DE10311142A1 - Paint system for parts subject to friction, e.g. steel parts in plants for high-purity products, contains wear-resistant and friction-reducing additives concentrated towards the inside and outside respectively - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Lacksystem als Oberflächenschicht für Substrate gemäß den im Oberbegriff des Patentanspruches 1 bzw. 2 genannten Merkmalen und ein Verfahren zum Herstellen des Lacksystems gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 24 näher definierten Art.The invention relates to a paint system as a surface layer for substrates according to those in the preamble of claim 1 and 2 features mentioned and a method for producing the paint system according to the preamble of the claim 24 closer defined art.
In der Praxis stellen Reibung und daraus resultierender Verschleiß an Bauteilen für viele technische Anwendungen begrenzende Faktoren bezüglich einer Lebensdauer von technischen Anlagen oder der Bandbreite von Anwendungsmöglichkeiten dar. Um die Lebensdauer von Bauteilen zu verbessern sowie die Beschränkungen der Anwendungsmöglichkeiten zu reduzieren, ist dazu übergegangen worden, Bauteile mit geeig neten Schmiermitteln zu schmieren oder an ihrer Oberfläche mit festhaftenden und reibvermindernden Verschleißschutzschichten zu versehen. Derartige Verschleißschutzschichten stellen an sich bekannte Gleitlackbeschichtungen, galvanische oder chemische Metallbeschichtungen, wie beispielsweise Hartchrom, und auch diamantartige Kohlenstoffschichten (DLC) dar. Zusätzlich ist es auch bekannt, als keramische Beschichtungen ausgeführte Verschleißschutzschichten mittels verschiedener physikalischer und/oder chemischer Verfahren auf Oberflächen von auf Reibung beanspruchten Bauteilen aufzutragen.In practice, friction and resulting wear Components for factors limiting many technical applications with regard to one Lifetime of technical systems or the range of possible applications. To improve the life of components as well as the restrictions of possible uses to reduce has been adopted Lubricate components with suitable lubricants or on their surface with firmly adhering and friction-reducing wear protection layers to provide. Such wear protection layers begin known lubricant coatings, galvanic or chemical Metal coatings, such as hard chrome, and also diamond-like Carbon layers (DLC). In addition, it is also known Wear protection layers designed as ceramic coatings by means of various physical and / or chemical processes on surfaces of components subject to friction.
Durch die Verwendung von Gleitlackbeschichtungen für reibbeanspruchte Bauteile wird die Reibung im Bereich von Reibflächen reduziert und damit ein Verschleiß durch Abrieb minimiert. Die zur Herstellung der Gleitlackbeschichtungen verwendeten Gleitlacke bestehen in der Regel aus einem organischen Filmbildner sowie aus einem Schmierstoff, der nach der Trocknung oder Aushärtung in dem organischen Filmbildner eingebettet ist. Zusätzlich sind dem Gleitlack weitere Zusatzstoffe, wie Entschäumer, Verlaufsmittel und auch andere Verarbeitungshilfsmittel zugesetzt.Through the use of anti-friction coatings for reibbeansprüche Components, the friction in the area of friction surfaces is reduced and thus a Wear through Abrasion minimized. The one for the production of the sliding lacquer coatings The sliding varnishes used usually consist of an organic Film former as well as from a lubricant that after drying or curing is embedded in the organic film former. In addition, the Sliding varnish other additives such as defoamers, leveling agents and other processing aids added.
Die den Lacken zugemischten Schmierstoffe sind u.a. Molybdändisulfid, Graphit, hexagonales Bornitrid, Polytetrafluorethylen, Polyamid, Polyethylen, Silikone oder Silikonöle, deren Einsatz im Bereich der Schmierungstechnik hinlänglich bekannt ist.The lubricants mixed into the paints are et al molybdenum disulfide, Graphite, hexagonal boron nitride, polytetrafluoroethylene, polyamide, Polyethylene, silicones or silicone oils, their use in the field sufficient lubrication technology is known.
Ein Reibwert derartiger Gleitlacke, welcher vorliegend als ein Koeffizient aus der Kraft, die zur Bewegung eines Bauteiles über eine Fläche notwendig ist, und der Normalkraft, mit der das Bauteil auf die Oberfläche drückt, definiert ist, beträgt für einen Gegenkörper aus Stahl typischerweise 0,1 bis 0,3. Sind die beiden sich gegenseitig auf Reibung beanspruchenden Bauteile aus Stahl hergestellt, beträgt der Reibwert ohne Gleitlackbeschichtung dagegen typischerweise 0,5 bis 0,7.A coefficient of friction of such sliding varnishes, which in the present case as a coefficient from the force required to move of a component an area is necessary, and the normal force with which the component on the surface suppressed, is defined for a counter body Steel typically 0.1 to 0.3. Are the two of each other made of steel for high-stress components, the coefficient of friction is on the other hand, without a lubricating lacquer coating, typically 0.5 to 0.7.
Gleitlackbeschichtungen finden insbesondere dann Anwendung, wenn eine Verwendung von Schmierfetten oder Schmierölen unerwünscht ist, wie beispielsweise in Anlagen, in welchen hochreine Produkte hergestellt werden, die durch den Kontakt mit Schmierölen oder Schmierfetten verunreinigt werden, oder wenn eine dauerhafte Schmierung mit Schmierfetten oder Schmierölen, wie beispielsweise in geschlossenen Gehäusen, bei denen eine Nachschmierung nicht möglich ist, nicht gewährleistet ist. Des weiteren werden Gleitlackbeschichtungen für eine Einlaufschmierung eingesetzt.Sliding varnish coatings find in particular then used when the use of greases or oils is undesirable, such as in plants in which high-purity products are manufactured are contaminated by contact with lubricating oils or greases be, or if permanent lubrication with greases or Lubricating oils, such as in closed housings where relubrication is required not possible is not guaranteed is. Furthermore, there are lubricating lacquer coatings for running-in lubrication used.
Die verschleißvermindernde Wirkung der Gleitlackbeschichtungen beruht auf der Tatsache, daß der organische Filmbildner unter Reibbelastung langsam abgetragen wird und im Betrieb permanent Schmierstoff gebildet wird. Eine mechanische Belastbarkeit einer Gleitlackbeschichtung ist im wesentlichen durch den verwendeten organischen Filmbildner bestimmt.The wear-reducing effect of the lubricating lacquer coatings is based on the fact that the organic film former is slowly removed under friction and lubricant is permanently formed during operation. A mechanical one Resilience of a sliding lacquer coating is essentially due to determined the organic film former used.
Nachteilig dabei ist jedoch, daß eine Gleitlackbeschichtung bei hoher mechanischer Belastung sehr schnell abgetragen wird, so daß deren Schmierwirkung bereits nach kurzer Zeit erheblich reduziert ist und ein Bauteilverschleiß in unerwünschtem Umfang auftritt, der unter Umständen zu einem Funktionsausfall führen kann.The disadvantage here, however, is that a lubricating lacquer coating is removed very quickly with high mechanical stress, so that their Lubrication effect is significantly reduced after a short time and component wear in undesirable Extent that may occur lead to a malfunction can.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Lacksystem als Oberflächenschicht für Substrate, vorzugsweise für reibbeanspruchte Bauteile zur Verfügung zu stellen, mittels welchem ein Reibwert herabgesetzt wird und das gleichzeitig für das beschichtete Bauteil eine hohe Verschleißbeständigkeit gewährleistet.The present invention lies hence the task of a paint system as a surface layer for substrates, preferably for to provide required components, by means of which a coefficient of friction is reduced and at the same time for the coated Component has a high wear resistance guaranteed.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Lacksystem gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1 bzw. des Patentanspruches 2 sowie mit einem Verfahren zum Herstellen eines Lacksystems als Oberflächenschicht gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 24 gelöst.According to the invention, this object is achieved with a Paint system according to the characteristics of claim 1 or claim 2 and with a Process for producing a paint system as a surface layer according to the characteristics of the Claim 24 solved.
Mit dem erfindungsgemäßen Lacksystem wird einerseits eine Reibung zwischen zwei Bauteilen verringert und gleichzeitig ein Bauteilverschleiß des mit dem Lacksystem beschichteten Bauteiles vermieden, da das Lacksystem selbst bei hohen mechanischen Belastungen durch eine hohe Verschleißbeständigkeit gekennzeichnet ist.With the paint system according to the invention on the one hand reduces friction between two components and simultaneously a component wear of the component coated with the paint system avoided because the paint system even with high mechanical loads due to high wear resistance is marked.
Dies wird dadurch erreicht, daß auf einem Bauteil bzw. auf einem Substrat eine Lackschicht vorgesehen ist, die ein Konzentrationsgefälle der Zusatzstoffe aufweist, wobei eine Konzentration an verschleißbeständigem Zusatzstoff von der bauteiloberflächenzugewandten Seite in Richtung der bauteiloberflächenabgewandten Seite abnimmt und eine Konzentration des reibungsvermindernden Zusatzstoffes ausgehend von der bauteiloberflächenzugewandten Seite in Richtung der bauteiloberflächenaugewandten Seite zunimmt.This is achieved in that on a component or a lacquer layer is provided on a substrate, the one concentration gradient which has additives, a concentration of wear-resistant additive from the component surface facing Decreases in the direction of the side facing away from the component surface and starting from a concentration of the friction reducing additive from the component surface facing Increases in the direction of the side facing the component surface.
Dabei ist besonders von Vorteil, daß der Aufbau des Lacksystems bzw. der Gleitlackbeschichtung aus einem Filmbildner, einem verschleißbeständigen Zusatzstoff und einem reibungsvermindernden Zusatzstoff mit den vorbeschriebenen Konzentrationsprofilen selbst bei hohen mechanischen Belastungen dauerhafte Gleiteigenschaften in Verbindung mit einer guten Verschleißbeständigkeit gewährleistet, da ein sogenanntes Herausreiben des reibungsvermindernden Zusatzstoffes aus dem das Matrixmaterial darstellenden Lack durch das Vorhandensein des verschleißbeständigen Zusatzstoffes herabgesetzt ist bzw. gänzlich vermieden wird.It is particularly advantageous that the Structure of the coating system or the lubricating coating from one Film former, a wear-resistant additive and a friction reducing additive with the above Concentration profiles permanent even with high mechanical loads Sliding properties combined with good wear resistance guaranteed there is a so-called rubbing out of the friction-reducing additive from the lacquer representing the matrix material due to the presence of the wear-resistant additive is reduced or entirely is avoided.
Bei einer alternativen erfindungsgemäßen Ausführung des Lacksystems als Oberflächenschicht für Substrate, insbesondere als Gleitlackbeschichtung für reibbeanspruchte Bauteile, ist es vorgesehen, daß wenigstens zwei Lackschichten übereinander auf der Substratoberfläche angeordnet sind, wobei eine bauteiloberflächenseitige Lackschicht mit verschleißbeständigem Zusatzstoff befüllt ist und eine bauteiloberflächenabgewandte Lackschicht, welche auf der bauteiloberflächenseitigen Lackschicht angeordnet ist, mit einem reibungsvermindernden Zusatzstoff befüllt ist.In an alternative embodiment of the invention Paint system as a surface layer for substrates, in particular as a sliding lacquer coating for components stressed by the Caribbean, it is envisaged that at least two layers of paint on top of each other on the substrate surface are arranged, with a component-side lacquer layer with wear-resistant additive filled and is facing away from the component surface Lacquer layer, which is arranged on the component surface-side lacquer layer is filled with a friction reducing additive.
Dieses alternativ ausgeführte erfindungsgemäße Lacksystem gewährleistet ebenfalls, daß die bauteiloberflächenabgewandte Lackschicht selbst bei hohen mechanischen Belastungen eine gegenüber aus der Praxis bekannten Gleitlackschichten deutlich verbesserte Abriebsbeständigkeit bei gleichzeitig niedrigem Reibwert aufweist. Damit ist für ein mit dem erfindungsgemäßen Lacksystem beschichtetes Bauteil sowie für einen mit dem Bauteil in Reibkontakt stehenden Gegenkörper über eine lange Zeit ein guter Verschleißschutz auch unter Betriebsbedingungen gewährleistet, bei welchen die aus der Praxis bekannten Gleitlackbeschichtungen bereits nach kurzen Betriebszeiten keine ausreichende Beständigkeit aufweisen.This alternative lacquer system according to the invention guaranteed also that the component surface facing away Paint layer even against high mechanical loads Sliding lacquer layers known in practice have significantly improved abrasion resistance with a low coefficient of friction. So that is for a with the paint system according to the invention coated component and for a counter body in frictional contact with the component via a good wear protection for a long time also guaranteed under operating conditions in which the slide coating known from practice after a short time Operating times are not sufficiently stable.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des Lacksystems nach der Erfindung mit zwei Lackschichten ist es vorgesehen, daß die bauteiloberflächenseitige Lackschicht zusätzlich mit reibungsverminderndem Zusatzstoff und/oder die bauteiloberflächenabgewandte Lackschicht zusätzlich mit verschleißbeständigem Zusatzstoff befüllt ist.With an advantageous further education it is the paint system according to the invention with two layers of paint provided that the component-surface side Additional layer of paint with a friction reducing additive and / or the component surface facing away Additional layer of paint with wear-resistant additive filled is.
Somit sind die reibungsvermindernden sowie die verschleißbeständigen Eigenschaften des erfindungsgemäßen Lacksystems an den jeweilig vorliegenden Anwendungsfall bedarfsgerecht anpaßbar bzw. einstellbar. Die Reibungsverminderung als auch die Verschleißbeständigkeit des Lacksystems werden durch das zusätzliche Beimischen eines reibungsvermindernden oder eines verschleißbeständigen Zusatzstoffes gezielt weiter verbessert, womit eine Anwendungsbreite von mit dem erfindungsgemäßen Lacksystem beschichteten Bauteilen erweitert und deren Lebensdauer vorteilhafterweise weiter erhöht wird.So the friction-reducing ones as well as the wear-resistant properties of the coating system according to the invention adaptable to the respective application, as required or adjustable. The reduction in friction as well as wear resistance of the paint system by adding an additional friction reducing or a wear-resistant additive systematically further improved, with a range of applications of coating system according to the invention coated components extended and their lifespan advantageously further increased becomes.
Bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen des erfindungsgemäßen Lacksystems, mittels welchem auf einem Bauteil wenigstens eine Lackschicht hergestellt wird, die aus einem Lack, der mit einem wenigstens reibungsvermindernden Zusatzstoff befüllt ist, und einem Lack, der mit einem wenigstens verschleißbeständigen Zusatzstoff befüllt ist, aufgebaut ist, wird eine in Bezug auf eine Konzentration der Zusatzstoffe graduelle Lackschicht auf einem Bauteil erzeugt, welche auf ihrer bauteilabgewandten Seite einen geringen Reibwert aufweist und auf ihrer bauteilzugewandten Seite durch eine hohe Verschleißbeständig keit gekennzeichnet ist. Damit wird einerseits eine Reibung zwischen dem beschichteten Bauteil und einem Gegenkörper herabgesetzt und andererseits ein Verschleiß des beschichteten Bauteiles sicher vermieden, da ein im Vergleich zu bekannten Gleitlackbeschichtungen reduzierter Abtrag des erfindungsgemäßen Lacksystems aufgrund der verbesserten Verschleißbeständigkeit der aufgebrachten Lackschicht in bauteiloberflächennahen Bereichen auftritt.When carrying out the method according to the invention for producing the coating system according to the invention, by means of which at least one lacquer layer is produced on a component is made from a varnish with an at least friction reducing Additive filled is, and a varnish with an at least wear-resistant additive filled is, is built in terms of a concentration of Additives gradual varnish layer on a component, which creates has a low coefficient of friction on its side facing away from the component and on its component-facing side due to its high wear resistance is marked. On the one hand, this creates a friction between the coated component and a counter body and on the other hand a wear of the coated component safely avoided, as compared to known slide coating reduced removal of the coating system according to the invention due to the improved wear resistance of the applied Paint layer close to the component surface Areas occurs.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes nach der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Patentansprüchen entnehmbar.Other advantages and beneficial Embodiments of the object according to the invention are the description, the drawing and the patent claims.
In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand zweier stark schematisierter Darstellungen eines erfindungsgemäßen Lacksystems als Oberflächenschicht auf einem Substrat bzw. einem Bauteil gezeigt, welche in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert werden. Es zeigenIn the drawing there are two exemplary embodiments the invention based on two highly schematic representations of a coating system according to the invention as a surface layer shown on a substrate or a component, which in the following Description closer explained become. Show it
Beschreibung der Ausführungsbeispieledescription of the embodiments
Bezug nehmend auf
Somit ist die Oberfläche des
Substrats
Die in
Um eine gute Verschleißbeständigkeit
sowie eine gewünschte
Herabsetzung des Reibungskoeffizienten der Lackschicht
Alternativ kann es auch vorgesehen sein, daß der „reibvermindernde" Lack mit mehreren reibungsvermindernden Zusatzstoffen und/oder der „verschleißbeständige" Lack mit mehreren verschleißbeständigen Zusatzstoffen befüllt ist.Alternatively, it can also be provided be that the "friction-reducing" varnish with several friction-reducing additives and / or the "wear-resistant" varnish with several wear-resistant additives filled is.
Die der Aufsprüheinrichtung
In
Zunächst wird die Lackschicht auf
der Oberfläche
des Substrates
Alternativ hierzu kann es auch vorgesehen sein,
daß die
Lackschicht
Die Lacksysteme
Jede Lackschicht eines Lacksystems wird mittels an sich bekannten Beschichtungsverfahren, wie beispielsweise Sprühen, Tauchen, Rakeln, Drucken oder Dosieren schnell und einfach auf eine Substrat- bzw. Bauteiloberfläche appliziert. Dadurch sind selbst bei zu beschichtenden Bauteilen mit komplexer Bauteilgeometrie meist keine allzu großen apparativen Anforderungen erforderlich.Every layer of paint in a paint system is by means of known coating methods, such as spraying, Diving, knife coating, printing or dosing quickly and easily on one Substrate or component surface applied. This means that even with components to be coated with complex component geometry mostly not too large apparatus Requirements required.
Ein Volumengehalt der Zusatzstoffe
bzw. Füllstoffe
der Lackschicht
Die Partikelgrößen bzw. die mittleren Durchmesser (D50) bei den als keramische Füllstoffe ausgeführten verschleißbe ständigen Partikel liegen zwischen 0,2 μm und 50 μm, vorzugsweise in einem Bereich zwischen 0,3 μm und 30 μm.The particle sizes or the mean diameters (D50) for as ceramic fillers executed wear-resistant particles are between 0.2 μm and 50 μm, preferably in a range between 0.3 μm and 30 μm.
Mit als Polymerpartikel oder anorganische Trockenschmierstoffe ausgeführten reibvermindernden Zusatzstoffen werden Bekannterweise Reibwerte eines Lacksystems reduziert und eingestellt, wobei die mittleren Partikeldurchmesser derartiger reibvermindernder Zusatzstoffe vorliegend zwischen 1 μm bis 100 μm betragen. Des weiteren besteht die Möglichkeit, einem Lack metallische Partikel mit einem mittleren Partikeldurchmesser von 1 μm bis 50 μm zuzugeben, mit welchen insbesondere elektrische Eigenschaften des erfindungsgemäßen Lacksystems eingestellt werden.Reduce friction with polymer particles or inorganic dry lubricants The additives are known to reduce and adjust the coefficient of friction of a coating system, the average particle diameter of such friction-reducing additives being between 1 μm and 100 μm in the present case. Furthermore, it is possible to add metallic particles with a mean particle diameter of 1 μm to 50 μm to a lacquer, with which in particular electrical properties of the lacquer system according to the invention are adjusted.
Als die Verschleißbeständigkeit der Lacksysteme
Um eine Reibungsverminderung zu erreichen,
ist wenigstens eine Oberflächen-Lackschicht des
Einschicht-Lacksystems gemäß
Das bedeutet, daß durch den Zusatz der vorgenannten Füllstoffpartikel zu den „reinen" Lacken, die Reibeigenschaften und auch die Verschleißbeständigkeit des erfindungsgemäßen Lacksystems auf eine Güte eingestellt werden können, die zwischen herkömmlichen Gleitlacken und metallischen bzw. keramischen Hartstoffbeschichtungen von Bauteilen angeordnet ist.That means that by adding the aforementioned filler to the "pure" paints, the rubbing properties and also wear resistance of the coating system according to the invention a goodness can be set the between conventional Sliding varnishes and metallic or ceramic hard coatings is arranged by components.
Bei dem erfindungsgemäßen Lacksystem besteht alternativ oder auch in Kombination die Möglichkeit, die Lackschicht eines Einschicht-Lacksystems oder die verschiedenen Lackschichten eines Mehrschicht-Lacksystems mit unterschiedlichen Zusatzstoffen zu befüllen, die einzelnen Befüllgrade der Zusatzstoffe in den Lacken bedarfsgerecht von Lackschicht zu Lackschicht zu variieren, die Partikelgrößen der Zusatzstoffe in Abhängigkeit des jeweiligen Anwendungsfalles vorzusehen und entsprechende Konzentrationsprofile der Zusatzstoffe über der Schichthöhe in jeder einzelnen Lackschicht einzustellen.In the paint system according to the invention alternatively or in combination the possibility of the lacquer layer of a single-layer paint system or the different layers of paint a multi-layer coating system with different additives to fill the individual filling levels of the additives in the paints as required from the paint layer Varnish layer to vary depending on the particle sizes of the additives of the respective application and corresponding concentration profiles of additives over the layer height to be set in every single layer of paint.
So ist es bei dem Ausführungsbeispiel
des in
Der Fachmann wird einen zur Herstellung des Lacksystems verwendeten Lack mit bedarfsgerechten Partikelmischungen der vorbeschriebenen Zusatzstoffe befüllen, um beliebige Eigenschaftskombinationen des Lacksystems einzustellen.The person skilled in the art will prepare one for the Paint system used paint with needs-based particle mixtures fill the additives described above to any combination of properties of the paint system.
Dabei sind neben einer Reduzierung der Reibung sowie einer Erhöhung der Verschleißbeständigkeit auch weitere Eigenschaften des Lacksystems nach der Erfindung durch eine gezielte Auswahl von Zusatzstoffen einstellbar. So kann durch die Verwendung von SiC und AlN beispielsweise eine Wärmeleitfähigkeit sowie eine elektrische Isolation des Lacksystems nach der Erfindung beeinflußt werden. Wird das Lacksystem beispielsweise mit TiN und/oder verschiedenen anderen, teilweise vorgenannten Metallpulver befüllt, wird eine Verbesserung der elektrischen Leitfähigkeit des Lacksystems erreicht.Besides a reduction the friction as well as an increase wear resistance also other properties of the paint system according to the invention a targeted selection of additives can be set. So through the use of SiC and AlN, for example, a thermal conductivity and an electrical insulation of the paint system according to the invention affected become. If the paint system is, for example, with TiN and / or different other, partly mentioned above metal powder, will improve the electrical conductivity of the paint system reached.
Die Edukte, welche zur Herstellung des erfindungsgemäßen Lacksystems verwendet werden, bieten vorteilhafterweise die Möglichkeit, das Lacksystem auf einem Substrat mittels herkömmlicher Lackierverfahren, wie beispielsweise Sprühen oder Tauchen, aufzutragen und anschließend bei Temperaturen zwischen 40°C und 350°C einzubrennen, wobei im wesentlichen die Einbrenntemperaturen unterhalb von 200°C liegen, so daß sowohl Metalle und Keramiken als auch Polymere beschichtet werden können.The educts which are used for the production of the coating system according to the invention used advantageously offer the possibility of the coating system on a substrate using conventional painting processes, such as spraying or diving, and then at temperatures between 40 ° C and Burn in at 350 ° C, essentially the stoving temperatures are below 200 ° C, so that both Metals and ceramics as well as polymers can be coated.
Eine Grundierung oder ein Auftragen einer Haftvermittlerschicht auf einer Oberfläche eines mit dem erfindungsgemäßen Lacksystem zu beschichtenden Bauteils ist in der Regel nicht erforderlich, womit das Lacksystem eine kostengünstige, verschleißbeständige und reibvermindernde Oberflächenschutzschicht darstellt. Die zu beschichtenden Bauteile müssen somit vor der Beschichtung lediglich gereinigt und entfettet werden.A primer or application an adhesion promoter layer on a surface of one with the coating system according to the invention component to be coated is generally not necessary, which makes the coating system an inexpensive, wear-resistant and friction-reducing surface protection layer represents. The components to be coated must therefore be coated just cleaned and degreased.
Ist das erfindungsgemäße Lacksystem als Einschicht-Lacksystem ausgeführt, besteht es aus Lacken als Bindematrix, welche organische und/oder metallorganische Filmbildner ohne Einschränkung bei der Auswahl der Metallionen aufweisen, mit mindestens einem keramischen und/oder metallischen, verschleißbeständigen Zusatzstoff bzw. Füllstoff und/oder mit mindestens einem polymeren oder anorganischen, reibvermindernden Zusatzstoff, dessen Volumengehalt größer 10 Vol.-% ist und der vorzugsweise ein Trockenschmierstoff ist.Is the paint system according to the invention as a one-coat paint system executed it consists of paints as a binding matrix, which are organic and / or organometallic Film maker without restriction have the selection of metal ions, with at least one ceramic and / or metallic, wear-resistant additive or filler and / or with at least one polymeric or inorganic, friction-reducing Additive whose volume content is greater than 10% by volume and which is preferred is a dry lubricant.
Die Lackschicht des Einschicht-Lacksystems weist dann in der Nähe des beschichten Substrates eine höhere Konzentration an keramischen und/oder metallischen Füllstoffpartikeln als an der substratoberflächenzugewandten Seite auf und ist an der substratoberflächenabgewandten Seite, d. h. an der einem Gegenkörper zugewandten Oberfläche, mit einer höheren Trockenschmierstoffkonzentration ausgeführt als an der substratoberflächenzugewandten Seite.The lacquer layer of the single-layer lacquer system then has a higher concentration of ceramic and / or metallic filler particles in the vicinity of the coated substrate than on the side facing the substrate surface and is on the side facing away from the substrate surface, ie on the egg nem surface facing the counter body, carried out with a higher dry lubricant concentration than on the side facing the substrate surface.
Ist das erfindungsgemäße Lacksystem wenigstens als Zweischicht-Lacksystem ausgeführt, ist die dem Substrat zuge wandte Lackschicht mit einem keramischen und/oder metallischen Füllstoff und die die Oberflächenschicht des Lacksystems bildende weitere Lackschicht wenigstens mit einem polymeren und/oder anorganischen Trockenschmierstoff befüllt, wobei die Oberflächenschicht vorzugsweise zusätzlich mit einem keramischen und/oder metallischem Zusatzstoff befüllt sein kann. Im Falle, daß die einem Gegenkörper zugewandte Oberflächenschicht des Lacksystems mit einem verschleißbeständigen Zusatzstoff befüllt ist, ist die Konzentration des verschleißbeständigen Zusatzstoffes in der substratoberflächenzugewandten Lackschicht höher als die Konzentration in der substratoberflächenabgewandten Lackschicht.Is the paint system according to the invention designed at least as a two-layer coating system, the substrate is facing Lacquer layer with a ceramic and / or metallic filler and the the surface layer of the lacquer system forming further lacquer layer with at least one filled polymeric and / or inorganic dry lubricant, wherein the surface layer preferably additionally be filled with a ceramic and / or metallic additive can. In the event that the a counter body facing surface layer the paint system is filled with a wear-resistant additive, is the concentration of the wear-resistant additive in the substrate surface facing Lacquer layer higher than the concentration in the lacquer layer facing away from the substrate surface.
Das erfindungsgemäße Lacksystem ist bei einer Vielzahl von Verschleißschutzanwendungen auf Bauteilen und Komponenten aus Leichtmetallen oder Stählen geeignet. Dabei ist das beschriebene Lacksystem sowohl für großflächige als auch für lokale Beschichtungen geeignet, womit sich mannigfaltige Anwendungen sowohl im Automobilbereich als auch im klassischen Maschinenbau ergeben.The paint system according to the invention is one Variety of wear protection applications Components and components made of light metals or steels. The paint system described is for both large-scale and local Coatings suitable, which manifold applications both in the automotive sector as well as in classic mechanical engineering.
Bei einem in der vorbeschriebenen Art und Weise ausgeführten Lack führt die Kombination aus mit einem Filmbildner, einem verschleißbeständigen Zusatzstoff, wie Keramikpartikeln, sowie einem reibungsvermindernden Zusatzstoff, wie einem Trockenschmierstoff, dazu, daß im Vergleich zu bekannten Gleitlacksystemen eine wesentlich verbesserte mechanische Stabilität und Belastbarkeit sowie eine gute Korrosions- und Umweltbeständigkeit bei wenigstens gleichbleibender Reibverminderung erreicht wird. Dies resultiert aus der Tatsache, daß der Zusatz von Keramikpartikeln eine Ver stärkung des Filmbildners des Lackes, der als Matrix für den eingesetzten Trockenschmierstoff dient, bewirkt.With one in the above Way executed Paint leads the combination of with a film former, a wear-resistant additive, like ceramic particles, as well as a friction reducing additive, like a dry lubricant, compared to known ones Sliding lacquer systems have significantly improved mechanical stability and resilience as well as good corrosion and environmental resistance with at least the same Friction reduction is achieved. This results from the fact that the Addition of ceramic particles reinforces the film former of the Varnish that acts as a matrix for serves the dry lubricant used.
Eine besonders hohe mechanische Stabilität und Belastbarkeit des Lacksystems nach der Erfindung wird dann erreicht, wenn die keramischen Partikel über auf ihrer Oberfläche befindliche Gruppen mit dem Filmbildner des Lacks chemisch vernetzen können oder von dem Filmbildner besonders gut vernetzt werden. Zur Verbesserung der mechanischen Stabilität trägt es erheblich bei, wenn die keramischen Partikel aufgrund ihrer Oberflächenstruktur den verwendeten Trockenschmierstoff sehr gut benetzen, so daß sie sich auf der Oberfläche des Trockenschmierstoffs ansammeln und an diesem anhaften.A particularly high mechanical stability and resilience of the coating system according to the invention is achieved when the ceramic particles over on their surface groups can chemically crosslink with the film-forming agent of the lacquer or are particularly well networked by the film creator. For improvement mechanical stability wear it significantly when the ceramic particles due to their surface structure Wet dry lubricant used very well, so that it on the surface accumulate and adhere to the dry lubricant.
Somit bewirken die keramischen Partikel als verschleißbeständige Zusatzstoffe des Lacks eine hohe Bindung zwischen dem Lack und den Trockenschmierstoffpartikeln, weshalb diese auch bei hoher mechanischer Reibbelastung durch einen Gegenkörper nur schwer aus dem Lack herausgerieben werden können.The ceramic particles thus effect as wear-resistant additives the paint has a high bond between the paint and the dry lubricant particles, which is why even with high mechanical friction loads by a against body difficult to rub out of the paint.
Die für die Vernetzung besonders vorteilhaften Gruppen auf den Oberflächen der keramischen Partikel können entweder auf der Oberfläche der keramischen Partikel inhärent vorhanden sein oder in einem vor dem Mischen eines Lacks mit den keramischen Partikeln vorgeschalteten Vorbehandlungsschritt, z. B. durch Beschichtung oder chemische oder physikalische Verfahren, auf den Oberflächen der Keramikpartikel erzeugt werden.Especially for networking advantageous groups on the surfaces of the ceramic particles can either on the surface of the ceramic particles inherent be present or in a before mixing a paint with the ceramic particles upstream pretreatment step, for. B. by coating or chemical or physical processes, on the surfaces of the Ceramic particles are generated.
Die Lackschicht
Eine derartig ausgeführte, alleinig
auf einem Bauteil aufgetragene Lackschicht
Ein Lacksystem mit einer Schichtdicke
von etwa 100 μm,
das aus einer Kombination der Lackschichten
Lacke auf Ormocer®-Basis, welchen beispielsweise SiC-Pulver zugesetzt werden, weisen eine bessere Benetzung von Polyethylen sowie auch anderer Oberflächen auf als dies bei Lacken auf Ormocer®-Basis ohne den Zusatz von SiC-Pulver der Fall ist.Ormocer®-based paints, for example SiC powder added have better wetting of polyethylene as well as other surfaces than with Ormocer®-based paints without the addition of SiC powder the case is.
Somit führt die Kombination aus einem metallorganischen Filmbildner, einem als keramischer Füllstoff ausgeführten verschleißbeständigen Zusatzstoff und einem als polymerer Trockenschmierstoff ausgeführten reibvermindernden Zusatzstoff in einem Lacksystem zu einer Gleitlackbeschichtung mit guten dauerhaften Gleiteigenschaften sowie einer hohen Verschleißbeständigkeit, mit der ein Verschleiß des beschichteten Bauteiles sowie eines damit in Reibeingriff stehenden Gegenkörpers im wesentlichen vermieden bzw. gegenüber aus der Praxis bekannten Gleitlackbeschichtungen stark herabsetzt wird.Thus, the combination of an organometallic film former, a wear-resistant additive designed as a ceramic filler and a friction-reducing additive designed as a polymeric dry lubricant in a coating system leads to a lubricating coating with good long-term sliding properties and egg ner high wear resistance, with which wear of the coated component and a counter body engaged therewith is substantially avoided or greatly reduced compared to known sliding varnish coatings.
Besonders gute Eigenschaften werden mit einem Lacksystem erreicht, dessen oberste Lackschicht mit 40 Vol.-% an Polyethylen sowie mit 0,5 Vol.-% bis 3 Vol.-%, vorzugsweise 1 Vol.-%, an SiC befüllt ist. Ein derartiges Lacksystem weist keinerlei Beeinträchtigung der Gleiteigenschaften im Vergleich zu herkömmlichen Gleitlacken auf und ist zudem vorteilhafterweise durch eine hohe Verschleißbeständigkeit, insbesondere bei Druckbelastung sowie bei hoher Flächenpressung, gekennzeichnet.Particularly good properties achieved with a paint system, the top coat of paint at 40 Vol .-% of polyethylene and 0.5 vol .-% to 3 vol .-%, preferably 1 vol .-% filled with SiC is. Such a paint system shows no impairment the sliding properties in comparison to conventional sliding paints on and is also advantageous due to its high wear resistance, especially with pressure loads and high surface pressure, characterized.
Das Mischen der verschiedenen Zusatzstoffe erfolgt beispielsweise mit ZrO2-Mahlkugeln, mit welchen ein Aufbrechen von Agglomeraten erfolgt, was einen hohen Dispersionsgrad zur Folge hat.The various additives are mixed, for example, with ZrO 2 grinding balls, with which agglomerates are broken up, which results in a high degree of dispersion.
Alternativ können auch kommerziell erhältliche Dissolver aus der Farbindustrie eingesetzt werden, die für die Dispergierung von Farbpigmenten in Lacken eingesetzt werden.Alternatively, commercially available ones can also be used Dissolvers from the paint industry are used for the dispersion of color pigments in paints.
In Abhängigkeit des jeweils vorliegenden Anwendungsfalles werden Lacke auf rein organischer Basis, Lacke mit metallorganischen sowie organischen Filmbildnern, wie beispielsweise Nanomere®, oder Lacke auf rein metallorganischer Basis verwendet, wobei Zusätze von metallorganischen Filmbildnern zu einer Verbesserung der chemischen Anbindung von metallischen und keramischen Füllstoffpartikeln an die organische Matrix des Lacks führen.Depending on the present Applications are varnishes on a purely organic basis, varnishes with organometallic and organic film formers, such as Nanomere®, or Paints used on a purely organometallic basis, with additions of organometallic film formers to improve chemical Connection of metallic and ceramic filler particles to the organic Lead matrix of the paint.
Lacksysteme gemäß der Erfindung können sowohl für organische Lösungs- und Verdünnungsmittel als auch für Wasser als Verdünnungsmittel vergesehen sein, wobei Lacke für organische Lösungsmittel mit metallorganischen Filmbildnern, welche mehrheitlich auf Silizium als metallischer Komponente basieren, besonders vorteilhaft sind. Des weiteren können die verwendeten Lacke Zusätze, wie beispielsweise Entschäumer, Verlaufsmittel, Katalysatoren und dergleichen, enthalten.Paint systems according to the invention can both for organic solvent and diluents for as well Water as a diluent be overlooked, with varnishes for organic solvents with organometallic film formers, the majority of which are based on silicon based as a metallic component, are particularly advantageous. Furthermore, you can the varnish additives used, such as defoamers, Leveling agents, catalysts and the like.
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