DE102015111440A1

DE102015111440A1 - Verfahren zur Behandlung einer anodisch oxidierten Oberfläche aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung

Info

Publication number: DE102015111440A1
Application number: DE102015111440.2A
Authority: DE
Inventors: Sören Bergmann; Maik Blum; Stephan Röhner; Gerd Reuner
Original assignee: Dura Automotive Body and Glass Systems GmbH
Current assignee: Plasman Europe AB
Priority date: 2015-07-15
Filing date: 2015-07-15
Publication date: 2017-01-19
Anticipated expiration: 2035-07-16
Also published as: DE102015111440B4

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Behandlung einer Oberfläche aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung beansprucht, in welchem eine Oberfläche aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung anodisch oxidiert sein kann, in welchem auf die Oberfläche ein Gemisch aus kolloidalem SiO2 und einer organischen Silanverbindung mit der allgemeinen Formel Iin welcher R1 für C1-C6-Alkyl, C1-C6-Alkoxy, -O-CO-C1-C5-Alkyl, die gegebenenfalls substituiert sein können, steht, R2 für eine C1-C6-Alkyl-Gruppe, die gegebenenfalls mit einer C1-C6-Alkoxy-Gruppe einer C6-C10-Aryl- oder einer C7-C10-Aralkyl-Gruppe, einer Aminogruppe oder Halogen substituiert sein kann, steht, n 0, 1 oder 2 ist und m für eine Zahl von 1 bis 3 steht, mit der Maßgabe, dass m + n = 3, R3 für einen polymerisierbaren Rest steht, aufgebracht wird, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Silanverbindung mit der Formel I mit einem Alkylalkohol vermischt wird und das erhaltene Gemisch mit dem kolloidalen SiO2 in Kontakt gebracht wird. Es wurde festgestellt, dass, wenn anstelle des Sol-Gel-Verfahrens Kieselgel, also SiO2 in kolloidaler Form, in Gegenwart von organisch modifizierten Silanverbindungen eingesetzt wird, ein sehr beständiger Korrosionsschutz erhalten wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten einer Oberfläche aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, die gegebenenfalls anodisch oxidiert sein kann.
Wegen seiner geringen Dichte ist Aluminium ein beliebter Konstruktionswerkstoff im Fahrzeugbau und in der Luft- und Raumfahrt, d. h. in den Bereichen, in denen ein geringes Gewicht eine wichtige Rolle spielt. Eingesetzt werden Aluminium als Metall und Aluminiumlegierungen mit beispielsweise Kupfer, Magnesium, Mangan, Silicium, Eisen, Titan, Beryllium, Lithium, Nickel, Chrom, Zink, Zirkonium und Molybdän.
Aluminium ist ein unedles Metall, auf dessen Oberfläche sich bereits an Luft eine dünne passivierende Oxidschicht, die das Metall sehr korrosionsbeständig macht. Der Korrosionsschutz der Oberfläche kann durch elektrische Oxidation, Eloxieren, verstärkt werden. Zur weiteren Verbesserung des Korrosionsschutzes insbesondere von Bauteilen bzw. den Oberflächen von Aluminium werden auf die eloxierten Aluminiumoberflächen dünnkeramische Beschichtungsmaterialien aufgebracht.
In der EP 1 407 935 A1 wird ein Kraftfahrzeug-Anbauteil, z. B. ein Zierteil aus Aluminium, insbesondere aus poliertem oder eloxiertem Aluminium, offenbart, in welchem das Bauteil mit einer dünnkeramischen Beschichtung mit einer Dicke von 5 bis 10 µm versehen ist.
In der WO 2011/020556 A2 wird ein Form- und/oder Strukturteil aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung mit einer Korrosionsschicht, die aus dem Sol-Gel-Verfahren erhalten wird, die unmittelbar auf dem Aluminium bzw. der Aluminiumlegierung aufgebracht ist, offenbart. Das angewandte Sol-Gel-System umfasst eine wässrige kolloidale Kieselsäure, die in zweckmäßiger Kombination mit einer alkoholischen Silan-Lösung, insbesondere einer Alkoxysilan-Lösung durch Hydrolyse, Kondensation und Trocknung zur Bildung eines Sol-Gel-Lackes aus vernetzten Polysiloxanen führt.
Ein weiteres Verfahren zur Behandlung einer anodisch oxidierten Oberfläche wird in der WO 2013/139899 A2 offenbart. Eine anodisch oxidierte Oberfläche aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung wird mittels eines nasschemischen Verfahrens behandelt. Zunächst wird die Oberfläche vorbehandelt, anodisch oxidiert, gespült und heißverdichtet wird, wobei eine teilweise Heißverdichtung in Wasser bei einer Temperatur von bis zu 100 °C im Verlauf von bis zu 30 s/µm Schichtdicke der Konversionsschicht durchgeführt wird. Anschließend wird ein einen siliciumorganischen Netzwerkbildner enthaltendes Material mit der teilweise heißverdichteten Oberfläche in Kontakt gebracht und anschließend bei einer Temperatur von bis zu 250 °C gehärtet. Auch das in der WO 2013/139899 offenbarte Verfahren umfasst das Sol-Gel-Verfahren.
Die aus dem Stand der Technik bekannten Sol-Gel-Verfahren zum Aufbringen von Korrosionsbeschichtungen auf Aluminium oder Aluminiumlegierungen haben den Nachteil, dass die erhaltene Korrosionsbeschichtung nicht dauerhaft auf der Oberfläche haftet und eine Korrosion auf der Oberfläche zu beobachten ist. Ein weiterer Nachteil des Sol-Gel-Verfahrens ist, dass die Qualität der erhaltenen Beschichtung stark von der Qualität der verwendeten Ausgangsverbindungen hinsichtlich Reinheit, Standzeit etc. abhängt.
Der vorliegenden Erfindung lag somit die Aufgabe zugrunde, ein weiteres Verfahren zum Beschichten von Oberflächen aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen mit verbesserter Korrosionsbeständigkeit zur Verfügung zu stellen. Insbesondere sollte die Beständigkeit gegenüber Salz und Säurebelastungen ihre Witterungs- und Kratzbeständigkeit verbessert werden.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist demgemäß ein Verfahren zur Behandlung einer Oberfläche aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, in welchem eine Oberfläche aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung anodisch oxidiert sein kann, in welchem auf die Oberfläche ein Gemisch aus kolloidalem SiO₂ und einer organischen Silanverbindung mit der allgemeinen Formel I
in welcher R¹ für C₁-C₆-Alkyl, C₁-C₆-Alkoxy, -O-CO-C₁-C₅-Alkyl, die gegebenenfalls substituiert sein können, steht,
R² für eine C₁-C₆-Alkyl-Gruppe, die gegebenenfalls mit einer C₁-C₆-Alkoxy-Gruppe einer C₆-C₁₀-Aryl- oder einer C₇-C₁₀-Aralkyl-Gruppe, einer Aminogruppe oder Halogen substituiert sein kann, steht,
n 0, 1 oder 2 ist und m für eine Zahl von 1 bis 3 steht, mit der Maßgabe, dass m + n = 3,
R³ für einen polymerisierbaren Rest steht, aufgebracht wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Silanverbindung mit der Formel I mit einem Alkylalkohol vermischt wird und das erhaltene Gemisch mit dem kolloidalen SiO₂ in Kontakt gebracht wird.
Überraschenderweise wurde festgestellt, dass, wenn anstelle des Sol-Gel-Verfahrens Kieselgel, also SiO₂ in kolloidaler Form, in Gegenwart von organisch modifizierten Silanverbindungen eingesetzt wird, ein sehr beständiger Korrosionsschutz erhalten wird. Durch Umgehen des Sol-Gel-Verfahrens können die negativen Einflüsse aus der Reaktion der organischen Orthosilicate während des Sol-Gel-Verfahrens vermieden werden. Es werden sehr stabile Beschichtungen erhalten mit einer verbesserten Korrosionsbeständigkeit.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Silanverbindung mit der Formel I wird mit einem Alkylalkohol vermischt. Der Alkylalkohol kann aus üblichen Alkoholen ausgewählt werden, wie Methanol, Ethanol, n-Propanol, iso-Propanol, n-Butanol, iso-Butanol, tert.-Butanol, n-Pentanol, n-Hexanol und beliebige Gemischen daraus. Das Volumenverhältnis von Silanverbindung zu Alkohol beträgt üblicherweise von 1:5 bis 1:15.
Erfindungsgemäß werden das kolloidale SiO₂ und das Gemisch aus Silanverbindung und Alkylalkohol in Kontakt gebracht, so dass es eine chemische Reaktion stattfindet. Vorzugsweise werden die Komponenten einem Vermischungsprozess unterzogen. In einer möglichen Ausführungsform wird das kolloidale SiO₂ vorgelegt. Das kolloidale SiO₂ liegt vorzugsweise als wässrige oder alkoholische Lösung vor. Während der Zugabe der Silanverbindung sollte das kolloidale SiO₂ gerührt werden, um eine schnelle Vermischung mit dem Silan und dem Alkylalkohol zu erreichen. Die Zugabe der Mischung aus Silanverbindung und Alkylalkohol erfolgt schnell, möglichst auf einmal.
In einer weiteren Ausgestaltung werden die beiden Komponenten miteinander in Kontakt gebracht, kurz bevor erhaltene Gemisch auf das Substrat aufgebracht wird.
Das Vermischen der beiden Komponenten kann in an sich bekannter Weise in geeigneten Mischeinheiten und Mikromischreaktoren erfolgen. Die beiden Ausgangskomponenten weisen vorzugsweise eine ähnliche Temperatur auf, vorzugsweise erfolgt das Mischen bei Raumtemperatur. Reaktionstemperatur und Reaktionszeit hängen von der Art der eingesetzten Silanverbindungen ab. Reaktionsfreudige Silane, beispielsweise solche, in denen R² für Methyl steht, reagieren bereits bei Raumtemperatur. Reaktionsträgere Silane, in denen R² für Alkyl mit längerer Kettenlänge steht, wie beispielsweise GLYEO, reagieren bei höheren Temperaturen benötigen oder benötigen eine längere Reaktionszeit, d.h. Verweilzeit im Mischer. Der Fachmann wird auf Grund seines Fachwissens Reaktionstemperatur und -zeit einstellen können.
Die Reaktion wird vorzugsweise im sauren Bereich durchgeführt, wobei ein pH-Wert in dem Bereich zwischen pH 2 bis 4 insbesondere zwischen pH 2 und 3,5 besondere bevorzugt ist. Grundsätzlich ist die Reaktion auch in einer schwach sauren oder alkalischen Umgebung, also auch im Bereich pH 9 bis 13 möglich.
Als kolloidales SiO₂ können handelsübliche saure oder alkalische Zubereitungen eingesetzt werden. Kolloidales SiO₂ wird auch als Kieselgel bezeichnet, es handelt sich um ein amorphes Siliciumdioxid, das als kolloidale Lösung eingesetzt wird. Üblicherweise eingesetztes kolloidales SiO₂ weist einen Feststoffgehalt (Aktivgehalt) von 15 bis 60 Gew.-%. Die SiO₂-Teilchen können eine Teilchengröße bis zu 100 nm, insbesondere bis zu 50 nm auf aufweisen. Besonders gute Beschichtungen werden mit einer Teilchengröße von 5 bis 15 nm erhalten. Die BET-Oberfläche des eingesetzten kolloidalen SiO₂ beträgt vorzugsweise über 150 m²/g, insbesondere von 150 m²/g bis 350 m²/g. Kolloidales SiO₂ mit höherer spezifischer Oberfläche begünstigt zwar die Reaktionsgeschwindigkeit, hat aber den Nachteil, dass es teuer ist.
Für eine gute Verarbeitbarkeit des Reaktionsgemisches weist die kolloidale SiO₂-Lösung vorzugsweise einen Feststoffgehalt von 5 bis 50 Masse-%, insbesondere von 5 bis 30 Masse-%. Es ist auch möglich, den Feststoffgehalt der handelsüblichen kolloidalen SiO₂-Lösung mit Wasser oder einem Alkohol, wie Methanol, Ethanol, n-Propanol, Isopropanol, etc. auf einen niederen Gehalt einzustellen.
Bei einem Feststoffgehalt zwischen 5 und 15 % des kolloidalen SiO₂ werden die SiO₂-Lösung und die organische Silanverbindung in einem Volumenverhältnis von 5:1 bis 15:1 miteinander vermischt.
Die zweite Komponente ist eine organische Silanverbindung mit der allgemeinen Formel I, in welcher R¹, R², R³ und n die oben angegebene Bedeutung haben. R¹ ist vorzugsweise ausgewählt aus (C₁-C₄)-Alkyl, wie Methyl, Ethyl, Propyl und Butyl, oder (C₁-C₄)-Alkoxy, wie Methoxy, Ethoxy, Propoxy und Butoxy.
R² ist vorzugsweise ausgewählt aus (C₁-C₄)-Alkoxy, die gleiche Bedeutung haben können, wie oben zu R¹ genannt.
Die Gruppe R³ ist ein polymerisierbarer Rest, der durch Reaktion der einzelnen Moleküle mit der Formel I und/oder durch Reaktion mit reaktiven Resten auf der zu beschichtenden Oberfläche unter Bildung eines Netzwerkes reagiert. Durch die Vernetzung der reaktiven Gruppen der einzelnen Komponenten ist die erfindungsgemäß erhaltene Beschichtung sowohl mit der Aluminiumoberfläche selbst bzw. mit der anodischen erhaltenen Oxidationsschicht verbunden und führt so zu einer sehr hohen Haftfestigkeit auf dem Substrat.
Als reaktive Gruppen können Epoxy, Ureido, Carbamat, Vinyl, Acryloxy oder Methacryloxy genannt werden. Insbesondere ist R³ ausgewählt aus Resten mit der allgemeinen Formel R⁴-(C₁-C₆-Alkyl), worin R⁴ für eine Epoxygruppe, eine Ureidogruppe, ein NHR⁶ mit R⁶ = einer C₁-C₄-Alkyl- oder Aminoalkylgruppe, eine Acryloxy- oder Methacryloxygruppe, eine Vinylgruppe, eine Gruppe-(C₁-C₄-Alkyl)-N-CO-O-(C₁-C₄-)-Alkyl, steht. Beispiele für geeignete Silane sind 3-Glycidoxypropyltrimethoxysilan, 3-Glycidoxypropyltriethoxysilan, 3-Methacryloxypropyltrimethoxysilan, Vinyltriethoxysilan, Vinyltriacetoxysilan, Vinyltrimethoxysilan, Vinyldimethoxymethylsilan, 2-Propenyltrimethoxysilan, 2-Propenyltriethoxysilan, Vinyltris(2-methoxyethoxy)silan, (2-Cyanoethyl)triethoxysilane, (2-Cyanopropyl)triethoxysilane, 2-Propenyltris(2-methoxyethoxy)silan, N-(2-Aminoethyl)-3-aminopropyltrimethoxysilan, 3-Methacryloxypropyltriethoxysilan, N-Cyclohexyl-3-aminopropyltrimethoxysilan, 3-Aminopropyltriethoxysilan, N-(2-Aminoethyl)-3-aminopropyltrimethoxysilan, 4-Amino-phenyltriethoxysilan, N-(2-Aminoethyl)-3-aminopropylmethyldimethoxysilan, 3-Aminopropyltrimethoxysilan, 3-Ureidopropyltrimethoxysilan, (Methacryloxymethyl)methyldimethoxysilan, Methacryloxymethyltrimethoxysilan, N-Trimethoxysilylmethyl-O-methyl-carbamat, N-Dimethoxy(methyl)silylmethyl-O-methyl-carbamat, N-Cyclohexylaminomethyltriethoxysilan, (CH₃O)₃SiC₃H₆NHC₂H₄NHC₂H₄NH₂, [2-(3,4-Epoxycyclohexyl)ethyl]trimethoxysilan, [2-(3,4-Epoxycyclohexyl)ethyl]triethoxysilan, 3-(Trimethoxysilyl)propylmaleinsäureanhydrid, 3-(Triethoxysilyl)propylmaleinsäureanhydrid sowie fluorierte Silane wie CF₃CH₂CH₂SiR¹ _n(OR²)_m, C₂F₅CH₂CH₂SiR¹ _n(OR²)_m, C₄F₉CH₂CH₂SiR¹ _n(OR²)_m, n-C₆F₁₃CH₂CH₂ SiR¹ _n(OR²)_m, n-C₈F₁₇CH₂CH₂SiR¹ _n(OR²)_m, n-C₁₀F₂₁CH₂CH₂SiR¹ _n(OR²)_m, wobei R¹ und OR² in den fluorierten Silanen vorzugsweise für OCH₃ und/oder OC₂H₅ stehen, und beliebige Gemische daraus.
Geeignete Substituenten für die Reste R¹, R² und R³ sind Halogen, wie Fluor oder Chlor, NH₂, Mono- und Di-(C₁-C₄)amino, (C₁-C₄)-Alkoxy etc.
Das Gemisch aus kolloidalem SiO₂ und Silan wird anschließend auf das Substrat, d.h. auf die vorzugsweise gereinigte Oberfläche aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, aufgebracht. Die Oberfläche kann vor Aufbringen des Gemisches eloxiert, d. h. anodisch oxidiert, werden. Es ist auch möglich, die Beschichtung direkt auf das Aluminium bzw. die Aluminiumlegierung aufzubringen.
Vor der Behandlung der Oberfläche sollte diese gereinigt sein, d. h. sie sollte frei von Staub, Fingerabdrücken und sonstigen Rückständen sein. Wird das erfindungsgemäße Verfahren zum Beschichten einer bereits anodisch oxidierten Oberfläche eingesetzt, so ist es bevorzugt, dass diese Oberfläche im Anschluss an die anodische Oxidation einer Nachbehandlung, einem Verdichtungsverfahren unterzogen wird. Dabei kann diese Verdichtung teilweise oder ganz erfolgen, wobei aus dem Stand der Technik bekannte Verdichtungsverfahren wie Kaltverdichten und Heißverdichten geeignet sind.
Das Gemisch aus kolloidalem SiO₂ und organischer Silanverbindung kann auf beliebige aus dem Stand der Technik bekannte Weise auf die Oberfläche aufgebracht werden, beispielsweise durch Fluten, Tauchen, Spritzen, Rollen, Rakeln und/oder Walzen. Es ist auch möglich, dass das zu beschichtende Substrat vor und/oder während des Beschichtens elektrostatisch aufgeladen wird.
Das Beschichten der Oberfläche mit dem Gemisch aus kolloidalem SiO₂ und dem Silan erfolgt üblicherweise bei einer Temperatur von Raumtemperatur bis 80°C. Die Reaktionstemperatur und die Reaktionszeit bzw. Verweildauer in der Mischeinheit hängen von den eingesetzten Reaktionspartner ab. Nach einem kurzen Abtrocknen der Oberfläche wird das Material gehärtet, diese Härtung erfolgt vorzugsweise in einem Temperaturbereich von 120 °C bis 250 °C, insbesondere bei einer Temperatur bis 200 °C. Während des Härtens bildet sich durch Reaktion der reaktiven Gruppen der Beschichtung und den OH-Gruppen der Aluminiumoberfläche bzw. der anodisch oxidierten Oberfläche, den reaktiven Stellen des Kieselsols und den organischen Resten der Silanverbindungen ein vielfältiges Gerüst aus organischen und anorganischen Bindungen aus. Insgesamt gehen die Erfinder davon aus, dass ein oligomeres Gemisch aus unterschiedlichen Verbindungen erhalten wird. Die Beschichtung bildet eine geschlossene Oberfläche auf dem Substrat und schützt dieses somit vor Korrosion. Die Dicke der erfindungsgemäß erhaltenen Beschichtung wird in Abhängigkeit vom Einsatzzweck des zu beschichtenden Substrates eingestellt. Wenn eine bereits anodisch erzeugte Beschichtung vorliegt, kann die erfindungsgemäß aufgebrachte Beschichtung etwas dünner sein als wenn die Beschichtung direkt auf das Aluminiummetall bzw. auf die Metalllegierung aufgebracht wird. Die anodisch erzeugte Oxidationsschicht beträgt üblicherweise zwischen 5 und 15 µm, vorzugsweise zwischen 5 und 10 µm. Die Beschichtung, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erhalten wird, beträgt vorzugsweise zwischen 0,5 und 8 µm, insbesondere zwischen 0,5 und 5 µm.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung betrifft eine Aluminiumoberfläche, die erhältlich ist durch das oben beschriebene Beschichtungsverfahren. Insbesondere sind die beschichteten Oberflächen von Bauteilen für Fassaden, Fensterrahmen, Türrahmen, Beschlagteilen und Zierleisten im Bauwesen, im Fahrzeugbau und in der Möbelindustrie, sowie in Form von Felgen, Haushaltsgeräten, Schildern, Beleuchtungselementen, Maschinenelementen, Konstruktionsteilen und Halterungen oder Motorbauteilen, sowie auch Wärmetauscher, beispielsweise für Klimaanlagen in Fahrzeugen oder Gebäuden. Ein weiterer Einsatzbereich sind medizintechnische Geräte. Die erfindungsgemäßen Bauteile sind korrosionsbeständig gegenüber Ozon, Wasserstoff und auch Wasserstoffperoxid.
Beispiele
Grundrezeptur I (Stand der Technik)
50 ml Bindzil 820 DI, SiO₂ mit einer Partikelgröße von 9 nm, und einem Feststoffgehalt von 20 %) werden mit 50 ml Isopropanol vermischt und in einem Wasserbad auf 60 °C erwärmt. Innerhalb von zwei Stunden werden 20,1 ml Glycidoxypropyltrimethoxysilan (0,091 Mol) zu dem Gemisch aus Kieselsol und Isopropanol dosiert. Anschließend wurde das erhaltene Gemisch bei 60 °C für 14 Stunden gerührt.
Ein Bauteilabschnitt mit einer Größe von 5 × 15cm aus AO375 (Al 99,7 Mg 0,8 Cu) wurde zehn Sekunden in das erhaltene Beschichtungsmaterial getaucht und anschließend langsam herausgezogen. Das Bauteil ließ man zehn Minuten ablüften, anschließend wurde es 30 Minuten bei 185 °C ausgehärtet. Grundrezeptur II (gemäß der Erfindung)

Komponente A: 100 ml Bindzil 820 DI wurden mit 100 ml deionisiertem Wasser vermischt.

Komponente B: 20 ml Glycidoxypropyltrimethoxysilan wurden mit 230 ml Isopropanol vermischt.
Komponente A wurde vorgelegt. Komponente B wurde zu der stark gerührten Komponente A in einem Schwung (spontan) gegeben. Die Viskosität stieg kurzfristig leicht an, die Mischung trübte sich für wenige Sekunden kurz ein, anschließend wurde ein schwach opaleszierendes Sol erhalten.
Nach fünf Minuten wurde ein anodisiertes, teilverdichtetes Bauteil aus Al 99,7 Mg 0,9 Cu in die erhaltene Lösung getaucht und dort für zehn Sekunden gehalten. Anschließend ließ man das anverdichtete Bauteil zehn Minuten ablüften und 30 Minuten bei 185 °C aushärten.
Die erhaltenen Beschichtungen wurden auf ihre Beständigkeit gegenüber Salzsprühnebel, Säure-Wärme-Alkalibeständigkeit und Temperaturbeständigkeit hin überprüft.
Die Salzsprühnebelprüfung wurde gemäß DIN EN ISO 9227 CASS und DIN EN ISO 9227 NSS durchgeführt.
Zur Prüfung der Säure-Wärme-Alkalibeständigkeit wurden folgende Prüfungen nacheinander am selben Bauteil in der genannten Reihenfolge durchgeführt:

a) zehn Minuten Tauchen in einer Lösung mit pH 1
b) Abwaschen des getauchten Prüfkörpers mit Wasser und Trocknen
c) Lagern des Bauteils aus Schritt b) bei 40 °C über eine Stunde und anschließend ohne Abkühlen
d) zehn Minuten Eintauchen des Bauteils in eine Lösung mit pH 13,5
e) Abwaschen des Bauteils mit Wasser und Trocknen

Zum Prüfen der Temperaturbeständigkeit wurde das beschichtete Bauteil 24 Stunden bei 160 °C gelagert und anschließend auf Risse hin überprüft.

Die Ergebnisse der Prüfung sind in der nachfolgenden Tabelle dargestellt:

Pos.	Prüfung	Dauer	Rezeptur I (Stand der Technik)	Rezeptur II (Erfindung)
1	Schichtdicke Eloxalschicht		6 bis 7 µm	6 bis 7 µm
2	Schichtdicke Zusatzbeschichtung		4,8 bis 5,2 µm	1,5 µm
3	Salzsprühnebelprüfung nach DIN EN ISO 9227 CASS	48 h	Korrosion ausschließlich an Läuferkanten, bedingt durch Tauchprozess	Korrosion ausschließlich an Läuferkanten, bedingt durch Tauchprozess
4	Salzsprühnebelprüfung Nach DIN EN ISO 9227 NSS	480 h	Korrosion ausschließlich an Läuferkanten, bedingt durch Tauchprozess	Korrosion ausschließlich an Läuferkanten, bedingt durch Tauchprozess
5	Säure-Wärme-Alkalibeständigkeit		Note 0	Note 0
6	Temperaturbeständigkeit	24 h	keine Risse	keine Risse

Die Ergebnisse zeigen, dass mit einer sehr viel dünneren Korrosionsbeschichtung gegenüber dem Stand der Technik (1,5 µm gegenüber 4,8 bis 5,2 µm) eine sehr gute Korrosionsbeständigkeit der Beschichtung erhalten wurde. Auch bei der Verdoppelung der Prüfzeiten gegenüber den in den DIN-Vorschriften geforderten Zeiten wurde keine Korrosion festgestellt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1407935 A1 [0004]
WO 2011/020556 A2 [0005]
WO 2013/139899 A2 [0006]
WO 2013/139899 [0006]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN EN ISO 9227 CASS [0034]
DIN EN ISO 9227 NSS [0034]
DIN EN ISO 9227 CASS [0037]
DIN EN ISO 9227 NSS [0037]

Claims

Verfahren zur Behandlung einer Oberfläche aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, in welchem auf eine Oberfläche aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, die anodisch oxidiert sein kann, ein Gemisch aus kolloidalem SiO₂ und einer organischen Silanverbindung mit der allgemeinen Formel I
in welcher R¹ für eine C₁-C₆-Alkylgruppe, C₁-C₆-Alkoxygruppe, -O-CO-C₁-C₅-Alkylgruppe, die gegebenenfalls substituiert sein können, steht, R² für eine C₁-C₆-Alkyl-Gruppe, die gegebenenfalls mit einer C₁-C₆-Alkoxy-Gruppe einer C₆-C₁₀-Aryl- oder einer C₇-C₁₀-Aralkyl-Gruppe, einer Aminogruppe oder Halogen substituiert sein kann, steht, n 0, 1 oder 2 ist und m für eine Zahl von 1 bis 3 steht, mit der Maßgabe, dass m + n = 3, und R³ für einen polymerisierbaren Rest steht, aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Silanverbindung mit der Formel I mit einem Alkylalkohol vermischt wird und das erhaltene Gemisch mit dem kolloidalen SiO₂ in Kontakt gebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass R³ ausgewählt ist aus R⁴-(C₁-C₆-Alkyl), worin R⁴ für eine Epoxygruppe, eine Ureidogruppe, ein NHR⁶ mit R⁶ = einer C₁-C₄-Alkyl- oder Aminoalkylgruppe, eine Acryloxy- oder Methacryloxygruppe, eine Vinylgruppe, eine Gruppe -(C₁-C₄-Alkyl)-N-CO-O-(C₁-C₄-)-Alkyl, steht.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Silan mit der Formel I ausgewählt ist aus 3-Glycidoxypropyltrimethoxysilan, 3-Glycidoxypropyltriethoxysilan, 3-Methacryloxypropyltrimethoxysilan, Vinyltriethoxysilan, Vinyltriacetoxysilan, Vinyltrimethoxysilan, Vinyldimethoxymethylsilan, 2-Propenyltrimethoxysilan, 2-Propenyltriethoxysilan, Vinyltris(2-methoxyethoxy)silan, (2-Cyanoethyl)triethoxysilane, (2-Cyanopropyl)triethoxysilane, 2-Propenyltris(2-methoxyethoxy)silan, N-(2-Aminoethyl)-3-aminopropyltrimethoxysilan, 3-Methacryloxypropyltriethoxysilan, N-Cyclohexyl-3-aminopropyltrimethoxysilan, 3-Aminopropyltriethoxysilan, N-(2-Aminoethyl)-3-aminopropyltrimethoxysilan, 4-Amino-phenyltriethoxysilan, N-(2-Aminoethyl)-3-aminopropylmethyldimethoxysilan, 3-Aminopropyltrimethoxysilan, 3-Ureidopropyltrimethoxysilan, (Methacryloxymethyl)methyldimethoxysilan, Methacryloxymethyltrimethoxysilan, N-Trimethoxysilylmethyl-O-methyl-carbamat, N-Dimethoxy(methyl)silylmethyl-O-methyl-carbamat, N-Cyclohexylaminomethyltriethoxysilan, (CH₃O)₃SiC₃H₆NHC₂H₄NHC₂H₄NH₂, [2-(3,4-Epoxycyclohexyl)ethyl]trimethoxysilan, [2-(3,4-Epoxycyclohexyl)ethyl]triethoxysilan, 3-(Trimethoxysilyl)propylmaleinsäureanhydrid, 3-(Triethoxysilyl)propylmaleinsäureanhydrid sowie fluorierte Silane wie CF₃CH₂CH₂SiR¹ _n(OR²)_m, C₂F₅CH₂CH₂SiR¹ _n(OR²)_m, C₄F₉CH₂CH₂SiR¹ _n(OR²)_m, n-C₆F₁₃CH₂CH₂SiR¹ _n(OR²)_m, n-C₈F₁₇CH₂CH₂SiR¹ _n(OR²)_m, n-C₁₀F₂₁CH₂CH₂SiR¹ _n(OR²)_m, wobei R¹ und OR² in den fluorierten Silanen vorzugsweise für OCH₃ und/oder OC₂H₅ stehen, und beliebigen Gemischen daraus.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Alkohol ein Alkylalkohol ist, der ausgewählt ist aus Methanol, Ethanol, n-Propanol, iso-Propanol, n-Butanol, iso-Butano, tert.-Butanol, n-Pentanol, n-Hexanol und beliebige Gemischen daraus.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Gemisch aus Silanverbindung und Alkylalkhol auf einmal zum kolloidalen SiO₂ gegeben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das kolloidale SiO₂ während der Zugabe der Silanverbindung gerührt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das kolloidale SiO₂ eine Teilchengröße ≤ 50 nm hat, vorzugsweise von 5 bis 15 nm, aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das kolloidale SiO₂ eine BET-Oberfläche von 150 bis 350 m²/g aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die kolloidale SiO₂-Lösung einen Feststoffgehalt von 5 bis 30 Masse-%.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die anodisch oxidierte Oberfläche zumindest teilweise heißverdichtet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Gemisch aus kolloidalem SiO₂ und der organischen Silanverbindung mit der Formel I durch Tauchen, Spritzen, Rollen, Rakeln und/oder Walzen auf die Oberfläche aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die kolloidale SiO₂-Lösung und die organische Silanverbindung in einem Volumenverhältnis von 5:1 bis 15:1 miteinander vermischt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche nach dem Beschichten bei einer Temperatur von Raumtemperatur bis 250 °C gehärtet wird.
Beschichtete Aluminiumoberfläche, erhältlich nach einem Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 13.