DE202004000596U1

DE202004000596U1 - Dekorativer Gegenstand

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Publication number: DE202004000596U1
Application number: DE200420000596
Authority: DE
Original assignee: SURPRO OBERFLAECHENBESCHICHTUNGS- und BERATUNGSZENTRUM GmbH; Surpro Oberflachenbeschichtungs- und Beratungszentrum GmbH; SURPRO OBERFLAECHEN; Metaplas Ionon Oberflaechenveredelungstechnik GmbH
Current assignee: Surpro De GmbH; Oerlikon Metaplas GmbH
Priority date: 2004-01-16
Filing date: 2004-01-16
Publication date: 2004-03-18
Anticipated expiration: 2014-01-17

Abstract

Dekorativer Gegenstand, umfassend ein Substrat aus einem Leichtmetall oder einer Leichtmetalllegierung, das auf mindestens einem Teil seiner Oberfläche mit einer mindestens zum Teil durch ein Vakuumbeschichtungsverfahren aufgebrachten korrosionshemmenden und dekorativen Beschichtung versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (8, 12) eine durch das Vakuumbeschichtungsverfahren direkt auf die Substratoberfläche (6) aufgebrachte Hartstoffschicht (8) sowie eine über der Hartstoffschicht (8) angeordnete Versiegelungsschicht (12) aus einem Lack oder Kunststoff umfasst.

Description

Bei dekorativen Gegenständen aus Metall, die wie Brillen, Schreibgeräte, Feuerzeuge, Schmuckaccessoires oder dergleichen von Menschen getragen, benutzt und/oder mitgeführt werden, besteht einerseits der Wunsch nach einem ansprechenden und in farblicher Hinsicht vielseitig ausführbaren äußeren Erscheinungsbild sowie andererseits nach einem möglichst geringen Gewicht. Mit geringen Herstellungskosten lässt sich der zuletzt genannte Wunsch vor allem durch Verwendung eines Substrats aus einem Leichtmetall und insbesondere aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung verwirklichen.
Allerdings sind derartige Leichtmetalle und die aus ihnen hergestellten Gegenstände infolge ihres elektrochemisch unedlen Charakters sehr anfällig gegen Korrosion, besonders wenn sie wie Brillen, Feuerzeuge oder Schreibgeräte im Gebrach dem Körperschweiß eines menschlichen Benutzers oder dem Luftsauerstoff ausgesetzt sind bzw. in einer anderen korrosiven Umgebung verwendet werden. Daher werden Gegenstände aus Leichtmetall üblicherweise mit einer korrosionshemmenden Beschichtung versehen, die gleichzeitig auch dazu dienen kann, das ästhetische Erscheinungsbild der Gegenstände zu verändern oder zu verbessern.
In der Vergangenheit verwendete übliche Beschichtungsverfahren umfassen insbesondere das sogenannte Eloxal-Verfahren (Anodisierung), bei dem das aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bestehende Substrat auf elektrochemischem Weg anodisch oxidiert und dadurch mit einem verhältnismäßig harten und verschleißfesten schützenden Oxidüberzug versehen wird, der auch eingefärbt werden kann, um dem Gegenstand eine gewünschte Farbe zu verleihen. Bei der Herstellung von Schreibgeräten oder Schreibgeräteteilen werden allerdings häufig bleihaltige Aluminimumlegierungen eingesetzt, die eine leichtere Zerspanbarkeit aufweisen und sich daher besser zu Herstellung von Dreh- bzw. Frästeilen eignen. Im Falle einer anschließenden Beschichtung durch Anodisierung führen jedoch die im Aluminium vorhandenen Bleinester zu einem fleckigen unästhetischen äußeren Erscheinungsbild.
Die ebenfalls zur Beschichtung von Leichtmetallen eingesetzten galvanischen Beschichtungsverfahren sind demgegenüber auf den meisten Leichtmetallen oder Leichtmetalllegierungen relativ kompliziert herzustellen, da sie einen besonderen Schichtaufbau erforderlich machen.
Aus der DE 198 07 823 A1 ist darüber hinaus bereits ein Verfahren zur Herstellung einer korrosionsschützenden Beschichtung für ein Substrat aus Leichtmetall bekannt, bei dem das Substrat nacheinander mit einer nicht leitenden ersten Schicht, einer stromlos darauf aufgebrachten zweiten Schicht aus einem oder mehreren Metallen und einer dekorativen dritten Schicht überzogen wird, wobei die nicht leitenden erste Schicht durch physikalische Verfahren, wie beispielsweise PVD (Physical Vapor Deposition) auf das Substrat aufgebracht werden kann.
Durch ein Vakuumbeschichtungsverfahren, wie PVD, direkt auf Leichtmetalle oder andere korrosionsanfällige Metalle, wie Zink oder dergleichen, aufgebrachte Beschichtungen wurden in der Vergangenheit zumeist vermieden, da infolge der verhältnismäßig großen Mikroporosität (Pinholes) bzw. Permeabilität derartiger PVD-Beschichtungen oxidierende Gase, wie Luftsauerstoff, oder korrosive Flüssigkeiten, wie Hautschweiß, durch die Beschichtung hindurch bis zum Leichtmetallsubstrat vordringen können. Dieser Vorgang führt dann zu einer lokalen Korrosion des Leichtmetalls, was an der betreffenden Stelle ein Abheben oder Abplatzen der Beschichtung zur Folge haben kann. Als Gegenmaßnahme gegen eine derartige Korrosion wurden zumeist eine oder mehrere dichte galvanische Zwischenschichten zwischen dem Substrat und der PVD-Beschichtung vorgesehen, deren Herstellung jedoch zu einer Verteuerung des beschichteten Gegenstands aus Leichtmetall führt.
Ein zusätzlicher Nachteil von PVD-Beschichtungen besteht in ihrer hohen Fingerabdruckempfindlichkeit, insofern als Fingerabdrücke auf einer als Abschluss aufgebrachten PVD-Schicht deutlich sichtbar bleiben.
Weiter ist aus der DE 101 14 657 A1 bereits ein Handstück für zahnmedizinische oder chirurgische Zwecke bekannt, dessen Griffoberfläche eine Beschichtung aus einer durch ein PVD-Verfahren aufgebrachten Hartstoffschicht und einer darauf angeordneten Kunststoffschicht mit reduzierter Benetzbarkeit aufweist, um einerseits eine gewünschte Oberflächenrauigkeit und andererseits schmutzabweisende Oberflächeneigenschaften zu erhalten. Da Handstücke für zahnmedizinische oder chirurgische Zwecke gewöhnlich aus nichtrostendem Stahl bestehen, kommt der Beschichtung des Handstücks keine korrosionshemmende Bedeutung zu.
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen dekorativen Gegenstand der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass sein Substrat aus einem Leichtmetall oder einer Leichtmetalllegierungen mit beliebiger Zusammensetzung hergestellt und durch ein verhältnismäßig einfaches Verfahren mit der dekorativen, korrosionshemmenden und verschleißfesten Beschichtung versehen werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Beschichtung eine durch das Vakuumbeschichtungsverfahren unmittelbar auf die Substratoberfläche aufgebrachte Hartstoffschicht und eine über der Hartstoffschicht angeordnete Versiegelungsschicht aus einem Lack oder Kunststoff umfasst.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, dem Gegenstand durch die mittels des Vakuumbeschichtungsverfahrens aufgebrachte Hartstoffschicht eine verschleißfeste Oberfläche zu verleihen, deren Farbgebung durch die vorhandene Farbpalette von PVD-Hartstoffschichten bzw. durch eine entsprechende Farbgebung der Versiegelungsschicht in breitem Umfang varierbar ist, und gleichzeitig die Poren der Hartstoffschicht mit Hilfe der Versiegelungsschicht gas- und flüssigkeitsdicht zu verschließen, wodurch der Beschichtung korrosionshemmende Eigenschaften verliehen und ein Hindurchtritt von korrosiven Medien bis zur Substratoberfläche sicher verhindert werden kann. Daneben ergibt sich insofern ein weiterer Vorteil, als bei diesem Schichtaufbau zu beobachten ist, dass zuvor versehentlich auf der Substratoberfläche hinterlassene und beim anschließenden Vakuumbeschichtungsverfahren sichtbar gewordene Fingerabdrücke beim Auftrag der Versiegelungsschicht selbst dann wieder unsichtbar werden, wenn eine transparente Versiegelungsschicht auf die Hartstoffschicht aufgebracht wird.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht eine durch ein PVD-Verfahren auf die Oberfläche des Substrats aufgebrachte Hartstoffschicht aus einem verschleißfesten Hartstoff vor, wie zum Beispiel Chromnitrid CrN, Chromcarbid CrC, Chromcarbonitrid Cr(C,N), Titannitrid TiN, Titancarbid TiC, Titancarbonitrid Ti(C,N), Zirkoniumnitrid ZrN, Zirkoniumcarbid ZrC oder Zirkoniumcarbonitrid Zr(C,N), wobei besonders bevorzugt Chromnitrid CrN verwendet wird. Außer dem Hartstoff kann die PVD-Beschichtung jedoch noch weitere Komponenten umfassen, wie zum Beispiel Gold, das zweckmäßig in Kombination mit Titannitrid als Au/TiN auf das Substrat aufgebracht wird, wenn dessen Oberfläche ein besonders goldenes Erscheinungsbild erhalten soll.
Die Hartstoffschicht weist vorteilhaft eine Schichtdicke von etwa 0,5 bis etwa 3 μm, vorzugsweise von etwa 1 bis 2 um auf.
Die Versiegelungsschicht kann sowohl aus einem transparenten, einem durchscheinenden oder einem undurchsichtigen Lack oder Kunststoff bestehen, wobei bevorzugt ein transparenter oder durchscheinender Lack oder Kunststoff verwendet wird, wenn das ästhetische Erscheinungsbild des Gegenstandes durch die Farbe der Hartstoffschicht bestimmt werden soll, die bei PVD-Hartstoffbeschichtungen eine weite Farbpalette im Bereich von gelb, golden, bronze, grau, graublau, schwarzblau, anthrazit bis schwarz aufweisen kann. Demgegenüber können undurchsichtige farbige Versiegelungsschichten verwendet werden, wenn der Gegenstand oder ein Teil desselben eine andere Farbe als die durch das Vakuumbeschichtungsverfahren aufgebrachte Metall- oder Hartstoffschicht erhalten soll.
Vorzugsweise weist die Versiegelungsschicht eine Schichtdicke von etwa 0,5 bis 4 μm und vorzugsweise von etwa 1 bis 3 μm auf, so dass sie auf der Hartstoffschicht einen geschlossenen Überzug bildet, der die Poren der letzteren vollständig verschließt und Bereiche der Hartstoffschicht mit höherer Permeabilität gasdicht bedeckt.
Zur Herstellung der Versiegelungsschicht wird zweckmäßig ein fluorhaltiger Kunststoff, vorzugsweise Tetrafluorethylen (PTFE) verwendet, der ohne Zusatz von Pigmenten bei den vorgenannten Schichtdicken nahezu transparent ist, bei Bedarf jedoch auch durch Zusatz von Pigmenten eingefärbt und undurchsichtig gemacht werden kann. Aus Tetrafluorethylen (PTFE) bestehende Versiegelungsschichten werden vorzugsweise durch ein nasschemisches Verfahren unter Luftatmosphäre aufgebracht und anschließend bei etwa 260°C eingebrannt, um ihre Haftung an der Hartstoffschicht zu verbessern.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Substrat eine gestrahlte Oberfläche mit einer gewissen Rauigkeit aufweist, die von der PVD-Hartstoffschicht nachgebildet wird und die auch nach dem Aufbringen der Versiegelungsschicht mindestens teilweise erhalten bleibt, so dass der Gegenstand nach seiner Fertigstellung eine gleichförmig matte Oberfläche aufweist.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die einzige Figur zeigt eine vergrößerte Schnittansicht eines Teils eines erfindungsgemäßen Gegenstandes.
Der in der Zeichnung dargestellte dekorative Gegenstand 2, zum Beispiel ein Teil einer Kappe oder des Körpers eines Federhalters oder eines anderen Schreibgeräts, besteht im Wesentlichen aus einem die Form des Gegenstands bestimmenden Substrat 4 aus einer bleihaltigen Aluminiumlegierung. Die zuvor durch Sandstrahlen bearbeitete und aufgeraute Oberfläche 6 des Substrats 4 ist mit einer Hartstoffschicht 8 beschichtet, die auf ihrer vom Substrat 4 abgewandten äußeren Oberfläche 10 mit einer Versiegelungsschicht aus Kunststoff 12 überzogen ist.
Die aus Chromnitrid bestehende Hartstoffschicht 8 mit einer Schichtdicke von etwa 1 bis 2 μm, die im Wesentlichen die Rauigkeit der Substratoberfläche 6 nachbildet, besitzt eine große Härte, so dass sie dem beschichteten Substrat eine hohe Verschleißfestigkeit verleiht, weist jedoch eine große Porosität und Permeabilität für Gase und Flüssigkeiten auf, so dass sie nicht geeignet ist, den Hindurchtritt von korrosiven Medien, wie Luftsauerstoff und Hautschweiß, zur Oberfläche 6 des Substrats 4 und damit eine Korrosion des letzteren zu verhindern. Die dafür erforderliche korrosionshemmende Eigenschaft wird der Beschichtung 8, 12 des Gegenstandes durch die aus Tetrafluorethylen (PTFE) bestehende transparente Versiegelungsschicht 12 verliehen, die einen geschlossenen durchgehenden Film oder Überzug auf der Oberfläche 10 der Hartstoffschicht 8 bildet, wobei sie die nach außen offenen Mikroporen der Hartstoffschicht 8 auffüllt und gas- und flüssigkeitsdicht verschließt, was neben korrosionshemmenden Eigenschaften auch für eine gute Verzahnung zwischen der Hartstoffschicht 8 und der Versiegelungsschicht 12 und damit für eine gute Haftung der letzteren auf der Hartstoffschicht 8 sorgt. Die Farbe der Hartstoffschicht 8 bleibt dabei durch die transparente Versiegelungsschicht 12 hindurch gut sichtbar.
Bei der Herstellung des beschichteten Gegenstandes 2 wird das Substrat 4 nach einer spanabhebenden Bearbeitung zwecks Formgebung, einem Strahlen seiner Oberfläche zur Erzielung einer gewünschten Rauigkeit, sowie einer Reinigung und Entfettung durch Lösemittel in einer Vakuumbeschichtungskammer angeordnet, um die Chromnitrid-Hartstoffschicht 8 durch PVD (Physical Vapor Deposition), d.h. physikalische Abscheidung aus der Gashase, auf die Substratoberfläche 6 aufzubringen. Vor der Durchführung des eigentlichen Beschichtungsvorgangs wird das Substrat 4 in der Vakuumbeschichtungskammer noch einer Sputterreinigung unterzogen. Die nachfolgende Abscheidung der Hartstoffschicht 8 erfolgt durch Lichtbogenverdampfung von elektrisch isolierten, unter einem negativen Potenzial von etwa 30 Volt in Bezug zur Kammerwand der Vakuumbeschichtungskammer in derselben angebrachten Spenderronden aus reinem Chrom (Cr), wobei zugleich reiner Stickstoff (N₂) in die Kammer eingeleitet wird, der sich mit dem im Lichtbogen verdampften und dabei ionisierten Chrom auf der Substratoberfläche 6 zu Chromnitrid (CrN) ergänzt.
Nach der Fertigstellung der Hartstoffschicht 8 wird deren äußere Oberfläche 10 mittels eines nasschemischen Verfahrens vollständig mit der aus Tetrafluorethylen bestehenden Versiegelungsschicht 12 überzogen, die anschließend bei Temperaturen von etwa 260°C in einem Ofen eingebrannt wird.
Wie Versuche ergeben haben, weist der fertige Gegenstand 2 eine ästhetisch ansprechende, korrosionshemmende und verschleißfeste Beschichtung 8, 12 mit einem homogenen matten Erscheinungsbild, der Farbe von Chromnitrid und einer guten Griffigkeit auf.

Claims

Dekorativer Gegenstand, umfassend ein Substrat aus einem Leichtmetall oder einer Leichtmetalllegierung, das auf mindestens einem Teil seiner Oberfläche mit einer mindestens zum Teil durch ein Vakuumbeschichtungsverfahren aufgebrachten korrosionshemmenden und dekorativen Beschichtung versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (8, 12) eine durch das Vakuumbeschichtungsverfahren direkt auf die Substratoberfläche (6) aufgebrachte Hartstoffschicht (8) sowie eine über der Hartstoffschicht (8) angeordnete Versiegelungsschicht (12) aus einem Lack oder Kunststoff umfasst.
Dekorativer Gegenstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (4) aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung besteht.
Dekorativer Gegenstand nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (4) aus einer bleihaltigen Aluminiumlegierung besteht.
Dekorativer Gegenstand nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Substratoberfläche (6) aufgeraut ist.
Dekorativer Gegenstand nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Substratoberfläche (6) gestrahlt ist.
Dekorativer Gegenstand nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dass die Beschichtung (8, 12) eine durch ein PVD-Verfahren auf die Substratoberfläche (6) aufgebrachte Hartstoffschicht (8) umfasst.
Dekorativer Gegenstand nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Hartstoffschicht (8) im Wesentlichen aus einem Metallnitrid, einem Metallcarbid, einem Metallcarbonitrid besteht.
Dekorativer Gegenstand nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Hartstoffschicht (8) aus Chromnitrid (CrN) besteht.
Dekorativer Gegenstand nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Hartstoffschicht aus einer Kombination von Titannitrid und Gold (TiN/Au) besteht.
Dekorativer Gegenstand nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass Hartstoffschicht (8) eine Schichtdicke von etwa 0,5 μm bis etwa 3 μm und vorzugsweise von etwa 1 μm bis etwa 2 μm aufweist.
Dekorativer Gegenstand nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Versiegelungsschicht (12) aus einem durchsichtigen Lack oder Kunststoff besteht.
Dekorativer Gegenstand nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Versiegelungsschicht (12) aus einem undurchsichtigen Lack oder Kunststoff besteht.
Dekorativer Gegenstand nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Versiegelungsschicht aus einem farbigen Lack oder Kunststoff besteht.
Dekorativer Gegenstand nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dass die Versiegelungsschicht (12) aus einem fluorhaltigen Kunststoff besteht.
Dekorativer Gegenstand nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Versiegelungsschicht (12) aus Tetrafluorethylen besteht.
Dekorativer Gegenstand nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Versiegelungsschicht (12) eine Schichtdicke von etwa 1 μm bis etwa 3 μm und vorzugsweise von etwa 2 μm aufweist.
Dekorativer Gegenstand nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass er eine matte Oberfläche aufweist.
Dekorativer Gegenstand nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er ein Schreibgerät oder ein Teil eines Schreibgeräts ist.