberflächen lassen sich einfacher verkleben, indem eine erhöhte Oberflächenspannung eine bessere Haftung der zu verklebenden Bauteile bewirkt.
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Im Gegensatz zu den üblichen Lackschichten sind die ETC- oder ABD-Beschichtungen im Allgemeinen nicht überlackierbar und nicht aktivierbar, da sie chemisch sehr beständig sind und sehr gute Antihafteigenschaften aufweisen.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Beschichtungsverfahren bereitzustellen, das unter Vermeidung der oben genannten Nachteile eine einfache und kostengünstige Reparatur bzw. Veränderung einer selbstreinigenden Beschichtung ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch ein Beschichtungsverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Das erfindungsgemäße Beschichtungsverfahren für Oberflächen von Kraftfahrzeugbauteilen die wenigstens eine erste selbstreinigende Beschichtungslage aufweisen, sieht in einer Ausführungsform vorteilhaft die Schritte vor:
- a) Unterziehen einer Oberfläche der ersten selbstreinigenden Beschichtungslage zumindest abschnittweise einer Oberflächenbehandlung mit einem Plasma, und
- b) Überbeschichten der nach a) behandelten Oberfläche ohne eine weitere chemische Vorbehandlung der Oberfläche mit einer zumindest einlagigen Beschichtung, wobei die zumindest eine Lage eine zweite selbstreinigende Beschichtungslage ist.
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Es ist hierbei vorteilhaft möglich und vorgesehen, das Verfahren als ein Reparaturverfahren auszuführen, wobei die erste selbstreinigende Beschichtungslage vor Ausführung von Schritt a) Lackfehler aufweist und wobei nach dem Überbeschichten nach Schritt b) die Lackfehler repariert sind. Lackfehler sind hierbei Verkratzungen, lückenhaft aufgebrachte Beschichtungen oder andere Beschädigungen.
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Diese Oberflächenbehandlung mittels Plasma kann dazu verwendet werden, die Beschichtung eines Kraftfahrzeugbauteils zu aktivieren. Hierbei wird ein reaktives Plasma verwendet, das Sauerstoff enthält. Als Gas zur Plasma-Erzeugung eignet sich hierbei beispielsweise Luft. Eine derartige Kraftfahrzeugbauteil-Beschichtung ist typischerweise aus mehreren Schichten bzw. Lagen aufgebaut, wobei als eine erste Schicht ein Primer, als zweite Schicht wenigstens eine Basisbeschichtung, und hierauf eine oberste selbstreinigende Beschichtungslage (ETC oder ABD) aufgebracht werden kann. Zu den Kraftfahrzeugbauteil-Beschichtungen zählen insbesondere die gängigen Karosserielacke. Die selbstreinigende Beschichtungslage wird mittels des Plasmas behandelt, hierdurch aktiviert und mit einer erneuten Kraftfahrzeugbauteil-Beschichtung überzogen.
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Das Überbeschichten mit einer erneuten Kraftfahrzeugbauteil-Beschichtung der behandelten bzw. durch Plasma aktivierten Oberfläche erfolgt ohne eine weitere chemische Vorbehandlung der Oberfläche. Dies bedeutet, dass beispielsweise kein Entfetten, Beizen, Konvertieren oder Haftvermittlerauftrag erfolgt. Gegebenenfalls kann die Oberfläche vor dem Überschichten durch Abblasen von Staub oder dergleichen gereinigt werden. Bevorzugt erfolgt die erneute Beschichtung aber unmittelbar nach der Plasmaaktivierung.
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Die erneute Kraftfahrzeugbauteil-Beschichtung kann je nach Erfordernis aus mehreren Lagen oder auch nur einlagig erfolgen. Sie kann somit beispielsweise aus Primer, Basislack und ETC, oder Basislack und ETC oder nur aus ETC bestehen.
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Durch die Oberflächenbehandlung mit dem Plasma ist die Oberfläche der Beschichtung aktiviert, so dass eine besonders hohe Oberflächenspannung der Beschichtung ausgebildet ist. Durch die Plasmabehandlung werden insbesondere reaktive radikalische, Hydroxylgruppen und Carboxylgruppen am Lack gebildet. Hierdurch ist es möglich, dass die neu aufgetragenen Lacke chemisch an den Untergrund anbinden. Mittels des Plasmas wird eine Vorbehandlung ohne Schädigung der Oberfläche ermöglicht, wodurch eine besonders vorteilhafte Haftvermittlung zur erneuten Beschichtung des bereits mit einem ETC-Lack beschichteten Kraftfahrzeugbauteils erreicht wird. Besonders bevorzugt wird nur die Oberfläche der ersten selbstreinigenden Beschichtungslage mittels des Plasmas aktiviert. Aufgrund der gleichmäßigen und optimierten Haftung wird eine Qualitätsverbesserung der reparierten Beschichtung erreicht.
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Die Erfindung sieht ferner vor, dass die oberste selbstreinigende Beschichtungslage und/oder die zweite selbstreinigende Beschichtungslage eine sogenannte selbstreinigende ETC-Beschichtung ist. Dazu kann ein ETC- und/oder ABD-Lack aufgebracht werden. Die ETC-Beschichtung kann vorteilhaft wenigstens einen Klarlack, insbesondere einen wasser- oder lösungsmittelbasierten Klarlack umfassen. Dieser kann einen selbstreinigenden Effekt aufweisen. Hierbei sind organische auf Silizium basierende Lacke und/oder PTFE-Beschichtungen möglich.
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Besonders wirksame ETC oder ABD-Beschichtungen weisen Anteile an Poly(organo)silanen, Poly(organo)silazanen oder Poly(organo)siloxanen auf. ETC-Beschichtungen mit Poly(organo)silazanen bestehen beispielsweise aus einem Kunststoff aus der Gruppe umfassend Polymethylmethylacrylat (PMMA), Polycarbonat (PC) und ungesättigte Polyesterharze (UP), sowie als Bindemittel mindestens einem Polysilazan der allgemeinen Formel [-SiH2-NH-]n. ETC-Beschichtungen mit Poly(organo)siloxanen umfassen beispielsweise eine organische Binderkomponente, eine polykondensierte Alkyloxy- oder Aryloxy-Silan Kratzfestkomponente, die ein [-Si(O-)2-O-Si(O-)2-O-]n-Netzwerk bildet und eine Alkyl-, oder Aryl-Polysiloxan-basierte Hydrophobisierungskomponente.
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Die Si-haltigen Stoffgruppen, welche besonders inert und antihaftend wirken, werden durch die Plasmabehandlung wirkungsvoll aktiviert, um sich überlackieren zu lassen.
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Als ETC-Beschichtungen können auch CVD-Beschichtungen oder UV-Lacke zum Einsatz kommen.
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Die Kraftfahrzeugbauteil-Beschichtung, die ein- oder mehrlagig sein kann, kann eine Basisbeschichtung sein, und einen Wasserfüller und/oder einen Basislack, insbesondere einen wasser- oder lösungsmittelbasierten Basislack umfassen. Diese Basisbeschichtung kann nochmals mit einer selbstreinigenden Beschichtungslage überzogen werden, wodurch eine robuste Beschichtung des betreffenden Bauteils erreicht werden kann.
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Die Reparaturbeschichtung kann auf Teilen der Oberfläche des Kraftfahrzeugbauteils oder auf der gesamten Oberfläche des Kraftfahrzeugbauteils erfolgen. Dadurch wird bei der Reparatur eine Kosteneinsparung durch Entfall der chemischen Entlackung bzw. Schleifens erreicht, was auch eine Zeiteinsparung zur Folge hat.
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Das Prinzip der Plasmaaktivierung der Oberfläche kann auf alle Karosseriebauteile eines Kraftfahrzeugs angewendet werden. Diese Bauteile sind vorzugsweise aus Metall, insbesondere Stahl und/oder Aluminium gefertigt. Hierzu gehören beispielsweise Räder oder Karosserieteile. So ist es möglich, jede Art von Kraftfahrzeugbauteilen, die mit einer ETC- bzw. ABD-Beschichtung ausgestattet sind, erneut zu Beschichten, Korrekturen bzw. Reparaturen an der bestehenden Beschichtung vorzunehmen, ohne die bestehende Beschichtung zu entfernen oder an der betreffenden Stelle zu zerstören. Es sind damit keine chemische Entlackung, Behandlung oder Schleifprozesse notwendig, da die plasmabehandelten Bauteile ohne chemische Vorbehandlung überlackiert werden können. Gerade bei Rädern kann dadurch deren Geradeauslauf durch Wegfall von Kontamination von Schleifstäuben verbessert werden. Eine Reparaturbeschichtung wird durch das erfindungsgemäße Verfahren in einfacher Weise ermöglicht.
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Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezug auf die begleitenden Figuren. Der Bezug auf die Figuren in der Beschreibung dient dem erleichterten Verständnis des Gegenstands. Gegenstände oder Teile von Gegenständen, die im Wesentlichen gleich oder ähnlich sind, können mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Die Figuren sind lediglich eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung. Dabei zeigt:
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1 eine Querschnittsansicht durch eine Beschichtung eines Kraftfahrzeugbauteils; und
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2 eine Querschnittsansicht durch eine Beschichtung nach Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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1 zeigt eine Querschnittsansicht einer Beschichtung 3 der Oberfläche 2 des Kraftfahrzeugbauteils 1. Die Beschichtung 3 ist aus mehreren Schichten aufgebaut, je nach Anforderung an das Bauteil 1. Im dargestellten Ausführungsbeispiel besteht die Beschichtung 3 aus einem Primer 4, einer Basisbeschichtung 5 und einer ersten selbstreinigenden Beschichtungslage 6. Eine Oberfläche 7 der ersten selbstreinigenden Beschichtungslage 6 bildet die den Umwelteinflüssen zugewandte Seite der Beschichtung 3.
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Auf die Oberfläche 2 wird zuerst der Primer 4 als Haftvermittler aufgebracht, um eine bessere Haftung der folgenden Schichten zu gewährleisten.
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Vorzugsweise wird ein Pulver-Primer verwendet, der trocken aufgesprüht wird, mittels Wärme aufgeschmolzen und damit in eine durchgehende dünne Schicht umgewandelt wird. Auf diesen Primer 4 wird die Basisbeschichtung 5 aufgebracht, die ein Klarlack sein kann oder Farbpigmente enthält. Die erste selbstreinigende Beschichtungslage 6 wird hiernach bspw. in Form eines Klarlacks als oberste Schicht aufgebracht.
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Eine typischer Beschichtungsaufbau wird durch einen Primer mit einer Schichtdicke von 50 bis 200 μm, einer Basisbeschichtung, oder auch Basecoat mit einer Dicke von 15–50 μm und einer ETC-Beschichtung mit einer Dicke von 20–50 μm gebildet.
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Um eine Reparatur bei Kratzern bzw. Beschädigungen oder auch eine Änderung vorzunehmen, wird die Oberfläche 7 der ersten, beziehungsweise obersten selbstreinigenden Beschichtungslage 6 mittels eines Plasmas behandelt. Dies kann abschnittsweise oder auch für das gesamte Bauteil 1 erfolgen, je nachdem, ob nur eine kleine Beschädigung oder eine lückenhafte bzw. falsche Lackierung repariert werden muss. Die an die Umgebung angrenzende Oberfläche 7 wird durch die Plasmabehandlung aktiviert, so dass die erste selbstreinigende Beschichtungslage 6 eine besonders hohe Oberflächenspannung aufweist.
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Für eine typische Plasmabehandlung wird das Kraftfahrzeugbauteil in einen Vakuumtank eingebracht. Hierauf erfolgt die Evakuierung des Tanks auf ca. 5 × 10–2 mbar (5 Pascal). Als Prozessgas wird Sauerstoff oder Luft verwendet. Das Zünden des Plasmas erfolgt beispielsweise über Hochfrequenz. Die Plasmaaktivierung wird für eine Dauer von 0,5 bis 5 Minuten durchgeführt. Darauf wird der Tanks auf Atmosphärendruck entspannt und das Kraftfahrzeugbauteil verlässt die Vakuumanlage. Das aktivierte Kraftfahrzeugbauteil wird hierauf ohne weitere Oberflächenbehandlung zur Lackierstation gebracht und überlackiert.
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Nach der Aktivierung der Oberfläche 7 der ersten, beziehungsweise obersten selbstreinigenden Beschichtungslage 6 wird eine zweite selbstreinigende Beschichtungslage 8 aufgebracht, wie in 2 dargestellt. Diese zweite Lage 8 kann aus einer erneuten Beschichtung mit ETC-Lack oder zusätzlich aus einer Basisbeschichtung bestehen, wodurch eine besonders robuste Beschichtung entsteht. Die Oberflächenbehandlung mittels des Plasmas wird dabei ohne chemische Vorbehandlung der Oberfläche 7 durchgeführt und erfolgt ohne Schädigung der Oberfläche 7, d. h. die vorhandene Beschichtung 3 muss weder abgeschliffen, noch chemisch behandelt werden.
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So ist es möglich, jede Art von Kraftfahrzeugbauteilen, die mit einer „easy-to-clean” bzw. ABD-Beschichtung ausgestattet sind, erneut zu Beschichten, Korrekturen bzw. Reparaturen an der bestehenden Beschichtung vorzunehmen, eine Entlackung vorzunehmen, bzw. ohne die bestehende Beschichtung an der betreffenden Stelle zu zerstören bzw. zu entfernen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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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.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004011213 A1 [0004]
- DE 102007052764 A1 [0005]
- DE 102005042944 A1 [0006]
- DE 102004001288 A1 [0006]
- DE 102004011212 A1 [0006]
- WO 2010/048367 [0008]
- DE 102011115342 [0009]
- DE 102011113720 [0009]
