DE19851278B4

DE19851278B4 - Verfahren zu Herstellung elektrisch leitfähiger und optimal haftfähiger Oberflächenbereiche auf chemisch und/oder galvanisch beschichteten und/oder lackierten Spritzgussteilen aus Magnesiumlegierungen

Info

Publication number: DE19851278B4
Application number: DE1998151278
Authority: DE
Inventors: Wolf Dieter Franz
Original assignee: ALFRED R FRANZ FA; FA ALFRED R FRANZ
Current assignee: ALFRED R FRANZ FA; FA ALFRED R FRANZ
Priority date: 1997-06-06
Filing date: 1998-11-06
Publication date: 2006-05-04
Anticipated expiration: 2018-11-07
Also published as: DE19851278A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung elektrisch leitfähiger und optimal haftfähiger Oberflächenbereiche auf chemisch und/oder galvanisch beschichteten und/oder lackierten Spritzgussteilen aus Magnesiumlegierungen,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Oberfläche der Spritzgussteile zunächst gesäubert, aktiviert und/oder angebeizt wird,
die aktivierten bzw. angebeizten Spritzgussteile schwarz-, gelb-, oliv-, grün-, blau oder farbloschromatiert werden,
die chromatierten Spritzgussteile lackiert werden,
die chromatierten und lackierten Spritzgussteile in den konstruktiv festgelegten Dichtungsbereichen mittels Laserstrahl remetallisiert werden, und
auf den remetallisierten Dichtungsbereichen der Spritzgussteile ein anorganisches und/oder organisches Dichtungs- und/oder Klebematerial aufgebracht wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung elektrisch leitfähiger und optimal haftfähiger Oberflächenbereiche auf chemisch und/oder galvanisch beschichteten und/oder lackierten Spritzgussteilen aus Magnesiumlegierungen.

In dem Hauptpatent 197 23 975 ist ein kontinuierliches, rechnergesteuertes Verfahren zur Herstellung von schwarzchromatierten, oberflächenfehlerfreien, komplettierbaren Spritzgussteilen aus Magnesiumlegierungen mit elektrisch leitfähigen und optimal haftfähigen Oberflächenbereichen beschrieben. Diese Erfindung umfasst neben der Schwarzchromatierung der Spritzgussteile u. a. auch das rechnergesteuerte, automatische Imprägnieren oberflächenfehlerfreier, schwarzchromatierter Spritzgussteile u. a. mit Ölen, Wachsen, Harzen, Lacken, Paraffinen u. dgl. geeigneten Kunststoffen. Die Imprägnierung dient neben der Verbesserung der Gleiteigenschaft beim kontinuierlichen Transport der Spritzgussteile auch der Verbesserung der Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit durch Stabilisierung der Chromatschicht. In der Schwarzchromatschicht können nämlich verfahrensbedingt auftretende Schrumpfungsrisse nach der Schwarzchromatierung bzw. Rissbildungen infolge der Abkühlung von der Oberflächentemperatur ab 80° C auftreten.

Die nach dem Hauptpatent eingesetzten Imprägnierungsmittel dichten diese Oberflächenunregelmäßigkeiten, zu denen auch Poren gehören, ab. Außerdem verhindert das Imprägnierungsmittel die Aufnahme von Cr IV durch die menschliche Haut, so dass darauf zurückgehende Allergien verhindert werden. Da die schwarzchromatierten Gegenstände, Teile oder Artikel häufig zu wasser- und feuchtigkeitsdichten Gehäusen zusammengebaut werden, die elektrische und/oder elektronische Bau- und Schaltungsteile einhausen, müssen auf den vorgesehenen Dichtungsbereichen besonders gut haftende, das Eindringen von Feuchtigkeit verhindernde elektrisch leitfähige Dichtungs- und/oder Klebematerialien aufgetragen werden. Die oxidische Chromatschicht und/oder die Imprägnierungsschicht wirken als Dielektrikum und verhindern die elektrische Leitfähigkeit. Deshalb wird nach dem Hauptpatent 197 23 975 auf der Schwarzchromatschicht der Spritzgussteile, die zu einem Außengehäuse zusammengebaut werden sollen, eine Laser-Behandlung entsprechend dem konstruktiv festgelegten Dichtungs- bzw. Klebebereich vorgeschlagen. Die Dichtungs- bzw. die Klebebereiche betreffen in aller Regel nur schmale Randbereiche oder randnahe, innerhalb der Gehäusehälften vorgesehene Nuten in Kombination mit Stegen. Dem Hauptpatent liegt die Erkenntnis zugrunde, dass beispielsweise schwarzchromatierte Spritzgussteile eine hohe Absorptionsfähigkeit in Bezug auf die die Deck- bzw. Schutzschicht eingebrachte Laserenergie aufweisen, so dass auf Grund dieses Effekts zuverlässig die Schwarzchromatschicht einschließlich der Imprägnierungsschicht in einem diskreten Bereich abgedampft werden kann. Sobald der metallische Untergrund, d.h. die blanke Oberfläche der oberen Zinkschicht erreicht ist, wandert der Laserstrahl automatisch weiter, um entsprechend dem Verlauf des Dichtungsbereichs die Laserbehandlung zwecks Remetallisierung der Oberfläche des Substrats automatisch bis zur Programmerledigung fortzuführen. Abschließend wird auf den remetallisierten Oberflächenbereichen ein anorganisches und/oder organisches, insbesondere metallorganisches Dichtungs- und/oder Klebematerial, insbesondere eine Silber und/oder Kupfer enthaltende Spezialsilikonpaste, aufgebracht, die auf den remetallisierten Oberflächenbereichen zuverlässig fest haftet und eine optimale Abdichtung des Gehäuses, das aus den Spritzgussteilen zusammengebaut wird, gegenüber der Außenatmosphäre, insbesondere gegenüber Feuchtigkeit und Wasser, leistet. Erst durch die Erstellung elektrisch leitfähiger Dichtungsbereiche durch Verdampfen der Schwarzchromat-Deckschicht einschließlich der Imprägnierungsschicht und durch das Auftragen von elektrisch leitfähigen Dichtungs- und/oder Klebematerialien wird auch eine wirkungsvolle Hochfrequenzabschirmung bzw. Geräteabstrahlung erzielt. Durch die Laserbehandlung wird in der Imprägnie rungsschicht und der Schwarzchromatschicht ein in Breite und Tiefe exakt einstellbarer Dichtungskanal eingearbeitet, ohne die beschichteten Nachbarbereiche in ihrer Funktion als Schutzschicht zu beeinträchtigen.

Nach dem Hauptpatent 197 23 975 ist auf dem Spritzgussteil, das aus einer Magnesiumlegierung besteht, eine Vorbeschichtung auf der Basis von Zink, Kupfer und Zink, sowie eine Endbeschichtung aus Schwarzchromat und Imprägnierungsmittel, die beispielsweise eine Lackschicht sein kann, vorgesehen.

Der Erfindung gemäß dem Zusatzpatent liegt die Aufgabe zugrunde, die Lasertechnik auch auf solche Spritzgussteile anzuwenden, die einen anderen Oberflächenschichtaufbau als das Hauptpatent 197 23 975 aufweisen.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und mit denen des Patentanspruchs 2 gelöst, wobei bevorzugte Ausgestaltungen in den Ansprüchen 3 bis 6 angegeben sind:
Das erfindungsgemäße Verfahren geht von Spritzgussteilen aus, die aus Magnesiumlegierungen, vorzugsweise aus Aluminium-Magnesiumlegierungen, insbesondere aus Aluminium-Magnesiumlegierungen von Typ AZ 91 oder AM 50, bestehen. Diese Spritzgussteile werden nach Reinigung und Aktivierung schwarzchromatiert, gelbchromatiert, olivchromatiert, grünchromatiert, blauchromatiert oder farbloschromatiert. Die dabei angewandte Chromatierungsmethode entspricht im Wesentlichen dem Hauptpatent 197 23 975. Daraufhin werden die chromatierten Spritzgussteile entweder partiell spritzlackiert oder elektrophore tisch komplett lackiert. Beim partiellen Spritzlackieren ist es kaum zu verhindern, dass sich der Lacknebel auch auf die Dichtungsbereiche der Spritzgussteile niederschlägt. Bei der elektrophoretischen Lackierung, die einer galvanischen Tauchbehandlung gleichkommt, werden zwangsläufig sämtliche Dichtungsbereiche mit der Lackschicht überzogen. Diese Dichtungsbereiche der chromatierten und lackierten Spritzgussteile werden rechnergesteuert mittels Laserstrahl remetallisiert, d. h. der Laserstrahl verdampft sowohl die Lack- wie auch die Chromatschicht in dem Dichtungsbereich und setzt damit die metallische, elektrisch leitfähige Oberfläche der Magnesiumlegierung frei. Daraufhin wird auf der remetallisierten Oberfläche der Dichtungsbereiche ein anorganisches und/oder organisches, insbesondere metallorganisches Dichtungs- und/oder Klebematerial, insbesondere Silber und/oder Kupfer enthaltende Spezialsilikonpaste, aufgebracht, die auf den remetallisierten Oberflächenbereichen zuverlässige Haftfestigkeit leistet. Gleichzeitig wird damit eine optimale Abdichtung des Gehäuses, das aus den Spritzgussteilen zusammengebaut wird, gegenüber der Außenatmosphäre, insbesondere gegenüber Feuchtigkeit, erreicht. Die Herstellung elektrisch leitfähiger Dichtungsbereiche durch Verdampfen der Lack- und/oder Schwarzchromat-Deckschicht sowie das Auftragen elektrisch leitfähiger Dichtungs- und/oder Klebematerialien auf diesen Dichtungsbereichen verhindern eine Gerätestrahlungsabstrahlung wie Hochfrequenzabstrahlung.

Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden die Spritzgussteile, die aus Magnesiumlegierungen, vorzugsweise Aluminium- Magnesiumlegierungen, insbesondere aus Aluminium-Magnesiumlegierungen vom Typ AZ 91 oder AM 50, bestehen können, zunächst aktiviert bzw. angebeizt, um eine metallisch blanke Magnesiumlegierungsoberfläche zu erzielen. Daraufhin werden die an der Oberfläche aktivierten bzw. angebeizten Spritzgussteile partiell oder vollständig spritzlackiert oder elektrophoretisch tauchlackiert. Diese lackierten Spritzgussteile werden ebenfalls einer Laserbehandlung zugeführt, um damit die vorbestimmten Dichtungsbereiche mittels der Laserenergie durch Entfernen der Deckschicht, beispielsweise durch Verdampfung, zu remetallisieren. Sobald die Lackschicht verdampft ist und der Laser auf die metallische Magnesiumlegierungsoberfläche trifft, wandert der Laserstrahl, dem vorgegebenen Dichtungsbereich folgend, in den benachbarten beschichteten Oberflächenbereich. Auf diese Weise wird ein exakt definierter Dichtungsbereich remetallisiert, ohne dass der beschichtete Nachbarbereich seine Schutzfunktion durch Verdampfung verliert. Auf diese Weise wird die aus Lack bestehende, außerhalb des Verlaufs des Dichtungsbereichs liegende Lackschicht nicht beschädigt. Daraufhin wird auf den remetallisierten Oberflächenbereichen der Spritzgussteile ebenfalls ein anorganisches und/oder organisches, vorzugsweise metallorganisches Dichtungs- und/oder Klebematerial, insbesondere eine Silber und/oder Kupfer enthaltende Spezialsilikonpaste, aufgebracht.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich somit in vorteilhafter Weise zur Laserbehandlung von schwarz-, gelb-, oliv-, grün-, blau- und farbloschromatierten Spritzgussteilen, bei denen auf eine Vorbeschichtung der Reihenfolge Zink, Kupfer und Zink entsprechend dem Hauptpatent 19 23 975 verzichtet wird. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst auch die Laserbehandlung von Spritzgussteilen, die aus Magnesiumlegierungen bestehen und nur mit einer Lackschicht als Deckschicht versehen sind. In beiden Fällen dient die Laserbe handlung der Remetallisierung bestimmter Oberflächenbereiche die zum Auftragen eines elektrisch leitfähigen Dichtungsmaterials bestimmt sind.

Bei den Spritzgussteilen handelt es sich beispielsweise um die Außenschalen für Gebrauchsgegenstände wie Telefone, insbesondere mobile Telefone, Fotoapparate, fotooptische Messgeräte, optoelektronische Kameras, Diktiergeräte, Taschenrechner, Laptops, Notebooks, mobile meteorologische Messgeräte für die Messung von Feuchtigkeit, Temperatur und Druck, Höhenmessgeräte für Bergsteiger und Segelflieger und dgl.

In diesen durch Zusammenbau der Außenschalen gebildeten Gehäusen oder Apparaten befinden sich in aller Regel elektrisch und/oder elektronisch arbeitende Bau- und/oder Schaltungselemente zum Registrieren, Messen, Auswerten und Anzeigen physikalischer oder physikalisch chemischer Daten. In diese Gehäuse dürfen Feuchtigkeit, Wasser, chemische Agenzien und Reagenzien, Fluids und/oder Strahlungen nicht eindringen. Deshalb müssen die Verbindungsbereiche der zusammenzubauenden Außenschalen gut haftende und elektrisch leitfähige Dichtungs- und/oder Klebebereiche aufweisen.

Die definierten Dichtungsbereiche der Spritzgussteile werden vorzugsweise mit einem YAG-Laser remetallisiert.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird anhand der Zeichnungen gemäß den 1 bis 3 und 4a bis 4c näher erläutert.

1 zeigt den Aufbau der Oberflächenschicht eines Spritzgussteils gemäß dem Hauptpatent.

2 zeigt den Aufbau einer Oberflächenschicht eines Spritzgussteils gemäß der Erfindung.

3 zeigt einen weiteren Aufbau einer Oberflächenschicht eines Spritzgussteils gemäß der Erfindung.

4a zeigt die Draufsicht auf die Innenseite einer nach der Spritzgusstechnik gefertigten Gehäuseschale.

4b zeigt einen Längsschnitt A-A durch die Gehäuseschale gemäß 4a.

4c zeigt einen Querschnitt B-B durch die Gehäuseschale gemäß 4a.

In 1 ist ein Substrat 1 dargestellt, das aus einer Magnesiumlegierung besteht. Auf der Oberfläche es Substrats 1 ist eine Zinkschicht 2 in einer Stärke von ≤ 1 μm abgeschieden. Auf der Zinkschicht 2 befindet sich eine Kupferschicht 3 in einer Stärke von 6 bis 10 μm. Auf der Kupferschicht 3 ist eine weitere Zinkschicht 4 in einer Stärke von 6 bis 10 μm abgeschieden. Darüber befindet sich eine Chromatschicht 5 mit einer Stärke von maximal 0,1 μm.
Diese Chromatschicht 5 ist mit einer Lackschicht 6 imprägniert. Mit der Laserbehandlung der Dichtungsbereiche wird die Lackschicht 6 und die Chromatschicht 5, vollständig begrenzt auf den Dichtungsverlauf, verdampft. Sobald der Laserstrahl auf die äußere Zinkschicht 4 trifft wandert der Laserstrahl entsprechend der Programmsteuerung in den benachbarten, beschichteten Oberflächenbereich, um dort die Verdampfung der Lackschicht 6 und der Chromatschicht 5 fortzusetzen.
In 2 ist ein Substrat 10 aus einer Magnesiumlegierung dargestellt, auf dessen aktivierte bzw. angebeizte Oberfläche unmittelbar eine Chromatschicht 11 in einer Stärke von maximal 1 μm abgeschieden ist. Die Chromatschicht 11 kann, ausgehend von schwarzchromatierten Oberflächenschicht, mit abnehmender Schichtstärke gelbchromatiert, olivchromatiert, grünchromatiert, blauchromatiert oder farbloschromatiert ausgeführt sein. Auf dieser Chromatschicht 11 wird eine Lackschicht 12 aufgebracht, die durch partielle oder vollständige Spritzlackierung erreicht wird, oder nach einer weiteren Ausführungsform elektrophoretisch komplett aufgebracht wird.
Die Lackschicht 12 und Chromatschicht 11 werden mit dem Laserstrahl in dem engbegrenzten Bereich des Dichtungsverlaufs vollständig verdampft, so dass der Laserstrahl auf die metallische Oberfläche des aus einer Magnesiumlegierung bestehenden Substrats trifft. Auch in diesem Falle wandert der Laserstrahl nach Auftreffen auf die Metalloberfläche sofort in den Nachbarbereich des Dichtungsverlaufs, der noch mit der Lackschicht 12 und der Chromatschicht 11 belegt ist.
3 zeigt ein Substrat 20 aus einer Magnesiumlegierung, deren Oberfläche nur durch die Lackschicht 21 geschützt ist, die durch Spritzlackieren oder elektrophoretisches Lackieren erzeugt wird. Die Stärke dieser Lackschicht liegt ebenfalls im μm-Bereich. Bei der Laserbehandlung wird die Lackschicht im Dichtungsverlauf vollständig verdampft, so dass der Laserstrahl letztendlich auf die metallische Oberfläche des Substrats 20 trifft und sich in den benachbarten, lackierten Oberflächenbereich entsprechend des Dichtungsverlaufs programmgesteuert weiter bewegt.
4a zeigt in Draufsicht, 4b im Längsschnitt A-A und 4c im Querschnitt B- B eine rechteckförmige Gehäuseschale 30, die einem mobilen Telefon entlehnt ist. Die Gehäuseschale 30 weist eine stegförmige Umfassung 31 auf. An der Innenseite der Umfassung 31 ist eine umlaufende Nut 32 vorgesehen, die wiederum innenseitig von einem umlaufenden Steg 33 begrenzt ist. Außerdem ist die Innenfläche der Gehäuseschale 30 durch zwei Querstege 34 und 35 unterteilt. Die Stirnseite 36 des umlaufenden Stegs 33 und die Stirnseiten 36 der Querstege 33, 34 sind, wie die Gesamtoberfläche der Gehäuseschale 30 auch, entweder mit einer Chromatschicht 11 und einer Lackschicht 12 gemäß 2 oder nur mit einer Lackschicht 21 gemäß 3 beschichtet. Mit der Laserbehandlung werden die Stirnseiten 36 des umlaufenden Stegs 33 und der Querstege 34 und 35, die den lokal begrenzten Dichtungsbereichen entsprechen, durch Verdampfung der Deckschicht bzw. Deckschichten remetallisiert und dadurch elektrisch leitfähig gemacht.

Claims

Verfahren zur Herstellung elektrisch leitfähiger und optimal haftfähiger Oberflächenbereiche auf chemisch und/oder galvanisch beschichteten und/oder lackierten Spritzgussteilen aus Magnesiumlegierungen, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Spritzgussteile zunächst gesäubert, aktiviert und/oder angebeizt wird, die aktivierten bzw. angebeizten Spritzgussteile schwarz-, gelb-, oliv-, grün-, blau oder farbloschromatiert werden, die chromatierten Spritzgussteile lackiert werden, die chromatierten und lackierten Spritzgussteile in den konstruktiv festgelegten Dichtungsbereichen mittels Laserstrahl remetallisiert werden, und auf den remetallisierten Dichtungsbereichen der Spritzgussteile ein anorganisches und/oder organisches Dichtungs- und/oder Klebematerial aufgebracht wird.
Verfahren zur Herstellung elektrisch leitfähiger und optimal haftfähiger Oberflächenbereiche auf chemisch und/oder galvanisch beschichteten und/oder lackierten Spritzgussteilen aus Magnesiumlegierungen, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Spritzgussteile zunächst gesäubert, aktiviert und/oder angebeizt wird, die aktivierten bzw. gebeizten Spritzgussteile lackiert werden, die lackierten Spritzgussteile in den konstruktiv festgelegten Dichtungsbereichen mittels Laserstrahl remetallisiert werden, und auf den remetallisierten Dichtungsbereichen der Spritzgussteile ein anorganisches und/oder organisches Dichtungs- und/oder Klebematerial aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Lackieren der Spritzgussteile durch Spritzlackieren oder durch elektrophoretische Tauchlackierung ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserbehandlung mit einem YAG-Laserstrahl ausgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das organische Dichtungs- und/oder Klebematerial ein metallorganisches Dichtungs- und/oder Klebematerial ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das Dichtungs- und/oder Klebematerial eine Silber- und/oder Kupfer enthaltende Silikonpaste ist.