DE102016004913A1 - Verfahren zur Beschichtung eines Gegenstands mittels eines Mehrschichtsystems mit einer Nickel-Phosphor-Legierung - Google Patents

Verfahren zur Beschichtung eines Gegenstands mittels eines Mehrschichtsystems mit einer Nickel-Phosphor-Legierung Download PDF

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Abstract

Verfahren zur Beschichtung eines Gegenstands (1), wobei eine Oberfläche (3) des Gegenstands (1) zumindest teilweise mit einer Beschichtung (4) beschichtet wird, die eine Mehrzahl von Schichten (5, 6, 7, 8, 9) aufweist, wobei zumindest eine Schicht (5, 6, 7, 8, 9) der Beschichtung (4) aus einer Nickel-Phosphor-Legierung besteht und wobei ein Massenanteil des Phosphors in der Nickel-Phosphor-Legierung mindestens 8% beträgt.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beschichtung eines Gegenstands mit einem Mehrschichtsystem. Solche Mehrschichtsysteme werden beispielsweise als Korrosionsschutz und/oder als dekorative Beschichtungen verwendet. Mit dem hier angegebenen Verfahren sollen insbesondere Gegenstände von sanitären Einrichtungen hergestellt bzw. veredelt werden, wie beispielsweise Sanitärarmaturen.
  • Mehrschichtsysteme auf Basis von elektrochemisch abgeschiedenen Metallschichten können in Abhängigkeit von verwendeten Substraten, Schichtmaterialien, umgebenden Medien und Reaktionsbedingungen Korrosionsprodukte bilden. Der Vorgang der Korrosion ist zudem abhängig von geometrischen Gegebenheiten (zum Beispiel resultierend in Spaltkorrosion) und mechanischen Einflüssen (zum Beispiel Reibung). Die Ursachen für Korrosion können vielfältig sein und treten meist in Kombination auf. Beispielhaft seien hier elektrochemische Potentialunterschiede zwischen den Schichten und Grundmaterialfehlern (zum Beispiel Überwalzungen) genannt.
  • Aus dem Stand der Technik sind Mehrschichtsysteme auf Basis von elektrochemisch abgeschiedenen Kupferschichten, Nickelschichten und Chromschichten bekannt. Hierbei werden üblicherweise unterschiedliche Nickelschichten als Mehrschichtaufbau verwendet (Halbglanznickel, Glanznickel, mikroporiges Nickel). Der Korrosionsschutz des beschichtetetn Bauteils wird durch eine nachträgliche Verchromung aus einem chrom(VI)- oder chrom(III)-haltigen Elektrolyten verstärkt. Nickelschichten werden fast ausnahmslos durch eine Chromschicht vor einem schnellen Korrosionsangriff geschützt. Beschädigte Chrombeschichtungen, aber auch solche mit unvollständig geschlossener, zu dünn abgeschiedenen oder porösen Chromschichten führen nach kurzer Zeit (abhängig von den äußeren Bedingungen wie Nutzung, Reinigung und umgebende Medien) zu Korrosionsprodukten, die optisch unschön sind und bei anfälligen Grundwerkstoffen bis zum Bauteilversagen führen können.
  • Aufgabe der Erfindung ist daher, die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilweise zu lösen und insbesondere ein Verfahren zur Beschichtung eines Gegenstands, insbesondere einem Sanitärargegenstand, anzugeben, mit dem sowohl korrosionshemmende als auch dekorative Oberflächen erzeugbar sind.
  • Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängig formulierten Patentansprüchen angegeben. Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den abhängig formulierten Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger technologisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung definieren. Darüber hinaus werden die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale in der Beschreibung näher präzisiert und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt werden.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Beschichtung eines Gegenstands wird eine Oberfläche des Gegenstands zumindest teilweise mit einer Beschichtung beschichtet, die eine Mehrzahl von Schichten aufweist, wobei zumindest eine Schicht der Beschichtung aus einer Nickel-Phosphor-Legierung besteht und wobei ein Massenanteil des Phosphors in der Nickel-Phosphor-Legierung mindestens 8% beträgt.
  • Bei dem Gegenstand handelt es sich um ein Substrat aus einem beliebigen festen Material, das eine Oberfläche aufweist, bevorzugt jedoch um einen Sanitärgegenstand, wie zum Beispiel eine Sanitärarmatur, die insbesondere in Zusammenhang mit Waschbecken, Spülbecken, Duschen und/oder Badewannen Verwendung findet. Solche Sanitärarmaturen dienen insbesondere der Entnahme von Wasser und können Stellglieder für eine Wassertemperatur und/oder einer Entnahmemenge des Wassers umfassen und kommen regelmäßig in einem Sichtbereich eines Benutzers zum Einsatz, sodass diese zum einen eine dekorative Oberfläche aufweisen sollen und zum anderen wirksam gegen Korrosion geschützt werden müssen. Die Oberfläche des Gegenstands wird zumindest teilweise oder vollständig mit einer Beschichtung mit einer Mehrzahl von Schichten beschichtet. Bei der Beschichtung handelt es sich um ein Mehrschichtsystem, mit dem insbesondere dekorative und/oder funktionale Oberflächen erzeugbar sind. Die einzelnen Schichten werden dazu insbesondere sequenziell ausgebildet und/oder unterscheiden sich in ihrer Materialzusammensetzung. Die einzelnen Schichten weisen bevorzugt jeweils eine Schichtdicke von 5 μm (Mikrometer) bis 100 μm, bevorzugt 8 μm bis 80 μm auf. Zumindest eine der Mehrzahl von Schichten der Beschichtung ist aus einer Nickel-Phosphor-Legierung, wobei ein Massenanteil des Phosphors in der Nickel-Phosphor-Legierung mindestens 8% beträgt. Der Massenanteil des Phosphors in der Nickel-Phosphor-Legierung beträgt bevorzugt 8% bis 14%, besonders bevorzugt 10% bis 12%. Zumindest die Schicht aus der Nickel-Phosphor-Legierung wird auf dem Gegenstand elektrolytisch abgeschieden. Zudem können auch weitere Schichten oder alle Schichten der Beschichtung auf dem Gegenstand elektrolytisch abgeschieden werden. Hierzu wird der Gegenstand insbesondere zumindest teilweise in eine elektrolytische Lösung getaucht. Die Nickel-Phosphor-Legierung übernimmt in dem Mehrschichtsystem die Funktion des Korrosionsschutzes. Somit verhindert die Nickel-Phosphor-Legierung in hohem Maße Korrosion an dem Gegenstand und verbessert somit die Korrosionseigenschaften insbesondere von dekorativen Beschichtungen mit funktionalem Charakter. Schädigungen, unvollständig geschlossene oder poröse Beschichtungen führen daher zu einem erheblich reduzierten Korrosionsverlauf des Gegenstands, sodass ein Bauteilversagen und/oder optische Beeinträchtigungen vermieden werden.
  • Zudem ist es vorteilhaft, wenn der Gegenstand aus Kupfer, Zink, Aluminium, Stahl, Kunststoff oder aus einer Legierung besteht, die Kupfer, Zink oder Stahl umfasst. Wasserführende Sanitärgegenstände, wie zum Beispiel Einhebelmischer und/oder Ausläufe, können zumindest teilweise aus Kupferlegierungen (Messing, Bronze) bestehen. Viele Anbauteile in der Sanitärindustrie bestehen aus Zinkdruckguss (zum Beispiel Hebel für Einhebelmischer, Gehäuse und/oder Ausläufe). Auch in der Automobilindustrie werden dekorative Zinkdruckgussteile eingesetzt (zum Beispiel Türinnengriffe, Schlüsselteile und/oder Konsolenelemente). Kunststoffe werden im Sanitärbereich für Kappen, Drückerplatten, Rosetten und/oder Hülsen dekorativ verchromt. Hier wird zumeist ABS (Acrylnitril-Butadien-Styrol oder Blendmaterial aus ABS/PC (PC = Polycarbonat) in verschiedenen Anteilen eingesetzt. In der Automobilindustrie werden ebenfalls diese Materialien in verchromtem Zustand zum Beispiel für Zierleisten, Kühlergrille und/oder Bedienelemente verwendet. Daneben wird hier PA (Polyamid) oder PA/GF (glasfaserverstärktes Polyamid) für bestimmte Anwendungen dekorativ mit Chrom beschichtet (zum Beispiel Türinnengriffe). Darüber hinaus finden sich zahlreiche Anwendungen dekorativ verchromter Gegenstände in weiteren Industrien (Haushalt, Weiße Ware etc.). Galvanisch verchromte Stahlteile finden sich ebenso in zahlreichen Industrien, wie zum Beispiel der Möbelindustrie (Stuhlgestelle), Automobilindustrie (Anbauteile, Aschenbecher, Kopfstützenhalter etc.). Aluminium wird in der Sanitärindustrie beispielsweise in dem Bereich der Duschkabinen und Badmöbel eingesetzt.
  • Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn eine erste Schicht der Beschichtung aus Kupfer besteht. Bei der ersten Schicht der Beschichtung handelt es sich um diejenige Schicht, die direkt auf die Oberfläche des Grundkörpers aufgebracht wird.
  • Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn eine zweite Schicht der Beschichtung aus Glanznickel, Halbglanznickel oder Mattnickel besteht. Die zweite Schicht wird insbesondere direkt auf die erste Schicht aufgebracht.
  • Glanznickelschichten haben die größte Bedeutung aller Nickelschichten. Hierbei liegt die dekorative Anwendung im Vordergrund. Glanznickelbäder enthalten verschiedene Glanzbildner. Diese bewirken eine feinkristalline Struktur und somit eine brilliante, hochglänzende Schicht. Auf dieser Schicht abgeschiedenes Chrom ergibt eine hochglänzende Oberfläche, die allgemein bekannt und am meisten verbreitet ist.
  • Halbglanznickelschichten werden nicht, wegen ihres niedrigen Glanzgrades abgeschieden, sondern um besondere korrosionstechnische Forderungen zu erfüllen. Halbglanznickelschichten sind immer gemeinsam mit der Glanznickelschicht zu betrachten. Sie werden üblicherweise vor der Glanznickelschicht abgeschieden und verbessern aufgrund ihres elektrochemischen Potentials die Korrosionseigenschaften des Verbunds.
  • Mattnickelschichten sind Nickelschichten, die aufgrund ihrer Zusammensetzung weitgehend blendfreie Eigenschaften aufweisen. Üblicherweise werden dem Elektrolyten bestimmte Substanzen zugesetzt, die die Nickelabscheidung beeinflussen. Da der Zweck dieser Schichten die Erzielung einer bestimmten Erscheinung ist, werden diese Schichten üblicherweise direkt vor dem Verchromen abgeschieden (oft als Ersatz für Glanznickelschichten). Die Farbe und der Matteindruck können bei diesen Verfahren in einem gewissen Rahmen durch die Prozessparameter gesteuert werden.
  • Ebenfalls vorteilhaft ist es, wenn eine dritte Schicht der Beschichtung aus der vorgeschlagenen Nickel-Phosphor-Legierung besteht. Die dritte Schicht wird insbesondere direkt auf die zweite Schicht aufgebracht.
  • Ebenfalls vorteilhaft ist es, wenn eine vierte Schicht der Beschichtung eine Chromschicht ist. Die vierte Schicht wird insbesondere direkt auf die dritte Schicht aufgebracht.
  • Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Chromschicht aus hexavalentem oder trivalentem Chromelektrolyt abgeschieden wird.
  • Zudem ist es vorteilhaft, wenn eine fünfte Schicht der Beschichtung zumindest eine Zirkonverbindung, eine Chromverbindung oder eine Titanverbindung umfasst. Auch sind Mischungen dieser Verbindungen in der fünften Schicht möglich. Die fünfte Schicht wird insbesondere direkt auf der vierten Schicht aufgebracht. Der Zweck dieser Beschichtung ist die Erstellung einer bestimmten Farbe. Beispielsweise werden mit dieser Rottöne, Goldtöne oder Edelstahloptik auf galvanisch abgeschiedenen Chromschichten realisiert. Die Zusammensetzung dieser Schichten bestimmen hierbei die erreichte Farbe. In verschiedenen Anteilen bestehen diese Schichten zumeist aus Zirkonnitrid (ZrN), Titannitrid (TiN) und/oder Chromnitrid (CrN).
  • Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die fünfte Schicht durch physikalische Gasphasenabscheidung (PVD-Verfahren) erzeugt wird.
  • Vorzugsweise wird die fünfte Schicht aus einer amorphen Kohlenstoffschicht erzeugt. Bei der amorphen Kohlenstoffschicht handelt es sich insbesondere um eine diamantartige Kohlenstoffschicht (DLC = „diamond-like carbon”).
  • Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn in die Beschichtung eine Bürstenstruktur eingebracht wird. Das Aufbringen einer Bürstenstruktur wird meist in Verbindung mit der bereits erwähnten PVD-Beschichtung durchgeführt. Resultierende Endoberflächen sind zum Beispiel „gebürstetes Edelstahl” oder „gebürstetes Nickel”. Das Bürsten wird durch Andrücken der Gegenstände an rotierende Scheiben durchgeführt. Diese Scheiben können zum Beispiel Polierringe mit entsprechenden Polierpasten, Fiberbürsten oder Sisalbürsten sein. Dieser Arbeitsschritt wir vor der PVD-Beschichtung oder sogar vor der Verchromung durchgeführt.
  • Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figur näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Figur eine besonders bevorzugte Ausführungsvariante der Erfindung zeigt, diese jedoch nicht darauf beschränkt ist. Es zeigt beispielhaft und schematisch:
  • 1: einen mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschichteten Gegenstand in einem Längsschnitt.
  • Die 1 zeigt einen beschichteten Gegenstand 1 in einem Längsschnitt, der einen Grundkörper 2 mit einer Oberfläche 3 aufweist. Die Oberfläche 3 ist mit einer Beschichtung 4 beschichtet, die eine erste Schicht 5, eine zweite Schicht 6, eine dritte Schicht 7, eine vierte Schicht 8 und eine fünfte Schicht 9 aufweist. Bei der hier vorgeschlagenen Ausführungsvariante der Erfindung handelt es sich beispielsweise bei dem Grundkörper 2 um Stahl, der ersten Schicht 5 um Kupfer, der zweiten Schicht 6 um Mattnickel, der dritten Schicht 7 um eine Nickel-Phosphor-Legierung und der vierten Schicht 8 um eine Chromschicht. Die fünfte Schicht 9 umfasst eine Zirkonverbindung.
  • Die vorliegende Erfindung zeichnet sich insbesondere durch einen hohen Korrosionsschutz bei dekorativen Mehrschichtsystemen aus.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    beschichteter Gegenstand
    2
    Grundkörper
    3
    Oberfläche
    4
    Beschichtung
    5
    erste Schicht
    6
    zweite Schicht
    7
    dritte Schicht
    8
    vierte Schicht
    9
    fünfte Schicht

Claims (10)

  1. Verfahren zur Beschichtung eines Gegenstands (1), wobei eine Oberfläche (3) des Gegenstands (1) zumindest teilweise mit einer Beschichtung (4) beschichtet wird, die eine Mehrzahl von Schichten (5, 6, 7, 8, 9) aufweist, wobei zumindest eine Schicht (5, 6, 7, 8, 9) der Beschichtung (4) aus einer Nickel-Phosphor-Legierung besteht und wobei ein Massenanteil des Phosphors in der Nickel-Phosphor-Legierung mindestens 8% beträgt.
  2. Verfahren nach Patentanspruch 1, wobei der Gegenstand (1) aus Kupfer, Zink, Aluminium, Eisen, Kunststoff oder aus einer Legierung besteht, die Kupfer, Zink oder Stahl umfasst.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei eine erste Schicht (5) der Beschichtung (4) aus Kupfer besteht.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei eine zweite Schicht (6) der Beschichtung (4) aus Glanznickel, Halbglanznickel oder Mattnickel besteht.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei eine dritte Schicht (7) der Beschichtung (4) aus der Nickel-Phosphor-Legierung besteht.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei eine vierte Schicht (8) der Beschichtung (4) eine Chromschicht ist.
  7. Verfahren nach Patentanspruch 6, wobei die Chromschicht aus hexavalentem oder trivalentem Chromelektrolyt abgeschieden wird.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei eine fünfte Schicht (9) der Beschichtung (4) zumindest eine Zirkonverbindung, eine Chromverbindung oder eine Titanverbindung umfasst.
  9. Verfahren nach Patentanspruch 8, wobei die fünfte Schicht (9) durch physikalische Gasphasenabscheidung (PVD-Verfahren) erzeugt wird.
  10. Verfahren nach Patentanspruch 8 oder 9, wobei die fünfte Schicht (9) aus einer amorphen Kohlenstoffschicht (DLC) erzeugt wird.
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