DE102014105434A1 - Anti-corrosion coating agent for producing dark surfaces - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Korrosionsschutz-Beschichtungsmittel zum Erzeugen dunkler Oberflächen auf metallischen Substraten, aufweisend ein Bindemittel und ein partikuläres Metall. Um ein Korrosionsschutz-Beschichtungsmittel bereitzustellen, das mit geringerem Aufwand herstellbar ist, ist vorgesehen, dass das Beschichtungsmittel ein Mischoxid mit mindestens zwei Metallen aufweist. Weiter ist ein mit diesem Korrosionsschutz-Beschichtungsmittel beschichtetes Werkstück Gegenstand der Erfindung.The invention relates to a corrosion protection coating composition for producing dark surfaces on metallic substrates, comprising a binder and a particulate metal. In order to provide a corrosion protection coating agent that can be produced with less effort, it is provided that the coating agent has a mixed oxide with at least two metals. Further, a coated with this anti-corrosion coating agent workpiece is the subject of the invention.
Description
Die Erfindung betrifft ein Korrosionsschutz-Beschichtungsmittel zum Erzeugen dunkler Oberflächen sowie ein mit diesem Beschichtungsmittel beschichtetes Werkstück. The invention relates to a corrosion protection coating agent for producing dark surfaces and a coated with this coating material workpiece.
Die häufig genutzten Zinklamellenbeschichtungen weisen aufgrund der metallischen Färbung der Zinklamellen einen metallisch silbernen Glanz auf. Die Einfärbung solcher Beschichtungen mit Pigmenten ist insofern schwierig, als dass die plättchenförmigen Zinklamellen die kleineren, häufig sphärischen Pigmente verdecken und so deren färbende Wirkung reduzieren oder ganz verhindern. Zum Einfärben von Zinklamellenbeschichtungen sind deshalb sehr hohe (unwirtschaftlich hohe) Konzentrationen von Pigmenten erforderlich, die zudem zu einer Isolierung der metallischen Partikel führen, was zu einer Senkung der antikorrosiven Wirkung führt.The frequently used zinc flake coatings have a metallic silver gloss due to the metallic coloring of the zinc flakes. The coloring of such coatings with pigments is difficult in that the platelet-shaped zinc flakes obscure the smaller, often spherical pigments and thus reduce or completely prevent their coloring effect. Very high (uneconomically high) concentrations of pigments are therefore required for coloring zinc flake coatings, which also lead to an isolation of the metallic particles, which leads to a reduction in the anti-corrosive effect.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, zum Erzeugen dunkler Oberflächen bei Korrosionsschutz-Beschichtungsmitteln Metallpartikel mit dunkler Oberfläche einzusetzen. Die
Nachteilig an dieser Beschichtungszusammensetzung ist der hohe Aufwand, der mit der Schwärzung der Metallpartikel verbunden ist. A disadvantage of this coating composition is the high cost, which is associated with the blackening of the metal particles.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Korrosionsschutz-Beschichtungsmittel bereitzustellen, das mit geringerem Aufwand herzustellen ist. It is therefore an object of the invention to provide a corrosion protection coating agent which is less expensive to produce.
Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Korrosionsschutz-Beschichtungsmittel nach Anspruch 1 sowie mit einem beschichteten Werkstück nach Anspruch 12. This object is achieved with a corrosion protection coating composition according to claim 1 and with a coated workpiece according to claim 12.
Das erfindungsgemäße Korrosionsschutz-Beschichtungsmittel weist ein Bindemittel und partikuläres Metall auf. Das partikuläre Metall weist eine nicht gedunkelte Oberfläche, insbesondere keine geschwärzte Oberfläche auf. Das erfindungsgemäß eingesetzte partikuläre Metall weist keine farbgebende Beschichtung auf. Dem Bindemittel mit dem partikulärem Metall ist ein Metalloxid zugesetzt, bei dem gleiche oder unterschiedliche Metallatome unterschiedlicher Oxidationsstufen mit Sauerstoff verbunden sind. Eine Klasse von Metalloxiden sind die Spinelle. Die Spinelle weisen mindestens zwei Metallatome, häufig aber auch Atome mehrerer unterschiedlicher Metalle auf, die meist an vier Sauerstoffatome gebunden sind und die dann als Mischoxide bezeichnet werden. Spinelle können in engerer Definition durch die Formel AB2O4 beschrieben werden, wobei A und B für gleiche oder unterschiedliche Metalle unterschiedlicher Oxidationsstufen, typisch Oxidationsstufe 2+ und 3+ stehen. Spinelle weisen eine kubische Kristallstruktur auf. Bevorzugt weist das Metalloxid vier Sauerstoffatome auf. Typische Vertreter dieser Zusammensetzung sind Spinelle. Es ist bekannt, dass Spinelle als färbende Pigmente eingesetzt werden können. Vorliegend sind dunkel, z. B. schwarz färbende Spinelle bevorzugt. Dazu zählen insbesondere Spinelle, die mindestens zwei verschiedene Metalle aufweisen. Diese Spinelle bewirken in Mischung mit einem Bindemittel und Metallpartikeln, die kathodischen Korrosionsschutz bewirken, nach dem Auftragen und Aushärten des flüssigen Beschichtungsmittels das Erzeugen einer dunklen Korrosionsschutz-Beschichtung auf einem metallischen Werkstück. The anticorrosive coating composition according to the invention comprises a binder and particulate metal. The particulate metal has a non-darkened surface, in particular no blackened surface. The particulate metal used according to the invention has no coloring coating. To the binder with the particulate metal is added a metal oxide in which the same or different metal atoms of different oxidation states are associated with oxygen. One class of metal oxides are the spinels. The spinels have at least two metal atoms, but often also atoms of several different metals, which are usually bound to four oxygen atoms and which are then referred to as mixed oxides. Spinels can be more narrowly defined by the formula AB 2 O 4 , where A and B represent the same or different metals of different oxidation states, typically oxidation states 2+ and 3+. Spinels have a cubic crystal structure. The metal oxide preferably has four oxygen atoms. Typical representatives of this composition are spinels. It is known that spinels can be used as coloring pigments. In the present case are dark, z. For example, black-colored spinels are preferred. These include in particular spinels which have at least two different metals. These spinels, in admixture with a binder and metal particles which provide cathodic corrosion protection, after application and curing of the liquid coating agent, produce a dark anticorrosive coating on a metallic workpiece.
Das erfindungsgemäße Beschichtungsmittel kommt ohne den aufwändigen Schritt des Beschichtens des partikulären Metalls aus. Ein an sich bekanntes Beschichtungsmittel aufweisend Bindemittel und partikuläres Metall kann ohne besonderen Aufwand durch Einmischen von Spinell-Verbindungen zum Erzeugen dunkler Oberflächen ausgelegt werden. Dabei erweist es sich mit Blick auf den Korrosionsschutz von Vorteil, dass die Oberfläche des partikulären Metalls nicht beschichtet wird, also der Korrosionsschutz deutlich weniger beeinträchtigt wird. Ruß weist erhebliche leitfähige Anteile auf, der im Kontakt mit dem partikulären Metall des Beschichtungsmittels ein Lokalelement bildet und dadurch unerwünschte Korrosion in der Beschichtung und auf der Oberfläche des beschichteten Substrats auslöst. Da die Spinell-Verbindungen nicht leitend sind, bleibt im Gegensatz zu Rußen der Korrosionsschutz, der hier durch das Aneinanderliegen der Metallpartikel bewirkt wird, weitgehend erhalten. Gleichzeitig entsteht durch das Einmischen der Spinell-Verbindung eine durchgefärbte Schicht. Dies ist vorteilhaft, denn eine Beschädigung der Schicht, z. B. durch Kratzer, bewirkt keine hellen, silbrig glänzenden Stellen in der beschichteten Oberfläche. The coating composition of the invention does not require the expensive step of coating the particulate metal. A known per se coating agent comprising binder and particulate metal can be designed without any special effort by mixing spinel compounds to produce dark surfaces. It proves to be advantageous in view of the corrosion protection that the surface of the particulate metal is not coated, so the corrosion protection is significantly less affected. Carbon black has significant conductive content that forms a local element in contact with the particulate metal of the coating agent, thereby causing undesirable corrosion in the coating and on the surface of the coated substrate. Since the spinel compounds are non-conductive, in contrast to carbon blacks, the corrosion protection, which is brought about here by the juxtaposition of the metal particles, is largely retained. At the same time, the intermixing of the spinel compound produces a colored layer. This is advantageous because damage to the layer, for. As by scratches, does not cause bright, silvery shiny spots in the coated surface.
Im Sinne dieser Erfindung ist eine dunkle Beschichtung eine Beschichtung, die im Lab-Farbraum, auch als CIELAB-Farbraum bezeichnet, einen Wert von maximal 60, vorteilhaft von maximal 50, bevorzugt von maximal 40 aufweist. Die Messung des L·a·b-Farbraums wird gemessen gemäß
Die erfindungsgemäße Spinell-Verbindung ist bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe, die aufweist Cobalt-(II, III)-oxid, Kupfer-Chrom-Spinell und Eisenoxid-Spinell, wobei das Eisen des Eisenoxid-Spinells auch teilweise durch Chrom, Kupfer, Nickel oder Mangan ersetzt sein kann, sowie Mischungen dieser Spinelle. Eisenoxid-Spinell (Fe3O4) enthält drei Eisenatome, von denen ein oder zwei durch andere Metalle, die vorstehend genannt sind, ersetzt sein können. Eisenoxid-Spinell, Eisen-Mangan-Spinell (FeMn)(FeMn)2O4, Eisen-Kobalt-Chrom-Spinell (CoFe)(FeCr)2O4, Eisen-Kobalt-Spinell (FeCo)Fe2O4, Kupfer-Chrom-Eisen-Spinell, Kupfer-Mangan-Eisen-Spinell und Chrom-Eisen-Nickel-Mangan-Spinell, Chrom-Eisen-Nickel-Spinell (NiFe)(CrFe)2O4 sowie Mischungen dieser Eisenoxid-Spinelle haben sich als besonders geeignet erwiesen für den Einsatz in dem erfindungsgemäßen Beschichtungsmittel zum Erzeugen dunkler Oberflächen. Eine weitere, besonders geeignete Spinell-Verbindung ist Kupfer-Chromit-Spinell CuCr2O4. The spinel compound according to the invention is preferably selected from the group comprising cobalt (II, III) oxide, copper-chromium spinel and iron oxide spinel, wherein the iron of the iron oxide spinel also partially by chromium, copper, nickel or Manganese can be substituted, as well as mixtures of these spinels. Iron oxide spinel (Fe 3 O 4 ) contains three iron atoms, one or two of which may be replaced by other metals mentioned above. Iron oxide spinel, iron manganese spinel (FeMn) (FeMn) 2 O 4 , iron cobalt chromium spinel (CoFe) (FeCr) 2 O 4 , iron cobalt spinel (FeCo) Fe 2 O 4 , copper Chromium iron spinel, copper manganese iron spinel and chromium iron nickel manganese spinel, chromium iron nickel spinel (NiFe) (CrFe) 2 O 4 as well as mixtures of these iron oxide spinels have been described as especially suitable for use in the coating composition according to the invention for producing dark surfaces. Another particularly suitable spinel compound is copper-chromium spinel CuCr 2 O 4 .
Das Metalloxid wird bevorzugt in einer Menge von bis zu 30 Gewichts-% bezogen auf die Gesamtzusammensetzung des Beschichtungsmittels eingesetzt. Vorteilhaft werden 1 Gewichts-% bis 20 Gewichts-% eingesetzt, bevorzugt 5 Gewichts-% bis 15 Gewichts-%. Der Anteil des Metalloxids an der Gesamtzusammensetzung des Korrosionsschutz-Beschichtungsmittels ergibt sich im Wesentlichen aus der Vorgabe, eine bestimmte Farbwirkung zu erzeugen, also eine dunkle Beschichtung herzustellen. Wird eine ausreichend dunkle Beschichtung durch das Korrosionsschutz-Beschichtungsmittel hergestellt, ist ein weiter erhöhter Einsatz von Metalloxiden wirtschaftlich nicht sinnvoll. Die Untergrenze des Einsatzes ergibt sich daraus, dass keine ausreichend dunklen Beschichtungen auf Werkstücken mehr herstellbar sind. The metal oxide is preferably used in an amount of up to 30% by weight based on the total composition of the coating agent. 1% by weight to 20% by weight, preferably 5% by weight to 15% by weight, are advantageously used. The proportion of the metal oxide in the overall composition of the anticorrosive coating composition results essentially from the requirement to produce a specific color effect, that is to produce a dark coating. If a sufficiently dark coating is produced by the anticorrosive coating agent, a further increase in the use of metal oxides is not economically viable. The lower limit of the use results from the fact that no sufficiently dark coatings on workpieces can be produced more.
Das Metalloxid wird vorteilhaft in Form von Partikeln mit einer Größe von 500 nm bis 30 µm, jeweils bezogen auf die Längsausdehnung des Metalloxids, eingesetzt. Eine geringere Größe bewirkt bei gleicher Einsatzmenge keine dunkle Färbung mehr, so dass die Einsatzmenge der Partikel stark erhöht werden müsste. Da außerdem die Partikel des partikulären Metalls bei Einsatz von Metalloxid-Partikeln mit weniger als 500 nm Durchmesser zunehmend isoliert werden, wird die antikorrosive Wirkung des Beschichtungsmittels beeinträchtigt. Metalloxid-Partikel von mehr als 500 nm Durchmesser wirken nicht mehr so isolierend und werden auch durch das partikuläre Metall nicht mehr abgedeckt. Metalloxid-Partikel mit einem Durchmesser von mehr als 30 µm können zwar verarbeitet werden, sind aber technisch eher ungeeignet, weil die Größe der Partikel dann die Stärke der Korrosionsschutz-Beschichtung übersteigt, die mit dem erfindungsgemäßen Beschichtungsmittel erzeugt werden soll. Entsprechend würden ungleich gefärbte, inhomogene, raue Beschichtungen entstehen, die unerwünscht sind. The metal oxide is advantageously used in the form of particles having a size of 500 nm to 30 μm, in each case based on the longitudinal extent of the metal oxide. A smaller size causes no more dark coloration for the same amount used, so that the amount of particles used should be greatly increased. In addition, since particles of the particulate metal are increasingly isolated when metal oxide particles of less than 500 nm in diameter are used, the anticorrosive effect of the coating agent is impaired. Metal oxide particles of more than 500 nm in diameter no longer have such an insulating effect and are no longer covered by the particulate metal. Although metal oxide particles with a diameter of more than 30 microns can be processed, but are technically rather unsuitable, because the size of the particles then exceeds the strength of the anti-corrosion coating that is to be produced with the coating composition of the invention. Accordingly, unevenly colored, inhomogeneous, rough coatings would result, which are undesirable.
Erfindungsgemäß wird das Metalloxid in einem Basecoat eingesetzt, also in einer Beschichtungszusammensetzung, die ein Bindemittel und Metallpartikel enthält, die zum aktiven Korrosionsschutz beitragen. Die Metallpartikel können bevorzugt Zink, Aluminium, Magnesium, Mangan, Nickel, deren Mischungen und Legierungen sein. Vorteilhaft weisen die Metallpartikel die Form von Lamellen auf; es ist aber auch möglich, Metallpulver einzusetzen. Die kathodisch wirksamen Metallpartikel werden meist in einer Größe von 500 nm bis 50 μm eingesetzt, häufig in einer Größe von bis zu 30 μm, jeweils gemessen für 50 % der eingesetzten Partikel. Die antikorrosive Wirkung entsteht durch den Verbund der Metallpartikel untereinander in der Beschichtung und durch die bevorzugte Reaktion zwischen den Metallpartikeln und der korrosiven Umgebung. Durch die Reaktion zwischen dem Sauerstoff der korrosiven Umgebung und den kathodisch aktiven Metallpartikeln, die als Opferanode wirken, wird das metallische Substrat, das mit der antikorrosiven Beschichtungszusammensetzung beschichtet ist, vor Korrosion geschützt. According to the invention, the metal oxide is used in a basecoat, ie in a coating composition which contains a binder and metal particles which contribute to active corrosion protection. The metal particles may preferably be zinc, aluminum, magnesium, manganese, nickel, their mixtures and alloys. Advantageously, the metal particles in the form of lamellae; but it is also possible to use metal powder. The cathodically active metal particles are usually used in a size of 500 nm to 50 microns, often in a size of up to 30 microns, each measured for 50% of the particles used. The anti-corrosive effect is created by the interconnection of metal particles in the coating and by the preferred reaction between the metal particles and the corrosive environment. By the reaction between the oxygen of the corrosive environment and the cathodically active metal particles acting as a sacrificial anode, the metallic substrate coated with the anti-corrosive coating composition is protected from corrosion.
Die Metallpartikel werden erfindungsgemäß bevorzugt ohne farbgebende Oberflächenbehandlung und ohne farbgebende Beschichtung eingesetzt. Sie weisen den jeweils metalltypischen Glanz auf. Die Metallpartikel können einen Anteil von 10 Gewichts-% bis zu 70 Gewichts-% an der fertigen Beschichtungszusammensetzung aufweisen. Die Untergrenze bestimmt sich durch das Unterschreiten der notwendigen antikorrosiven Wirkung, die Obergrenze ergibt sich aus Kostenüberlegungen und der Eignung des Bindemittels, hohe Mengen an Metallpartikel wirksam und vollständig zu einem Beschichtungsfilm auf dem metallischen Substrat zu binden. Bevorzugt weist der Basecoat mindestens 40 Gewichts-% Metallpartikel in der fertigen Beschichtungszusammensetzung auf. The metal particles are preferably used according to the invention without a coloring surface treatment and without a coloring coating. They have the respective metallic-typical gloss. The metal particles may have a proportion of from 10% to 70% by weight of the finished coating composition. The lower limit is determined by the fall below the necessary anti-corrosive effect, the upper limit results from cost considerations and the suitability of the binder to effectively and completely bind high amounts of metal particles to a coating film on the metallic substrate. Preferably, the basecoat has at least 40% by weight of metal particles in the final coating composition.
Als Bindemittel werden bevorzugt anorganische Bindemittel eingesetzt. Bevorzugte Bindemittel sind Silane, Silanole, Silikate, Siloxane sowie titan- und/oder zirkoniumbasierte Bindemittel, typisch eingesetzt als Titanate oder Zirkonate oder Mischungen dieser Bindemittel. Als Silane werden bevorzugt Epoxy- und Aminosilane, einzeln oder in Mischung, eingesetzt. Tri- und Dialkoxymonosilane, aber auch Tetraalkoxymonosilane erweisen sich als gut geeignete Bindemittel bzw. Bindemittel-Komponenten, insbesondere solche, die Methanol oder Ethanol abspalten. Unter Verwendung dieser Bindemittel können Beschichtungszusammensetzungen, die kathodisch wirksame Metallpartikel enthalten, mit guten antikorrosiven Eigenschaften hergestellt werden. Vorteilhaft können auch organische Bindemittel wie Acrylate, Methacrylate, Polyurethane, stickstoffbasierte Bindemittel wie Harnstoff-Formaldehydharz oder Melamin, epoxidbasierte Bindemittel wie z. B. Polyepoxide, Polyether, Polyester oder deren Mischungen als Co-Bindemittel zusammen mit den vorgenannten anorganischen Bindemitteln eingesetzt werden. Organische Bindemittel können auch als alleiniges Bindemittel eingesetzt werden. The binders used are preferably inorganic binders. Preferred binders are silanes, silanols, silicates, siloxanes and titanium- and / or zirconium-based binders, typically used as titanates or zirconates or mixtures of these binders. The silanes used are preferably epoxy and aminosilanes, individually or in a mixture. Tri- and Dialkoxymonosilane, but also tetraalkoxymonosilanes turn out to be very suitable binders or binder components, especially those which split off methanol or ethanol. By using these binders, coating compositions containing cathodically active metal particles can be produced with good anti-corrosive properties. Advantageously, organic binders such as acrylates, methacrylates, polyurethanes, nitrogen-based binders such as urea-formaldehyde resin or melamine, epoxy-based binders such. As polyepoxides, polyethers, polyesters or mixtures thereof are used as co-binder together with the aforementioned inorganic binders. Organic binders can also be used as the sole binder.
Die erfindungsgemäße Beschichtungszusammensetzung wird in flüssiger Form aufgetragen; sie enthält also ein wässriges oder nicht-wässriges Lösungssystem. Bevorzugt wird ein wässriges System eingesetzt. Geeignet sind aber auch alle anderen bekannten Lösungsmittel wie z. B. Alkohole, Ether, Glykolether, Ketone, aromatische oder aliphatische Verbindungen aber auch Monomere von Bindemitteln wie z. B. Silane. Es können auch Gemische verschiedener Flüssigkeiten verwendet werden, wobei bevorzugt wird, einen möglichst hohen Anteil Wasser zu verwenden, um Emissionsprobleme durch organische Lösungsmittel zu vermeiden. The coating composition according to the invention is applied in liquid form; it therefore contains an aqueous or nonaqueous solution system. Preferably, an aqueous system is used. But are also all other known solvents such. As alcohols, ethers, glycol ethers, ketones, aromatic or aliphatic compounds but also monomers of binders such. B. silanes. It is also possible to use mixtures of different liquids, it being preferred to use as high a proportion of water as possible in order to avoid emission problems caused by organic solvents.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung können der Beschichtungszusammensetzung auch weitere färbende Pigmente wie z. B. Ruß oder dunkle organische Pigmente oder Farbstoffe zugesetzt sein. Da diese färbenden Pigmente jedoch den Korrosionsschutz beeinträchtigen, werden sie nur in begrenzter Menge zugesetzt. Sie werden in einer Menge von bis zu 5 Gewichts-% bezogen auf die Beschichtungszusammensetzung eingesetzt. According to an advantageous embodiment of the invention, the coating composition also other coloring pigments such. As carbon black or dark organic pigments or dyes may be added. However, since these coloring pigments impair the corrosion protection, they are added only in a limited amount. They are used in an amount of up to 5% by weight based on the coating composition.
Das erfindungsgemäße Korrosionsschutz-Beschichtungsmittel kann, einzeln und in Mischung, weitere Additive enthalten, z. B. zur Einstellung des Benetzungsverhaltens oder der Rheologie, zum Entschäumen, als Dispergierhilfe oder zum Einstellen vorgegebener Reibzahlen bzw. Reibzahl-Bereiche. Insbesondere zum Einstellen der Reibzahl werden dem Basecoat Schmiermittel wie z. B. Molybdändisulfid, Polytetrafluorethylen, Wachse, Polyethylen oder Polypropylen zugesetzt. Der Einsatz von Schmiermitteln ist optional. Schmiermittel werden mit bis zu 20 Gewichts-% bezogen auf die Beschichtungszusammensetzung eingesetzt, bevorzugt mit bis zu 10 Gewichts-%, vorteilhaft mit bis zu 5 Gewichts-%. The anticorrosive coating composition according to the invention may, individually and in admixture, contain further additives, for. B. for adjusting the wetting behavior or the rheology, for defoaming, as a dispersing aid or for setting predetermined coefficients of friction or friction ranges. In particular, for adjusting the friction coefficient of the basecoat lubricant such. As molybdenum disulfide, polytetrafluoroethylene, waxes, polyethylene or polypropylene added. The use of lubricants is optional. Lubricants are used at up to 20% by weight, based on the coating composition, preferably up to 10% by weight, advantageously up to 5% by weight.
Das erfindungsgemäße Korrosionsschutzmittel kann in einer Schicht oder in mehreren Schichten aufgetragen werden. The corrosion inhibitor according to the invention can be applied in one layer or in several layers.
Die Erfindung betrifft weiter ein beschichtetes Werkstück. Das Werkstück ist bevorzugt aus Metall. Die erfindungsgemäße Beschichtung verleiht dem Werkstück eine dunkle Oberfläche. Die Beschichtung ist zusammengesetzt aus Metallpartikeln, die aktiv zum Korrosionsschutz beitragen, aus einem Bindemittel und einem Metalloxid aufweisend gleiche oder unterschiedliche Metalle in zwei unterschiedlichen Oxidationsstufen. Bevorzugt werden – wie vorstehend erläutert – Spinelle eingesetzt. Näheres zur Zusammensetzung der Beschichtung ist vorstehend im Zusammenhang mit der Erläuterung des Korrosionsschutz-Beschichtungsmittels beschrieben. Die erfindungsgemäße Beschichtung auf dem Werkstück kann einschichtig oder mehrschichtig aufgetragen sein.The invention further relates to a coated workpiece. The workpiece is preferably made of metal. The coating according to the invention gives the workpiece a dark surface. The coating is composed of metal particles that actively contribute to corrosion protection, a binder and a metal oxide having the same or different metals in two different oxidation states. As explained above, spinels are preferably used. Details of the composition of the coating are described above in connection with the explanation of the anticorrosive coating agent. The coating according to the invention on the workpiece can be applied in a single-layered or multi-layered manner.
Nach einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist das beschichtete Werkstück mit einer weiteren Beschichtung überzogen. Diese weitere Beschichtung (im Folgenden auch als Topcoat bezeichnet) kann eine einfache Versiegelung sein, die im Wesentlichen aus einem Bindemittel wie z. B. Silikat, Silan, Silanol oder Siloxan besteht und die zu einem verbesserten Korrosionsschutz beiträgt. Als besonders geeignet haben sich silikatische Beschichtungen erwiesen, beispielsweise mit Natrium-, Kalium-, Lithium- oder Ammoniumsilikat. Besonders bevorzugt wird jedoch das Aufbringen einer weiteren Beschichtung auf das Werkstück, das erfindungsgemäß mit einem dunklen Basecoat überzogen ist, wobei diese weitere Beschichtung eine Kombination von Bindemitteln aufweist, wobei z.B. ein Silikat und vorteilhaft auch ein Silan eingesetzt werden können. According to a preferred embodiment of the invention, the coated workpiece is coated with a further coating. This further coating (hereinafter also referred to as Topcoat) may be a simple seal, which consists essentially of a binder such. As silicate, silane, silanol or siloxane and contributes to improved corrosion protection. Particularly suitable silicate coatings have been found, for example, with sodium, potassium, lithium or ammonium silicate. However, it is particularly preferred to apply a further coating to the workpiece coated with a dark basecoat according to the invention, this further coating comprising a combination of binders, e.g. a silicate and advantageously also a silane can be used.
Gegebenenfalls können als Bindemittel des Topcoats auch folgende organische oder anorganische Bindemittel eingesetzt werden: Titanate, Zirkonate, Silanole, Siloxane, Acrylat- oder Methacrylatverbindungen, Polyurethane, Polyester, aber auch expoxybasierte oder stickstoffbasierte Kunstharze. Alle Bindemittel können jeweils einzeln oder in Mischung eingesetzt werden, die vorstehend auch für die Verwendung in der erfindungsgemäßen, korrosionsschützenden Beschichtung als geeignet beschrieben wurden. Besonders bevorzugt wird für den Topcoat eine Mischung überwiegend organischer Bindemittel mit einer Beimischung anorganischer Bindemittel, bevorzugt Silikat und/oder Silan. If appropriate, the following organic or inorganic binders can also be used as binders of the topcoate: titanates, zirconates, silanols, siloxanes, acrylate or methacrylate compounds, polyurethanes, polyesters, but also epoxy-based or nitrogen-based synthetic resins. All binders can each be used individually or in mixture, which have also been described above as suitable for use in the anticorrosive coating according to the invention. Especially For the topcoat, preference is given to a mixture of predominantly organic binders with an admixture of inorganic binders, preferably silicate and / or silane.
Bei der Überprüfung der Eigenschaften einer Beschichtung aus einem Basecoat und dem hier beschriebenen Topcoat auf einem metallischen Werkstück hat sich herausgestellt, dass das Warmlöse-Verhalten des Werkstücks deutlich verbessert ist. Das Warmlösen eines Werkstücks beschreibt gemäß
Bezogen auf die Gesamt-Zusammensetzung des Topcoats werden die anorganischen und organischen Komponenten des Bindemittels insgesamt in einer Menge von bis zu 30 Gewichts-% bezogen auf die Gesamt-Zusammensetzung der weiteren Beschichtung (des Topcoats) eingesetzt. Bevorzugt werden von diesem Bindemittel bzw. dieser Mischung von Bindemitteln bis zu 25 Gewichts-% in der Gesamt-Zusammensetzung des Topcoats eingesetzt, besonders bevorzugt bis zu 20 Gewichts-%. Der Mindest-Einsatz an Bindemittel beträgt 5 Gewichts-%. Soweit dieser Beschreibung die Angabe Gewichts-% verwendet wird, bezieht sich diese Angabe auf die Gesamt-Zusammensetzung des Topcoats, soweit nichts anderes angegeben wird.Based on the total composition of the topcoate, the inorganic and organic components of the binder are used in total in an amount of up to 30% by weight, based on the total composition of the further coating (the topcoate). Preferably, from this binder or this mixture of binders up to 25% by weight are used in the overall composition of the topcoate, more preferably up to 20% by weight. The minimum use of binder is 5% by weight. Insofar as this description uses the term% by weight, this information refers to the total composition of the topcoate, unless stated otherwise.
Die weitere Beschichtung kann aber auch zusätzlich Additive enthalten, mit denen z. B. die Reibzahl der Beschichtung eingestellt wird oder die färbend wirken. Farbstoffe oder färbende Pigmente als Additive unterstützen die Ausbildung einer dunklen Oberfläche auf dem Werkstück.The further coating may also contain additional additives with which z. B. the coefficient of friction of the coating is adjusted or the coloring act. Dyes or coloring pigments as additives assist the formation of a dark surface on the workpiece.
Bevorzugt weist der Topcoat, der auf die erfindungsgemäße Beschichtung aufgebracht wird, neben dem vorstehend beschriebenen Bindemittel Additive auf, die eine dunkle Färbung der Beschichtung auf dem Werkstück gewährleisten. Bevorzugt wird Ruß eingesetzt, aber auch Graphit oder Fullerene können eingesetzt werden. Weiter ist auch der Einsatz von üblichen Pigmenten oder Farbstoffen möglich, bevorzugt der Einsatz von Metallpigmenten wie zum Beispiel Aluminiumpigmenten oder von Metalloxiden wie z. B. Spinellen, die dem Topcoat und der daraus hergestellten Beschichtung eine dunkle Farbe verleihen. Additive, die eine dunkle Färbung der Beschichtung auf dem Werkstück gewährleisten, werden in dem hier beschriebenen Topcoat in einer Menge von bis zu 10 Gewichts-%, bevorzugt in einer Menge von bis zu fünf Gewichts-% eingesetzt.Preferably, the topcoat, which is applied to the coating according to the invention, in addition to the binder described above, additives that ensure a dark coloration of the coating on the workpiece. Preferably, carbon black is used, but also graphite or fullerenes can be used. Next, the use of conventional pigments or dyes is possible, preferably the use of metal pigments such as aluminum pigments or metal oxides such. As spinels, which give the topcoat and the coating produced therefrom a dark color. Additives which ensure a dark coloration of the coating on the workpiece are used in the topcoat described herein in an amount of up to 10% by weight, preferably in an amount of up to 5% by weight.
Der Topcoat, mit dem das erfindungsgemäß beschichtete Werkstück überzogen wird, kann vorteilhaft Additive zur Einstellung der Reibzahl aufweisen. Besonders bevorzugt sind hier natürliches oder synthetisches Wachs, Fett oder Öl, einzeln oder in Mischung. Typisch werden hier beispielsweise Polyethylenverbindungen eingesetzt, aber auch Verbindungen wie Polypropylen, Graphit, Polytetrafluorethylen (PTFE) oder Molybdändisulfid werden eingesetzt. Additive zur Einstellung der Reibzahl werden in dem hier beschriebenen Topcoat in einer Menge von bis zu 10 Gewichts-%, bevorzugt in einer Menge von bis zu 5 Gewichts-% eingesetzt.The topcoat with which the workpiece coated according to the invention is coated can advantageously have additives for adjusting the coefficient of friction. Particularly preferred here are natural or synthetic wax, fat or oil, individually or in admixture. For example, polyethylene compounds are typically used here, but also compounds such as polypropylene, graphite, polytetrafluoroethylene (PTFE) or molybdenum disulfide are used. Additives for adjusting the coefficient of friction are used in the topcoat described here in an amount of up to 10% by weight, preferably in an amount of up to 5% by weight.
Das Warmlöse-Verhalten wird weiter verbessert, wenn einem Topcoat mit der vorgeschriebenen Bindemittelzusammensetzung Füllstoffe zugesetzt werden. Als Füllstoffe können anorganische und organische Pulver eingesetzt werden, z. B. Talkum und Kreide als anorganische Pulver. Bevorzugt wird der Einsatz von pulverförmigen Polymeren wie z. B. Polyethylen-, Polypropylen- und Polyharnstoffpulver, aber auch Partikel aus Polyamid, Polyacrylat, Polymethacrylat, Polymethylmethacrylat oder anderen Kunststoff-Verbindungen, einzeln oder in Mischung. Die Größe der Füllstoffe wird in Anpassung an die vorgesehene Schichtstärke der antikorrosiven Beschichtung ausgewählt. Füllstoffe werden im Topcoat in einer Menge von bis zu 20 Gewichts-%, bevorzugt in einer Menge von bis zu 15 Gewichts-%, vorteilhaft in einer Menge von bis zu 10 Gewichts-%, besonders bevorzugt in einer Menge von bis zu 5 Gewichts-% eingesetzt.The heat release performance is further enhanced when fillers are added to a topcoat with the prescribed binder composition. As fillers inorganic and organic powders can be used, for. As talc and chalk as inorganic powder. Preference is given to the use of powdered polymers such. As polyethylene, polypropylene and polyurea powder, but also particles of polyamide, polyacrylate, polymethacrylate, polymethyl methacrylate or other plastic compounds, individually or in mixture. The size of the fillers is selected to match the intended layer thickness of the anti-corrosive coating. Fillers are present in the topcoat in an amount of up to 20% by weight, preferably in an amount of up to 15% by weight, advantageously in an amount of up to 10% by weight, particularly preferably in an amount of up to 5% by weight. % used.
Der hier beschriebene Topcoat wird bevorzugt als wässrige Lösung eingesetzt. Der Topcoat kann jedoch, falls der Anwendungsfall es erfordert, Anteile organischen Lösungsmittels enthalten, zum Beispiel Alkohole, Ketone, Ester, Ether, allgemein können aliphatische oder aromatische organische Verbindungen oder Monomere der verwendeten Bindemittel wie zum Beispiel Silan-, Melamin-, Acryl- oder Methacrylmonomere eingesetzt sein.The topcoat described here is preferably used as an aqueous solution. However, the topcoat, if required, may contain organic solvent portions, for example, alcohols, ketones, esters, ethers, generally aliphatic or aromatic organic compounds, or monomers of the binders used, such as silane, melamine, acrylic or Methacrylmonomere be used.
Der Festkörpergehalt des hier beschriebenen Topcoats kann in einem weiten Bereich eingestellt werden. Üblich sind Festkörper zwischen 20 % und 80 % bezogen auf die Gesamtzusammensetzung des Topcoats. Bevorzugt wird ein Festkörper zwischen 40 % und 60 % der Gesamtzusammensetzung des Topcoats eingestellt.The solids content of the topcoate described here can be adjusted within a wide range. Solids are usually between 20% and 80% based on the total composition of the topcoate. Preferably, a solids content of between 40% and 60% of the total composition of the topcoate is adjusted.
Das erfindungsgemäße Korrosionsschutz-Beschichtungsmittel (Basecoat) wird in einer Schichtstärke flüssig aufgetragen, die eine Trockenfilmstärke von bis zu 20 µm ergibt. Bevorzug wird das Beschichtungsmittel in einer Schichtstärke flüssig aufgetragen, dass der Basecoat eine Trockenfilmstärke von 5 µm bis 10 µm ergibt. Eine optional aufgetragene, weitere Beschichtungszusammensetzung, z. B. ein Topcoat, wird in der Weise flüssig aufgetragen, dass sich eine Trockenfilmstärke von bevorzugt bis zu 15 µm, vorteilhaft von 5 µm bis 10 µm ergibt.The anticorrosive coating agent (basecoat) according to the invention is applied in liquid form in a layer thickness which gives a dry film thickness of up to 20 μm. Preferred is the coating agent applied liquid in a layer thickness such that the basecoat gives a dry film thickness of 5 .mu.m to 10 .mu.m. An optional applied further coating composition, e.g. As a topcoat is applied in such a liquid that results in a dry film thickness of preferably up to 15 .mu.m, advantageously from 5 .mu.m to 10 .mu.m.
Details der Erfindung werden nachfolgend an Beispielen näher erläutert. Details of the invention are explained in more detail by way of examples.
Ausführungsbeispiel 1Embodiment 1
Es wurden verschiedene wässrige Korrosionsschutzmittel hergestellt, deren Bestandteile in der nachfolgenden Tabelle 1 aufgeführt sind. Bestandteile, die nicht ohne weiteres in wässrigen Beschichtungszusammensetzungen eingesetzt werden können (z. B. Ruß) werden bevorzugt in Form von Pasten verwendet, die einen Einsatz in wässrigen Beschichtungszusammensetzungen möglich machen. Various aqueous corrosion inhibitors have been prepared, whose constituents are listed in Table 1 below. Ingredients that can not readily be used in aqueous coating compositions (eg, carbon black) are preferably used in the form of pastes that enable their use in aqueous coating compositions.
Das Korrosionsschutzmittel, auch als Basecoat bezeichnet, weist ein Epoxy-Silan-Oligomer als Bindemittel sowie flache, langgestreckte Zinklamellen mit einer Länge von bis zu 30 μm als Metallpartikel auf. Die Zinklamellen werden in Form einer Paste eingesetzt, die als Pastenflüssigkeit Dipropylenglykol aufweist. Alternativ ist auch der Einsatz von Zinklegierungsflakes möglich. Der flüssige Anteil des Korrosionsschutzmittels setzt sich überwiegend aus demineralisiertem Wasser, ergänzend aber auch aus Dipropylenglykol und Isotridecanol (ethoxyliert) zusammen. Ein Netzadditiv (Natriumdioctylsulfosuccinat) und ein Entschäumer (Polyethersiloxan-Copolymer) sowie ein Verdicker (Xanthan Gum) wurden ebenfalls zur Herstellung des Korrosionsschutzmittels verwendet. Das Korrosionsschutzmittel wird durch Mischen der einzelnen Bestandteile hergestellt. The corrosion inhibitor, also referred to as basecoat, has an epoxy silane oligomer as a binder and flat, elongated zinc flakes with a length of up to 30 microns as metal particles. The zinc flakes are used in the form of a paste which has dipropylene glycol as the paste liquid. Alternatively, the use of zinc alloy flakes is possible. The liquid portion of the anticorrosion agent is composed mainly of demineralized water, but in addition also of dipropylene glycol and isotridecanol (ethoxylated) together. A wetting additive (sodium dioctylsulfosuccinate) and a defoamer (polyethersiloxane copolymer) as well as a thickener (xanthan gum) were also used to prepare the anticorrosion agent. The corrosion inhibitor is prepared by mixing the individual components.
Mit diesem in Tabelle 1 als „Vergleich“ aufgeführten Basecoat, der mit den vorstehend genannten Bestandteilen bereits für sich genommen zur Beschichtung von metallischen Werkstücken geeignet ist, kann zwar eine silbrig glänzende, nicht aber eine dunkle Beschichtung hergestellt werden. Um die Eignung verschiedener dunkel färbender Zusätze zur Beschichtung von metallischen Werkstücken zu testen, werden Stahlschrauben mit den nachfolgend erläuterten Korrosionsschutzmitteln versehen. Die Beschichtung wird im Tauch-Schleuder-Verfahren aufgetragen, anschließend wird die Beschichtung bei 80 °C für 10 Minuten getrocknet und anschließend für 30 Minuten bei 300 °C ausgehärtet. Die beschichteten Stahlschrauben werden einer Farbraum-Analyse mit einem Minolta Spectrophotometer CM-3600d unterzogen und werden anschließend einem Salzsprühtest nach
Tabelle 1 zeigt in der Spalte „Vergleich“ einen Basecoat ohne Zusätze, die eine dunkle Beschichtung erzeugen. Zur Herstellung einer dunklen Beschichtung wird dem Basecoat in einem Vergleichsversuch (in Tabelle 1: „Ruß“) 5 Gewichts-% Ruß zugesetzt. Im Versuch „Spinell“ wird Kupfer-Chromit-Spinell als Metalloxid eingesetzt. Alternativ können hier auch die weiteren, vorstehend genannten Spinelle eingesetzt werden. Es werden 7 Gewichts-% Metalloxid in dem erfindungsgemäßen Korrosionsschutzmittel eingesetzt. Besonders augenfällig ist die unterschiedliche Korrosionsbeständigkeit, die sich als Ergebnis des Salzsprühtests zeigt. Bei Zusatz von Ruß wird die Beständigkeit gegen Rotrost auf weniger als 50 % der Stundenzahl reduziert gegenüber einem ansonsten identischen Korrosionsschutzmittel, das zum Erzeugen einer dunklen Oberfläche eine größere Menge an Spinell enthält. Zwar ist die Beständigkeit gegen Rotrost auch unter Zusatz von Spinell gegenüber der nicht eingefärbten, metallisch glänzenden silbrigen Beschichtung verringert, gegenüber der vergleichbaren dunklen Beschichtung, die unter Einsatz von Ruß erzeugt wurde, jedoch um mehr als 100 % verbessert.Table 1 shows in the column "Comparison" a basecoat without additives which produce a dark coating. To produce a dark coating, 5 weight percent carbon black is added to the base coat in a comparative experiment (in Table 1: "carbon black"). In the spinel experiment, copper-chromite spinel is used as the metal oxide. Alternatively, the other spinels mentioned above can also be used here. 7% by weight of metal oxide are used in the corrosion inhibitor according to the invention. Particularly striking is the difference in corrosion resistance exhibited as a result of the salt spray test. With the addition of carbon black, the resistance to red rust is reduced to less than 50% of the hour compared to an otherwise identical corrosion inhibitor, which contains a larger amount of spinel to produce a dark surface. Although the resistance to red rust is reduced even with the addition of spinel compared to the non-colored, shiny metallic silvery coating, compared to the comparable dark coating, which was produced using carbon black, but improved by more than 100%.
Dieselben Versuche zeigen für die Prüfung zur Entwicklung von Weißrost, dass auch hier die erfindungsgemäße Beschichtung gegenüber der Beschichtung mit Ruß ein deutlich verbessertes Ergebnis zeigt. The same experiments show for the test for the development of white rust that here too the coating according to the invention shows a significantly improved result compared to the coating with carbon black.
Ausführungsbeispiel 2Embodiment 2
Während Ausführungsbeispiel 1 einen wässrigen Basecoat zeigt, erläutert Ausführungsbeispiel 2 einen lösungsmittelbasierten Basecoat. Das Bindemittel des Basecoats ist wie folgt zusammengesetzt:
Jeweils 100 g des vorstehend beschriebenen, lösungsmittelbasierten Bindemittels werden in den Versuchen 1,2 gemäß Tabelle 2 mit 40 g Zinkflake (90 %-ig in Alkohol, Durchmesser 4 µm) versetzt und durch Rühren wird ein homogener Basecoat hergestellt. Ohne weiteren Zusatz von Spinell wird die Helligkeit dieses Basecoats als Referenzversuch gemessen. Zur Herstellung eines dunklen Basecoats werden gemäß Versuch 2 10 g Kupfer-Chromit-Spinell auf 100 g Bindemittel zu dem vorstehend beschriebenen Basecoat hinzugegeben, der 40 g Zinkflake enthält. While Embodiment 1 shows an aqueous basecoat, Embodiment 2 illustrates a solvent-based basecoat. The binder of the basecoat is composed as follows:
In each case 100 g of the solvent-based binder described above are mixed in the experiments 1,2 according to Table 2 with 40 g of zinc flake (90% strength in alcohol, diameter 4 microns) and by stirring, a homogeneous basecoat is prepared. Without further addition of spinel, the brightness of this basecoat is measured as a reference experiment. To prepare a dark basecoat, as described in Experiment 2, 10 g of copper-chromium spinel on 100 g of binder are added to the above-described basecoat containing 40 g of zinc flake.
Alternativ werden 100 g des vorstehend beschriebenen, Lösungsmittel enthaltenden Bindemittels in den Versuchen 3, 4 gemäß Tabelle 2 mit 50 g Metallpartikeln, die aus einer Zink-Mangan-Legierung bestehen, zu einem Basecoat verrührt. Für diesen Basecoat wird die Helligkeit einmal ohne Zusatz von Spinell gemessen und einmal mit Zusatz von 5 g Mangan-Eisen-Spinell zu dem Basecoat, der Zink-Mangan-Metallpartikel enthält. Als Vergleichsversuch werden gemäß Versuch 5 in Tabelle 2 zu einem Zinkflakes enthaltenden Basecoat 5 g Ruß zugegeben, so dass ein dunkler Basecoat entsteht. Tabelle 2 Bindemittelzusammensetzung enthaltend Lösungsmittel
Der Test auf Weisskorrosion zeigt, dass ein dunkler Basecoat, der mit Ruß eingefärbt ist (Tabelle 2, Versuch 5) schlechte Beständigkeit gegen Weißrost aufweist, während die nicht eingefärbten Basecoats (Tabelle 2, Versuche 1,3) die größte Beständigkeit gegen Weissrost zeigen. Die mit Spinell eingefärbten Basecoats zeigen eine im Vergleich zu mit Ruß eingefärbten Basecoats deutlich verbesserte Korrosionsbeständigkeit. Die Ergebnisse der Versuche 2 und 4 aus Tabelle 2 sind als „gut“ (+) zu bezeichnen.The white corrosion test shows that a dark basecoat dyed with carbon black (Table 2, Run 5) has poor resistance to white rust, while the undyed basecoats (Table 2, Runs 1.3) show the greatest resistance to white rust. The spinel-dyed basecoats exhibit significantly improved corrosion resistance compared to carbon black-dyed basecoats. The results of experiments 2 and 4 from Table 2 are to be designated as "good" (+).
Der Salzsprühtest, der Aufschluss über die Rotrostbeständigkeit gibt, zeigt ein ähnliches Bild. Während die nicht eingefärbten Basecoats (Versuche 1 und 3 aus Tabelle 2) ausgezeichnete Werte von 2000 Stunden Beständigkeit aufweisen, bricht die Rotrostbeständigkeit bei Zusatz von Ruß dramatisch ein (Tabelle 2, Versuch 5, 450 Stunden). Demgegenüber deutlich verbessert zeigen sich die Basecoats, die durch Zugabe von Spinell-Verbindungen dunkel eingefärbt wurden. Bei Zusatz von Mangan-Eisen-Spinell wird eine Rotrostbeständigkeit von 1000 Stunden erreicht, bei Zusatz von Kupfer-Chromit-Spinell wird eine Rotrostbeständigkeit von 1500 Stunden erreicht (Tabelle 2, Versuche 2, 4). The salt spray test, which gives information about the resistance to red rust, shows a similar picture. While the unlabelled basecoats (Runs 1 and 3 of Table 2) have excellent 2000 hour durability, red rust resistance dramatically breaks down upon addition of carbon black (Table 2, run 5, 450 hours). On the other hand, the basecoats, which were darkened by the addition of spinel compounds, are clearly improved. With the addition of manganese iron spinel, a red rust resistance of 1000 hours is achieved, with the addition of copper chromite spinel a red rust resistance of 1500 hours is achieved (Table 2, Experiments 2, 4).
Die Auswertung der Helligkeitswerte für die Versuche, die in den Ausführungsbeispielen 1 und 2 durchgeführt wurden, zeigt Tabelle 3. Tabelle 3 Farbraumwerte für beschichtete Schrauben
Tabelle 3 zeigt das Ergebnis der Farbraum-Analyse, jeweils für die in Tabelle 1 durchgeführten Versuche. Die in Tabelle 3 gezeigten Ergebnisse wurden erhalten durch Messung von der Lumiszenz „L“ mit einem Minolta Spectrophotometer CM – 3600 d. Es zeigt sich, dass der Zusatz von Spinell zu einer dunklen, vom Betrachter als Schwarz empfundenen Beschichtung führt. Table 3 shows the result of the color space analysis, in each case for the experiments carried out in Table 1. The results shown in Table 3 were obtained by measuring the luminescence "L" with a Minolta Spectrophotometer CM - 3600 d. It turns out that the addition of spinel leads to a dark, perceived by the viewer as black coating.
Ausführungsbeispiel 3Embodiment 3
Auf die mit einem spinellhaltigen, wasserbasierten Basecoat gemäß Ausführungsbeispiel 1 beschichteten Werkstücke wird als weitere Beschichtung ein Topcoat aufgetragen, der die in Tabelle 4 gezeigte Zusammensetzung aufweist.On top of the workpieces coated with a spinel-containing, water-based basecoat according to Example 1, a topcoat having the composition shown in Table 4 is applied as a further coating.
Der in Tabelle 4 erläuterte Topcoat hat ein Bindemittel, dass ein Polyacrylat, ein Silan, ein Silikat (hier: Lithiumpolysilikat) und Harnstoff-Formaldehyd aufweist. Es zeigt sich, dass die Anteile der verschiedenen Bestandteile des Bindemittels in weiten Bereichen frei gewählt werden können. Die anorganischen Bestandteile des Bindemittels können auch getauscht werden, z. B. können Silikate und Siloxane eingesetzt werden. Gleiches gilt für die organischen Bindemittel, hier können z. B. epoxybasierte Bindemittel, Polyurethane, Polyamide, Acrylate, Methacrylate, vernetzenden und nicht vernetzende Polymere oder Monomere oder harnstoffbasierte Kunstharze wie z. B. Melamin, aber auch Alkyl-funktionalisierte Silane eingesetzt werden, wobei ebenfalls gute Ergebnisse mit Blick auf die dunkle Färbung und den Korrosionsschutz oder das Warmlöseverhalten erreicht werden. Tabelle 4 Zusammensetzung Schwarzer Topcoat
Beide Topcoats Nr. 1 und Nr. 2 weisen 2 Gewichts-% Russ auf, so dass der Topcoat eine schwarze Färbung aufweist. Der Topcoat weist in beiden Ausführungen, Nr. 1 und Nr. 2, weiterhin ein Gleitmittel, hier: Polyethylen, zur Einstellung eines definierten Reibzahl-Bereichs auf. Die Reibzahl, die bei Raumtemperatur gemessen wird, beträgt zwischen 0,10 und 0,12. Die Reibzahl bei Raumtemperatur einzustellen, ist weitgehend bekannt. Weitaus anspruchsvoller ist es, die Reibzahl auch für ein auf 150 °C erwärmtes Werkstück in einem vorgegebenen Bereich beizubehalten, da sich Beschichtungen, die zur Reibzahl-Einstellung verwendet werden, bei Erwärmung in ihren Gleit- bzw. Schmiereigenschaften oft stark ändern.Both Topcoats # 1 and # 2 have 2% by weight soot, so the topcoat has a black color. In both versions, No. 1 and No. 2, the topcoat also has a lubricant, here: polyethylene, for setting a defined friction coefficient range. The coefficient of friction measured at room temperature is between 0.10 and 0.12. Adjusting the friction coefficient at room temperature is widely known. It is far more demanding to maintain the coefficient of friction even for a workpiece heated to 150 ° C. within a given range, since coatings used for setting the friction coefficient often change markedly when heated in their sliding or lubricating properties.
Der Topcoat weist weiterhin 10 Gewichts-% pulverförmiges Polypropylen als Füllstoff auf. Das Zusetzen des Gleitmittels und des Füllstoffes bewirken jeweils für sich genommen eine Verbesserung des Warmlösens, also ein Stabilisieren der Reibzahl. Es zeigt sich jedoch auch ein Synergieeffekt beim Zusetzen beider Additive, Gleitmittel und des Füllstoffes, der die Warmlöse-Eigenschaft des mit dem erfindungsgemäßen Basecoat und Topcoat beschichteten Werkstücks noch einmal weiter verbessert. Die Reibzahl kann auch nach der Wärmebehandlung bei 0,07 bis 0,09 gehalten werden.The topcoat also has 10% by weight of powdered polypropylene as a filler. The addition of the lubricant and the filler in each case bring about an improvement in the warming, so stabilizing the coefficient of friction. However, there is also a synergistic effect when adding both additives, lubricants and the filler, which further improves the heat-release property of the workpiece coated with the basecoat and topcoat according to the invention. The friction coefficient can be maintained at 0.07 to 0.09 even after the heat treatment.
Tabellen 5 und 6 zeigen Alternativen für die Zusammensetzung eines ungefärbten und schwarzen Topcoats. Diese Topcoats wurden jeweils auf den vorbeschriebenen Basecoat aufgebracht. Untersucht wurde die Eignung der verschiedenen Topcoats mit Blick auf das Warmlöse-Verhalten. Tabelle 5 zeigt mit Versuch 1 einen Vergleichsversuch eines nicht eingefärbten Topcoats, der neben dem Bindemittel nur Schmiermittel (Polytetrafluorethylen, Polyethylen) und ein Verlaufsmittel, hier ein Polyethersiloxan-Copolymer, aufweist. Die Warmlöse-Eigenschaften dieses Topcoats sind ungenügend, die vorgegebenen Fenster der Reibzahl-Einstellung können nicht eingehalten werden.Tables 5 and 6 show alternatives for the composition of an undyed and black topcoate. These topcoats were each applied to the above-described basecoat. The suitability of the various topcoats with regard to the warm-up behavior was examined. Table 5 shows in Experiment 1 a comparative experiment of a non-colored Topcoats, in addition to the binder only lubricant (polytetrafluoroethylene, polyethylene) and a leveling agent, here a polyether siloxane copolymer has. The heat dissipation properties of this Topcoats are insufficient, the specified window of the friction coefficient setting can not be met.
Mit den Versuchen 2 bis 6 aus Tabelle 5 werden jeweils unter Zusatz von Ruß dunkel gefärbte Topcoats hergestellt. Das Bindemittel weist neben einer organischen Komponente (Styrolacrylat, Polyurethanpolyol) auch anorganische Komponenten auf, jeweils ein oligomeres Siloxan und ein Silikat. In den Versuchen 8–13 der Tabelle 6 wird jeweils auch ein stickstoffbasiertes Kunstharz eingesetzt. With experiments 2 to 6 from Table 5 dark colored topcoats are prepared in each case with the addition of carbon black. In addition to an organic component (styrene acrylate, polyurethane polyol), the binder also contains inorganic components, in each case an oligomeric siloxane and a silicate. In experiments 8-13 of Table 6, a nitrogen-based synthetic resin is used in each case.
Als Additive werden neben üblichen und bekannten Verdickern, hier ein Schichtsilikat in Lösung, Entschäumern, hier ein kolloidales Siliciumdioxid, das auch als Korrosionsschutzpigment wirkt, und einem Verlaufsmittel, hier ein Polyethersiloxan-Copolymer sowie einem Korrosionsinhibitor, hier Aminophosphonsäuresalz auch Füllstoffe und Schmiermittel eingesetzt. Als Füllstoffe werden Polyethylen, Polypropylen und Polyharnstoff, einzeln oder in Mischung, mikronisiert und pulverförmig eingesetzt; zusätzlich wird Talkum eingesetzt. Die Teilchengröße orientiert sich dabei an den Anforderungen der Schichtdicke, mit der der Topcoat aufgetragen werden soll. Als Schmiermittel werden ein Polyethersiloxan-Copolymer und Polytetrafluorethylen sowie Polyethylen eingesetzt. Die Schmiermittel können sowohl als Feststoff als auch in flüssiger Form eingesetzt werden. Tabelle 5 Alternative Zusammensetzung ungefärbter und schwarzer Topcoats
Die Topcoats, die nach den Rezepturen der Versuche 1–13 in Tabellen 5 und 6 hergestellt wurden, wurden hinsichtlich des Warmlöse-Verhaltens untersucht. Der Topcoat gemäß Versuch 1 zeigt ein ungenügendes Warmlöse-Verhalten, die Reibzahl-Fenster konnten nach Erwärmen der Schraubverbindung nicht gehalten werden. Die Topcoats gemäß der Versuche 2 und 3 zeigten ein gutes Warmlöse-Verhalten; das vorgegebene Reibzahl-Fenster konnte auch nach Erwärmen gut eingehalten werden. Die Topcoats gemäß der Versuche 8 und 13 zeigten ein ausgezeichnetes Warmlöse-Verhalten, mit Ergebnisse, die besser waren als die Resultate der Versuche 2 und 3. Die weiter in den Tabellen 4, 5 aufgeführten Rezepturen führten zu Topcoats, die ein durchschnittliches Warmlöse-Verhalten zeigten, das ausreichend ist und dass den Ergebnissen des Versuchs 1 überlegen ist. Tabelle 6 Alternative Zusammensetzung ungefärbter und schwarzer Topcoats
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