DE202013012522U1

DE202013012522U1 - Keramikbeschichtung von Kunststoff

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Publication number: DE202013012522U1
Application number: DE202013012522.5U
Authority: DE
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Priority date: 2013-05-06
Filing date: 2013-05-06
Publication date: 2017-03-21
Anticipated expiration: 2023-05-07
Also published as: DE102013104646A1

Abstract

Kunststoff mit einer Keramikbeschichtung, aufweisend eine Basis (A) aus Kunststoff, eine erste Beschichtung (B) aus einer porösen Keramik, die mittels eines Beschichtungsverfahrens ähnlich dem thermischen Spritzen auf der Basis (A) aufgetragen ist, wobei die erste Beschichtung (B) eine Lamellenstruktur aufweist, und eine zweite Beschichtung (C) aus einem Fluorpolymer-Lack gebildet wird, wobei die erste Beschichtung (B) derart ausgebildet ist, dass einzelne Partikel der porösen Keramik in den äußeren Bereich der Basis (A) aus Kunststoff eingedrungen und von während des Auftragens mittels des Beschichtungsverfahrens aufgeschmolzenen Kunststoffmaterial über einen wesentlichen Teil ihrer Außenfläche umgeben und eingeschlossen sind, und die zweite Beschichtung (C) in die erste Beschichtung (B) zumindest teilweise eingelagert ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Keramikbeschichtung von Kunststoff.
Aus der DE 20 2012 103 416 U1 ist eine Beschichtung für ein Sensor- oder RFID-Gehäuse bekannt, wobei der Gehäusedeckel eine Basis bildet, auf der eine erste Beschichtung aus einer porösen Keramik und auf derselben eine zweite Beschichtung vorgesehen ist. Hierbei ist die Basis durch ein sandgestrahltes Metall, die erste Beschichtung durch eine Oxidkeramik mit einer Lamellenstruktur und die zweite Beschichtung durch einen Fluorpolymer-Lack gebildet, wobei die zweite Beschichtung in die erste Beschichtung zumindest teilweise eingelagert ist, und wobei die äußere Struktur der gesamten Beschichtung über den überwiegenden Teil der Oberfläche durch die Struktur der zweiten Beschichtung und unabhängig von der Struktur der ersten Beschichtung gebildet ist.
Aus der DE 101 63 646 A1 ist ein Werkstoffverbund, insbesondere für Außenverkleidungen im Bauwesen, bekannt, der die Härte und Verschleißbeständigkeit anorganischer Materialien mit schmutz- und wasserabweisenden Eigenschaften kombinieren soll. Dabei wird der Werkstoffverbund durch drei Komponenten gebildet, wobei ein Substrat, eine poröse Beschichtungsstruktur aus einer Keramik, einem Metall oder einem Cermet und ein anorganisch-organisches Nanokompositmaterial, das zumindest die Poren der zweiten Komponente ausfüllt, vorgesehen ist. Hierbei wird die Rauhigkeit der Oberfläche der porösen Schicht durch das Nanokompositmaterial nur wenig verringert.
Die DE 10 2009 049 137 A1 ( US 2011/0212296 A1 ) offenbart eine Antihaftbeschichtung für eine Oberfläche eines Substrats. Um die Antihafteigenschaften gegenüber den anderen Oberflächenbeschichtungen deutlich zu verbessern und ausreichende Stabilität zu gewährleisten, enthält die Oberflächenbeschichtung mindestens ein Fluorpolymer mit mindestens einer mikrostrukturierten ersten Schicht und mindestens einer diese überlagernden, submikrostrukturierten zweiten Schicht, sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Oberflächenbeschichtung, bei dem der mikrostrukturierte Untergrund durch Aufbringen einer mikrostrukturierten Schicht auf eine makrostrukturierte Oberfläche erzeugt wird. Hierbei ist ein hierarchischer Schichtaufbau vorgesehen, bei dem die erste Schicht mit erster Oberflächenstruktur mit einer Mikrostruktur mit Erhebungen im Bereich von 2 bis 50 µm die zweite Oberflächenstruktur der zweiten Schicht mit einer Struktur im Submikrometerbereich (insbesondere in einem Bereich von 0,1 bis 5 µm) überlagert wird, ohne dass die erste Oberflächenstruktur dabei egalisiert wird (vgl. 2 der DE 10 2009 049 137 A1 ).
Ferner ist durch Benutzung seit 2002 das Auftragen einer Lackierung mit Keramikpigmenten auf einer sandgestrahlten Kunststoffoberfläche (PA und PP) bekannt, wobei die Beschichtung zur Vermeidung der Ablagerung von Schweißperlen an der Oberfläche dient.
Die DE 199 09 887 A1 offenbart ein Verfahren zum Herstellen von Gleitflächen oder/und Scherkanten mit einem verschleißmindernden Hartstoff auf einem Grundwerkstoff, wobei der Grundwerkstoff durch ein thermisches Spritzverfahren mit einer relativ dicken Beschichtung versehen wird und anschließend zur Erzielung der Gleitfläche oder/und Scherkante die Beschichtung überschliffen wird. Hierbei wird erwähnt, dass als Grundwerkstoff Stahl oder Metalllegierung oder Sinterwerkstoff oder Kunststoff oder Leicht- oder Hartmetall oder Keramik vorgesehen ist. Die DE 199 09 887 A1 sieht Übergangsschichten zwischen dem Grundwerkstoff und der Beschichtung vor.
Aus der DE 196 10 015 C2 ist ein thermisches Auftragsverfahren für dünne keramische Schichtung bekannt, wobei nach einem Microaufrauhen, beispielsweise eines bandförmigen Grundkörpers aus Metall, Legierungen, Kunststoffen, füllerhaltigen Kunststoffen, papierhaltigen Materialien oder Verbundstoffen, gegebenenfalls ein Haftvermittler aufgebracht wird, anschließend eine Reinigung und danach eine Plasmabeschichtung erfolgt. Anschließend erfolgt nochmals eine Reinigung, die Aufbringung eines organischen Materials und die Aufbringung eines anorganischen Materials.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Keramikbeschichtung von Kunststoff zur Verfügung zu stellen. Diese Keramikbeschichtung soll insbesondere in einem Bereich benutzt werden können, in dem geschweißt wird, wobei Schweißperlen am beschichteten Bereich des Kunststoffs bevorzugt nicht haften bleiben, und im Falle eines Anhaftens ohne Beschädigung der Oberfläche des Gehäuses leicht entfernbar sind, beispielsweise mittels einer Bürste. Entsprechendes gilt auch in Bezug auf das Löten oder aber beliebige andere mögliche Verunreinigungen der Oberfläche.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Keramikbeschichtung von Kunststoff mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Hierbei ist beim entsprechenden Kunststoffkörper die Basis durch einen Kunststoff, insbesondere flüssigkristallines Polymer (LCP, z.B. Vectra A430 ^®) oder Polylauryllactam (PA12, z.B. Grilamid L20G ^®), die erste Beschichtung durch eine Oxidkeramik, insbesondere durch eine Beschichtung mit Aluminium-Titanoxid oder Aluminiumoxid, Titanoxid, Chromoxid, ytriumstabilisiertes Zirkonoxid, Magnesiumoxid, sowie deren Mischungen, sowie mit weiteren Legierungsbestandteilen, mit einer Lamellenstruktur und die zweite Beschichtung durch einen Fluorpolymer-Lack gebildet. Als Kunststoff kommt neben LCP auch Polyetheretherketon (PEEK, insbesondere TECAPEEK ^®) in Frage. Ebenso sind PPS (Polyphenylensulfid), PEI (Polyetherimid), PES (Polyethersulfon) möglich. Auch können die Kunststoffe Verstärkungsstoffe enthalten, insbesondere faserverstärkt sein, wie beispielsweise Glas- oder Kohlefasern enthalten, wie beispielsweise CFK oder GFK. So ist beispielsweise glasfaserverstärktes Polyetheretherketon (beispielsweise PEEK GF30) geeignet. Auch andere teilchenförmige Verstärkungsstoffe sind möglich, wie beispielsweise Graphit oder Mineralien.
Durch die zweischichtige Beschichtung des Kunststoffkörpers ergeben sich ausgezeichnete Eigenschaften in Hinblick auf die Abrasionsfestigkeit, Schlagfestigkeit sowie beste Antihafteigenschaften, so dass eine Reinigung der Oberfläche beispielsweise auch mittels Metallbürsten ohne funktionelle Beschädigung der Beschichtungen möglich ist.
Insbesondere die an späterer Stelle näher beschriebene Lamellenstruktur der ersten Beschichtung aus einer Oxidkeramik, insbesondere bevorzugt mit großen und kleinen Lamellen, welche sehr hart sind, verleiht der ersten Beschichtung eine ausgezeichnete Verschleißbeständigkeit, insbesondere auch im Bereich der "Spitzen" der Oberfläche, die bevorzugt nur relativ dünn mit der zweiten Beschichtung aus dem Fluorpolymer-Lack bedeckt sind. Gerade diese Spitzen der ersten Beschichtung tragen wesentlich zur Beständigkeit der gesamten Beschichtung bei, haben aber auch einen positiven Einfluss auf die Antihaftwirkung der gesamten Beschichtung. Insgesamt ist jedoch die äußere Struktur der gesamten Beschichtung über den überwiegenden Teil der Oberfläche durch die Struktur der zweiten Beschichtung und unabhängig von der Struktur der ersten Beschichtung gebildet, d.h. das Aufbringen der zweiten Beschichtung verändert die Oberflächenstruktur, wobei beim Aufbringen selbst die ursprüngliche Oberflächenstruktur der ersten Beschichtung erhalten bleibt und sich durch das Aufbringen der zweiten Beschichtung eine sich deutlich hiervon unterscheidende Oberflächenstruktur hierauf ausbildet.
Die Oxidkeramik wird hierbei mittels eines Beschichtungsverfahrens ähnlich dem thermischen Spritzen auf der Kunststoffoberfläche aufgebracht, beispielsweise ähnlich dem Plasmaverfahren, Hochgeschwindigkeitsverfahren, Pulver- oder Drahtflammspritzverfahren oder Lichtbogenverfahren. Die Aufbringung erfolgt insbesondere bevorzugt mittels eines dem Flammspritzverfahren oder Lichtbogenverfahren ähnlichen Verfahrens unter Verwendung eines gröberen Pulvers. Hierbei verändert sich die ursprüngliche, sandgestrahlte Kunststoffoberfläche etwas in ihrer Gestalt, insbesondere dringen beim Auftragen die ersten heißen Partikel der Oxidkeramik, welche im fertigen Zustand eine Art Lamellenspitzen bilden, in den äußeren Bereich des Kunststoffs – im Unterschied zu herkömmlichen thermischen Spritzverfahren – ein und werden vom aufgeschmolzenen Kunststoffmaterial über einen wesentlichen Teil ihrer Außenfläche umgeben und regelrecht eingeschlossen. Hierbei verbinden sich zudem die Materialien Kunststoff und Keramik. Die nachfolgenden Keramikpartikel lagern sich an den ersten, zum Teil eingeschlossenen Keramikpartikeln an, wobei sie sich in den Kontaktbereichen mit den darunterliegenden Keramikpartikeln fest verbinden. Entsprechendes erfolgt auch mit dem bereichsweise aufgeschmolzenen Kunststoffmaterial. Im Folgenden wird aufgrund des Eindringens der ersten Keramikpartikel in die Kunststoffoberfläche und deren z.T. krallenartige Gestalt auf die Verbindung zwischen Oxidkeramik und Kunststoff auch als "Verkrallen" Bezug genommen, wobei für die Festigkeit und Beständigkeit der eigentlichen Verbindung das Eingreifen der Lamellenspitzen nur eine verhältnismäßig kleine Rolle spielt. Viel wesentlicher ist, dass sich der aufgeschmolzene Kunststoff an die Keramikpartikel anlagert und so für eine nahezu untrennbare Verbindung sorgt.
Hierbei sind die Keramikpartikel, die in den Kunststoff eingedrungen sind, relativ rund und nur leicht abgeflacht. Je weiter außen die Keramikpartikel angeordnet sind, desto abgeflachter sind sie ausgebildet, wobei sie sich leicht wölben, wie beispielsweise aus 2 ersichtlich, und besagte Lamellenstruktur mit unterschiedlich großen Lamellen bilden.
Durch den Fluorpolymer-Lack der zweiten Beschichtung ergeben sich sehr gute Antihafteigenschaften, wobei diese zweite Beschichtung zudem sehr temperaturbeständig ist. Dies führt dazu, dass beispielsweise Schweißperlen nicht an der Oberfläche der Beschichtung anhaften.
Die ausgezeichnete Elastizität des Fluorpolymer-Lacks der zweiten Beschichtung in Verbindung mit der Elastizität der ersten Beschichtung aufgrund der Lamellenstruktur und dünnen Schichtdicke und in Verbindung mit der sehr guten Haftung der ersten Beschichtung auf der Basis und der zweiten Beschichtung auf der ersten Beschichtung ergeben zudem eine Verformbarkeit des gesamten Kunststoffkörpers, ohne dass eine oder beide Beschichtungen abplatzen.
Die zweite Beschichtung verändert die Gestalt der Oberfläche der ersten Beschichtung wesentlich, wobei insbesondere Poren im Oberflächenbereich der ersten Beschichtung ganz oder teilweise aufgefüllt, Unebenheiten der Oberfläche ausgeglichen sind, d.h. Täler aufgefüllt sind, und zumindest die Bereiche zwischen Spitzen der ersten Beschichtung gefüllt, insbesondere aber die gesamte Oberfläche der ersten Beschichtung mit der zweiten Beschichtung bedeckt sind. Bei Benutzung kann es jedoch zu einem partiellen Abtrag der zweiten Beschichtung insbesondere im Bereich der Spitzen kommen, wobei dies die Funktionsfähigkeit der gesamten Beschichtung nicht oder nur unwesentlich beeinträchtigt.
Die Rauhtiefe Ra der zweiten Beschichtung beträgt bevorzugt 4,0 bis 10,0 µm, insbesondere 5,0 bis 9,0 µm und besonders bevorzugt 6,19 bis 8,18 µm.
Die Rauhtiefe Rz der zweiten Beschichtung beträgt bevorzugt 25,0 bis 45,0 µm, insbesondere 28,0 bis 43,0 µm und besonders bevorzugt 29,80 bis 41,0 µm.
Insbesondere bevorzugt weist die erste Beschichtung eine Porosität von 0,9 bis 20,0 Vol.-%, insbesondere von 1,0 bis 15,0 Vol.-%, auf. Mögliche Porositäten der Basis und der zweiten Beschichtung sind im Vergleich hierzu vernachlässigbar gering. Durch das Vorsehen einer Porosität der ersten Beschichtung wird im Innern der Schicht die Ausbreitung von Mikrorissen verhindert und auf der Außenseite der Schicht, d.h. in der Nähe der zweiten Beschichtung, lagert sich Material der zweiten Beschichtung in den Poren ein, so dass sich "Mikronäpfe" ergeben. Die Rauhtiefe der ersten Beschichtung begünstigt zudem die Einlagerung der zweiten Beschichtung, so dass sich eine Art Verkrallung der beiden Schichten ergibt. Dieser Effekt zwischen erster und zweiter Beschichtung ist im Prinzip von den entsprechenden Beschichtung einer Stahlobefläche her bekannt ( DE 20 2012 103 416 U1 ), jedoch ergibt sich aufgrund der Basis aus Kunststoff eine ähnliche Verkrallung auf der gegenüberliegenden Seite zwischen der Kunststoff-Basis und der Keramikbeschichtung, wie bereits weiter oben beschrieben.
Bevorzugt beträgt die Rauhtiefe Ra der ersten Beschichtung 5,0 bis 11,0 µm, insbesondere 5,5 bis 10,5 µm und besonders bevorzugt 6,56 bis 10,24 µm.
Die Rauhtiefe Rz der ersten Beschichtung beträgt bevorzugt 32,0 bis 60,0 µm, insbesondere 35,0 bis 55,0 µm und besonders bevorzugt 38,40 bis 52,10 µm.
Die Rauhtiefen Ra und Rz der Basis und die Rauhtiefen Ra und Rz der zweiten Beschichtung sind insbesondere bevorzugt jeweils kleiner als die Rauhtiefen Ra und Rz der ersten Beschichtung. Dies stellt ein gutes Haften und Eindringen der abweisenden und gleichzeitig schützenden zweiten Beschichtung in die erste Beschichtung sicher.
Bevorzugt beträgt die Eindringtiefe der zweiten Beschichtung in die erste Beschichtung 2,0 bis 50,0 µm, insbesondere bevorzugt 4,0 bis 40,0 µm, und ganz besonders bevorzugt 5,0 bis 30,0 µm.
Insbesondere bevorzugt ist nur ein Teilbereich des Kunststoffkörpers mit beiden Beschichtungen versehen. Der Rest des Kunststoffkörpers oder ein größerer Bereich, welcher nicht den Teilbereich umfasst, ist in diesem Fall bevorzugt nur mit einer der beiden Beschichtungen versehen, insbesondere bevorzugt nur mit der zweiten Beschichtung.
Im Folgenden ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels mit Varianten unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
1a eine schematische, geschnittene Ansicht einer Keramikbeschichtung von Kunststoff gemäß dem Ausführungsbeispiel,
1b einen vergrößerten Schnitt durch den Randbereich einer Keramikbeschichtung von Kunststoff,
2 einen anderen, vergrößerten Schnitt durch den Randbereich einer Keramikbeschichtung von Kunststoff,
3a eine Kunststoffoberfläche vor dem Sandstrahlen,
3b die Kunststoffoberfläche nach dem Sandstrahlen,
3c die Kunststoffoberfläche nach Aufbringen des ersten Beschichtung, und
3d die Kunststoffoberfläche nach Aufbringen der ersten und zweiten Beschichtung.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist ein Kunststoffkörper vorgesehen, welcher beispielsweise als Halter in der Nähe eines nicht dargestellten Schweißroboters benutzt wird, d.h. er ist regelmäßig Schweißperlen ausgesetzt.
Der Kunststoffkörper weist vorliegend eine variierende Dicke auf. Vorliegend hat er im Bereich der dargestellten Schnitte eine Dicke von ca. 0,5 mm. In 1a ist ein stark schematisierter Schnitt senkrecht durch den Oberflächenbereich des Kunststoffkörpers dargestellt, wobei die Abmessungen von Schichtdicken zur besseren Darstellbarkeit des prinzipiellen Schichtaufbaus nicht korrekt wiedergegeben sind. 1b und 2 zeigen Schnitte durch den Oberflächenbereich des Kunststoffkörpers.
Der Kunststoffkörper ist vorliegend auf allen außen angeordneten Flächen mit einer zweischichtigen Beschichtung versehen. Die Beschichtung ist auf einer Basis A, gebildet durch das Material des Kunststoffkörpers, vorgesehen, wobei eine erste Beschichtung B auf der Basis A und eine zweite Beschichtung C auf der ersten Beschichtung B ausgebildet ist. Hierbei ist jeweils zwischen Basis A und erster Beschichtung B eine erste Mischschicht AB und zwischen erster Beschichtung B und zweiter Beschichtung C eine zweite Mischschicht BC vorgesehen. Die Dicke der Basis A ist im Folgenden mit dA, die Dicke der ersten Beschichtung B mit dB und die Dicke der zweiten Beschichtung C mit dC bezeichnet, wobei dA + dB + dC bei der vorliegenden reinen Außenbeschichtung die Gesamtdicke des Kunststoffkörpers ergeben. Die Dicken dAB und dBC der Mischschichten AB bzw. BC beziehen sich jeweils auf den Abstand den äußersten Stellen der Außenfläche der Basis A bzw. der ersten Beschichtung B und die maximale Eindringtiefe des ersten Beschichtungsmaterials der ersten Beschichtung B bzw. des zweiten Beschichtungsmaterials der zweiten Beschichtung C.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel handelt es sich beim Material der Basis A um LCP, vorliegend Vectra A430 ^®. Der gesamte Kunststoffkörper, insbesondere die zu beschichtende Oberfläche der Basis A, ist entfettet und sandgestrahlt, wobei sie aufgerauht ist, mit Ra von 5,98 bis 9,29 µm und Rz von 34,8 bis 47,8 µm. 3a zeigt die Oberfläche im unbearbeiteten Zustand, 3b im sandgestrahlten Zustand. Die Dicke dA des Kunststoffkörpers, d.h. der Basis A, beträgt vorliegend ca. 0,5 mm, hat aber im Prinzip keinen Einfluss auf die Funktionsfähigkeit der Beschichtung.
Die erste Beschichtung B wird durch Aluminium-Titanoxid mit im Wesentlichen vernachlässigbaren, weiteren Legierungsbestandteilen gebildet. Das Mischungsverhältnis von Al₂O₃:TiO₂ beträgt vorliegend und besonders bevorzugt ca. 6:4, wobei das Mischungsverhältnis von Al₂O₃:TiO₂ bevorzugt im Bereich von 1:1 bis 87:13 liegt. Hierbei ist diese erste Beschichtung auf die entsprechend vorbereitete Oberfläche der Basis A mittels eines Beschichtungsverfahrens ähnlich dem thermischen Spritzen, vorliegend ähnlich dem Pulverflammspritzen, aufgebracht. Aufgrund der Temperaturen beim Aufbringen schmelzen Teile der ersten Beschichtung B in die Basis A aus dem Kunststoffmaterial ein. 3c zeigt die mit der ersten Beschichtung B versehene Oberfläche des Kunststoffkörpers.
Die erste Beschichtung B hat vorliegend eine Dichte von ca. 4,1 g/cm³, wobei sie durch das Aufbringen mittels besagten Beschichtungsverfahrens porös mit besagter Lamellenstruktur ausgebildet ist, vorliegend mit einer Porosität von ca. 5 Vol-%. Sie hat einen Schmelzpunkt von ca. 1840°C.
Durch die Verwendung unterschiedlich großer Partikel des Ausgangsmaterials der ersten Beschichtung B beim Flammspritzen ergeben sich unterschiedlich große Lamellen, d.h. es ergibt sich eine Lamellenstruktur mit einer Mischung aus großen und kleinen Lamellen. Hierbei wirken die kleinen Lamellen wie Scharniere zwischen den großen Lamellen, so dass sich eine große Elastizität dieser Schicht, d.h. der ersten Beschichtung B, ergibt.
Die Dicke dB der ersten Beschichtung B beträgt vorliegend knapp 80 µm. Hierbei ist die erste Beschichtung B unter Bildung einer ersten Mischzone oder Mischschicht AB in die Basis A eingedrungen, wobei sich eine Dicke dAB der Mischschicht AB von ca. 30 µm ergibt. Vorsorglich sei darauf hingewiesen, dass der Begriff Mischschicht sich auf einen Bereich bezieht, in dem sich beide Materialsorten befinden, die sich aber nicht oder nur unwesentlich miteinander vermischen, d.h. es handelt sich hierbei um eine Art "Verkrallungsbereich" (s.o.). Die Mischschicht AB wird insbesondere durch die Rauhigkeit der Oberfläche bestimmt, aber auch durch die Fähigkeit des aufgetragenen Materials in Vertiefungen einzudringen. Dieser Effekt ist im Prinzip vom Aufbringen einer entsprechenden Schicht auf Stahl bekannt (beschrieben in der DE 20 2012 103 416 U1 ), tritt jedoch in deutlich verbesserter Form bei der erfindungsgemäßen Beschichtung von Kunststoff auf, wobei hierbei die unterschiedlichen Materialien im "Verkrallungsbereich" aufgrund des Einschmelzens beim Aufbringen mittels des Beschichtungsverfahrens ähnlich dem thermischen Spritzen noch besser ineinander eingreifen.
Die Oberfläche der ersten Beschichtung B ist, mit Ra von 6,56 bis 10,24 µm und Rz von 38,4 bis 52,1 µm, etwas rauher als die sandgestrahlte Oberfläche der Basis A. Die Porosität der ersten Beschichtung B hat neben der Rauheit der ersten Beschichtung B einen wesentlichen Einfluss auf das Aufbringen und Haften der zweiten Beschichtung C, d.h. auf die Funktionsfähigkeit und Beständigkeit der gesamten Beschichtung des Kunststoffkörpers.
Die zweite Beschichtung C wird durch einen Fluorpolymer-Lack, vorliegend um einen PTFE-Lack mit einem wärmehärtenden organischen Harz als Bindemittel und einem Lösungsmittel, gebildet. Der flüssige Lack ist vorliegend mittels Spritzens auf die erste Beschichtung B aufgebracht, wobei die Aufbringung alternativ beispielsweise auch mittels Sprühen, elektrostatischen Spritzens, mittels Tauchlackierens oder mittels Auftragens mit einem Pinsel oder einer Walze erfolgen kann. Es erfolgt keine spezielle Vorbereitung der ersten Beschichtung. 3d zeigt die mit der ersten Beschichtung B und der zweiten Beschichtung C versehene Oberfläche des Kunststoffkörpers.
Die Dicke dC der zweiten Beschichtung C beträgt vorliegend ca. 20 µm. Hierbei ist die zweite Beschichtung C unter Bildung einer zweiten Mischzone oder Mischschicht BC in die erste Beschichtung B eingedrungen, wobei sich eine Dicke dBC der Mischschicht BC von ebenfalls ca. 20 µm ergibt. In Bezug auf die Mischschicht BC gilt im Übrigen das Gleiche wie für die Mischschicht AB. Vorsorglich sei darauf hingewiesen, dass – aufgrund der Definition der Außenfläche – es sein kann, dass sich eine "nicht vorhandene" Dicke dC der zweiten Beschichtung ergibt. Dies tritt insbesondere dann auf, wenn das gesamte Material der zweiten Beschichtung C in der rauhen und porösen Oberfläche der ersten Beschichtung B aufgenommen ist, wobei sich bevorzugt eine relativ große Dicke dBC der Mischschicht BC ergibt.
Die Oberfläche der zweiten Beschichtung C ist glatter als die Oberfläche der ersten Beschichtung B und liegt etwa im Bereich der Rauhigkeit der sandgestrahlten Oberfläche der Basis A, wobei sie vorliegend Rauhigkeitswerte Ra von 6,19 bis 8,18 µm und Rz von 29,8 bis 41,0 µm hat.
Insgesamt ergibt sich hierbei durch die relativ dünne Ausgestaltung der ersten Beschichtung B auf der Basis A in Verbindung mit der porösen Lamellenstruktur der mittels des Beschichtungsverfahrens ähnlich dem thermischen Spritzen aufgebrachten Keramik eine ausgezeichnete Schlagfestigkeit der beschichteten Oberfläche. Die poröse Lamellenstruktur der Keramik bewirkt zudem einen verbesserten Halt auf der Basis A und bietet insbesondere der zweiten Beschichtung C eine optimale Oberfläche um ein Lösen derselben zu verhindern, wobei sich die zweite Beschichtung C in der ersten Beschichtung B aufgrund der porösen Lamellenstruktur sehr gut verkrallen kann, d.h. gegen ein flächiges Ablösen gesichert ist.
Die poröse Lamellenstruktur der ersten Beschichtung B ist auch in Hinblick auf eine mögliche Rißbildung und Rißausbreitung innerhalb der Schicht vorteilhaft, da das Rißwachstum durch diese poröse Lamellenstruktur, d.h. eine Struktur mit Unterbrechungen, behindert wird, so dass lediglich lokal begrenzt, d.h innerhalb einiger weniger Lamellen, Mikrorisse entstehen, welche sich nicht weiter ausbreiten.
Die Verschleißfestigkeit der Oberfläche der gesamten Beschichtung wird durch die Porosität der ersten Beschichtung B, welche ein Eindringen des Antihaftbeschichtungsmatrials der zweiten Beschichtung C in die Poren zwischen den Lamellen ermöglicht, verbessert, insbesondere ist die Beständigkeit der Verschleißfestigkeit gegenüber herkömmlichen Beschichtungen, die nicht in Poren eingedrungen sind, verbessert.
Die (gesamte) Beschichtung ist vorliegend bis 350°C kurzzeitig und bis 280°C dauerhaft beständig. Insbesondere hält sie Schweißspritzer aus. Sie hält ferner gemäß einem Salzsprühtest nach ASTM B 117-64 216h in einem 5%-igen Salznebel aus.
Schweißperlen, die sich gegebenenfalls auf einer derart beschichteten Oberfläche ablagern, lassen sich einfach und ohne Hilfsmittel von der Oberfläche abstreifen, wobei die Oberfläche nicht in ihrer Funktion beeinträchtigt wird.
Alternativ zum vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel ist gemäß einer ersten, besonders bevorzugten Beschichtungsvariante eine vollständige Beschichtung der Oberfläche des Kunststoffkörpers, aber eine nur teilweise Beschichtung des Kunststoffkörpers mit der zweiten Beschichtung C vorgesehen. So ist bei dieser Beschichtungsvariante die Oberseite mit beiden Beschichtungen versehen, während die Seitenwände nur mit der ersten Beschichtung versehen sind.
Als zweite Beschichtungsvariante ist die Oberseite wiederum mit der vollständigen Beschichtung, d.h. mit beiden Beschichtungen B und C auf der entsprechend vorbereiteten Basis A, vorgesehen, und alle anderen Flächen, d.h. beispielsweise auch die Innenflächen, sind ausschließlich mit der zweiten Beschichtung C versehen, wobei wiederum alle Flächen aufgerauht und entfettet sind. Das Aufbringen der zweiten Beschichtung C kann in diesem Fall mittels Tauchlackierens erfolgen.
Ebenso ist im Falle einer teilweisen Beschichtung mit der ersten Beschichtung B und einer vollständigen Beschichtung mit der zweiten Beschichtung C ein vollständiges Entfetten, aber nur ein Aufrauhen der mit der ersten Beschichtung versehenen Fläche(n) möglich.
Beim Kunststoffkörper kann es sich beispielsweise um ein Gehäuse eines Sensors handeln, beispielsweise um einen induktiven Näherungsschalter, einen kapazitiven Sensor, einen Ultraschallsensor oder einen magnetischen Sensor. Im Prinzip kann es sich auch um einen optischen Sensor handeln, wobei in diesem Fall die Messseite des Gehäuses auf herkömmliche Weise ausgebildet ist, d.h. nicht durch die vorstehend beschriebene Basis gebildet und mit besagten zwei Beschichtungen beschichtet ist, oder die Messseite nur mit der zweiten Beschichtung, welche in diesem Fall vorzugsweise transparent ausgebildet ist, versehen ist. Eine entsprechende Beschichtung, wie vorstehend anhand des Ausführungsbeispiels und der verschiedenen Beschichtungsvarianten beschrieben, ist natürlich auch bei RFID-Gehäusen möglich.

Die folgende Auflistung von Tabelle 1 beinhaltet mögliche, bevorzugte und besonders bevorzugte Bereiche verschiedener o.g. Größen bei einer Basis A aus LCP, vorliegend Vectra A430 ^®, bei einer mittels besagten Beschichtungsverfahrens ähnlich dem thermischen Spritzen aufgebrachten ersten Beschichtung B aus Aluminium-Titanoxid und einer zweiten Beschichtung C aus einem Fluorpolymer-Lack. Die Rauhtiefen beziehen sich hierbei auf den entsprechenden Arbeitsschritt vor Aufbringen der nächsten Beschichtung.

	problemlos möglich	bevorzugt	besonders bevorzugt
dA [mm]	0,3–unbegrenzt	0,5–10,0	0,5–5,0
dB [µm]	10–250	20–150	40–80
dC [µm]	5,0–50,0	7,0–35,0	0,0–25,0
Ra A [µm]	1,0–10,0	5,0–10,0	5,98–9,29
Rz A [µm]	25,0–55,0	30,0–50,0	34,80–47,80
Ra B [µm]	5,0–11,0	5,5–10,5	6,56–10,24
Rz B [µm]	32,0–60,0	35,0–55,0	38,40–52,10
Ra C [µm]	4,0–10,0	5,0–9,0	6,19–8,18
Rz C [µm]	25,0–45,0	28,0–43,0	29,80–41,0
dAB (Eindringtiefe B in A) [µm]	2,0–45,0	2,5–40,0	5,0–36,0
dBC (Eindringtiefe C in B) [µm]	2,0–50,0	4,0–40,0	5,0–30,0
Porosität B [Vol.-%]	0,9–20	0,95–17	1,0–15

Tabelle 1: Mögliche, bevorzugte und besonders bevorzugte Bereiche einzelner Parameter

Anstelle eines Kunststoffkörpers aus einem einzigen Material, wie gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beschrieben, ist es auch möglich, dass es sich beim Körper um einen Verbundkörper handelt, welcher eine entsprechend dicke Außenfläche aus LCP aufweist, welche entsprechend mit der ersten und zweiten Beschichtung beschichtet ist.
Anstelle eines Kunststoffkörpers aus LCP kann beispielsweise auch PA12, insbesondere Grilamid L20G ^®, in Verbindung mit den o.g. Beschichtungen verwendet werden. Weitere Kunststoffe sind möglich, insbesondere auch Kunststoffe mit Verstärkungsstoffen.
Mögliche Anwendungsgebiete einer derartigen Beschichtung sind beispielsweise Außenverkleidungen im Bauwesen, Schutzgehäuse, insbesondere Gehäuse oder Bauteile, die Schweißspritzern ausgesetzt sind, insbesondere auch Sensorgehäuse, Greiferbacken, Auskleidungen von z. B. Roboterarme, Innenverkleidungen von Schweißkabinen. Ebenso sind die Beschichtungen für Lager, insbesondere Gleitlager, geeignet. Auch Haushaltsanwendungen, wie z.B. hitzefestes Geschirr, Backformen oder Backbleche sind möglich. Ebenso kann eine entsprechende Beschichtung für Entgratungswerkzeuge bei ECM-Verfahren verwendet werden. Auch die Verwendung bei einem Mischer, einem Rührorgan, für Zahnräder, Abstreifer, Isolatoren, Verschleißteile, beispielsweise in Pumpen, für elektrische und elektronische Bauteile, in der Beleuchtung, als Barriere für Gase und Kraftstoffe, als Ersatz für korrosionsfreien Stahl in medizinischen Anwendungen ist möglich.
Bezugszeichenliste

A

Basis

AB

Mischschicht

B

erste Beschichtung

BC

Mischschicht

C

zweite Beschichtung

dA

Dicke Basis A

dAB

Dicke Mischschicht AB

dB

Dicke erste Beschichtung

dBC

Dicke Mischschicht BC

dC

Dicke zweite Beschichtung C

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 202012103416 U1 [0002, 0020, 0041]
DE 10163646 A1 [0003]
DE 102009049137 A1 [0004, 0004]
US 2011/0212296 A1 [0004]
DE 19909887 A1 [0006, 0006]
DE 19610015 C2 [0007]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

ASTM B 117-64 216h [0049]

Claims

Kunststoff mit einer Keramikbeschichtung, aufweisend eine Basis (A) aus Kunststoff, eine erste Beschichtung (B) aus einer porösen Keramik, die mittels eines Beschichtungsverfahrens ähnlich dem thermischen Spritzen auf der Basis (A) aufgetragen ist, wobei die erste Beschichtung (B) eine Lamellenstruktur aufweist, und eine zweite Beschichtung (C) aus einem Fluorpolymer-Lack gebildet wird, wobei die erste Beschichtung (B) derart ausgebildet ist, dass einzelne Partikel der porösen Keramik in den äußeren Bereich der Basis (A) aus Kunststoff eingedrungen und von während des Auftragens mittels des Beschichtungsverfahrens aufgeschmolzenen Kunststoffmaterial über einen wesentlichen Teil ihrer Außenfläche umgeben und eingeschlossen sind, und die zweite Beschichtung (C) in die erste Beschichtung (B) zumindest teilweise eingelagert ist.
Kunststoff mit einer Keramikbeschichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Basis (A) durch ein flüssigkristallines Polymer oder Polylauryllactam gebildet ist.
Kunststoff mit einer Keramikbeschichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Beschichtung (B) durch Aluminium-Titanoxid gebildet ist.
Kunststoff mit einer Keramikbeschichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Beschichtung (C) durch PTFE in Verbindung mit einem wärmehärtenden organischen Harz als Bindemittel gebildet ist.
Kunststoff mit einer Keramikbeschichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rauhtiefen Ra und Rz der Basis (A) und die Rauhtiefen Ra und Rz der zweiten Beschichtung (C) jeweils kleiner als die Rauhtiefen Ra und Rz der ersten Beschichtung (B) sind.
Kunststoff mit einer Keramikbeschichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein die Basis (A) bildender Kunststoffkörper nur in einem Teilbereich mit beiden Beschichtungen (B, C) versehen ist, und der Rest des Kunststoffkörpers oder ein anderer Bereich nur mit einer der beiden Beschichtungen versehen ist.
Kunststoff mit einer Keramikbeschichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der mit nur einer Beschichtung versehene Bereich des Gehäuses nur mit der zweiten Beschichtung (C) versehen ist.