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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen eines dünnkeramischen Beschichtungsmaterials auf eine zu beschichtende Oberfläche eines Kraftfahrzeug-Anbauteils. Die Erfindung betrifft auch ein Kraftfahrzeug-Anbauteil mit einer dünnkeramischen Beschichtung.
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Aus dem Stand der Technik sind Verfahren zur Herstellung keramischer Beschichtungen bekannt. Beispielsweise beschreibt die
DE 195 31 170 C1 ein elektrostatisch applizierbares Beschichtungspulver, Verfahren zu dessen Herstellung und dessen Verwendung zur Herstellung keramischer Beschichtungen. Das Beschichtungspulver besteht im Wesentlichen aus einem pulverförmigen einbrennfähigen Material und einem physikalisch oder chemisch aktivierbaren pulverförmigen organischen Haftmittel. In der genannten Patentschrift sind für das pulverförmige einbrennfähige Material Kornverteilungen mit einem d
90-Wert von kleiner 35 μm, einem d
50-Wert im Bereich von 5 bis 25 μm und einem d
10-Wert von gleich oder größer 2 μm beschrieben. Bei Verwendung eines solchen Beschichtungspulvers können fehlerfreie Beschichtungen erhalten werden.
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Die
EP 0 594 374 B1 beschreibt ein Verfahren um eine Oberfläche eines Kochgeräts auszubilden, indem ein Aluminiumsubstrat zunächst hartanodisiert wird und anschließend eine Antihaftbeschichtung aufgebracht wird. Dabei soll auf die anodisierte Schicht ein weiteres Material aufgesprüht werden, bevor die Antihaftbeschichtung aufgebracht wird. Das weitere Material kann Keramik, Aluminiumoxid oder rostfreier Stahl sein. Auf diese Weise kann eine widerstandsfähige Oberfläche des Kochgeräts erzielt werden.
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Auch die
EP 0 839 216 B1 beschreibt ein Verfahren zur Erzeugung einer Antihaftbeschichtung sowie mit einer solchen versehene Gegenstände. Dabei ist vorgesehen, dass die Antihaftbeschichtung auf der Oberfläche eines verhältnismäßig weichen Metallsubstrats erzeugt wird, indem die Metalloberfläche aufgeraut sowie mit einer ein- oder mehrlagigen Hartstoffschicht und anschließend mit einer ein- oder mehrlagigen Antihaftschicht versehen wird. Die Hartstoffschicht kann durch Hartanodisation gebildet sein. Für die Oberflächenrauhigkeit der Metalloberfläche und/oder der Hartstoffschicht sind Werte für den arithmetischen Mittenrauhwert, die Spitzenzahl sowie den Profiltraganteil einzuhalten. Mit einem solchen Verfahren kann ein Gegenstand hergestellt werden, bei welchem eine hohe Qualität der Antihaftschicht durch Funktionstrennung hinsichtlich Abriebfestigkeit und Kratzfestigkeit erreicht wird.
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In der
JP 01309979 A ist ein Aluminiumbauteil beschrieben, auf welches ein Beschichtungsfilm thermisch aufgesprüht wird, indem die Oberfläche des Aluminiumbauteils aufgeraut, eine dünne Schicht aus Aluminiumoxid aufgetragen und anschließend eine keramische Schicht auf das Aluminiumoxid aufgesprüht wird. Auf diese Weise kann ein Aluminiumbauteil hergestellt werden, welches äußerst korrosionsbeständig ist.
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Die
DD 142 360 zeigt ein Verfahren zur Erzeugung Al
2O
3-haltiger Schichten auf Aluminiummetallen. Diese Schichten sollen verbesserte elektrische Isolier-, Korrosionsschutz- und Wärmeleiteigenschaften aufweisen und bei Dotierung mit Fremdionen elektrisch leitfähig sein. Auf diese Weise kann eine Oberflächenveredelung von Aluminium mit seinen Legierungen erzielt werden, die durch glatte, homogene und dichte Schichten charakterisiert sind. Die Schichten sollen in wässriger Elektrolytlösung unter Anwendung der Funkenentladung an einer Anode erzeugt werden, wobei Gleich-, Wechsel- und/oder Impulsspannungen zum Einsatz kommen.
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In der
DE 100 64 520 A1 wird ein Verfahren zur Herstellung von selbstreinigenden Oberflächenstrukturen beschrieben. Dabei ist es vorgesehen, zunächst eine Mikro- oder Nanostruktur auf der Oberfläche eines Hilfsträgers durch anodische Oxidation zu erzeugen und anschließend die Oberflächenstruktur des Hilfsträgers auf das zu strukturierende Substrat zu übertragen. Auf diese Weise wird ein industriell einsetzbares Verfahren zur Beschichtung im Bereich von Verkehrsträgern aufgezeigt. Zur Erzeugung der Strukturen wird eine anodische Oxidation von Aluminium und anderen Metallen verwendet. Dabei können Strukturen mit sehr regelmäßigen zylindrischen Poren hergestellt werden.
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In „Oberflächenbehandlung von Aluminium” (1997), T. W. Jelinek, Eugen G. Leuze Verlag, Seiten 256, 257 und 261 wird beschrieben, dass die Dicke, die Porosität sowie die chemischen und physikalischen Eigenschaften einer anodisch erzeugten Schicht auf aluminiumhaltigen Materialien in Abhängigkeit von der Anodisierzeit eingestellt werden können. Dabei wird ausgeführt, dass die wichtigsten Schichteigenschaften von den Geschwindigkeiten abhängen, mit denen Schichtbildung und -rücklösung im Elektrolyten stattfindet. Von diesen ist nicht nur die Dicke, sondern auch die Porosität sowie die mechanischen und chemischen Eigenschaften der erzeugten Schichten bestimmt.
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In der
US 6,444,304 B1 wird eine Aluminiumlegierung mit einer durch anodische Oxidation erzeugten Beschichtung und einer darauf vorgesehenen Keramikbeschichtung beschrieben. Dabei soll die durch anodische Oxidation erzeugte Beschichtung ein oder mehrere Elemente aus der Gruppe C, N, P, F, B und S enthalten, wobei mindestens ein Anteil von 0,1 Massen-% vorliegen muss. Ebenso soll die Keramikbeschichtung ein oder mehrere Elemente einer Gruppe aufweisen, die aus Oxiden, Nitriden, Karbonnitriden, und Siliziden besteht.
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Weiter beschreibt die
US 5,925,228 A einen Sol-Gel-Prozess, um poröse, fehlerhafte und/oder gesprungene Beschichtungen eines elektrisch leitfähigen Substrats auszufüllen, zu versiegeln und/oder zu verdichten. Die genannten Beschichtungen können aus Dielektrika, Keramiken oder Halbleitern bestehen. Mit dem beschriebenen Verfahren können auf einfache Weise die Oberflächen des Substrats ausgebessert werden.
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Das Aufbringen eines dünnkeramischen Beschichtungsmaterials auf die Oberfläche eines Bauteils kann zum Beispiel im Tauchverfahren erfolgen. Dabei wird das zu beschichtende Teil in das in flüssiger Form vorliegende Beschichtungsmaterial eingetaucht. Das Tauchverfahren hat jedoch den Nachteil, dass, in Abhängigkeit von der Gestalt und der Größe des zu beschichtenden Teils, große Mengen des Beschichtungsmaterials bereitgestellt werden müssen. Da das Beschichtungsmaterial oft nur sehr kurze Zeit haltbar ist, müssen oft große Mengen davon entsorgt werden, was mit hohen Kosten verbunden ist. Außerdem lässt die Schichtqualität der im Tauchverfahren beschichteten Teile auf Grund von Läufern und Nasen oft zu wünschen übrig.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, die Qualität der bekannten dünnkeramischen Beschichtungen zu verbessern. Insbesondere soll ein Verfahren angegeben werden, das eine kostengünstige Herstellung von qualitativ hochwertigen dünnkeramischen Beschichtungen ermöglicht. Außerdem sollen Teile oder Gegenstände geschaffen werden, die eine qualitativ hochwertige dünnkeramische Beschichtung aufweisen und kostengünstig herstellbar sind.
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Die Aufgabe wird durch ein Verfahren gelöst, das die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist. Die Aufgabe wird auch durch ein Kraftfahrzeug-Anbauteil gelöst, das die Merkmale des Anspruchs 6 aufweist. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen des Anmeldungsgegenstandes im Sinne der Aufgabenstellung angegeben.
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Bei dem Verfahren zum Aufbringen eines dünnkeramischen Beschichtungsmaterials auf eine zu beschichtende Oberfläche ist die oben angegebene Aufgabe dadurch gelöst, dass die aus Aluminium bestehende Oberfläche des Kraftfahrzeug-Anbauteils vor dem Beschichten eloxiert wird. Durch den Eloxiervorgang wird eine Rauhigkeit der zu beschichtenden Oberfläche erzielt, die für ein Anhaften des Beschichtungsmaterials sorgt. Anschließend wird dann das dünnkeramische Beschichtungsmaterial aufgebracht. Das Beschichtungsmaterial sieht ausschließlich anorganische Bestandteile vor. Die Oberflächenrauhigkeit gewährleistet ein gutes Anhaften des Beschichtungsmaterials an der zu beschichtenden Oberfläche. Das dünnkeramische Beschichtungsmaterial kann mit Hilfe eines elektrostatischen Auftragungsverfahrens auf die zu beschichtende Oberfläche aufgebracht werden. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung hat sich herausgestellt, dass die dünnkeramische Beschichtung auch elektrisch leitfähig gemacht werden kann, um eine elektrostatische Aufbringung derselben zu ermöglichen. Die elektrostatisch aufgebrachte Beschichtung weist eine deutlich bessere Schichtqualität als herkömmliche dünnkeramische Beschichtungen und insbesondere eine nahezu konstante Schichtdicke auf. Für die dünnkeramische Beschichtung können zum Beispiel Produkte verwendet werden, die unter der Marke ALUCERAM oder der Bezeichnung Cerapaint vertrieben werden. Darüber hinaus können mit dem beanspruchten Verfahren extrem dünne Beschichtungen im μm-Bereich definiert aufgetragen werden.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass das dünnkeramische Beschichtungsmaterial mit Hilfe einer Sprühvorrichtung, durch die das Beschichtungsmaterial elektrostatisch aufgeladen wird, auf die zu beschichtende Oberfläche aufgebracht wird. Dabei wird an die Sprühvorrichtung eine hohe Spannung angelegt, was zur Ausbildung eines elektrischen Feldes führt, dessen elektrische Feldlinien zwischen der Sprühvorrichtung und der zu beschichtenden Oberfläche verlaufen. Die elektrostatisch aufgeladenen Teilchen des in flüssiger Form vorliegenden Beschichtungsmaterials bewegen sich während des Beschichtungsvorgangs entlang der elektrischen Feldlinien des elektrischen Feldes von der Sprühvorrichtung zu der Oberfläche des zu beschichtenden Bauteils, das geerdet ist. Durch Variation der Verfahrensparameter, wie der Spannung, des Sprühdrucks etc., kann die Qualität der dünnkeramischen Beschichtung und insbesondere die Schichtdicke definiert beeinflusst werden.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass solange Beschichtungsmaterial auf die zu beschichtende Oberfläche aufgebracht wird, bis die dünnkeramische Beschichtung eine Dicke von 5 bis 10 μm, insbesondere von 5 bis 7 μm aufweist. Die elektrostatische Aufbringung ermöglicht eine prozesssichere Erzeugung von sehr geringen Schichtdicken, die sich bei im Rahmen der vorliegenden Erfindung durchgeführten Untersuchungen als besonders vorteilhaft erwiesen haben.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftfahrzeug-Anbauteil ein Außen-Anbauteil, zum Beispiel ein Zierteil aus Aluminium ist. Herkömmliche Kraftfahrzeug-Anbauteile aus Aluminium sind poliert oder eloxiert. Beim Waschen der Kraftfahrzeuge, insbesondere in automatischen Waschstraßen, kommen die Anbauteile mit Reinigungsmitteln in Berührung. Wenn die verwendeten Reinigungsmittel einen höheren PH-Wert als zum Beispiel 9 aufweisen, kann dies zu einer sichtbaren Beeinträchtigung der Oberfläche der Anbauteile führen. Die dünnkeramische Beschichtung gewährleistet eine hohe chemische Beständigkeit gegen die meisten Säuren, Laugen und Lösungsmittel. Die dünnkeramische Beschichtung weist zudem eine extrem geschlossenporige Oberfläche auf und ist nicht nur korrosions- und lichtbeständig, sondern auch stark schmutzabweisend und daher leicht zu reinigen. Die beschichtete Fläche des Anbauteils kann farbig und glänzend bis seidenmatt ausgeführt sein.
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Die oben angegebene Aufgabe ist bei einem Kraftfahrzeug-Anbauteil mit einer dünnkeramischen Beschichtung dadurch gelöst, dass die dünnkeramische Beschichtung in einem vorab beschriebenen Verfahren aufgebracht wird. Bei dem Kraftfahrzeug-Anbauteil handelt es sich insbesondere um ein Außen-Anbauteil, zum Beispiel ein Zierteil. Als Materialien für das Teil beziehungsweise Bauteil kommen alle elektrisch leitfähigen Materialen in Frage, also insbesondere elektrisch leitfähige Metalle, aber auch Kunststoffe, insbesondere elektrisch leitfähige Faserverbundwerkstoffe oder mit einer elektrisch leitfähigen Beschichtung versehene Kunststoffe. Besonderes bevorzugt wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung Aluminium eingesetzt. Für die dünnkeramische Beschichtung werden bevorzugt Produkte verwendet, die unter der Marke ALUCERAM oder der Bezeichnung Cerapaint vertrieben werden. Die dünnkeramische Beschichtung gewährleistet eine hohe chemische Beständigkeit gegen die meisten Säuren, Laugen und Lösungsmittel. Zudem weist die dünnkeramische Beschichtung eine extrem geschlossenporige Oberfläche auf und ist nicht nur korrosions- und lichtbeständig, sondern auch stark schmutzabweisend und daher leicht zu reinigen. Die beschichtete Oberfläche des Teils kann farbig und glänzend bis seidenmatt ausgeführt sein.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Teils ist dadurch gekennzeichnet, dass die dünnkeramische Beschichtung elektrisch leitfähig ist. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung hat sich herausgestellt, dass die dünnkeramische Beschichtung auch elektrisch leitfähig gemacht werden kann, um eine elektrostatische Aufbringung derselben zu ermöglichen. Die elektrostatisch aufgebrachte Beschichtung weist eine deutlich bessere Schichtqualität als herkömmliche dünnkeramische Beschichtungen und insbesondere eine nahezu konstante Schichtdicke auf.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Teils ist dadurch gekennzeichnet, dass die dünnkeramische Beschichtung eine Dicke von 5 bis 10 μm, insbesondere von 5 bis 7 μm aufweist. Das hat einerseits den Vorteil, dass nur relativ wenig Beschichtungsmaterial benötigt wird. Andererseits wurden bei im Rahmen der vorliegenden Erfindung durchgeführten Untersuchungen mit der beanspruchten Schichtdicke die besten Ergebnisse erzielt.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Teils ist dadurch gekennzeichnet, dass das Teil, zumindest teilweise, aus Aluminium gebildet ist. Das Teil kann aber auch aus anderen elektrisch leitfähigen Materialen gebildet sein.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist.
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In der beiliegenden Figur ist eine Zierleiste 1 eines Kraftfahrzeugs im Querschnitt dargestellt. Die Zierleiste 1 weist im Querschnitt die Gestalt einer entlang ihrer Hauptachse durchgeschnittenen Ellipse auf. Die Zierleiste 1 ist von einer dünnen keramischen Beschichtung 2 umgeben, die zur besseren Darstellbarkeit deutlich größer als in Wirklichkeit dargestellt ist. In der Realität weist die dünnkeramische Beschichtung eine Dicke von beispielsweise 6 μm auf.
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Die Zierleiste 1 besteht aus Aluminium, dessen Oberfläche poliert ist. Die Oberfläche der Zierleiste 1 kann aber auch farbig eloxiert sein. Vorzugsweise weist die Oberfläche der Zierleiste 1 vor dem Aufbringen der Beschichtung 2 eine gewisse Rauheit auf, um ein gutes Anhaften der Beschichtung 2 zu gewährleisten.
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Die Beschichtung 2 ist vorzugsweise elektrostatisch auf die Zierleiste 1 aufgebracht worden. Beim elektrostatischen Aufbringen wird das elektrisch leitfähige Beschichtungsmaterial mit Hilfe von Versprühvorrichtungen, die zum Beispiel glockenförmig ausgebildet sein können, auf die zu beschichtende Oberfläche aufgebracht. Das von der Versprühvorrichtung versprühte Beschichtungsmaterial wird elektrisch aufgeladen und unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes gleichmäßig auf der gesamten Oberfläche der Zierleiste 1 aufgebracht. Das Beschichtungsmaterial 2 kann auch mit anderen nasschemischen Auftrageerfahren, wie Spritzen, Rollen, Tauchen, Rakeln oder Walzen auf das zu beschichtende Teil aufgebracht werden.
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Die Beschichtung 2 weist eine Bleistifthärte nach Wolf Wilborn von H bis 3H auf. Die Oberfläche der Beschichtung 2 ist porenfrei und geschlossen. Sie weist auch unter hohen Temperaturen eine hohe Härte auf. Die Beschichtung 2 ist unbrennbar sowie hitze- und feuerbeständig. Im Brandfall bilden sich ausgehend von der Beschichtung 2 keinerlei Gase.
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Das Beschichtungsmaterial umfasst vorzugsweise ausschließlich anorganische Bestandteile und ist daher umweltfreundlich zu handhaben.
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Das beschichtete Anbauteil wird zum Beispiel mit geeigneten Befestigungselementen, wie Schrauben oder Schnapphaken, an der Karosserie eines (nicht dargestellten) Kraftfahrzeugs befestigt.
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Auf Grund der extrem geschlossenporigen Oberfläche ist die dünnkeramische Beschichtung leicht zu reinigen.
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Die dünnkeramische Beschichtung kann farbig ausgebildet sein. Die Oberfläche der dünnkeramischen Beschichtung kann glänzend bis seidenmatt sein. Die dünnkeramische Beschichtung liefert folgende Vorteile: Korrosionsbeständig, immun gegen Umwelteinflüsse, licht-, klima- und witterungsbeständig, kratz-, verschleiß- und verrottungsfest, schmutzabweisend, leicht zu reinigen, beständig gegen die meisten Säuren und Laugen, beständig gegen fotochemische Einflüsse, lichtecht und farbbeständig. Die porenfreie, geschlossene Oberfläche weist eine hohe Härte und eine hohe Dauerfestigkeit auch unter hohen Temperaturen auf. Sie ist unbrennbar, hitze- und feuerbeständig und bildet im Brandfall keinerlei Gase.
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Das Verfahren zum Aufbringen eines dünnkeramischen Beschichtungsmaterials auf eine zu beschichtende Oberfläche funktioniert wie folgt. Zunächst wird das dünnkeramische Beschichtungsmaterial, zum Beispiel ALUCERAM, durch Erhitzen verflüssigt. Das flüssige Beschichtungsmaterial wird dann mit Hilfe einer Sprühvorrichtung, zum Beispiel einer Sprühpistole, auf die zu beschichtende Oberfläche gesprüht. An die Sprühvorrichtung wird dabei eine hohe Gleichspannung angelegt, welche die Teilchen des Beschichtungsmaterials elektrostatisch auflädt. Die zu beschichtende Oberfläche wird geerdet.
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Durch die Spannung zwischen der Sprühvorrichtung und der zu beschichtenden Oberfläche wird ein elektrisches Feld ausgebildet, dessen Feldlinien von der Sprühvorrichtung zu der zu beschichtenden Oberfläche verlaufen. Beim Aufsprühen des Beschichtungsmaterials auf die zu beschichtende Oberfläche bewegen sich die Teilchen des Beschichtungsmaterials entlang der Feldlinien zu der geerdeten Oberfläche.
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Es wird solange Beschichtungsmaterial auf die zu beschichtende Oberfläche aufgesprüht, bis eine gewünschte Schichtdicke, von etwa 6 μm, erreicht ist. Über dem Sprühdruck und die angelegte Spannung kann die Auftragungsdicke beziehungsweise die Schichtdicke beeinflusst werden. Das elektrostatische Aufbringen der dünnkeramischen Beschichtung liefert eine allseitige und gleichmäßige Beschichtung auch feingliedriger Bauteile.
