DE102012110274B4

DE102012110274B4 - Verfahren zum Beschichten einer Oberfläche

Info

Publication number: DE102012110274B4
Application number: DE102012110274.0A
Authority: DE
Inventors: Ambarish Jayant Kulkarni; James Anthony Ruud; Kevin Paul Mcevoy
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Technology GmbH
Priority date: 2011-10-27
Filing date: 2012-10-26
Publication date: 2022-08-11
Anticipated expiration: 2032-10-27
Also published as: US8980387B2; RU2613827C2; FR2981950A1; DE102012110274A1; RU2012145432A; US20130108810A1

Abstract

Verfahren (10) zum Beschichten einer Oberfläche, mit den Schritten:Auftragen einer mit Fluorsilan versetzten Metallionenpräkursorlösung auf der Oberfläche, um eine beschichtete Oberfläche zu bilden, wobei die Metallionenpräkursorlösung auf einer Konzentration von mehr als 0,6 Mol-% eines Metallionenpräkursors in einem Lösungsmittel basiert, das einen Alkohol enthält,wobei das Fluorsilan Heptadecafluor-1,1,2,2-Tetrahydrodecyltrimethoxysilan in einer Menge im Bereich von 2 Mol-% bis 32 Mol-% des Metallionenpräkursors aufweist,wobei der Alkohol eine Mischung aus Cyclohexanol und Butanol aufweist,wobei der Metallionenpräkursor Zirconium-2,4-Pentandionat aufweist undwobei das Verfahren ein Lösen des Metallionenpräkursors in dem Lösungsmittel bei einer Temperatur von mehr als 100 °C und Rückflusskochen bei einer Temperatur von mehr als 150 °C aufweist.

Description

HINTERGRUND
Die Erfindung betrifft allgemein ein Verfahren zum Beschichten einer Oberfläche und einen Industrieartikel, der die beschichtete Oberfläche verwendet. Spezieller betrifft die Erfindung das Beschichten einer Oberfläche mit einer modifizierten Metallionenpräkursorlösung und das Erzeugen einer beschichteten Oberfläche, die eine modifizierte Metallionenverbindung enthält.
Es besteht Bedarf nach hydrophobischen und superhydrophobischen Oberflächen in zahlreichen Anwendungen, z.B. auf dem Anwendungsgebieten von Fenstern, DVDs, Küchenutensilien, Kleidung, medizinischen Instrumenten, Kraftfahrzeug- und Luftfahrzeugteilen, Textilstoffen, und dergleichen. Gewöhnlich wurden hydrophobische Oberflächen durch Verändern chemischer Eigenschaften der Oberfläche oder durch Strukturierung der Oberfläche, oder durch Kombinieren dieser beiden Verfahren erzeugt. Ein Ändern der chemischen Eigenschaften der Oberfläche zur Erzielung von Hydrophobie beinhaltet gewöhnlich ein Beschichten der Oberfläche mit einer Beschichtung, die geringe Oberflächenenergie aufweist. Allerdings weisen die meisten hydrophobischen Beschichtungen dieser Art in deren Anwendungsumgebungen keine ausreichende Beständigkeit auf, wobei Probleme in Zusammenhang mit geringer Adhäsion an der Oberfläche, geringer mechanischer Festigkeit und verlorener Funktionalität auftreten. Darüber hinaus weisen die meisten bestehenden Techniken zum Verändern des Benetzungswiderstands der Oberfläche gewisse Nachteile auf; beispielsweise sind die Verfahren zeitaufwändig, schwer zu steuern, kostspielig oder ineffizient in der Erzeugung von Filmen mit ausreichender Beständigkeit, und sie sind gewöhnlich für große Flächenbereiche nicht geeignet. Es besteht daher ein Bedarf nach einem kostengünstigen, problemlosen und wirkungsvollen Mittel zur Erzeugung von Oberflächen, die Benetzungswiderstand aufweisen.
DE 41 18 184 A1 beschreibt ein Verfahren zum Beschichten einer Oberfläche mit einem Beschichtungsmittel, das hergestellt wird, indem ein Metallionenpräkursor mit einem Stoffmengenanteil von maximal 20 Mol-% in einem alkoholhaltigen Lösungsmittel gelöst und mit Fluorsilan versetzt wird. Die Metallionenpräkursorsubstanz basiert insbesondere auf Zirkonium, Aluminium, Titan, Yttrium, Ytterbium, Silizium, Cer, Lanthan oder Kombinationen davon, beispielweise auf Zirkonium-Acetylacetonat (= Zirkonium-2,4-Pentandionat).
KURZBESCHREIBUNG
Kurz ausgedrückt ist gemäß einem ersten Aspekt ein Verfahren zum Beschichten einer Oberfläche offenbart. Zu dem Verfahren gehören ein Schritt des Auftragens einer mit Fluorsilan versetzten Metallionenpräkursorlösung auf der Oberfläche, um eine beschichtete Oberfläche zu bilden. Die Metallionenpräkursorlösung weist eine Konzentration von mehr als 0,6 Mol-% eines Metallionenpräkursors in einem Lösungsmittel auf, das einen Alkohol enthält. Das Fluorsilan weist Heptadecafluor-1,1,2,2-Tetrahydrodecyltrimethoxysilan in einer Menge im Bereich von 2 Mol-% bis 32 Mol-% des Metallionenpräkursors auf, der Alkohol weist eine Mischung aus Cyclohexanol und Butanol auf, und der Metallionenpräkursor weist Zirconium-2,4-Pentandionat auf. Das Verfahren weist ein Lösen des Metallionenpräkursors in dem Lösungsmittel bei einer Temperatur von mehr als 100 °C und Rückflusskochen bei einer Temperatur von mehr als 150 °C auf.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Verfahren zum Beschichten einer Oberfläche offenbart. Zu dem Verfahren gehört ein Schritt des Auftragens einer mit Heptadecafluor-1,1,2,2-Tetrahydrodecyltrimethoxysilan versetzten Metallionenpräkursorlösung auf der Oberfläche, um eine beschichtete Fläche zu erzeugen. Die Metallionenpräkursorlösung beinhaltet eine Konzentration von mehr als 0,6 Mol-% Metallionenpräkursor in einem Lösungsmittel, das einen Alkohol enthält. Die gebildete beschichtete Oberfläche wird außerdem in einem Temperaturbereich von 200 °C bis 300 °C für 15 Minuten wärmebehandelt.
Figurenliste
Diese und weitere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nach dem Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung besser verstanden:

1 zeigt ein Ablaufdiagramm zum Beschichten einer Oberfläche gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2 zeigt eine schematische Ansicht eines Industrieartikels, der beschichtete Komponenten aufweist, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
3 zeigt ein Ablaufdiagramm zum Zubereiten einer Metallionenpräkursorlösung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
4 zeigt ein Ablaufdiagramm zum Zubereiten einer modifizierten Metallionenpräkursorlösung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
5 zeigt ein Ablaufdiagramm zum Vorbereiten einer Komponente für eine Beschichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
6 zeigt ein Ablaufdiagramm zum Erzeugen einer Beschichtung auf der Oberfläche gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
7 zeigt ein Ablaufdiagramm einer Wärmebehandlung der beschichteten Oberfläche gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
8 veranschaulicht die Haftfestigkeit einer Beschichtung auf einer beschichteten Oberfläche in Abhängigkeit von der Temperatur der Wärmebehandlung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
9 zeigt statische Berührungswinkel von Wasser auf einer beschichteten Oberfläche in Abhängigkeit von Bedingungen der Wärmebehandlung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung betreffen ein Verfahren zum Beschichten einer Oberfläche und einen Industrieartikel, der die beschichtete Oberfläche aufweist.
Wenn in der folgenden Beschreibung und den untenstehenden Ansprüchen über einen speziellen Aspekt oder ein Merkmal eines Ausführungsbeispiels der Erfindung ausgesagt ist, dass dieser/dieses wenigstens ein Element einer Gruppe und Kombinationen davon aufweist oder umfasst, versteht sich, dass der Aspekt oder das Merkmal jedes der Elemente der Gruppe aufweisen oder umfassen kann, und zwar einzeln oder in Kombination mit jedem der anderen Elemente jener Gruppe. Desgleichen schließen die Singularformen der unbestimmten und bestimmten Artikel Pluralformen ein, es sei denn der Zusammenhang gibt ausdrücklich Anderslautendes vor.
Eine annähernde Ausdrucksweise, wie sie hierin über die gesamte Beschreibung und Ansprüche hinweg eingesetzt wird, kann verwendet werden, um eine quantitative Darstellung zu modifizieren, die zulässigerweise abweichen könnte, ohne eine Änderung der grundlegenden Funktion hervorzurufen, auf die sie sich bezieht. Dementsprechend ist ein Wert, der durch einen oder mehrere Begriffe wie „etwa“ modifiziert ist, nicht unbedingt auf den spezifizierten genauen Wert beschränkt und kann Werte beinhalten, die sich von dem spezifizierten Wert unterscheiden. In zumindest einigen Ausprägungen kann die annähernde Sprache der Genauigkeit eines zum Erfassen des Werts verwendeten Instruments entsprechen. In den vorliegenden Erörterungen schließt jeder Bereich von Zahlen, die gemäß einer Erörterung irgendeines Bereichs innerhalb desselben liegen oder dafür physikalisch charakteristisch sind, die genannten Endpunkte des Bereichs, wenn nicht ausdrücklich anderslautend festgestellt, allerdings ein.
Der „Benetzungswiderstand“ einer Oberfläche wird bestimmt, indem die Art der Wechselwirkung beobachtet wird, die zwischen der Oberfläche und einem Tropfen einer Referenzflüssigkeit auftritt, der auf der Oberfläche abgeschieden ist. Die Tröpfchen können bei Berührung mit einer Oberfläche sich zu Beginn über einen verhältnismäßig weiten Bereich ausbreiten, ziehen sich jedoch häufig zusammen, um einen Gleichgewichtsberührungsbereich zu erreichen. Tröpfchen, die eine Oberfläche berühren, die gegenüber der Flüssigkeit einen niedrigen Benetzungswiderstand aufweist, neigen dazu, über einen verhältnismäßig weiten Bereich der Oberfläche ausgebreitet zu bleiben (wobei sie dadurch die Oberfläche „benetzen“). Im äußersten Fall breitet sich die Flüssigkeit in Form eines Films über die Fläche aus. Wenn die Oberfläche andererseits einen hohen Benetzungswiderstand für die Flüssigkeit aufweist, neigt die Flüssigkeit dazu, sich zu wohlgeformten kugelförmigen Tröpfchen zusammenzuziehen. Im äußersten Fall bildet die Flüssigkeit nahezu sphärische Tropfen, die entweder bei der geringsten Störung von der Oberfläche abrollen oder sich aufgrund eines Stoßimpulses von der Oberfläche lösen. In dem hier verwendeten Sinne betrifft der Begriff „Feuchtigkeit abweisend“ Oberflächen, die gegenüber Benetzung durch Referenzflüssigkeiten resistent sind.
In dem hier verwendeten Sinne bezeichnet der Begriff „Berührungswinkel“ den Winkel, den ein stationärer Tropfen einer Referenzflüssigkeit mit einer horizontalen Fläche bildet, auf der das Tröpfchen abgeschieden ist. Da der Benetzungswiderstand teilweise von der Oberflächenspannung der Referenzflüssigkeit abhängt, kann eine vorgegebene Fläche für unterschiedliche Flüssigkeiten einen unterschiedlichen Benetzungswiderstand aufweisen (und folglich einen anderen Benetzungswinkel bilden). In dem hier verwendeten Sinne bezeichnet der Begriff „vorrückender Berührungswinkel“ den Winkel, bei dem ein festsitzender Tropfen das maximale Volumen aufweist, das für eine Grenzfläche zwischen Flüssigkeit und Festkörper bei thermodynamischem Gleichgewicht zulässig ist. Der Begriff „zurückweichender Berührungswinkel“ bezeichnet den Winkel, bei dem ein festsitzender Tropfen das minimale Volumen aufweist, das für eine Grenzfläche zwischen Flüssigkeit und Festkörper bei thermodynamischem Gleichgewicht zulässig ist. Die Differenz zwischen den maximalen Werten des vorrückenden Berührungswinkels und des zurückweichenden Berührungswinkels wird als Benetzungswinkelhysterese bezeichnet.
Der Berührungswinkel dient als ein Messwert der Benetzungsfähigkeit der Oberfläche. Falls sich die Flüssigkeit auf der Oberfläche vollständig ausbreitet und einen Film bildet, ist der Berührungswinkel 0 Grad. Mit steigendem Benetzungswinkel steigt der Benetzungswiderstand. Die Begriffe „hydrophobisch“ und „superhydrophobisch“ werden verwendet, um Oberflächen zu beschreiben, die gegenüber Wasser einen sehr hohen Benetzungswiderstand aufweisen. In dem hier verwendeten Sinne betrifft der Begriff „hydrophobisch“ eine Oberfläche, die mit Wasser einen Benetzungswinkel von mehr als etwa 90° hervorbringt. In dem hier verwendeten Sinne betrifft der Begriff „superhydrophobisch“ eine Oberfläche, die mit Wasser einen Benetzungswinkel von mehr als etwa 120 Grad hervorbringt.
Der Grad, bis zu dem eine Flüssigkeit in der Lage ist, eine Oberfläche zu benetzen, ist von wesentlicher Bedeutung, um zu ermitteln, wie die Flüssigkeit und die Oberfläche voraussichtlich miteinander in Wechselwirkung treten. Ein hoher Benetzungsgrad ergibt verhältnismäßig große Berührungsbereiche zwischen Flüssigkeit und Fläche und ist in Anwendungen erwünscht, bei denen eine beträchtliche Wechselwirkung zwischen den beiden Oberflächen von Vorteil ist, beispielsweise in Anwendungen der Klebe- und Beschichtungstechnik. Im Falle von Anwendungen, die eine geringe Wechselwirkung zwischen Feststoff und Flüssigkeit verlangen, wird der Widerstand gegen Benetzung hingegen allgemein so hoch wie möglich gehalten, um die Bildung von flüssigen Tropfen zu fördern, die eine minimale Berührungsfläche mit der festen Oberfläche aufweisen.
Für viele Anwendungen wäre die Verwendung von Feuchtigkeit abweisenden Oberflächen sowie Komponenten von Vorteil, die diese Oberflächen aufweisen, die sich einer Benetzung durch Flüssigkeitströpfchen widersetzen. Beispielsweise neigen Luftfahrzeugteile, z.B. Flugzeugzellen- und Triebwerkskomponenten sowie Windturbinenkomponenten zur Vereisung, wenn unterkühltes Wasser mit der Oberfläche in Berührung bleibt, während die Tröpfchen gefrieren und sich als eine zusammengeballte Masse von Eis anhäufen. Dies kann die Wirksamkeit der Komponenten einschränken und gegebenenfalls zu Schäden an diesen Komponenten führen.
In einigen Ausführungsbeispielen gehört die Oberfläche zu einer Komponente einer Turbinenanordnung. In einigen Ausführungsbeispielen ist die Turbinenanordnung aus der Gruppe ausgewählt, zu der gehören: eine Gasturbinenanordnung, eine Dampfturbinenanordnung und eine Windturbinenanordnung. In einer Windturbinenanordnung ist die Vereisung ein wesentliches Problem, da die Bildung von Eis auf vielfältigen Komponenten, beispielsweise an Luftgeschwindigkeitsmessern und Turbinenlaufschaufeln, den Wirkungsgrad verringert und die Sicherheitsrisiken des Windanlagenbetriebs erhöht. In einem Ausführungsbeispiel gehört die Oberfläche zu einer Komponente der Windkraftanlage, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die eine Turbinenlaufschaufel, ein Luftgeschwindigkeitsmesser und ein Getriebe umfasst. Exemplarische Komponenten der Turbinenanordnung beinhalten, ohne darauf beschränkt zu sein, eine Turbinenlaufschaufel, eine Niederdruckdampfturbinenlaufschaufel, eine Hochdruckdampfturbinenlaufschaufel, eine Verdichterlaufschaufel, einen Kondensator und eine Statorkomponente.
In einer Dampfturbinenanordnung ist es vorteilhaft, über einen Dampfkondensator mit Feuchtigkeit abweisenden Oberflächen zu verfügen. Kondensatoren mit hydrophobischen Oberflächen weisen einen Widerstand gegenüber Benetzung durch Wasser auf. Dieses Verhalten verändert die Art und Weise der Kondensation von Dampf auf der Oberfläche. Auf hydrophilen Oberflächen führt die Kondensation von Dampf zu Wasser zu Filmbildung. Diese Wasserfilme wirken als ein hoher Widerstand gegen Wärmeübertragung. Allerdings bilden Wassertröpfchen auf hydrophobischen Oberflächen Kerne aus Dampf, wachsen zu kritische Größen heran und fallen als Tröpfchen ab, mit dem Ergebnis einer tropfenweisen Kondensation. Dieser Kondensationsmodus ist bei der Übertragung der gebundenen Kondensationswärme effizienter. Folglich kann die Anwendung hydrophobischer Beschichtungen auf Dampfkondensatoren eine Verbesserung der Wärmeübertragung ergeben. Der Berührungswinkel des Wassers und seine Hysterese auf einer Oberfläche bestimmt das Tropfenausbreitungsverhalten der betreffenden Fläche und folglich die Verbesserung der Wärmeübertragung.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein Verfahren zum Beschichten einer Oberfläche offenbart. In dem hier verwendeten Sinne soll der Begriff „Oberfläche/Fläche“ nicht auf irdgendeine Gestalt oder Größe beschränkt sein, da sie eine Materialschicht, mehrere Schichten oder einen Block beinhalten kann, der wenigstens eine Fläche aufweist, deren Benetzungswiderstand zu modifizieren ist. In einem Ausführungsbeispiel ist die Oberfläche eine Außenfläche der Rohre eines Kondensators. In einem abgewandelten Ausführungsbeispiel ist die Oberfläche eine Innenfläche der Rohre eines Kondensators. In einem Ausführungsbeispiel ist die Oberfläche, auf der die Beschichtung aufgebracht wird, eine Metalloberfläche; „Metall“ in dem hier verwendeten Sinne schließt Legierungsphasen ein. Exemplarische Metalle beinhalten Stahl, rostfreien Stahl, Nickel, Titan, Aluminium oder beliebige Legierungen davon. In einigen Ausführungsbeispielen beinhaltet das Metall eine auf Titan basierende Legierung, eine auf Aluminium basierende Legierung, eine Kobaltbasislegierung, eine nickelbasierte Legierung, eine auf Eisen basierende Legierung oder beliebige Kombinationen davon. Darüber hinaus kann die Legierung eine Superlegierung sein. In einem speziellen Ausführungsbeispiel basiert die Superlegierung auf Nickel oder Kobalt, wobei Nickel oder Kobalt nach dem Gewicht der einzige größte elementare Bestandteil ist. Eine der Veranschaulichung dienende nickelbasierte Legierung enthält wenigstens etwa 40 Gewichtsprozent Nickel und wenigstens eine Komponente aus der Gruppe, zu der Kobalt, Chrom, Aluminium, Wolfram, Molybdän, Titan und Eisen gehören. Der Veranschaulichung dienende Kobaltbasislegierungen enthalten wenigstens etwa 30 Gewichtsprozent Kobalt und wenigstens eine Komponente aus der Gruppe, zu der Nickel, Chrom, Aluminium, Wolfram, Molybdän, Titan und Eisen gehören.
In einigen Ausführungsbeispielen beinhaltet das Material, auf dem die Oberfläche basiert, eine Keramik. Nicht als beschränkend zu bewertende Beispiele eines Keramikwerkstoffs beinhalten ein Oxid, ein gemischtes Oxid, ein Nitrid, ein Borid oder ein Karbid. Beispiele geeigneter Keramikwerkstoffe beinhalten, ohne darauf beschränkt zu sein, Karbide von Silizium oder Wolfram; Nitride von Bor, Titan, Silizium, oder Titan, und Titanoxynitrid.
1 veranschaulicht ein Verfahren zum Beschichten einer Oberfläche gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren 10 beinhaltet die Schritte: Zubereiten einer Metallionenpräkursorlösung 12; Hinzufügen einer Zugabesubstanz 14 zu der Metallionenpräkursorlösung, um eine modifizierte Metallionenpräkursorlösung zuzubereiten; und Auftragen der modifizierten Metallionenpräkursorlösung auf der Oberfläche, um eine beschichtete Oberfläche 16 zu bilden. In einem Ausführungsbeispiel gehört zu dem Verfahren 10 der Schritt der Reinigung der Oberfläche 18, bevor die Beschichtung aufgetragen wird. In einem Ausführungsbeispiel beinhaltet das Verfahren einen optionalen Wärmebehandlungsschritt 20 der beschichteten Oberfläche.
Das Metallion des Metallionenpräkursors kann ein beliebiges Metall sein, beispielsweise Zirkonium, Aluminium, Titan, Yttrium, Ytterbium, Silizium, Cer, Lanthan oder eine beliebige Kombination davon. Für die Zubereitung einer Metallionenpräkursorlösung können verschiedene Präkursorsubstanzen des Metallions genutzt werden. Beispielsweise kann der Metallionenpräkursor eine metallorganische Präkursorsubstanz oder eine organometallische Präkursorsubstanz sein. In einem Ausführungsbeispiel beinhaltet die Gruppe organischer Präkursorsubstanzen Acetylacetonat, Tetraisoproxid, Tetraoctylat, n-Butoxid oder eine beliebige Kombinationen davon. Gemäß der Erfindung weist die Präkursorsubstanz Acetylacetonat auf.
Gemäß der Erfindung beinhaltet das Zubereiten einer Metallionenpräkursorlösung ein Auflösen der Metallionenpräkursorsubstanz in einem Lösungsmittel. Lösungsmittel werden in Abhängigkeit von dem Metallionenpräkursor und den erforderlichen Beschichtungseigenschaften ausgewählt. In einem Ausführungsbeispiel ist das benutzte Lösungsmittel ein organisches Lösungsmittel. Beispiele geeigneter Flüssigkeiten, die als das Lösungsmittel genutzt werden können, sind aprotische polare Lösungsmittel, wie Alkohole, Ketone, und andere protische polare Lösungsmittel, wie Benzol, Toluol, und sonstige nicht polare Lösungsmittel sowie Kombinationen, die wenigstens eine beliebige dieser Flüssigkeiten enthalten. Gemäß der Erfindung enthält das benutzte Lösungsmittel einen Alkohol. In einem weiteren Ausführungsbeispiel enthält das Lösungsmittel eine Kombination von Alkoholen zum Auflösen der Metallionenpräkursorsubstanzen. In einem Ausführungsbeispiel schützt Alkohol die Oberfläche vor Verunreinigung mit Wasser.
Gemeinsam mit den Metallionenpräkursoren und dem Lösungsmittel, das verwendet wird, um die Metallionenpräkursoren aufzulösen, wird die Qualität und die Dicke einer Oberflächenbeschichtung zusätzlich von der Konzentration des Metallionenpräkursors beeinflusst, der in dem Lösungsmittel aufgelöst ist. Falls beispielsweise die Lösung, die durch Auflösen der Metallionenpräkursorsubstanz in dem Lösungsmittel gebildet wird, sehr verdünnt ist, gerät die Beschichtung, die durch jene Lösung gebildet wird, möglicherweise uneinheitlich oder weist geringe Haftung an der Oberfläche auf. Ein mehrfaches Auftragen der Beschichtung ist möglicherweise mittels einer verdünnten Lösung durchzuführen, um den vergleichbaren Grad von Beschichtungsstärke zu erreichen, der durch eine einzige Beschichtung erreicht werden kann, die durch eine vergleichsweise konzentrierte Lösung gebildet wird. Darüber hinaus kann die Einheitlichkeit und die Oberflächenrauhigkeit der Beschichtung zwischen den Beschichtungen, die durch eine verdünnte Lösung und eine konzentriert Lösung gebildet werden, unterschiedlich sein. Außerdem ist ein mehrfaches Auftragen der Beschichtung durch eine verdünnte Lösung aufgrund der hohen Anzahl von Arbeitsschritten und der verwendeten Beschichtungsnachbearbeitungsschritte möglicherweise nicht ökonomisch. Daher wird in einem Ausführungsbeispiel zum Beschichten der Oberfläche eine vergleichsweise konzentrierte Lösung von Metallionenpräkursor in dem Lösungsmittel verwendet.
In einem Ausführungsbeispiel wird Zirkonium als das Metallion verwendet. Die Zirkoniumpräkursorsubstanzen, die genutzt werden können, beinhalten Zirkonium Acetylacetonat, Zirkoniumtetraoctylat und Zirkonium-n-Butoxid. Gemäß der Erfindung wird Zirkoniumacetylacetonat (auch als Zirconium-2,4-Pentandionat und Zr-Ac-Ac bekannt) als ein Zirconiumpräkursor gemeinsam mit einem alkoholischen Lösungsmittel verwendet.
Zr-Ac-Ac-Präkursor wird als eine in einem organischen Lösungsmittel schwer lösliche Verbindung angesehen. Eine Lösung von Zr-Ac-Ac in Alkohol lässt sich normalerweise in einer Konzentration von weniger als etwa 0,2 Mol-% erzielen. Eine höher konzentrierte Lösung von Zr-Ac-Ac in Alkohol kann, wie weiter oben festgestellt, die Verbesserung der Beschichtungsqualität und dadurch die durch die Beschichtung eingeführten Eigenschaften der Oberfläche fördern. Demzufolge ist eine höhere Konzentration als 0,2 Mol-% einer Zr-Ac-Ac-Lösung für eine hydrophobische Oberflächenbeschichtung vorteilhaft. Die höhere Konzentration ermöglicht einen gleichmäßigen, dicken Film, der sich mit einer einmaligen Anwendung aufbringen lässt.
Die Erfinder dieser Anmeldung entdeckten eine hohe Löslichkeit von Zr-Ac-Ac in einem Alkohol, indem die Präkursorsubstanz in dem Lösungsmittel bei einer höheren Temperatur aufgelöst wird. In einem weiteren Ausführungsbeispiel trägt ein Rückflusskochen der Präkursorsubstanz in Alkohol in einer dicht verschlossenen Vorrichtung bei einer hohen Temperatur zusätzlich zur Steigerung der Löslichkeit bei. Der Metallionenpräkursor kann bei einer Temperatur im Bereich von etwa 80 °C bis ungefähr 130 °C aufgelöst werden. Die Rückflusskochtemperatur kann während des Rückflusskochens von etwa 130 °C bis ungefähr 165 °C variiert werden, um die Löslichkeit des Zr-Ac-Ac zu steigern. Die Erfinder entdeckten außerdem, dass ein Rückflusskochen der Lösung über einen längeren Zeitraum die Stabilität von Zr-Ac-Ac-Lösung erhöht. In einem Ausführungsbeispiel wird die Zr-Ac-Ac-Lösung für bis zu etwa 24 Stunden rückgeführt, um die Lösung zu stabilisieren. Es stellte sich heraus, dass eine Zr-Ac-Ac-Lösung, die nach einer Auflösung in dem alkoholischen Lösungsmittel für etwa 24 Stunden rückgeführt wird, über einen Zeitraum von etwa 6 Monaten bis ungefähr 12 Monaten stabil ist.
In einem Ausführungsbeispiel beinhaltet der verwendete Alkohol Ethanol, Butanol, Cyclohexanol oder irgendeine Kombination von diesen. In einem Ausführungsbeispiel schlägt das zum Auftragen der Beschichtung verwendete Verfahren die Wahl von Alkoholsystem vor, das als das Lösungsmittel eingesetzt wird. Tauchbeschichtung, Bürstenstrich und Sprühbeschichtung sind einige der exemplarischen Verfahren, die zum Beschichten einer Oberfläche genutzt werden können. In einem Ausführungsbeispiel wird ein Gemisch aus Butanol und Cyclohexanol als ein Lösungsmittel für Zr-Ac-Ac und für die Beschichtung verwendet. In einem Ausführungsbeispiel wird die Beschichtung auf die Oberfläche mittels Bürstenstrich aufgetragen. In einem speziellen Ausführungsbeispiel enthält die verwendete Lösungsformulierung etwa 40 % Cyclohexanol und etwa 60 % Butanol. In Versuchsreihen erzeugte diese Mischung einen gleichmäßigen, sich selbst nivellierenden Film, der ein Trocknen mit dem Ergebnis einer fehlerfreien Beschichtung auf der behandelten Oberfläche förderte.
Gemäß der Erfindung wird eine Zr-Ac-Ac-Konzentration von mehr als etwa 0,6 Mol-% unter Verwendung einer hohen Temperatur während des Auflösens/Rückflusskochens zubereitet. Die Temperatur für das Auflösen ist höher als etwa 100 °C, und die Rückflusskochtemperatur überschreitet etwa 150 °C. In einem Ausführungsbeispiel wird eine Zr-Ac-Ac-Lösung einer molaren Konzentration von etwa 0,8 Prozent in einer alkoholischen Mischung zubereitet, die etwa 40 % Cyclohexanol und etwa 60 % Butanol enthält.
Gemäß der Erfindung beinhaltet das Verfahren zum Herstellen einer beschichteten Oberfläche ein Hinzufügen einer Zugabesubstanz zu der Metallionenpräkursorlösung, so dass eine modifizierte Metallionenpräkursorlösung gebildet wird. In einigen Ausführungsbeispielen beinhaltet die Zugabesubstanz ein Silan, Fluorsilan, oder ein (auch als FAS bekanntes) Fluoralkylsilan. Nicht als beschränkend zu bewertende Beispiele eines Fluoralkylsilans beinhalten Tridecafluoro-1,1,2,2-Tetrahydrofluoroctyltrichlorosilan und Heptadecafluor-1,1,2,2-Tetrahydrodecyltrimethoxysilan. Gemäß der Erfindung enthält eine mit Fluorsilan versetzte Verbindung ein Lösungsmittel und eine Fluorsilan-Zugabesubstanz. Ohne auf irgend eine Theorie beschränken zu wollen, schlagen die Erfinder dieser Patentanmeldung vor, dass die Anzahl vorhandener Fluoratome und die Länge der polymeren Hauptkette der Zugabesubstanz für die wirkungsvolle Hydrophobie der Beschichtung, die durch die modifizierte Metallionenpräkursorlösung gebildet wird, von Bedeutung sein kann.
Gemäß der Erfindung enthält die Zugabesubstanz Heptadecafluor-1,1,2,2-Tetrahydrodecyltrimethoxysilan. Diese Verbindung weist 17 Fluoratome auf, die in der Verbindungsformel vorhanden sind, die der aufgebrachten Beschichtung eine hohe Hydrophobie verleiht. In einem Ausführungsbeispiel liegt der Anteil von in der Lösung vorhandenem FAS in einem Bereich von etwa 2 Mol-% bis etwa 32 Mol-% Metallionenpräkursor. In einem Ausführungsbeispiel beträgt der Anteil von in der Metallionenpräkursorlösung vorhandenem FAS etwa 4 Mol-% Metallionenpräkursor. In einem Ausführungsbeispiel hat sich herausgestellt, dass ein Zugeben von Heptadecafluor-1,1,2,2-Tetrahydrodecyltrimethoxysilan von 4 Mol-% in Relation zu Zirkonium in der Zr-Ac-Ac-Lösung in Alkohol während der Lebensdauer der Beschichtung im Betrieb eine optimale Leistung und den minimalen Verlust von Fluor erbringt. In einem Ausführungsbeispiel des Verfahrens wird das FAS der Lösung bei Raumtemperatur hinzugefügt und über eine gewisse Zeitspanne gemischt. In einem Ausführungsbeispiel wird das Mischen von FAS mit der Metallionenpräkursorlösung für mindestens etwa 4 Stunden durchgeführt, um eine Dispersion in die Präkursorsubstanz zu gewährleisten.
In einem Ausführungsbeispiel erfährt die Beschichtung, die mittels der modifizierten Metallionenpräkursorlösung auf einer Oberfläche aufgebracht ist, eine Hydrolysekondensationsreaktion, die über der Oberfläche eine organometallische Polymerhybridbeschichtung bildet. In einem Ausführungsbeispiel wird die Oberfläche, wie beschichtet, als eine hydrophobische Beschichtung für die beabsichtigten Anwendungen genutzt. In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird die über die Oberfläche hinweg aufgebrachte Beschichtung durch Wärmebehandlung teilweise umgewandelt, um die Funktionalität der hydrophobischen Beschichtung weiter zu steigern. Allgemein führt ein Erwärmen der aufgetragenen Beschichtung auf eine hohe Temperatur und über längerer Zeit zu Fluorverlust und somit zu einer Verringerung der hydrophobischen Eigenschaft der Beschichtung. Beispielsweise kann eine übermäßige Wärmebehandlung der Beschichtung bei Temperaturen von mehr als etwa 3500 °C über Zeitspannen von mehr als etwa 5 Minuten einen Fluorverlust aus der Beschichtung zur Folge haben und somit zu einer Verringerung der Leistung als hydrophobische Beschichtung führen. Darüber hinaus entdeckten die Erfinder, dass eine partielle Umwandlung der Beschichtung durch Wärmebehandlung der beschichteten Oberfläche die Leistung der beschichteten Oberfläche verbessert. Die Wärmebehandlung kann bei einer Temperatur von weniger als etwa 350 °C durchgeführt werden. In einem Ausführungsbeispiel wird die Wärmebehandlung der beschichteten Oberfläche bei einer Temperatur im Bereich von etwa 200 °C bis ungefähr 325 °C durchgeführt. In einem speziellen Ausführungsbeispiel wird die Beschichtung bei einer Temperatur von etwa 250 °C wärmebehandelt. Die Wärmebehandlungszeit kann im Bereich von etwa 2 Minuten bis ungefähr 45 Minuten variieren. In einem Ausführungsbeispiel wird die Wärmebehandlung für eine Dauer von weniger als etwa 30 Minuten durchgeführt. In einem Ausführungsbeispiel wird die Wärmebehandlung für etwa 15 Minuten durchgeführt. Die wärmebehandelte und teilweise umgewandelte Oberfläche kann im Vergleich zu der Lösungsbeschichtung, wie abgeschieden, eine verbesserte Hydrophobie, eine verbesserte Hinzufügung der Beschichtung an der Oberfläche, eine verbesserte Beständigkeit für die Betriebsbedingungen, eine hohe Lebensdauer und eine erhöhte Abriebfestigkeit aufweisen. Darüber hinaus hat sich herausgestellt, dass der Benetzungswiderstand der wärmebehandelten Oberfläche nach Dampfexposition erhöht ist. Diese ist möglicherweise auf eine Verringerung der Benetzungswinkelhysterese von Wassertropfen auf der Oberfläche zurückzuführen.
In einem Ausführungsbeispiel wird ein Industrieartikel 30 vorgeschlagen, wie er in 2 gezeigt ist. Der Industrieartikel 30 enthält eine Komponente 32 mit einer beschichteten Oberfläche 34. Die beschichtete Oberfläche 34 beinhaltet eine Beschichtung 36, die eine Metallionen-Fluorsilanverbindung aufweist.
In einem Ausführungsbeispiel wird die Beschichtung 36 der Komponente 32 zubereitet und unter Verwendung der weiter oben beschriebenen Verfahrensschritte aufgetragen. In einem Ausführungsbeispiel weist die Beschichtung 36 der Komponente 32 eine Dicke im Bereich von etwa 200 Nanometer bis zu etwa 1 Mikrometer auf. Die Komponente 32 des Industrieartikels 30 kann eine Innenfläche und eine Außenfläche aufweisen, und die Beschichtung 36 wird an der Innenfläche, an der Außenfläche oder an beiden Flächen angebracht. In einem Ausführungsbeispiel ist die beschichtete Komponente 32, wie in 2 gezeigt, ein Kondensatorrohr. Das beschichtete Kondensatorrohr 32 kann in einer Dampfturbine genutzt werden und einen Dampfeinlass 40, einen Kondensatauslass 42, einen Kühlflüssigkeitseinlass 44 und einen Kühlflüssigkeitsauslass 46 aufweisen. Aufgrund der mittels der Beschichtung und des weiter oben beschriebenen Verfahrens erzeugten beschichteten Oberfläche 36 wird die Wärmeübertragung aus dem Dampf wirkungsvoll durchgeführt, indem aufgrund des tropfenweisen Abstoßens des Oberflächenwassers des Kondensatorrohrs ein besserer Reaktionsbereich zwischen Oberfläche und Dampf ermöglicht ist.
BEISPIEL:
Das folgende Beispiel veranschaulicht Verfahren, Materialien und Ergebnisse gemäß speziellen Ausführungsbeispielen und sollte als solches nicht als die Ansprüche beschränkend erachtet werden. Die Variationen, der Einschluss oder das Umgehen gewisser Schritte sowie ein Modifizieren der Schritte werden als dem Fachmann bekannt vorausgesetzt.
3-7 veranschaulichen die Schritte zum Beschichten einer Oberfläche in einem Ausführungsbeispiel. 3 veranschaulicht die typischen Schritte zur Zubereitung einer Zirkoniumion-Präkursorlösung. Der verwendete Reaktionsaufbau beinhaltete einen runden Grundglaskolben, eine über Kopf angebrachte Rühreinrichtung, einen Rückflusskondensator, einen Einspeiseanschluss und einen Heizmantel. Ein Zr-Ac-Ac-Präkursor wurde in einer für die Beschichtung eines Kondensatorrohrs erforderlichen Menge aufgenommen und in 3 Teile aufgeteilt. Eine alkoholische Mischung wurde in einem Wasserbad erwärmt. In einem Beispiel wurde ein Gemisch aus Butanol und Cyclohexanol als das Lösungsmittel verwendet. Das Cyclohexanol wurde abgewogen und in einem Wasserbad erwärmt, um zu schmelzen, und anschließend dem Reaktionsbehälter zugefügt. Butanol wurde in 4 Teile aufgeteilt, und ein Teil des Butanols wurde dem Reaktionsbehälter zugefügt. Ein erster Teil des Zr-Ac-Ac-Präkursors wurde dem Reaktionsbehälter zugefügt. Der Behälter, der diesen Teil des Zr-Ac-Ac enthielt, wurde mit einem Teil von Butanol gewaschen und dem Reaktionsbehälter hinzugefügt. Das Rühren des Inhalts des Reaktionsbehälters wurde begonnen, und die Rührgeschwindigkeit wurde auf etwa 75 U/min eingestellt. Nachdem ausreichend Zeit für die Auflösung des ersten Teils zugelassen war, wurde der zweite Teil des Zr-Ac-Ac dem Reaktionsbehälter zugefügt und mit einem weiteren Teil des Butanols ausgeschwemmt. Der Rührschritt wurde bei etwa 75 U/min fortgesetzt und die Temperatur wurde allmählich auf etwa 145 °C erhöht. Der letzte Teil des Zr-Ac-Ac-Präkursors wurde allmählich unter fortlaufendem Erwärmen und Rühren hinzugefügt. Der letzte Teil des Zr-Ac-Ac wurde mit dem beiseite gelegten letzten Teil des Butanols eingeschwemmt. Die Temperatur des Reaktionsbehälters wurde bei 145 °C aufrechterhalten. Der Rührschritt wurde fortgesetzt, der Reaktionsbeälter wurde dicht verschlossen, und das Rückflusskochen wurde begonnen. Das Rückflusskochen wurde für etwa 36 Stunden fortgesetzt. Als sich die Lösung stabilisiert hatte, nahm sie eine transparente rötlich gelbe Farbe an. Die Lösung wurde auf Raumtemperatur abgekühlt.
4 veranschaulicht das Versetzen einer Zr-Ac-Ac-Lösung mit Fluorsilan. Nachdem die Stabilität der Lösung durch Überwachung der Farbe für mehrere Stunden sicherstellt war, wurde die Lösung mit einer Rate von etwa 75 U/min gerührt. Eine Verbindung C₁₃H₁₃F₁₇O₃Si, die einem Anteil von etwa 4 Mol-% Zirkonium entsprach, wurde abgewogen und dem Reaktionsbehälter allmählich hinzugefügt. Das Rückflusskochsystem wurde heruntergefahren und das Rühren wurde für etwa 4 Stunden bei Raumtemperatur fortgesetzt. Der Inhalt wurde zu einem Tauchbeschichtungsbad übertragen, um Kondensatorrohre zu beschichten.
5 veranschaulicht die Vorbereitung eines Kondensatorrohrs für die Beschichtung. Das Rohr wurde mit Blick auf Defekte innen und außen visuell untersucht und hinsichtlich seiner Geradlinigkeit überprüft. Das Rohr wurde in ein Azetonspülbad eingetaucht, anschließend sauber ausgewischt und für die Beschichtung in einem Halter angeordnet. Die Fläche des Rohrs wurde durch Abwischen der Oberfläche mit einem Wischer hydroxyliert, der in 10 % Wasserstoffperoxid eingetaucht war, das mit reinem Ethanol gemischt war. Vor dem Auftragen der Beschichtung wurde dem Rohr gestattet, für 5 Minuten zu trocknen.
6 veranschaulicht das Verfahren der Beschichtung eines Kondensatorrohrs. Ein Ende des Rohrs wurde mit einem Klemmring befestigt, und ein Gummistopfen wurde am entgegengesetzten Ende eingeführt. Der Rohrkragen wurde gleitend auf einem Trägerstab bewegt. Das Rohr wurde allmählich in das modifizierte Zr-Ac-Ac-Beschichtungslösungsbad eingetaucht, darin für etwa 10 Sekunden belassen und allmählich aus der Beschichtungslösung herausgezogen und dem Trocken überlassen. Das untere Ende wurde in einen Azeton enthaltenden Spülbecher eingetaucht, um Beschichtungslösung von einem kurzen Abschnitt zu entfernen, und dem Trocken überlassen. Der Gummistopfen und die Klemmen wurden von dem beschichteten Rohr entfernt.
Die Erfinder beobachteten, dass bei einer Tauchbeschichtung der modifizierten Metallionenpräkursorlösung an einem Rohr die Geschwindigkeit, mit der das Rohr in die Lösung eintaucht wird, die Gleichmäßigkeit, Dicke und Hydrophobie der beschichteten Oberflächen ändert. Eine geringere Eintauchgeschwindigkeit als etwa 3 cm/min kann eine ungleichförmige Beschichtung hervorbringen und den statischen Berührungswinkel eines Wassertropfens an der Oberfläche reduzieren. Eine höhere Eintauchrate als etwa 15 cm/min kann den statischen Berührungswinkel eines Wassertropfens auf der Oberfläche reduzieren. Eine Eintauchrate im Bereich von etwa 3 cm/min bis ungefähr 15 cm/min hat sich als vorteilhaft für die Einheitlichkeit, für den statischen Berührungswinkel und für eine verringerte Hysterese des Benetzungswinkels herausstellt. In einem Ausführungsbeispiel erzeugte eine Eintauchrate von etwa 10 cm/min eine gleichmäßige Beschichtung, die auf einer wie-beschichteten Oberfläche einen statischen Berührungswinkel von etwa 115° mit einem Wassertropfen und eine Hysterese von etwa 45° aufwies.
7 veranschaulicht den Wärmebehandlungsschritt des beschichteten Rohrs. Die Temperatur des Ofens wurde bei etwa 250 °C gehalten, und das Kondensatorrohr wurde in dem Ofen mittels einer Stütze positioniert. Das Rohr wurde für etwa 15 Minuten bei einer Temperatur von etwa 250 °C gehalten und anschließend aus dem Ofen gezogen und durfte auf Raumtemperatur abkühlen. Folglich erlaubte die Wärmebehandlung dieser Beschichtung eine rasche Rampe in einen Luftatmosphärenofen, eine kurze Verweilzeit bei der Temperatur, gefolgt von einem Abschreckvorgang an der Atmosphäre.
Mit Blick auf eine effiziente Wärmeübertragung durch eine tropfenweise Kondensation von Dampf können sowohl ein großer Benetzungswinkel als auch eine geringe Hysterese erwünscht sein. Unbeschichtete Stahloberflächen, die eine Filmkondensation zeigen, wiesen Benetzungswinkel von bis zu 80 Grad mit einer Hysterese von etwa 60 Grad auf. Die Beschichtungen einiger der Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung wiesen Benetzungswinkel, die etwa 95 Grad überschritten, mit einer Hysterese von weniger als etwa 50 Grad auf.
Eine partielle Umwandlung einer wie-beschichteten Beschichtung auf einer beschichteten Oberfläche durch eine gesteuerte Wärmebehandlung erwies sich als vorteilhaft für die Wärmeübertragungsanwendung der Industrieartikel, die die beschichteten Oberflächen aufweisen. 8 veranschaulicht die Haftfestigkeit der wärmebehandelten und teilweise umgewandelten Beschichtung in Abhängigkeit von der Temperatur einer Wärmebehandlung für eine mittels Bürstenstrich beschichtete ebene rostfreie Stahloberfläche. Die Haftfestigkeitsprüfung wurde durchgeführt, indem an einem Stift gezogen wurde, der mittels Epoxid an die beschichtete Oberfläche geklebt war. Aus der Figur ist ersichtlich, dass die Haftfestigkeit mit steigender Temperatur der Wärmebehandlung steigt. Von einer wie-beschichteten Oberfläche bis zu der bei 250 °C wärmebehandelten Oberfläche stieg die Haftfestigkeit um einen Faktor von etwa 10.
9 veranschaulicht die Änderung des statischen Benetzungswinkels von Wasser auf einer beschichteten Oberfläche in Abhängigkeit von den Wärmebehandlungsbedingungen der beschichteten Oberfläche. Es ist ersichtlich, dass sich der statische Benetzungswinkel in Relation zu der Dauer und Temperatur der Wärmebehandlung ändert und bei einer Temperatur von etwa 250 °C und einer Zeitdauer von etwa 30 Minuten in diesem Beispiel offensichtlich ein Maximum aufweist.
Im Experiment wurde beobachtet, dass die teilweise umgewandelte beschichtete Oberfläche, die durch Wärmebehandlung der Oberfläche bei einer Temperatur von größer oder gleich etwa 200 °C erreicht wurde, der Dampfaussetzung widerstand und eine tropfenweise Kondensation erzielte. Der Benetzungswinkel eines Wassertropfens blieb stabil, während die Hysterese des Benetzungswinkels nach einer Dampfexposition um etwa 10 bis 30 Grad abnahm. Die Hysterese bei einem derartigen Rohr war gewöhnlich kleiner als etwa 50 Grad und betrug gemäß der Beobachtung vor der Dampfexposition etwa 30-40 Grad und nach der Dampfexposition 20-30 Grad. Die Abnahme der Hysterese ist für die Verbesserung der Wärmeübertragung der beschichteten Oberflächen von Vorteil.
Das hydrophobische Verhalten der auf diese Weise gebildeten Beschichtung ergab eine tropfenweise Kondensation von Dampf auf den beschichteten Kondensationsrohren. Dieser Kondensationsmodus ergibt aufgrund eines kontinuierlichen Wachsens und Abfallens von Tropfen im Gegensatz zu der Filmbildung auf hydrophilen Oberflächen eine gesteigerte Wärmeübertragung. Die Beschichtung behielt nach einer Dampfexposition von etwa 3500 Stunden ihr hydrophobisches Verhalten bei und wies eine sehr geringe Benetzungswinkelhysterese auf. Folglich fallen die Tropfen bei sehr kleinen Abmessungen ab und die Wärmeübertragung wurde gesteigert.
Rohre wurden mit einer Beschichtung gemäß der obigen Beschreibung beschichtet, und die Gesamtverbesserung der Wärmeübertragung wurde bei Dampfdrücken und Kühlwasser-Reynolds-Zahlen gemessen, die jenen für den Betrieb von Kondensatoren ähneln. Es wurde eine Steigerung des Gesamtkoeffizienten der Wärmeübertragung auf das etwa 1,4fache des Koeffizienten unbeschichteter Stahlrohre erreicht. Somit zeigte die Beschichtung in einer Dampfkondensatorumgebung eine wesentliche Verbesserung der Wärmeübertragung.
Während die Erfindung lediglich anhand einer beschränkten Anzahl von Ausführungsbeispielen im Einzelnen beschrieben wurde, sollte es ohne weiteres verständlich sein, dass die Erfindung nicht auf derartige beschriebene Ausführungsbeispiele beschränkt ist. Vielmehr kann die Erfindung modifiziert werden, um eine beliebige Anzahl von bisher nicht beschriebenen Veränderungen, Abänderungen, Substitutionen oder äquivalenten Anordnungen zu verkörpern, die jedoch dem Schutzbereich der Erfindung entsprechen. Während vielfältige Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben wurden, ist es zudem selbstverständlich, dass Aspekte der Erfindung möglicherweise lediglich einige der beschriebenen Ausführungsbeispiele beinhalten. Dementsprechend ist die Erfindung nicht als durch die vorausgehende Beschreibung beschränkt anzusehen, sondern ist lediglich durch den Schutzumfang der beigefügten Patentansprüche beschränkt.
Offenbart sind ein Verfahren 10 zum Beschichten einer Oberfläche, die Zubereitung einer modifizierten Metallionenpräkursorlösung zum Beschichten, und ein Industrieartikel mit einer Komponente, die durch das beschriebene Verfahren 10 beschichtet ist. Das Verfahren 10 der Beschichtung beinhaltet den Schritt des Auftragens einer mit Fluorsilan versetzten Metallionenpräkursorlösung auf der Oberfläche, um eine beschichtete Oberfläche zu bilden. Die Metallionenpräkursorlösung weist eine Konzentration von mehr als etwa 0,6 Mol-% eines Metallionenpräkursors in einem Lösungsmittel auf, das einen Alkohol enthält. Das Verfahren zum Zubereiten der modifizierten Metallionenpräkursorlösung beinhaltet die Schritte: Auflösen eines Metallionenpräkursors in einem Lösungsmittel, das einen Alkohol enthält, bei einer Temperatur von mehr als etwa 100 °C und Rückflusskochen bei einer Temperatur von mehr als etwa 150 °C, so dass die Konzentration des Metallionenpräkursors in der Lösung größer ist als 0,6 Mol-% der Lösung; und Hinzufügen eines Fluorsilans zu der Metallionenpräkursorlösung.
Bezugszeichenliste

10: Verfahren
12: Zubereiten einer Metallionenpräkursorlösung
14: Hinzufügen einer Zugabesubstanz
16: Auftragen der modifizierten Metallionenpräkursorlösung
18: Vorbereiten der Oberfläche zur Beschichtung
20: Wärmebehandlung
30: Industrieartikel
32: Komponente des Industrieartikels
34: Beschichtete Oberfläche
36: Beschichtung
40: Dampfeinlass
42: Kondensatauslass
44: Kühlflüssigkeitseinlass
46: Kühlflüssigkeitsauslass

Claims

Verfahren (10) zum Beschichten einer Oberfläche, mit den Schritten: Auftragen einer mit Fluorsilan versetzten Metallionenpräkursorlösung auf der Oberfläche, um eine beschichtete Oberfläche zu bilden, wobei die Metallionenpräkursorlösung auf einer Konzentration von mehr als 0,6 Mol-% eines Metallionenpräkursors in einem Lösungsmittel basiert, das einen Alkohol enthält, wobei das Fluorsilan Heptadecafluor-1,1,2,2-Tetrahydrodecyltrimethoxysilan in einer Menge im Bereich von 2 Mol-% bis 32 Mol-% des Metallionenpräkursors aufweist, wobei der Alkohol eine Mischung aus Cyclohexanol und Butanol aufweist, wobei der Metallionenpräkursor Zirconium-2,4-Pentandionat aufweist und wobei das Verfahren ein Lösen des Metallionenpräkursors in dem Lösungsmittel bei einer Temperatur von mehr als 100 °C und Rückflusskochen bei einer Temperatur von mehr als 150 °C aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Metallionenpräkursorsubstanz ferner auf Aluminium, Titan, Yttrium, Ytterbium, Silizium, Cer, Lanthan oder Kombinationen davon basiert.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, ferner mit dem Schritt einer Wärmebehandlung der beschichteten Fläche bei einer Temperatur von weniger als 330 °C, um eine umgewandelte beschichtete Oberfläche zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Wärmebehandlung für eine Zeitspanne von 5 Minuten bis 45 Minuten durchgeführt wird.
Verfahren zum Beschichten einer Oberfläche, mit den Schritten: Auftragen einer mit Heptadecafluor-1,1,2,2-Tetrahydrodecyltrimethoxysilan versetzten Metallionenpräkursorlösung auf der Oberfläche, um eine beschichtete Fläche zu erzeugen, wobei die Metallionenpräkursorlösung auf einer Konzentration von mehr als 0,6 Mol-% eines Metallionenpräkursors in einem Lösungsmittel basiert, das einen Alkohol enthält; und Wärmebehandeln der beschichteten Fläche in einem Temperaturbereich von 200 °C bis 300 °C für 30 Minuten.