DE1927297A1 - Verfahren zur Herstellung dauerhafter kontrastierender,farbiger Muster auf Metall - Google Patents

Verfahren zur Herstellung dauerhafter kontrastierender,farbiger Muster auf Metall

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DE1927297A1 DE19691927297 DE1927297A DE1927297A1 DE 1927297 A1 DE1927297 A1 DE 1927297A1 DE 19691927297 DE19691927297 DE 19691927297 DE 1927297 A DE1927297 A DE 1927297A DE 1927297 A1 DE1927297 A1 DE 1927297A1
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Description

PATF NTA N WA L*1' E
dr.w. Schalk · dipl.-inc. p. Wirth · dipl.-ing. g. Dannenberg
DR-V1SCHMIED-KoWARZIK ' DR. P.WEINHOLD
6 FRANKFURT AM MAIN
OK. IICHINKIIMIS »TK. »9
Case AL 332 ¥d/Bi
ALLEGHEFY LIE)LTOI STEEL CORPORATION 2000 Oliver Building,
Pittsburgh; Pennsylvania, USA
Verfahren 3Ur Herstellung dauerhafter kontrastierender, farbiger Muster auf Metall.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren aur Herstellung von Mustern,·Zeichen und dergl. auf Metall, und sie betrifft insbesondere die Herstellung dauerhafter farbiger Muster auf Metalloberflächen.
Es gibt bisher kein zufriedenstellendes wirtschaftliches Verfahren, mit dem architektonische Teile mit Zeichen, Parbflächen, Mustern und dergl. versehen werden können, die sowohl farbig, ansprechend und kontrastreich wie auch dauerhaft und witterungs- und abnutzungsbeständig sind.
Die gewünschte ästhetische Wirkung kann zwar z.B. durch Farbauftrag erzielt werden, aber dieses Verfahren liefert keine dauerhaften Muster, da sich die Farben versetzen und ihre Adhäsion nachläßt. Dies .tritt besonders dann aufs wenn die Bemalung plötzlich starken TemperaturSchwankungen' ausgesetzt wird oder wenn die Farbe mit korrodierenden Substanzen in Berührung kommt.
Eine gute Haltbarkeit des Musters kann gegebenenfalls erzielt werden, wenn man bestimmte Metalle oder eine Kombination von Metallen verwendet, die vorgeformt und mechanisch oder chemisch behandelt wurden, aber der farbige, kontrastreiche Effekt tritt nicht auf. Werden unterschiedliche Metalle verwendet und zur Erzielung von Farbe und Kontrast miteinander kombiniert, so leidet wiederum die Haltbarkeit, da die unterschiedlichen Metalle unter den Witterungseinflüssen meist an den Berührungsflächen korrodieren.
Aufgabe der icorliegenden Erfindung ist daher die Schaffung eines wirtschaftlichen Verfahrens zur Herstellung von dauerhaften farbigen Mustern, Zeichen und dergl.(im folgenden werden immer nur stellvertretend "Muster" genannt werden) auf Metalloberflächen, wobei insbesondere die natürliche Oberflächenbeschaffenheit und Textur des Metalls nicht beeinträchtigt wird.
Erfindungsgemäß kann ein Metall dauerhaft gefärbt und mit einem Muster versehen werden, wenn man es auf folgende Weise behandelt, wobei die Reihenfolge der einzelnen Verfahrensstufen davon abhängen kann, ob der Hintergrund, das Muster oder beides gefärbt werden soll:
a) Behandlung des Metalls zur Färbung seiner Oberfläche,
b) Aufbringen des gewünschten Musters auf das Metall unter Freilegung des Grundmetalls, und
c) Aufbringen eines wärme- und korrosionsfesten transparenten Überzuges auf dem xnit dem Muster versehenen Metall.
Bei einem Ausführungsbei spiel des erfindungsgernäßen Verfahrens wurde rostfreier Stahl verwendet, der zur Färbung
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seiner Oberfläche 10 Minuten auf 5380G erhitzt, mechanisch mit einem Muster versehen, mit einer Silikatlösunc überzogen und dann 5 Minuten auf 2880C erhitzt wurde, ur den Überzugs wärme- und korrosionsfest zu machen.
Es wurde gefunden, dass jedes Metall, insbesondere Stahl, Messing, Kupfer, Aluminium, Zink und Magnesium, mit einem dauerhaften, kontrastierenden Muster versehen v/erden kann, wenn es erfin-dungsgemäß behandelt wird. Das erfindungsgemäße Verfahren besteht aus folgenden Stufen, deren Reihenfolge variieren kann, je nachdem, ob das Muster oder der Hintergrund farbig sein soll oder Hintergrund und Muster kontrastierende Farben aufweisen sollen:
a) Behandlung des Metalis zur Färbung der Metalloberfläche, v
b) Auftragen des gewünschten Musters unter Freilegung des G-rundmetalles, und
c) Aufbringen eines wärme- und korrosionsfesten transparenten Überzuges auf dem mit einem Muster versehenen Metall.
Es sind verschiedene Verfahren zum Färben von Metallen bekannt. Ein Beispiel dafür sind Oxydationsbehandlungen, die verschiedene Oberflächenfärbungen liefern,, wenn das Metall an der Luft oder in einer entsprechend gewählten Atmosphäre erhitzt und anschließend konditioniert wird, oder chemische Behandlungen, bei denen die Metall-
man Oberflächen selektiv= gefärbt werden, wenn/das Metall in ein Bad aus geschmolzenem Metallsalz oder Nitrat oder in ein Säurebad taucht oder mit verschiedenen Lösungen behandelt, wobei solche von Phosphorsäure, Chromsäure , Phosphaten, Chromaten, Sulfaten, Säuren oder starke Alkalien , am gebräuchlichsten sind. Weitere
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Verfahren sind-z.B. Aufbringen metallischer Überzüge -; durch Eintauchen in ein heiße3 Badf Aufsprühen der? .Metalls oder Aufgalvanisieren. Bei jedem der bekannten Verfahren hat sich jedoch gezeigt, daß die selektive Färbung bestimmter Teile des zu behandelnden Metalls eine Vielzahl schwieriger Vorbereitungsstufen erfordert, , die das Verfahren wirtschaftlich untragbar machen«
Es wurde nun gefunden, daß mittels des erfindungsgemäßen ^ Verfahrens gewünschte Teile einer Metalloberfläche selektivgefärbt werden können, so daß Metallgegenstände mit einem gewünschten. Muster versehen werden können, die eine vorn Hintergrund des Gegenstandes kontrastierende Farbe aufweist«, Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren können die Metalle auf bekannte Weise gefärbt werden, wie z.B. durch chemische Behandlung, Galvanisieren, Wärmeverfärbung etc., und die Behandlungsweise hängt von der Art des au färbenden Metalls ab.
Ein bevorzugtes Verfahren zum Färben von Stahl ist die Wärmeverfärbung, und sie stellt, wie weiter unten näher erläutert, auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung " einen verhältnismäßig einfachen und wirtschaftlichen Weg zur Erzielung der gewünschten Ergebnisse dar.
Beim Erhitzen von Stahl und anderen wärmeverfärbbaren Metallen wird, je nach gewünschter Farbe, mit unterschiedlichen Temperaturen, Erhitzungszeiten und Erhitzungsatmosphären gearbeitet. In vielen Fällen erfolgt das Erhitzen ohne geregelte Atmosphäre, da sich einige Metalle durch Oberflächenoxydation an der Luft verfärben. Werden jedoch bestimmte Farben gewünscht, so kann das Metall in einer geregelten Atmosphäre, die die erforderlichen Stoffe zum Färben des Metalls enthält, erhitzt werden.
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Wie oben bereits ausgeführt, hängt die Temperatur und die Erhitzungszeit von dem Metall und der gewünschten •Farbe ab. Selbstverständlich sollte die Temperatur so gewählt werden, daß die Eigenschaften des zu behandelnden Metalls nicht beeinträchtigt werden und keine zusätzlichen Behandlungsstufen erforderlich sind, bevor das Metall seinem Verwendungszweck zugeführt werden kann. — Das Muster kann jede beliebige Form aufweisen und in jeder gewünschten Weise auf dem Metall aufgebracht werden, z.B. durch mechanische, chemische oder elektrische Verfahren oder auch eine Kombination dieser Verfahren.
Der sura Schutz der gefärbten Metalloberfläche aufgebrachte Überzug sollte einen, dem Grundmetall angepaßten Ausdehnungskoeffizienten besitzen? er sollte eine sehr gute Wärme- und Korrosionsfestigkeit aufweisen und darf weder durch starke TemperaturSchwankungen noch durch korrodierende Atmosphären angegriffen werden. Außerdem tnuß er transparent sein, damit die Oberflächenbeschaffenheit des Metalls durch den Überzug klar erkennbar bleibt, gleichgültig, ob die Oberfläche hochglänzend, matt , gefügeartig oder anderweitig gestaltet ist. I1Ur diesen Zweck eignen sich die verschiedensten Überzüge, einschließlich der glasartigen Überzüge, wie z.B. Silikate; organische Überzüge wie Acryl- oder Methacrylsäurepolyraerisate, andere synthetische Harze oder dgl. Auch andere synthetische Harze mit den gewünschten Eigenschaften, die aufgrund des raschen Fortschritts auf diesem Gebiet verfügbar werden, können verwendet werden.
Die Überzüge können in bekannter Weise aufgebracht werden, z.B. durch Aufbürsten oder Eintauchen oder - bei stärker automatisierten Systemen - durch Aufwalzen oder Aufsprühen. Viele Überzüge, so auch der zur Zeit bevorzugte Überzug
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für Stahl, nämlich Alkalisilikate, sind Lösungen aurj der Überzugssubstanz, einem Netzmittel und einem flüchtigen Träger, wie z.B. Wasser, und benötigen eine Wärmebehandlung, um unlösliche Überzüge zu ergeben. In einigen Fällen wird durch die Wärmebehandlung das überschüssige Wasser oder das Lösungsmittel abgetrieben und in anderen Fällen der Überzug oxydiert, wodurch er unlöslich und außerordentlich widerstandsfähig gegenüber einer Rehydratisie rung wird. Es ist offensichtlich, daß der Überzug um so ^ unlöslicher wird, je mehr Wasser abgetrieben wird, und obgleich es sehr erwünscht ist, einen möglichst unlöslichen Überzug herzustellen, ist es aus praktischen Erwägungen im allgemeinen wünschenswert, daß ein Kompromiß geschlossen wird«, Bei der bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wurde fest*- gestellt, daß eine Wärmebehandlungszeit von 5 Minuten bei 2880O einen ausreichend unlöslichen Überzug liefert, der keiner nachfolgender Hydratisierung unterliegt. Erfindungsgemäß können auch bestimmte Überzüge mitanderen Löslichkeitseigenschaften als der gegenwärtig bevorzugte Überzug hergestellt werden, indem man andere Bedingungen der Wärmebehandlung anwendet.
" es
Es wird darauf hingewiesen, daß/in einigen Fällen notwendig sein kann, das Metall vor der Färbung oder vor Aufbringen des Überzugses zu reinigen, um seine Oberfläche von Fett- und Ölspuren zu befreien. Falls eine solche Reinigung erforderlich ist, so genügt es, das Metall auf bekannte Weise, z.B. mit einem handelsüblichen Reinigungsmittel, zu behandeln, um das Brechen des Wassers auf der Metalloberfläche zu vermeiden.
Wie bereits .ausgeführt, kann entsprechend der gewünschten Färbewirkung die Reihenfolge der erfindungsgemäßen 3ehandlungsstufen geändert*werden, oder es können einzelne Stufen wiederholt werden.
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Soll das Muster in der Farbe des ursprünglichen Metalls auf einem Hintergrund in kontrastierender Farbe erscheinen, so wird in folgender Weise vorgegangene
a) Behandlung des Metalls zur Färbung seiner Oberfläche,
b) Aufbringen des gewünschten Musters durch die Farbe hindurch unter Freilegung des Grundmetalls, und
c) Auftragen eines wärme- und korrosionsfesten transparenten Überzugse-s' auf das so behandelte Metall«
Wird ein farbiges Muster auf einem Hintergrund in der ursprünglichen Metallfarbe gewünscht, so wird das Verfahren wie folgt durchgeführt:
a) Überziehen des Metalls raib einem wärme- und korrosionsfesten transparenten Überzug, "ta) Aufbringen des gewünschten Musters durch den Überzug
hindurch unter Fseilegurag des G-rundmetalls, o) Behandlung des Metalls snir Färbung der freigelegten Metalloberflächen und
d) Aufbringen eines wärme- und korrosionsfesten transparenten Überzuges auf das so mit dem Muster versehene und gefärbte Metall«,
Sollen sowohl das Muster wie auch der Hintergrund farbig sein, so wird in folgender Weise gearbeitet:
a) Behandlung des Metalls zur Färbung der Oberfläche,
b) Aufbringen eines wärme- und korrosionsfesten transparenten=Überzuges auf das gefärbte Metall,
c) Auftragen des gewünschten Musters durch den Überzug und die Farbe hindurch unter Freilegung des Grundmetalls,
■ d) Erhitzen des Metalls zur Färbung der freigelegten Metalloberfläche, und
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e) Aufbringen eines wärme- und korrosionsfesten transparenten Überzuges auf das mit dem Muster versehene Metall.
Die nachfolgenden Beispiele, bei d.exien rostfreier Stahl (Typ 304) verwendet wurde, dienen zur Erläuterung des er-•findungsgetnäßen Verfahrens.
Beispiel 1
Gefärbter Hintergrund mit Muster in der Farbe des rostfreien Stahls ι
a) Der rostfreie Stahl wurde mit einem handelsüblichen flüssigen Reinigungsmittel von Fett und Öl befreit und gespült.
b) Der rostfreie Stahl wurde in einem Wärmebehandlungsofen an der Luft 10 Minuten auf 5380G erhitzt, wodurch die Stahloberfläche eine gleichmässige, transparente, goldgelbe Farbe erhielt.
c) Der Stahl wurde mechanisch mit den gewünschten Muster versehen, wodurch die gelbe Färbung auf den beschrifteten Teilen entfernt und die Stahloberfläche freigelegt wurde.
d) Der rostfreie Stahl wurde dann mit einer Alkalisilikatlösung überzogen und 5 Minuten in einem Ofen auf 2880G erhitzt, um den Überzug auf dem mit dem Muster versehenen rostfreien Stahl wärme- ; und korrosionsfest zu machen.
Beispiel 2
Farbiges Muster mit Hintergrund in der Farbe des rostfreien Stahls:
a) Der rostfreie Stahl wurde mit einem handelsüblichen flüssigen Reinigungsmittel gewaschen und gespült.
b) Der rostfreie Stahl wurde mit einer Alkalisilikatlösung überzogen und 5 Minuten in einem Ofen auf
2880G erhitzt.
*) Must erwache
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c) Der rostfreie Stahl wurde mechanisch mit dem gewünschten Muster versehen, wodurch der GiIikatfilm unter der Beschriftung entfernt und die Stahloberfläche freigelegt wurde.
d) Der rostfreie Stahl wurde 10 Minuten in Luft in einem Yfärmebehandlungsofen auf 5380C erhitzt, wobei sich die freigelegte Stahloberfläche goldgelb färbte.
e) Der mit einem Muster versehene und gefärbte rostfreie Stahl wurde mit einer Alkalisilikatlösung .überzogen und 5 Minuten in einem Ofen auf 2800O erhitzt5 um den Überzug wärme- und korronionnfont au machen«
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Claims (5)

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung kontrastierender;, farbiger Muster auf Metall, "bei dem A) der Hintergrund, B) das Muster oder G) Muster und Hintergrund gefärbt v/erden, dadurch gekennzeichnet, daß man
A. a) das Metall zur Färbung seiner Oberfläche behandelt, fc b) das gewünschte Muster auf das Metall unter Freilegung des Grundmetalls durch die gefärbte Oberfläche hindurch aufbringt} und
c) einen wärme- und korrosionsfesten transparenten Überzug auf dem mit deta Muster versehenen Metall aufbringt und danach vorzugsweise den Überzug erhitzt, um das gefärbte und mit einem Muster versehene Metall wärme- und korrosionsbeständig zu machen, oder
B. a) das Metall mit einem wärme- und korrosionsfesten
transparenten Überzug überzieht, b) das gewünschte Muster durch den Überzug hindurch
unter Freilegung des Grundmetalls aufbringt, " c) das Metall zur Färbung der freigelegten Metalloberflächen behandelt, vorzugsweise den Überzug erhitzt, um das gefärbte und mit einem. Muster versehene Metall wärme- und korrosionsbeständig zu machen, und
d) einen wärme- und korrosionsfesten transparenten Überzug auf das mit dem Muster versehene und gefärbte Metall aufbringt und danach vorzugsweise-den Über·^ zug erhitzt, um das gefärbte und mit einem Muster versehene Metall wärme- und korrosionsbeständig zu machen, oder
C. a) das Metall zur Färbung seiner Oberfläche behandelt, b) einen wärme- und korrosionsfesten transparenten Überzug auf das gefärbte Metall aufbringt, und vorzugsweise den Überzug erhitzt, v-a dao gefärbte Metall wärme-
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und korrosionsbeständig zu machen,
c) das gewünschte Muster durch den Überzug und die Farbe hindurch unter Freilegung des Grundmetalls aufbringt,
d) das mit einem Muster versehene Metall zur Färbung der freigelegten Metalloberfläche behandelt, und
e) das mit einem Muster versehe und gefärbte Metall mit einem wärme- und korrosionsfestem transparenten Überzug überzieht unddsaaoh vorzugsweise den Überzug erhitzt, um das gefärbte und mit einem Muster versehene Metall wärme«= und korrosionsbeständig zu machen. ·
2» Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Metall Stahl, Messing, Kupfer, Aluminium, Zink oder Magnesium verwendet wird.
3. Verfahren nach Ansprüchen 1 ~ 2, dadurch gekennzeichnet, daß man das Metall durch Wärmeverfärbung, vorzugsweise in einer geregelten Atmosphäre, farbig macht..
4. Verfahren nach Ansprüchen 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß man das Metall vor der ersten Behandlungsstufe reinigt.
5. Verfahren nach Anspruch 1S dadurch gekennzeichnet, daß man zur Durchführung der Ausführungsform A als Metall rostfreier Stahl verwendet, diesen bei einer Temperatur von etwa 538 G etwa 10 Minuten lang zur Färbung der Oberfläche wärmebehandelt und den Überzug bei einer Temperatur von etwa 2880G für etwa 5 Minuten erhitzt.
6«, Verfahren nach Anspruch' 1, dadurch gekennzeichnet, daß man zur Durchführung der Ausführungsfοrra B als Metall rostfreier Stahl verwendet, diesen bei einer Temperatur von etwa 5380C etwa 10 Minuten lang zur Färbung der Oberfläche in Stufe c) wärmebehandelt und den Überzug bei einer Temperatur von etwa 288°i nach den Stufen a) und d) erhitzt.
bei einer Temperatur von etwa 2880G für etv/a 5 Minuten
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Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß r man zur Durchführung der Aus führungs form 0 nie, Kotall . rostfreier Stahl verwendet, diesen "bei einer Temperatur von etwa 538 G etwa 10 Minuten lang zur Färbung der Oberfläche in Stufen a) und d) wärmebehandelt und den Überzug bei einer Temperatur von etwa 2880G für etv/a 5 Minuten nach Stufen b) und e) erhitzt.
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