DE202020100524U1

DE202020100524U1 - Verpackungsblecherzeugnis, insbesondere Weißblech oder elektrolytisch verchromtes Stahlblech

Info

Publication number: DE202020100524U1
Application number: DE202020100524.3U
Authority: DE
Original assignee: ThyssenKrupp Steel Europe AG; ThyssenKrupp Rasselstein GmbH
Current assignee: ThyssenKrupp Steel Europe AG; ThyssenKrupp Rasselstein GmbH
Priority date: 2020-01-31
Filing date: 2020-01-31
Publication date: 2021-05-04
Anticipated expiration: 2030-02-01

Abstract

Verpackungsblecherzeugnis, insbesondere Weißblech oder elektrolytisch verchromtes Stahlblech (ECCS), bestehend aus einem Stahlblech-Substrat (S) mit einer Dicke im Bereich von 0,1 mm bis 0,6 mm und einer elektrolytisch auf wenigstens einer Oberfläche des Stahlblech-Substrats abgeschiedenen Beschichtung (B), insbesondere aus Zinn und/oder Chrom-/Chromoxid, dadurch gekennzeichnet, dass das Verpackungsblecherzeugnis eine deterministische Oberflächenstruktur mit einer Mehrzahl von gleichmäßig über die Oberfläche des Verpackungsblecherzeugnisses verteilten Vertiefungen (V) und/oder Erhebungen (E) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verpackungsblecherzeugnis nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Kaltgewalzte Verpackungsblecherzeugnisse in Form von elektrolytisch verzinntem und spezialverchromtem Stahl sind in der DIN EN 10 202 (Europäische Norm EN 10 202: 2001) normiert. Als Verpackungsblecherzeugnisse gemäß dieser Norm werden einfach kaltgewalzte oder doppelt reduzierte weiche Stähle verstanden, die entweder elektrolytisch verzinnt (Weißblech) oder elektrolytisch spezialverchromt (Electrolytic Chromium Coated Steel, ECCS) sind. Einfach kaltgewalzte Verpackungsblecherzeugnisse liegen dabei in Nenndicken von 0,17 mm bis 0,49 mm vor und doppelt reduzierte Verpackungsblecherzeugnisse werden in Nenndicken von 0,13 mm bis 0,29 mm geliefert. Die Verpackungsblecherzeugnisse können dabei in Form von Bändern (welche zu Rollen aufgewickelt sind) oder in Form von Tafeln vorliegen. Die Bänder weisen dabei Nennbreiten von mindestens 600 mm auf.
Unter elektrolytisch verzinntem Weißblech wird gemäß der Norm ein kaltgewalztes Blech oder Band aus unlegiertem Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt verstanden, das auf beiden Seiten mit in einem kontinuierlichen, elektrolytischen Verfahren aufgebrachtem Zinn überzogen ist. Daneben ist auch elektrolytisch differenzverzinntes Weißblech erhältlich, bei dem eine Seite eine größere Zinnauflage als die andere Seite aufweist oder eine Seite des Stahlblechs unverzinnt ist.
Um eine hohe Korrosionsbeständigkeit und eine glänzende Oberfläche zu erzielen, ist es bei Weißblechen üblich, die elektrolytisch abgeschiedene Zinnschicht nach dem Verzinnen des Stahlblech-Substrats auf eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunkts von Zinn zu erhitzen und danach abzuschrecken. Durch diese Temperaturbehandlung entsteht auf dem Stahlblech-Substrat ein Überzug, der aus einer Eisen-/Zinn-Legierung auf der Oberfläche des Stahlblech-Substrats und einer oberflächlichen Schicht aus freiem Zinn zusammengesetzt ist. Die oberflächliche Schicht aus freiem Zinn verleiht dem aufgeschmolzenen Weißblech einen hohen Glanzwert. Um den Glanz der Weißblechoberfläche zu erhöhen, können gemäß der Norm geschliffene und polierte Dressierwalzen eingesetzt werden, mit denen die Zinnoberfläche des Weißblechs in einem sekundären Walzvorgang nachgewalzt bzw. dressiert wird, wobei der Reduktionsgrad des sekundären Walzvorgangs beim Nachwalzen zwischen 5% und max. 45% liegt und beim Dressieren kleiner 5 % ist.
Weiterhin sind aus der Norm sogenannte „Stone-finish/Fine-stone-finish“-Oberflächen bekannt, die sich durch eine gerichtete Oberflächenstruktur auszeichnen, die sich bei der Verwendung von geschliffenen Arbeitswalzen ergibt, die eine ausgeprägte Schleifstruktur und eine höhere Rauheit als die für eine glänzende Oberfläche verwendeten Arbeitswalzen aufweisen. Weiterhin kann bei Verwendung von gestrahlten Arbeitswalzen eine „gestrahlte Oberfläche“ erzielt werden. Bei Einsatz von gestrahlten Arbeitswalzen kann bei Weißblech entweder eine silbermatte Oberfläche erzeugt werden, wenn die Zinnschicht aufgeschmolzen wird, oder eine matte Oberfläche, wenn die Zinnschicht nicht aufgeschmolzen wird.
Unter elektrolytisch spezialverchromtem Stahl (ECCS) versteht die Norm kaltgewalztes, elektrolytisch behandeltes Blech oder Band aus weichem Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt, das eine Auflage aus metallischem Chrom unmittelbar auf dem Stahlblech-Substrat und eine Decklage aus hydratisiertem Chromoxid oder -hydroxid auf der metallischen Chromschicht aufweist.
Für die Oberflächenausführung von Verpackungsblecherzeugnissen gibt die Norm nominelle Oberflächenrauheiten des Stahlblech-Substrats durch definierte arithmetische Mittenrauheiten (Ra) vor, die beispielsweise bei Weißblech mit einer glänzenden Oberfläche bei Ra ≤ 0,35 µm und bei einer silbermatt ausgeführten Weißblechoberfläche bei Ra ≥ 0,90 µm liegen. Bei elektrolytisch spezialverchromtem Stahlblech (ECCS) liegen die von der Norm geforderten Oberflächenrauheiten bei einer „Fine-stone“-Oberfläche im Bereich von 0,25 µm bis 0,45 µm und bei einer „Stone“-Oberfläche im Bereich von 0,35 µm bis 0,60 µm.
Von der Verpackungsindustrie werden in jüngster Zeit in Bezug auf die Eigenschaften der Oberflächen von Verpackungsblecherzeugnissen, wie deren Glanz, Reflexion und Helligkeit zunehmend höhere Anforderungen gestellt, die von den normgemäß verfügbaren und aus dem Stand der Technik bekannten Verpackungsblecherzeugnissen nicht erfüllt werden können. Die Oberflächeneigenschaften von bekannten Verpackungsblecherzeugnissen werden dabei herkömmlich durch die Oberflächentopographie beeinflusst, die bei der Weißblechproduktion beispielsweise beim Nachwalzen bzw. Dressieren eingestellt wird. Durch die hierfür gängigen Herstellungsschritte, in denen z.B. geschliffene, gestrahlte oder erodierte Arbeitswalzen beim sekundären Kaltwalzen (Nachwalzen bzw. Dressieren) eingesetzt werden, können die geforderten Oberflächeneigenschaften nicht oder nur in begrenztem Maße erzielt werden, da die Strukturen der beim Nachwalzen eingesetzten Arbeitswalzen teilweise zu inhomogen und teilweise zu stark gerichtet sind. Bedingt durch eine inhomogene Oberflächenstruktur der Arbeitswalzen ist beispielsweise das Einstellen einer homogenen Oberfläche mit einem gerichteten Glanzeffekt nicht möglich.
Auch in Bezug auf die Korrosionsbeständigkeit und die Verarbeitbarkeit der Verpackungsblecherzeugnisse bei der Herstellung von Verpackungsbehältern, wie Konserven- und Getränkedosen, werden zunehmend höhere Anforderungen an das Material gestellt. Zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit von Verpackungsblecherzeugnissen bspw. aus Weißblech könnten höhere Gewichtsauflagen der Zinnschicht erzeugt werden. Dies scheidet allerdings unter dem Gesichtspunkt der Ressourceneffizienz aus, weil dafür höhere Mengen der Beschichtungsmaterialien Zinn und Chrom benötigt werden. Insoweit besteht ein Bedürfnis, die Korrosionsbeständigkeit von Verpackungsblecherzeugnissen ohne eine Erhöhung der Gewichtsauflagen der elektrolytisch abgeschiedenen Beschichtung zu verbessern.
An die Verarbeitbarkeit von Verpackungsblecherzeugnissen in Umformverfahren, wie z.B. Tiefzieh- und Abstreckziehverfahren, in denen aus dem Verpackungsblecherzeugnis Verpackungsbehälter oder Teile davon geformt werden, werden ebenfalls zunehmend höhere Anforderungen gestellt. Ein wesentliches Problem bei der Verarbeitung von Verpackungsblecherzeugnissen in Form von auf Rollen (coils) aufgewickelten Weißblechbändern basiert auf dem Abrieb von Partikeln aus der elektrolytisch abgeschiedenen Beschichtung aus Zinn. Nach der elektrolytischen Beschichtung des Stahlblech-Substrats, die regelmäßig in Bandbeschichtungsanlagen erfolgt, werden die bandförmigen Verpackungsblecherzeugnisse auf eine Rolle aufgewickelt und zur Weiterverarbeitung zur Herstellung von Verpackungen zu Umformanlagen transportiert, dort von der Rolle abgewickelt und in Tafeln zerteilt. Bei diesem Verarbeitungsschritt werden zur Führung und Umlenkung des Bands Rollen eingesetzt, die mit der Oberfläche des beschichteten Bands in Kontakt kommen. Dabei und auch in den weiteren Verarbeitungsschritten beim Umformen des Verpackungsblechs mittels Umformwerkzeugen können sich Partikel der Beschichtungsmaterialien (Zinn) aus der Beschichtung lösen. Dadurch entsteht schädlicher Abrieb, der insbesondere beim Auf- und Abwickeln des Bands zu einer Rolle sowie beim Zerteilen der Rolle zu Tafeln und auch bei der Umformung in Zieh- und Umformwerkzeugen entstehen kann. Das Abriebmaterial, das zumindest im Wesentlichen aus dem Material des metallischen Überzugs (Zinn) besteht, kann dazu führen, dass es zu einer Rückverschmutzung des Bands, der Führungs- und Umlenkrollen und/oder der Umformwerkzeuge kommt. Weiterhin kann der Abrieb von Partikeln der Beschichtungsmaterialien an der Oberfläche der in Umformverfahren aus den Verpackungsblecherzeugnissen hergestellten Verpackungsbehältern haften und beim Befüllen der Verpackungsbehälter mit einem Füllgut das eingebrachte Füllgut kontaminieren. Um dies zu vermeiden, werden die beim Auf- und Abwickeln der Bänder eingesetzten Führungs- und Umlenkrollen sowie die für die Umformverfahren eingesetzten Zieh- und Umformwerkzeuge regelmäßig gereinigt. Dies ist zeit- und kostenaufwendig und verringert die Effizienz der Herstellungsverfahren für die Verpackungsblecherzeugnisse und die daraus hergestellten Verpackungsbehälter.
Hiervon ausgehend liegen der Erfindung folgende Aufgaben zugrunde: Einerseits sollen die höheren Anforderungen an die Oberflächeneigenschaften der Verpackungsblecherzeugnisse, wie optimierte, isotrope und gezielt einstellbare Glanz-, Reflexions- und Helligkeitseigenschaften erfüllt werden. Andererseits soll auch die Korrosionsbeständigkeit der Verpackungsblecherzeugnisse bei gleichbleibender Gewichtsauflage der elektrolytisch abgeschiedenen Beschichtung sowie die Verarbeitbarkeit der Verpackungsblecherzeugnisse beim Transport und bei der Herstellung von Verpackungen mittels Umformverfahren verbessert werden.
Diese Aufgaben werden gemäß der Erfindung durch ein Verpackungsblecherzeugnis mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen und Aspekte sowie vorteilhafte Eigenschaften und Merkmale der erfindungsgemäßen Verpackungsblecherzeugnisse ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Das erfindungsgemäße Verpackungsblecherzeugnis liegt insbesondere in Form eines elektrolytisch verzinnten Stahlblechs (Weißblech) oder in Form eines elektrolytisch verchromten Stahlblechs (ECCS) vor und besteht aus einem Stahlblech-Substrat mit einer Dicke im Bereich von 0,1 mm bis 0,6 mm und einer elektrolytisch auf wenigstens einer Oberfläche des Stahlblech-Substrats abgeschiedenen Beschichtung, insbesondere aus Zinn (im Fall von Weißblech) oder Chrom-/Chromoxid (im Fall von ECCS) und weist erfindungsgemäße eine deterministische Oberflächenstruktur mit einer Mehrzahl von gleichmäßig, d.h. homogen, über die Oberfläche des Verpackungsblecherzeugnisses verteilten Erhebungen und/oder Vertiefungen auf. Bevorzugt weisen die Erhebungen und/oder Vertiefungen jeweils eine einheitliche Höhe bzw. Tiefe auf.
Die Erhebungen bzw. Vertiefungen werden in einem Herstellungsprozess zunächst durch Kaltwalzen, insbesondere in einem sekundären Kaltwalzen bzw. Dressieren, mittels einer oberflächenstrukturierten Walze in die Oberfläche des Stahlblech-Substrats eingebracht und das auf diese Weise oberflächenstrukturierte Stahlblech-Substrat wird anschließend durch elektrolytisches Abscheiden der Beschichtung veredelt. Bei der oberflächenstrukturierten Walze kann es sich insbesondere um eine durch einen Laser, insbesondere einen UltrakurzpulsLaser, in einem Texturierverfahren oberflächenstrukturierte Dressierwalze handeln, mit der das Stahlblech-Substrat in einem sekundären Kaltwalzschritt kaltgewalzt bzw. dressiert wird. Beim sekundären Kaltwalzen (Nachwalzen bzw. Dressieren) wird die Oberflächenstruktur der Walze in die Oberfläche des Stahlblech-Substrats eingeprägt.
Bei der elektrolytischen Abscheidung der Beschichtung auf dem oberflächenstrukturierten Stahlblech-Substrat behält das beschichtete Stahlblech die vorher eingebrachte Oberflächenstrukturierung zumindest im Wesentlichen bei, da sich beim elektrolytischen Abscheiden der Beschichtung das Beschichtungsmaterial (bspw. Zinn bei Weißblech bzw. Chrom-/Chromoxid bei ECCS) gleichmäßig, d.h. konturentreu mit einer zumindest weitgehend homogenen Auflage, auf der strukturierten Oberfläche des Stahlblech-Substrats abscheidet. Entsprechend der Oberflächenstrukturierung des Stahlblech-Substrats weist das auf diese Weise hergestellte Verpackungsblecherzeugnis ebenfalls eine deterministische Oberflächenstruktur mit einer Mehrzahl von gleichmäßig über die Oberfläche verteilten Erhebungen und/oder Vertiefungen auf. Unter deterministischer Oberflächenstruktur wird dabei eine Oberfläche mit einer definierten und reproduzierbaren Topologie verstanden, die sich insbesondere von einer Topologie mit einer statistischen Verteilung von Oberflächenstrukturen wie Erhebungen, Vertiefungen und scharfen Spitzen unterscheidet.
Das erfindungsgemäß mit einer deterministischen Oberflächenstruktur versehene Verpackungsblecherzeugnis ermöglicht durch eine gezielte Auswahl und Einstellung der Oberflächentopologie die (gleichzeitige) Erfüllung einer Vielzahl von Vorgaben und eine gezielte Anpassung der Eigenschaften des Verpackungsblecherzeugnisses an unterschiedliche Vorgaben.
So können beispielsweise die optischen Oberflächeneigenschaften des Verpackungsblecherzeugnisses, wie Glanz, Reflexion und Helligkeit, durch Auswahl und Einstellung der Oberflächenstruktur beeinflusst und an gewünschte Eigenschaften angepasst werden. Weiterhin kann durch Auswahl und Einstellung einer passenden Oberflächenstruktur die Korrosionsbeständigkeit des Verpackungsblecherzeugnisses verbessert und der Abrieb beim Transport und der Weiterverarbeitung des Verpackungsblecherzeugnisses minimiert werden.
Die Oberflächenrauheit (insbesondere die arithmetische Mittenrauheit Ra) liegt dabei je nach Anwendungs- und Optimierungsfall im Bereich von 0,01 bis 2,0 µm, bevorzugt im Bereich von 0,1 bis 1,0 µm und insbesondere im Bereich von 0,1 bis 0,3 µm. Die geringe Oberflächenrauheit ist dabei an die geringe Dicke des Stahlblech-Substrats angepasst, die im Bereich für Feinstblech zwischen 0,1 mm und 0,5 mm liegt. Durch die geringe Oberflächenrauheit lassen sich homogene Oberflächeneigenschaften, insbesondere homogene optische Eigenschaften wie Glanz, Reflexion und Helligkeit, erzielen. Somit können insbesondere richtungsunabhängige (d.h. in der Oberfläche des Verpackungsblecherzeugnisses isotrope) optische Eigenschaften erzielt werden. Eine geringe Oberflächenrauheit trägt weiterhin zur Verringerung des Abriebs bei und erhöht die Korrosionsbeständigkeit des Verpackungsblecherzeugnisses bei (mechanischer) Belastung während des Transports und beim Umformen in Umformwerkzeugen, da sich durch die geringe Oberflächenrauheit weniger Partikel des Materials der Beschichtung (Zinn) von der Oberfläche des beschichteten Verpackungsblecherzeugnisses ablösen und dadurch korrosionsanfällige Stellen mit einer beschädigten oder vollständig abgelöster Beschichtungsauflage erzeugen können.
Die deterministische Oberflächenstruktur des erfindungsgemäßen Verpackungsblecherzeugnisses zeichnet sich zweckmäßig durch ein regelmäßig angeordnetes Muster mit Erhebungen und/oder Vertiefungen aus. Wenn hierbei von Erhebungen gesprochen wird, sind dabei Stellen an der Oberfläche des Verpackungsblecherzeugnisses gemeint, die über ein über die gesamte Oberfläche gemitteltes Oberflächenniveau um eine mittlere Höhe (h) vorstehen. Wenn von Vertiefungen gesprochen wird, sind entsprechend vertiefte Stellen gemeint, die von dem gemittelten Oberflächenniveau um eine mittlere Tiefe (t) abgesenkt sind.
Die Erhebungen weisen dabei zweckmäßig eine (mittlere) Höhe (h) von 0,5 bis 3,0 µm, insbesondere von 1,0 bis 2,0 µm und bevorzugt von weniger als 2,0 µm auf. Entsprechend liegt die (mittlere) Tiefe (t) der Vertiefungen im Bereich von 0,5 bis 3,0 µm, insbesondere von 1,0 bis 2,0 µm und bevorzugt bei weniger als 2,0 µm. Dabei wird unter der mittleren Höhe h die über alle Erhebungen in einer Einheitsfläche an der Oberfläche des Verpackungsblecherzeugnisses gemittelte Höhe verstanden. Entsprechendes gilt für die mittlere Tiefe t von Vertiefungen.
Bevorzugt weisen die periodisch wiederkehrenden Strukturelemente, insbesondere die Erhebungen oder Vertiefungen, eine Breite in halber Höhe („full width at half maximum“, FWHM) von mindestens 10 µm und insbesondere im Bereich von 60 µm bis 250 µm auf. Dies stellt bspw. eine hohe Korrosionsbeständigkeit sicher.
Sowohl die Erhebungen als auch die Vertiefungen können dabei verschiedene geometrische Formen annehmen und insbesondere rechteckig, streifen- oder stegförmig, quadratisch, zylindrisch, ringförmig, berg- bzw. talförmig oder halbkugelförmig ausgebildet sein. Sowohl die Erhebungen als auch die Vertiefungen können dabei jeweils dieselbe geometrische Form aufweisen oder auch unterschiedliche Formen. Es sind also auch gemischte Strukturen möglich.
Aufgrund der verschiedenen Formen der Erhebungen bzw. Vertiefungen ist es möglich, Erhebungen und/oder Vertiefungen so an der Oberfläche des Verpackungsblecherzeugnisses anzuordnen, dass sich daraus ein Bild, einzelne oder mehrere Schriftzeichen oder eine aus mehreren Schriftzeichen zusammengesetzte Schrift oder auch eine Kombination eines Bilds mit einer Schrift ergibt. Dadurch können beispielsweise Herkunftshinweise in Form von Marken oder Logos an der Oberfläche des Verpackungsblecherzeugnisses angebracht werden. In entsprechender Weise können auch andere Texte, die beispielsweise Angaben zu den Eigenschaften des Verpackungsblecherzeugnisses enthalten, angebracht werden.
Zur Verminderung des Abriebs ist es beispielsweise vorteilhaft, wenn die Oberflächenstruktur eine Mehrzahl von steg- oder streifenförmigen und parallel zueinander verlaufenden Erhebungen und/oder Vertiefungen aufweist. Wenn das Stahlblech-Substrat in der Form eines sich in einer Bandlängsrichtung erstreckenden Bands vorliegt, ist es dabei zweckmäßig, wenn sich die steg- oder streifenförmigen Erhebungen bzw. Vertiefungen in Bandlängsrichtung erstrecken. Die sich dabei ergebenden Vertiefungen bilden ein gleichmäßig über der Oberfläche des Verpackungsblecherzeugnisses verteiltes Reservoir zur Aufnahme von Partikeln der Beschichtung, die sich durch Abrieb von der Beschichtung ablösen. Die von der Beschichtung abgelösten Partikel können sich in dem Reservoir der Vertiefungen sammeln und werden dadurch an der Oberfläche des Verpackungsblecherzeugnisses gebunden und können sich deshalb nicht an Führungs- oder Umlenkrollen, die für den Transport des Bands eingesetzt werden, oder an Umformwerkzeugen, die in Umformprozessen bei der Herstellung von Verpackungsbehältern aus dem Verpackungsblecherzeugnis eingesetzt werden, anlagern und diese verschmutzen. Die gleichmäßig über die Oberfläche des Verpackungsblecherzeugnisses verteilten Vertiefungen bilden dabei zweckmäßig offene oder geschlossene Kammern aus, welche die durch Abrieb von der Beschichtung gelösten Partikel aufnehmen können. Die von den Vertiefungen gebildeten Kammern sind von Erhebungen umgeben, die die Kammern vollständig umschließen. Es ist aber auch möglich, dass benachbarte Kammern über Verbindungskanäle miteinander in Verbindung stehen. Dies ermöglicht ein Herausschieben von Partikeln des Beschichtungsmaterials aus einer Kammer in eine benachbarte Kammer, beispielsweise beim Transport des Bands über Führungs- oder Umlenkrollen. Zweckmäßig ist dabei, wenn die Höhe der Erhebungen bzw. die Tiefe der Vertiefungen für alle Erhebungen/Vertiefungen zumindest im Wesentlichen homogen ist. Dadurch bildet sich ein gleichmäßig über die Oberfläche des Verpackungsblecherzeugnisses verteiltes Reservoir für die Aufnahme von Abrieb aus. Ein ausreichendes Aufnahmevolumen des Reservoirs kann erzielt werden, wenn der Flächenanteil der Erhebungen an der Gesamtfläche des Verpackungsblecherzeugnisses zwischen 20 % und 50 % und bevorzugt zwischen 24 % und 45 % liegt. Entsprechend liegt dabei der Flächenanteil der Vertiefungen an der Gesamtfläche des Verpackungsblecherzeugnisses zwischen 50 % und 80 % und bevorzugt zwischen 55 % und 76%.
Die Einstellung definierter Glanzeigenschaften und insbesondere die Erzielung hoher und weitgehend richtungsunabhängiger Glanzwerte kann erreicht werden, wenn die Oberflächenstruktur plateauförmige Erhebungen bzw. nutenförmige Vertiefungen aufweist. Die abgeflachten, plateauförmigen Erhebungen weisen dabei an ihrer Oberseite ein weitgehend ebenes Plateau auf. Die nutenförmigen Vertiefungen weisen einen zumindest weitgehend ebenen Nutgrund auf. Die Flankenwände zwischen dem Nutgrund der Vertiefungen und der plateauförmigen Oberseite der Erhebungen können dabei vertikal stehen oder (bspw. in Form eines Konus bzw. eines Kegelstumpfs) zur Vertikalen geneigt sein. Im Querschnitt weisen die Erhebungen bspw. eine rechteckige Form oder eine Trapez-Form auf. Aus fertigungstechnischen Gründen stellt sich in der Regel die Querschnittsform eines gleichschenkligen Trapezes ein, das sich zur Oberfläche hin verjüngt.
Eine derartige Oberflächenstruktur mit plateauförmigen Erhebungen erweist sich auch in Bezug auf die Korrosionsbeständigkeit des Verpackungsblecherzeugnisses als vorteilhaft, weil im Vergleich zu einer stochastischen Oberflächenstruktur mit scharfen Spitzen an den plateauförmigen Abflachungen der Erhebungen bei mechanischer Belastung eine geringere Gefahr einer Beschädigung der Beschichtung besteht. Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Oberflächenstrukturen von Verpackungsblecherzeugnissen mit scharfen Spitzen besteht bei mechanischer Belastung die Gefahr, dass die scharfen Spitzen abbrechen oder die Beschichtung an den scharfen Spitzen abgelöst wird, wodurch sich unbeschichtete Bereiche ergeben, in denen der Stahl des darunterliegenden Stahlblech-Substrats frei liegend den Umwelteinflüssen oder den teils aggressiven Füllgütern der Verpackungen ausgesetzt ist und dadurch zur Oxidation bzw. Korrosion neigt.
Eine deterministische Oberflächenstruktur mit plateauförmigen Erhebungen erweist sich weiterhin vorteilhaft in Bezug auf eine geringere Abriebsneigung. Im Vergleich zu einer stochastischen Oberflächenstruktur mit scharfen Spitzen, die bei mechanischer Belastung abbrechen können, besteht an den plateauförmigen Abflachungen der Erhebungen eine geringere Gefahr, dass es zu einer Beschädigung der Beschichtung und dadurch zu Abrieb kommt.
Die erfindungsgemäßen Verpackungsblecherzeugnisse können erforderlichenfalls mit weiteren Beschichtungen oder Auflagen versehen werden. Sie können bspw. die Weißbleche gemäß der Erfindung mit einer Chrom-/Chromoxid-Beschichtung oder auch durch nasschemische Applikation einer chromfreien Passivierungsschicht passiviert werden, um eine ungehinderte Oxidation der Zinnoberfläche zu vermeiden. Bei Weißblechen kann ferner ein Aufschmelzen der elektrolytisch auf dem Stahlsubstrat abgeschiedenen Zinnbeschichtung erfolgen. Beim Aufschmelzen der Zinnbeschichtung wird eine stark glänzende Oberfläche erzielt und es bildet sich u.U. eine Eisen-/Zinn-Legierungsschicht an der Oberfläche des Stahlsubstrats aus, die zu einer Erhöhung der Korrosionsbeständigkeit führt. Weiterhin können auf den Oberflächen der erfindungsgemäßen Verpackungsblecherzeugnisse organische Überzüge, wie z.B. organische Lacke oder Polymerbeschichtungen aus thermoplastischen Polymeren wie PET, PP oder PE oder Mischungen davon aufgebracht werden, um die Korrosionsbeständigkeit und die Beständigkeit gegen Säuren und schwefelhaltige Materialien zu erhöhen.
Die erfindungsgemäßen Verpackungsblecherzeugnisse weisen in bevorzugten Ausführungsformen an ihrer Oberfläche in mindestens einer (ausgewählten) Richtung ein Oberflächenprofil mit periodisch wiederkehrenden Oberflächenstrukturen auf, wobei sich aus dem Oberflächenprofil eine Autokorrelationsfunktion mit einer eine Mehrzahl von Nebenmaxima ergibt und die Höhe der Nebenmaxima erfindungsgemäß mindestens 20%, bevorzugt mindestens 30% der Höhe des Hauptmaximums beträgt.
Abweichungen in der Regelmäßigkeit von Oberflächenstrukturen sind dabei mittels der Autokorrelationsfunktion $Ψ_{z z} (x) = \frac{1}{l} \int_{0}^{1} z (x') \cdot z (x' + x) d x'$
$mit z (x) = 0; \notin [o, l]$
quantifizierbar. Die Autokorrelationsfunktion wird hierbei verwendet, um die Periodizität des Oberflächenprofils z(x) und speziell der Oberflächenrauheit entlang vorgegebener Richtungen (x) in der Ebene der Oberfläche zu beurteilen.
Es hat sich gezeigt, dass Stahlblech-Substrate mittels (sekundärem) Kaltwalzen bzw. Dressierwalzen mit oberflächenstrukturierten Walzoberflächen herstellbar sind, so dass diese ein Oberflächenprofil mit entlang ausgewählter Richtungen (insbesondere in Walzrichtung bzw. senkrecht zur Walzrichtung) periodisch wiederkehrenden Oberflächenstrukturen aufweisen, wobei die Periodizität sowie die Gleichmäßigkeit und die Gleichförmigkeit der Oberflächenstrukturen mittels einer Autokorrelationsfunktion quantifizierbar ist und dabei die Höhe einer Mehrzahl von Nebenmaxima der Autokorrelationsfunktion eines Oberflächenprofils entlang wenigstens einer Vorzugsrichtung mindestens 40% und bevorzugt mindestens 60% der Höhe des Hauptmaximums beträgt.
Es wurde ferner in überraschender Weise festgestellt, dass sich die Oberflächenstruktur des Stahlsubstrats zumindest weitgehend beibehalten lässt, wenn das Stahlsubstrat elektrolytisch mit einer metallischen Beschichtung, insbesondere einer Zinnbeschichtung oder einer Beschichtung aus Chrom und Chromoxid, beschichtet wird. Zwar wird durch die elektrolytische Beschichtung das regelmäßige Oberflächenprofil des Stahlsubstrats geringfügig geglättet. Dennoch bleibt auch nach der elektrolytischen Beschichtung das Oberflächenprofil des beschichteten Verpackungsblecherzeugnisses mit den periodisch wiederkehrenden Strukturen überraschend und deutlich an den Mindesthöhen einer Mehrzahl von Nebenmaxima in der Autorrelationsfunktion von mehr als 20 % erkennbar vorhanden.
Diese und weitere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgend unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen näher beschriebenen Ausführungsbeispielen. Die Zeichnungen zeigen:

1: schematische Darstellung erfindungsgemäßer Verpackungsblecherzeugnisse in einer Schnittansicht, wobei 1a ein Verpackungsblecherzeugnis bestehend aus einem Stahlblech-Substrat und einer Beschichtung, 1b ein Verpackungsblecherzeugnis bestehend aus einem Stahlblech-Substrat mit einer Beschichtung und einer darauf aufgebrachten Auflage zeigt;
2: vergrößerte, schematische Darstellung im Bereich der Oberfläche der Beschichtung eines Verpackungsblecherzeugnisses gemäß der Erfindung,
3: Schnittdarstellung im Oberflächenbereich eines Verpackungsblecherzeugnisses nach dem Stand der Technik (3a) und gemäß der Erfindung (3b), jeweils vor (linke Seite) und nach (rechte Seite) dem Aufbringen der Beschichtung auf dem Stahlblech-Substrat;
4: Draufsicht auf eine Oberflächenstruktur eines Verpackungsblecherzeugnisses gemäß der Erfindung, wobei 4a eine Struktur mit napfförmigen Vertiefungen und 4b eine Struktur mit plateauförmigen Erhebungen zeigt, die jeweils in einer hexagonalen Struktur angeordnet sind;
5: Oberflächendarstellungen erfindungsgemäßer Verpackungsblecherzeugnisse mit einem Höhenprofil, wobei 5a ein erstes Ausführungsbeispiel für eine Oberflächenstruktur eines erfindungsgemäßen Verpackungsblecherzeugnisses und 5b ein zweites Ausführungsbeispiel zeigt;
6: schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels für eine Oberflächenstruktur eines erfindungsgemäßen Verpackungsblecherzeugnisses mit stegförmigen Erhebungen in einer Draufsicht;
7: Oberflächendarstellungen erfindungsgemäßer Verpackungsblecherzeugnisse mit steg- bzw. steifenförmigen Erhebungen und einem zugehörigen Höhenprofil, wobei 7a ein drittes Ausführungsbeispiel für eine Oberflächenstruktur eines erfindungsgemäßen Verpackungsblecherzeugnisses und 7b ein viertes Ausführungsbeispiel zeigt und in 7c ein weiteres Ausführungsbeispiel gezeigt ist;
8: schematische Darstellung einer weiteren Oberflächenstruktur eines erfindungsgemäßen Verpackungsblecherzeugnisses mit einer „Doppel-I-Struktur“ in einer Draufsicht;
9: Oberflächendarstellungen erfindungsgemäßer Verpackungsblecherzeugnisse mit einer „Doppel-I-Struktur“ und einem zugehörigen Höhenprofil, wobei 9a ein erstes Ausführungsbeispiel für eine „Doppel-I-Struktur“ und 9b ein zweites Ausführungsbeispiel für eine „Doppel-I-Struktur“ zeigt;
10: schematische Darstellung einer Oberflächenstruktur eines erfindungsgemäßen Verpackungsblecherzeugnisses mit einem komplexen Muster in einer Draufsicht;
11: Oberflächendarstellung eines Ausführungsbeispiels eines Verpackungsblecherzeugnisses mit dem komplexen Muster aus 10 und einem zugehörigen Höhenprofil;
12a bis 12e: Dreidimensionale Mikroskopische Darstellungen von 3D-Oberflächenprofilen (jeweils in der Figur unten) von Ausführungsbeispielen von Verpackungsblecherzeugnissen (Weißbleche) gemäß der Erfindung ( 12a bis 12c sowie 12e, Beispiele 1 bis 3 sowie 5) und einer nicht-erfindungsgemäßen Standardstruktur (12d, Beispiel 4), zusammen mit einem Rauheitsprofil der Oberfläche (jeweils oben links) und der sich aus dem Rauheitsprofil ergebenden Autokorrelationsfunktion (jeweils oben rechts), wobei die Mikroskopische Darstellung der Oberfläche, das Rauheitsprofil und die zugehörige Autokorrelationsfunktion jeweils nach dem elektrolytischen Abscheiden einer Zinnbeschichtung auf dem Stahlblech-Substrat gezeigt ist;
13: Darstellung der im „Iron-Exposure-Test“ (IET) an erfindungsgemäßen und nicht-erfindungsgemäßen Weißblechen gemessenen IET-Werten multipliziert mit dem Quadrat der Zinnauflage in Abhängigkeit der Oberflächenrauheit (arithmetische Mittenrauheit Ra in µm) der Weißblechproben;
14: Darstellung der Abhängigkeit an erfindungsgemäßen und nicht-erfindungsgemäßen Weißblechen gemessenen Glanzwerte (in Glanzeinheiten GE) von der Oberflächenrauheit (arithmetische Mittenrauheit Ra in µm);
15: Darstellung der Abhängigkeit der Isotropie der an erfindungsgemäßen und nicht-erfindungsgemäßen Weißblechen gemessenen Glanzwerte (als ΔGlanz-Werte in Glanzeinheiten GE) von der Oberflächenrauheit (arithmetische Mittenrauheit Ra in µm);

In 1a ist ein Verpackungsblecherzeugnis schematisch im Schnitt dargestellt. Das Verpackungsblecherzeugnis besteht dabei aus einem Stahlblechsubstrat S mit einer Dicke im Feinstblechbereich (0,1 mm bis 0,5 mm) und einer elektrolytisch auf dem Stahlblechsubstrat S abgeschiedenen Beschichtung B. Bei dem Stahlblechsubstrat handelt es sich um ein kaltgewalztes Stahlblech aus einem Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt. Geeignete Zusammensetzungen des Stahls des Stahlblechsubstrats S sind in der europäischen Norm DIN EN 10 202 definiert. Das Stahlblechsubstrat S weist bevorzugt folgende Zusammensetzung in Bezug auf die Gewichtsanteile der Legierungsbestandteile des Stahls auf:

- C: 0,01 - 0,1 %,
- Si: < 0,03 %,
- Mn: 0,1 - 0,6 %
- P: < 0,03 %,
- S: 0,001 - 0,03 %,
- Al: 0,002 - 0,1 %,
- N: 0,001 - 0,12 %, bevorzugt weniger als 0,07 %
- optional Cr: < 0,1 %, bevorzugt 0,01 - 0,05%,
- optional Ni: < 0,1 %, bevorzugt 0,01 - 0,05 %,
- optional Cu: < 0,1 %, bevorzugt 0,002 - 0,05 %,
- optional Ti: < 0,09 %,
- optional B: < 0,005 %,
- optional Nb: < 0,02 %,
- optional Mo: < 0,02 %,
- optional Sn: < 0,03 %,
- Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen.

Bei der Beschichtung B kann es sich um eine Zinnbeschichtung oder um eine Beschichtung aus Chrom und Chromoxid (sowie ggf. Chromhydroxiden) handeln. Im Falle einer Zinnbeschichtung wird von Weißblech gesprochen. Im Falle einer Chrom-/Chromoxid-Beschichtung, die elektrolytisch auf dem Stahlblechsubstrat abgeschieden worden ist, spricht man von elektrolytisch spezialverchromtem Stahlblech (Electrolytic Chromium Coated Steel, ECCS). Die Gewichtsauflagen der Beschichtung B liegen bei Weißblech typischerweise im Bereich von 1 bis 15 g/m² und insbesondere zwischen 2 und 4 g/m² Zinn. Bei ECCS liegt die Gewichtsauflage des Chroms in der Chrom-Chromoxid-Schicht typischerweise im Bereich von 50 bis 200 mg/m² und insbesondere zwischen 70 und 150 mg/m².
Auf die Beschichtung B können dabei weitere Beschichtungen oder Auflagen beispielsweise in Form von Passivierungsschichten oder organischen Auflagen, wie Lacke oder Polymerbeschichtungen appliziert werden. Dies ist in 1b schematisch gezeigt, indem auf der Beschichtung B eine Auflage P dargestellt ist. Bei der Auflage P kann es sich beispielsweise bei Weißblech insbesondere um eine Passivierungsschicht handeln. Die Passivierungsschicht kann dabei, wie bei Weißblech üblich, aus metallischem Chrom und Chromoxid zusammengesetzt sein. Bei der Passivierungsschicht kann es sich jedoch auch um eine nasschemisch auf die Zinnoberfläche aufgebrachte chromfreie Passivierungsschicht handeln. Die Passivierungsschicht soll bei Weißblech ein ungehindertes Oxidwachstum an der Zinnoberfläche vermeiden und dadurch eine Lagerstabilität des Weißblechs über längere Zeiträume ohne Oxidation der Zinnoberfläche sicherstellen. Die Auflage P kann auch durch eine organische Auflage, wie z.B. durch einen organischen Lack oder durch eine Polymerbeschichtung aus einem thermoplastischen Polymer, insbesondere PET oder PP, gebildet sein. Insbesondere bei ECCS ist es üblich, die Chromoxid-Oberfläche des ECCS mit einer Polymerbeschichtung aus einem thermoplastischen Polymer, beispielsweise durch Auflaminieren einer PET- oder PP-Folie, zu beschichten, um die Korrosionsbeständigkeit und die Widerstandsfähigkeit des Materials gegen Säuren zu verbessern.
In 2 ist eine vergrößerte Darstellung eines erfindungsgemäßen Verpackungsblecherzeugnisses im Bereich der Oberfläche der Beschichtung B gezeigt. Wie aus 2 ersichtlich, weist die Oberfläche des Verpackungsblecherzeugnisses eine Mehrzahl von (in der gezeigten Schnittdarstellung) nebeneinander angeordneten Erhebungen E und Vertiefungen V auf. Die Erhebungen weisen dabei eine (mittlere) Höhe h über einem durchschnittlichen Oberflächenniveau 0 auf. Die Vertiefungen V weisen gegenüber dem durchschnittlichen Oberflächenniveau 0 eine Tiefe t auf. Die Vertiefungen V sind dabei nutenförmig mit einem ebenen Nutengrund c1, c2, c3 ausgebildet. Die Erhebungen E sind plateauförmig ausgebildet mit einer ebenen Plateau-Fläche b1, b2, b3, b4. Die Flanken a1, a2, a3, a4 der Vertiefungen V und der Erhebungen E sind, wie aus 2 ersichtlich, leicht gegenüber der vertikalen Ebene geneigt. In der in 2 gezeigten Schnittdarstellung ergeben sich daraus für die Form der Erhebungen E gleichschenklige Trapeze bzw. Kegelstümpfe, die sich zur Oberfläche hin konisch verjüngen.
Wie nachfolgend noch erläutert wird, ist es zweckmäßig, wenn die Form der Erhebungen E und der Vertiefungen V gleichförmig ist. Insbesondere sind die Flächen des Nutengrunds c1, c2, c3 der nutenförmigen Vertiefungen V jeweils gleich groß. In entsprechender Weise sind auch die Plateau-Flächen (b1 bis b4) der plateauförmig ausgebildeten Erhebungen jeweils gleich groß und die Flanken a1 - a4, die sich zwischen den Vertiefungen V und den dazu benachbarten Erhebungen E erstrecken, sind bevorzugt ebenfalls gleich groß. Entsprechend ergibt sich für die Höhe h der Erhebungen und für die Tiefe t der Vertiefungen bevorzugt ebenfalls ein homogen über die gesamte Oberfläche des Weißblecherzeugnisses gleicher Wert.
Durch die in 2 schematisch gezeigte Oberflächentopographie der erfindungsgemäßen Verpackungsblecherzeugnisse lässt sich eine gleichmäßig über die Oberfläche verteilte Oberflächenrauheit mit einer arithmetischen Mittenrauheit Ra einstellen, wobei die arithmetischen Mittenrauheit Ra bevorzugt im Bereich von 0,01 bis 2,0 µm und besonders bevorzugt im Bereich von 0,1 bis 1,0 µm und insbesondere im Bereich von 0,1 bis 0,3 µm liegt. Die Oberflächenrauheit, insbesondere der Wert für die arithmetische Mittenrauheit Ra, kann dabei bei den erfindungsgemäßen Verpackungsblecherzeugnissen an den jeweiligen Anwendungsfall angepasst und durch Auswahl der Geometrie und Größe der Oberflächenstrukturen (Erhebungen E und Vertiefungen V) gezielt eingestellt werden.
Durch die in 2 schematisch dargestellte Topographie der Oberfläche lässt sich an der Oberfläche der erfindungsgemäßen Verpackungsblecherzeugnisse ein regelmäßig angeordnetes Muster mit Vertiefungen V und Erhebungen E erzeugen. Beispiele für derartige Oberflächenstrukturen werden nachfolgend noch gezeigt.
Die (durchschnittliche) Höhe h der Erhebungen E (in Bezug auf das mittlere Oberflächenniveau 0) liegt dabei bevorzugt im Bereich von 0,2 bis 3,0 µm und insbesondere zwischen 0,5 und 2,0 µm. In bevorzugten Anwendungsfällen der erfindungsgemäßen Verpackungsblecherzeugnisse liegt die durchschnittliche Höhe h der Erhebungen bei weniger als 2,0 µm. Entsprechendes trifft auf die Tiefe t der Vertiefungen V zu.
Die Form der Erhebungen E und der Vertiefungen V kann dabei jeweils an den Anwendungsfall der erfindungsgemäßen Verpackungsblecherzeugnisse bzw. den Vorgaben zur Herstellung von Verpackungen daraus angepasst werden. Geeignete Formen für die Erhebungen E und die Vertiefungen V können beispielsweise (im Querschnitt) rechteckig, insbesondere quadratisch sein. Die Erhebungen E und die Vertiefungen V können jedoch auch zylindrisch, ringförmig, berg- bzw. talförmig oder halbkugelförmig ausgebildet sein. Für besondere Anwendungen haben sich streifen- bzw. stegförmig ausgebildete Erhebungen E oder Vertiefungen V als vorteilhaft erwiesen. Bevorzugt weisen die Erhebungen E eine plateauförmig abgeflachte, möglichst ebene Oberseite auf. Die Vertiefungen V weisen zweckmäßig eine weitgehend ebene Vertiefungsfläche auf.
Die Erhebungen E und die Vertiefungen V können dabei gleich oder auch unterschiedlich zueinander geformt sein. Dadurch ist es beispielsweise möglich, aus den Erhebungen und den Vertiefungen ein Bild oder einzelne und auch mehrere hinter- bzw. nebeneinander angeordnete Schriftzeichen auf der Oberfläche des Verpackungsblecherzeugnisses auszubilden und dadurch beispielsweise eine aus mehreren Schriftzeichen zusammengesetzte Schrift- oder Bildzeichen zu erzeugen.
Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Verpackungsblecherzeugnisse wird das Stahlblech-Substrat S nach oder während des Kaltwalzens mit einer oberflächenstrukturierten Walze kaltgewalzt. Bei der oberflächenstrukturierten Walze kann es sich beispielsweise um eine mit einem Ultrakurzpulslaser (UKPL) strukturierte Walze handeln. Eine solche oberflächenstrukturierte Walze weist eine deterministische Oberflächenstruktur auf, die beim Walzen des Stahlblechsubstrats S in die Oberfläche des Substrats eingeprägt wird. Das Einprägen der Oberflächenstruktur der Walze erfolgt dabei zweckmäßig in einem sekundären Kaltwalzschritt (Nachwalzen oder Dressieren, wobei beim Nachwalzen die Dicke des Stahlblech-Substrats S um einen Nachwalzgrad von 5% bis max. 45 % reduziert wird und bei einem Dressieren der Reduktionsgrad kleiner als 5 % ist).
Nach dem Einbringen der deterministischen Oberflächenstruktur der beim Nachwalzen bzw. Dressieren verwendeten Arbeitswalze in die Oberfläche des Stahlblech-Substrats S erfolgt das Aufbringen der Beschichtung B durch elektrolytisches Abscheiden des Beschichtungsmaterials (Zinn bei Weißblech und Chrom-/Chromoxid bei ECCS) auf die strukturierte Oberfläche des Stahlblech-Substrats S. Bei der elektrolytischen Abscheidung der Beschichtung B auf dem Stahlblechsubstrat S bleibt die deterministische Oberflächenstruktur des Stahlblech-Substrats erhalten, so dass auch das beschichtete Verpackungsblecherzeugnis eine deterministische Oberflächenstruktur mit einer gleichförmigen Topographie aufweist, wie in 2 schematisch dargestellt. Auch beim Aufbringen einer zusätzlichen Auflage P auf die Beschichtung B, wie in 1b gezeigt, bleibt die deterministische Oberflächenstruktur erhalten, insbesondere, wenn die Auflage P in Form einer Flüssigkeit, beispielsweise in Form einer wässrigen Passivierungslösung oder eines flüssigen Lacks oder eines schmelzflüssigen Polymermaterials, auf die Beschichtung B aufgebracht wird.
Durch die deterministische Oberflächenstruktur der entsprechend hergestellten Verpackungsblecherzeugnisse gemäß der Erfindung lassen sich viele Probleme beseitigen, die bei der herkömmlichen Herstellung von Verpackungsblecherzeugnissen (Weißblech und ECCS) entstehen können. Typische Probleme, die bei der herkömmlichen Herstellung von Verpackungsblecherzeugnissen entstehen, werden nachfolgend anhand der 3 erläutert, wobei in 3a die Oberfläche herkömmlich hergestellter Verpackungsblecherzeugnisse vor und nach dem Aufbringen der Beschichtung B auf das Substrat S dargestellt ist und in 3b schematisch die Oberfläche von erfindungsgemäßen Verpackungsblecherzeugnissen gezeigt ist, durch die die Probleme des Stands der Technik beseitigt werden können.
In 3 ist jeweils schematisch eine vergrößerte Schnittdarstellung eines Stahlblech-Substrats S vor (linke Seite) und nach (rechte Seite) dem Applizieren einer Beschichtung B gezeigt, wobei 3a ein herkömmlich hergestelltes Substrat bzw. Verpackungsblecherzeugnis mit einer stochastischen, ungeordneten Oberflächenstruktur und 3b ein erfindungsgemäß behandeltes Substrat bzw. ein erfindungsgemäßes Verpackungsblecherzeugnis mit einer deterministischen Oberflächenstruktur zeigt. Wie aus 3a ersichtlich, weist die Oberfläche des Stahlblech-Substrats S und des mit der Beschichtung B beschichteten Verpackungsblecherzeugnisses eine statistische (d.h. eine nicht deterministisch vorherbestimmte) Oberflächentopologie mit Spitzen Sp und Tälern Ta auf. Die Höhe der Spitzen Sp und die Tiefe der Täler Ta ist dabei uneinheitlich, d.h. inhomogen über die gesamte Oberfläche des Stahlblech-Substrats S (3a, links) bzw. des beschichteten Verpackungsblecherzeugnisses (3a, rechts) verteilt. Diese Oberflächenstruktur herkömmlicher Verpackungsblecherzeugnisse führt zu einer Vielzahl von Problemen:

Durch die scharfen Spitzen Sp besteht die Gefahr, dass bei einer mechanischen Beanspruchung des Verpackungsblecherzeugnisses, beispielsweise während des Transports oder bei der Umformung zu Verpackungen, die Spitzen Sp abbrechen oder abgeflacht werden. Beim Abbrechen oder Abflachen der Spitzen Sp wird die Beschichtung B beschädigt oder stellenweise ganz abgetragen. Dadurch entstehen freie, unbeschichtete Stellen, an denen das korrosionsanfällige Stahlblech-Substrat S den Umwelteinflüssen und den Füllgütern von aus den Verpackungsblecherzeugnis hergestellten Verpackungen ausgesetzt wird und dadurch korrodieren kann. Weiterhin wird dadurch ein Abrieb des Beschichtungsmaterials erzeugt, der bei der Weiterverarbeitung der Verpackungsblecherzeugnisse schädlich ist.

Der Abrieb kann sich beispielsweise auf Transportrollen, über die das Verpackungsblecherzeugnis beim Transport geführt wird, oder an Umformwerkzeugen, die für das Umformen der Verpackungsblecherzeugnisse zu Verpackungen eingesetzt werden, anlagern. Die Anlagerung von Abrieb des Beschichtungsmaterials an Transportrollen und Umformwerkzeugen führt zu einem höheren Verschleiß der Transportrollen und der Umformwerkzeuge und erfordert eine regelmäßige Reinigung, da die über verschmutzte Transportrollen geführten und in verschmutzten Umformwerkzeugen verarbeiteten Verpackungsblecherzeugnisse durch den angelagerten Abrieb beschädigt werden können.
In den taschenförmig ausgebildeten Tälern Ta der Oberflächenstruktur von herkömmlichen Verpackungsblecherzeugnissen können sich ferner Schmutzpartikel und Rückstände von Ölen und Fetten anlagern, die auch bei einer Reinigung der Beschichtungsoberfläche der Verpackungsblecherzeugnisse nicht mehr vollständig entfernt werden können. Insbesondere können sich in den Tälern Ta Fette, Reinigungsmittel, Walzöle oder andere Rückstände aus dem Herstellungsprozess des Verpackungsblecherzeugnisses anlagern, die eine Reinigung der Oberfläche des Verpackungsblecherzeugnisses erschweren und dadurch die Beschichtungsqualität, wie z.B. die Porigkeit der Zinnbeschichtung bei Weißblech negativ beeinflussen können.
Diese Probleme des Stands der Technik können mit den erfindungsgemäßen Verpackungsblecherzeugnissen beseitigt werden. Aufgrund der deterministischen und homogenen Oberflächenstruktur der erfindungsgemäßen Verpackungsblecherzeugnisse sind diese frei von Spitzen Sp, an denen es zu Beschädigungen der Beschichtung und zu einem erhöhten Abrieb des Beschichtungsmaterials und dadurch bedingt zu einer höheren Korrosionsanfälligkeit des Verpackungsblecherzeugnisses und einer Verschmutzung von Transportrollen und Umformwerkzeugen führen könnte. Dadurch können sowohl die Korrosionsanfälligkeit als auch die nachteiligen Effekte von Abrieb vermieden werden. Weiterhin sind die Oberflächen der erfindungsgemäßen Verpackungsblecherzeugnisse auch frei von tiefen Tälern Ta, in denen sich Schmutzpartikel und Rückstände, wie z.B. Restfette und Walzöle, anlagern könnten. Dies erleichtert bei den erfindungsgemäßen Verpackungsblecherzeugnissen die Reinigung der Oberfläche. Sofern beim Transport und der Verarbeitung der erfindungsgemäßen Verpackungsblecherzeugnisse ein Abrieb von Partikeln des jeweiligen Beschichtungsmaterials entsteht, kann dieser Abrieb durch die gleichförmig ausgebildeten, zweckmäßig nutenförmigen Vertiefungen aufgenommen werden. Die Vertiefungen in der Oberfläche der erfindungsgemäßen Verpackungsblecherzeugnisse wirken dabei als Reservoir zur Aufnahme des Abriebs von Beschichtungsmaterial, wodurch eine Übertragung des Abriebs auf Transportrollen und Umformwerkzeuge und die damit verbundenen nachteiligen Effekte vermieden werden können.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele für erfindungsgemäße Verpackungsblecherzeugnisse mit spezifischen Oberflächenstrukturen und deren Anwendungen anhand der in den 4 bis 11 gezeigten Beispiele näher erläutert.
In 4 ist beispielhaft in einer Draufsicht auf die Oberfläche eine hexagonale Oberflächenstruktur mit Vertiefungen V (4a) bzw. mit Erhebungen E (4b) gezeigt. Die Vertiefungen V bzw. die Erhebungen E sind dabei in einer hexagonalen Struktur angeordnet, wobei jede Vertiefung V napfförmig mit einem zumindest im Wesentlichen ebenen Napfgrund geformt ist und jede Erhebung E zylindrisch mit einer zumindest im Wesentlichen ebenen Oberseite ausgeformt ist. Die Vertiefungen weisen dabei eine Tiefe t und einen Napfdurchmesser ø auf und sind (durchschnittlich) um einen Abstand d voneinander beabstandet. Die Erhebungen E sind entsprechend mit einer Höhe h, einem Durchmesser ø und einem (mittleren) Abstand d von benachbarten Erhebungen E gestaltet. Die Höhe h bzw. die Tiefe t liegt bevorzugt im Bereich von 5 bis 25 µm, insbesondere zwischen 6 und 10 µm. Der Durchmesser ø weist bevorzugt Werte im Bereich von 20 bis 100 µm und insbesondere zwischen 30 und 50 µm auf. Der Abstand d kann bspw. zwischen 30 und 300 µm liegen und insbesondere im Bereich von 50 bis 110 µm sein.
Die in den 4a und 4b gezeigte hexagonale Grundstruktur einer Mehrzahl von Vertiefungen V bzw. Erhebungen E kann über die gesamte Oberfläche eines erfindungsgemäßen Verpackungsblecherzeugnisses gleichförmig angeordnet werden, so dass sich eine gleichförmige, deterministische Oberflächenstruktur mit Hexagonal-Anordnungen von Vertiefungen V und/oder Erhebungen E ergibt.
Der Flächenanteil der ebenen Plateaufläche der Erhebungen, (der als „Traganteil“ bezeichnet werden kann), liegt bevorzugt bei mehr als 15% der gesamten Oberfläche, insbesondere im Bereich von 15 bis 60% und bevorzugt zwischen 26 und 40%. Die Anzahl der Erhebungen E beträgt dabei bevorzugt weniger als 50 pro cm² und liegt insbesondere bei unter 20 pro cm². Die Form der Erhebungen und der Vertiefungen kann anders als in dem zeichnerisch dargestellten Beispiel der 4 im Querschnitt auch bergförmig sein, und bspw. (annähernd) als „Gauss-Profil“ ausgebildet werden.
Beispiele für derartige Oberflächenstrukturen mit einer Hexagonal-Struktur von Erhebungen E sind in den 5a und 5b gezeigt, die jeweils die Oberfläche eines Verpackungsblecherzeugnisses gemäß der Erfindung in einer Draufsicht mit einem zugehörigen Höhenprofil zeigen. Die Oberflächenbilder der 5a und 5b wurden durch Konfokalmikroskopie an Ausführungsbeispielen erfindungsgemäßer Verpackungsblecherzeugnisse generiert. In der Tabelle der 5a und 5b sind jeweils die topographischen Parameter der gezeigten Oberflächenstrukturen angegeben, wobei die in der Tabelle der Figuren verwendeten Abkürzungen folgende Parameter repräsentieren:

Ra: Mittenrauwert, arithmetischer Mittelwert der Beträge aller Profilwerte des Rauheitsprofils
RP: ist die Höhe der größten Profilspitze des Rauheitsprofils
RV: ist die Tiefe des größten Profiltals des Rauheitsprofils
Rz: Rautiefe ist die Summe aus der Höhe der größten Profilspitze und der Tiefe des größten Profiltals des Rauheitsprofils innerhalb einer Einzelmessstrecke
Rt: maximale Rautiefe, von der höchsten Spitze zur tiefsten Riefe
Rsk: ist ein Maß für die Unsymmetrie der Amplitudendichtekurve
Rku: ist ein Maß für die Steilheit der Amplitudendichtekurve
RPc: Spitzenzahl, ist die Anzahl der Profilelemente pro cm, die das eingestellte obere Schnittniveau überschreitet und nachfolgend das untere Schnittniveau unterschreitet
Rk: Kernrautiefe ist die Tiefe des Rauheitskernprofils
Rpk: Reduzierte Spitzenhöhe, gemittelte Höhe der aus dem Kernbereich herausragenden Spitzen
Rvk: Reduzierte Riefentiefe, gemittelte Tiefe der aus dem Kernbereich herausragenden Riefen
Mr1: kleinster Materialanteil des Rauheitskernprofils
Mr2: größter Materialanteil des Rauheitskernprofis

Die in den 5a und 5b gezeigten Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Verpackungsblecherzeugnisse eignen sich aufgrund der gewählten Oberflächenstruktur mit einer hexagonalen Anordnung von Erhebungen E insbesondere für eine Erhöhung der Korrosionsbeständigkeit und eine Verringerung des Abriebs von Beschichtungsmaterial beim Transport und bei der Weiterverarbeitung der Verpackungsblecherzeugnisse. Diese für spezifische Anwendungen vorteilhaften Eigenschaften ergeben sich insbesondere daraus, dass die deterministische Oberflächenstruktur der Beispiele der 5a und 5b über keine scharfen Spitzen und keine tiefen Täler verfügt, sondern stattdessen über eine gleichförmige Anordnung von zylindrisch ausgebildeten Erhebungen mit einem zumindest im Wesentlichen ebenen Plateau an der Oberseite der Erhebungen, sowie mit weitgehend ebenen Tälern zwischen den Erhebungen E. Die Erhebungen E halten durch die plateauförmige Ausbildung der Oberseite auch starken mechanischen Beanspruchungen stand, wodurch Abrieb und Beschädigungen der Beschichtung B vermieden werden können. In den zwischen benachbarten Erhebungen ausgebildeten Tälern können sich keine Verschmutzungen oder Rückstände festsetzen.
Mit den in den 5a und 5b gezeigten Hexagonal-Strukturen lassen sich bspw. Weißbleche mit einem hohen Korrosionswiderstand herstellen.
Ein Parameter zur quantitativen Beschreibung der Korrosionseigenschaften von Weißblech ist der sogenannte IET-Wert, der in dem standardisierten „Iron-Exposure-Test“ (IET) gemessen wird und die Zinnporigkeit der Zinnbeschichtung beschreibt. Bei konstanten Bedingungen des Herstellungsverfahrens, wie Vorbehandlung (Reinigung), Gesamtzinnauflage und konstanten Verfahrensparametern hängt die Zinnporigkeit (IET-Wert) im Wesentlichen von der Oberflächenrauheit (arithmetische Mittenrauheit Ra) und der Zinnauflage (in g/m²) ab.
Eine für Verpackungsanwendungen maximal tolerierbare Zinnporigkeit liegt bevorzugt bei IET-Werten < 0,5 mA/cm².
Um die (quadratische) Abhängigkeit der Zinnporigkeit (IET-Wert) von der Zinnauflage (Gewichtsauflage des Zinn in g/m²) bei Weißblechen zu berücksichtigen, ist es sinnvoll, den an einer Weißblechprobe gemessenen IET-Wert (in mA/cm²) mit dem Quadrat der Zinnauflage Sn (in g/m²) zu multiplizieren. In 13 ist das Produkt aus dem gemessenen IET-Wert und der Zinnauflage im Quadrat (Sn²) für verschiedene Weißblechproben, darunter herkömmliche Weißbleche und erfindungsgemäße Weißbleche, dargestellt und gegen die Mittenrauheit Ra der Proben aufgetragen. Aus dem Diagramm der 13 lässt sich berechnen, dass die im Iron-Exposure-Test (IET) gemessene Stromdichte j_IET = I/A (elektr. Strom pro Fläche in mA/cm²) bei den erfindungsgemäßen Proben höchstens 1,4 mal der arithmetischen Mittenrauheit Ra (in µm) plus einer Konstanten von 0,5 geteilt durch die Zinnauflage Sn (in g/m²) im Quadrat beträgt: $j_{I E T} (in \frac{mA}{{cm}^{2}}) \leq (1,4 \cdot R_{α} (in μ m) + 0,5) / {(S n)}^{2} .$
Die im Diagramm der 13 unterhalb der Geraden (y = 1,4 x + 0,5) liegenden Beispiele 1, 2 und 3 erfüllen diese Bedingung. Die Beispiele der 13, welche knapp oberhalb der Geraden und damit außerhalb des mit obiger Formel definierten Bereichs liegen, entsprechen Proben mit einer Oberflächenstruktur, welche einen mittleren Abstand der Strukturen von < 60 µm oder > 250 µm aufweisen und insofern nachteilig für die Korrosionsbeständigkeit sind.
Durch den IET-Wert lässt sich folglich ein positiver Einfluss der deterministischen Oberflächenstrukturen der erfindungsgemäßen Weißblechproben auf deren Korrosionsbeständigkeit der Weißbleche quantitativ belegen.
Des Weiteren weisen die in den 5a und 5b gezeigten Ausführungsbeispiele eine sehr feine Oberflächenstruktur mit geringen Rauheitswerten auf. Diese geringen Rauheitswerte und die gleichförmige Anordnung der Erhebungen über der Oberfläche des Verpackungsblecherzeugnisses führen des Weiteren zu gleichförmigen, insbesondere richtungsunabhängigen optischen Eigenschaften und damit zu einem gleichmäßigen optischen Erscheinungsbild mit einem hohen Glanz durch ein verbessertes Reflexionsvermögen.
In den 6 und 7 sind weitere Ausführungsbeispiele für Oberflächenstrukturen erfindungsgemäßer Verpackungsblecherzeugnisse gezeigt, welche sich durch eine deterministische Oberflächenstruktur mit stegförmigen Erhebungen bzw. Vertiefungen auszeichnen. Dabei zeigt 6 die Oberflächenstruktur in einer schematischen Draufsicht. Die in 6 dunkel dargestellten, stegförmigen Strukturen können dabei als Erhebungen oder als Vertiefungen ausgebildet sein. Die stegförmigen Strukturen (Erhebungen bzw. Vertiefungen) weisen dabei jeweils eine gleichmäßige Breite b und eine gleichmäßige Länge L auf und sind in ihrer Längsrichtung um einen Lückenabstand ΔL und in der Querrichtung um einen Abstand Δb voneinander beabstandet. Das Verpackungsblecherzeugnis mit der in 6 schematisch dargestellten Oberflächenstruktur liegt dabei zweckmäßig in Form eines Bands vor, das sich in Längsrichtung (also entlang der Länge L) der stegförmigen Oberflächenstrukturen erstreckt.
Die Struktur der 6 weist bevorzugt folgende Wertebereiche auf:

• Höhe h bzw. Tiefe t: 0,005 bis 0,025 mm, bevorzugt 0,007 bis 0,010 mm;
• Breite b: 0,03 bis 0,1 mm, bevorzugt 0,04 bis 0,08 mm;
• Abstand Δb: 0,02 bis 0,10 mm, bevorzugt 0,03 bis 0,09 mm;
• Länge L: 0,10 bis 0,90 mm, bevorzugt 0,25 bis 0,60 mm;
• Lückenabstand ΔL: 0,03 bis 0,20 mm, bevorzugt 0,08 bis 0,12 mm;
• Traganteil: 15 bis 60 %, bevorzugt 26 bis 40 %.

In den 7a und 7b sind Beispiele für erfindungsgemäße Verpackungsblecherzeugnisse mit einer der schematischen Darstellung der 6 entsprechenden Oberflächenstruktur mit stegförmigen Erhebungen gezeigt. In der Tabelle der 7a und 7b sind wiederum, wie in den 5a und 5b, die topographischen Parameter der jeweiligen Oberflächenstruktur angegeben.
Die in den 7a und 7b gezeigten Beispiele für erfindungsgemäße Verpackungsblecherzeugnisse können insbesondere für die Vermeidung der Übertragung von Abrieb aus dem Beschichtungsmaterial auf Transportrollen und Umformwerkzeuge eingesetzt werden. Die sich zwischen den stegförmigen Erhebungen ausbildenden Vertiefungen weisen dabei einen zumindest im Wesentlichen ebenen Vertiefungsgrund auf. Die Vertiefungen sind dabei von den stegförmigen Erhebungen umgeben, wodurch sich (offene) Kammern zwischen den Erhebungen ausbilden. Diese Kammern dienen als Reservoir zur Aufnahme von abgelösten Partikeln aus der Beschichtung, die sich durch Abrieb von der Beschichtung gelöst haben. Durch die Aufnahme der abgelösten Beschichtungspartikel in den Kammern kann verhindert werden, dass sich der Abrieb an Transportrollen und Umformwerkzeugen anlagert und diese verschmutzt.
Die in den 7a und 7b gezeigten Beispiele weisen darüber hinaus auch verbesserte Korrosionseigenschaften im Vergleich zu herkömmlich erzeugten Verpackungsblecherzeugnissen mit gleicher Gewichtsauflage der Beschichtung B auf. Dies ist, wie in den Beispielen der 5, darauf zurückzuführen, dass die deterministischen Oberflächenstrukturen der Beispiele der 7a und 7b über keine scharfen Spitzen verfügen, an denen es bei mechanischer Beanspruchung zu einer Beschädigung der dem Korrosionsschutz dienenden Beschichtung kommen kann. Die Oberseite der stegförmigen Erhebungen der Oberflächenstrukturen ist hierfür in den Beispielen der 7a und 7b, ebenso wie in den Beispielen der 5, zumindest im Wesentlichen eben ausgebildet.
In 7c ist ein weiteres Beispiel eines erfindungsgemäßen Verpackungsblecherzeugnisses mit einer deterministischen Oberflächenstruktur anhand eines Konfokalmikroskopie-Bilds der Oberfläche mit einem zugehörigen Höhenprofil gezeigt. Die Oberfläche dieses Beispiels zeichnet sich durch streifenförmige Erhebungen aus, die sich in Bandrichtung des bandförmigen Verpackungsblecherzeugnisses erstrecken. Die streifenförmigen Erhebungen weisen dabei eine Breite b von ca. 0,02 mm auf und benachbarte Streifen sind dabei um einen Abstand Δb von ca. 0,06 mm voneinander beabstandet. Die Höhe der streifenförmigen Erhebungen über der Oberfläche des Stahlblech-Substrats (die in der Niveauskalierung der 7c bei 0 liegt) liegt bei durchschnittlich ca. 4 µm, wie aus dem Höhenprofil der 7c ersichtlich.
In den 8 und 9 sind weitere Ausführungsbeispiele für erfindungsgemäße Verpackungsblecherzeugnisse gezeigt, welche über eine Oberflächenstruktur in Form von „Doppel-I“-Strukturen verfügen, die in einem gleichmäßigen Muster (Raster) angeordnet sind. 8 zeigt dabei schematisch die Anordnung der Doppel-I-Strukturen, wobei die in 8 hell dargestellten Bereiche dabei entweder als Erhebungen oder als Vertiefungen ausgebildet sein können, die jeweils über eine Breite b und eine Länge L verfügen und um einen Abstand Δb voneinander beabstandet sind.
Die Struktur der 8 weist bevorzugt folgende Wertebereiche auf:

• Höhe h bzw. Tiefe t: 0,005 bis 0,025 mm, bevorzugt 0,006 bis 0,008 mm;
• Breite b: 0,01 bis 0,05 mm, bevorzugt 0,02 bis 0,03 mm;
• Abstand Δb: 0,02 bis 0,05 mm, bevorzugt 0,03 bis 0,04 mm;
• Traganteil: 30 bis 65 %, bevorzugt 35 bis 48 %.

In den 9a und 9b sind Beispiele für eine derartige Oberflächenstruktur anhand von Konfokalmikroskopie-Bildern mit einem zugehörigen Höhenprofil gezeigt, wobei die Doppel-I-Strukturen in den Beispielen der 9a und 9b jeweils als Vertiefungen ausgebildet sind. Zueinander benachbarte Doppel-I-Strukturen sind dabei jeweils um 90° gegeneinander gedreht, wie aus den 8 und 9 ersichtlich.
Die Oberflächenstrukturen der 8 und 9 eignen sich besonders zur Erzeugung möglichst homogener optischer Eigenschaften der Verpackungsblecherzeugnisse. Insbesondere lassen sich mit diesen Oberflächenstrukturen zumindest weitgehend richtungsunabhängige Glanz- und Reflexionseigenschaften sowie hohe Glanzwerte erzeugen. Mit entsprechenden Oberflächenstrukturen können beispielsweise Weißblechoberflächen mit Glanzwerten von mehr als 100 Glanzeinheiten (GE) und bevorzugt von mehr als 200 Glanzeinheiten (GE) bei Oberflächenrauheiten (Ra) im Bereich von 0,05 bis 0,5 µm erzeugt werden. Die Glanzeigenschaften der Verpackungsblecherzeugnisse mit der in den 8 und 9 gezeigten Oberflächenstruktur weisen dabei weitgehend richtungsunabhängige Glanzeigenschaften auf. Der Unterschied ΔGlanz zwischen dem Glanzwert in Bandlängsrichtung und in Querrichtung liegt dabei bei weniger als 100 Glanzeinheiten (GE). Bei herkömmlich hergestellten Verpackungsblecherzeugnissen mit einer statistisch verteilten, unregelmäßigen Oberflächenstruktur liegen die Unterschiede der Glanzwerte ΔGlanz in Längsrichtung und Querrichtung des Bands typischerweise bei 180 Glanzeinheiten (GE) und mehr.
In den 14 und 15 sind Diagramme dargestellt, welche die Abhängigkeit der an erfindungsgemäßen Verpackungsblechen (Weißblechen mit einer Gewichtsauflage von 2,8 g/m²) gemessenen Glanzwerte und die Isotropie der Glanzwerte (gemessen als Delta-Glanz-Werte: ΔGlanz, die die Differenz der Glanzwerte in Walzrichtung und senkrecht dazu darstellen) von der Oberflächenrauheit (arithmetische Oberflächenrauheit Ra) zeigen. Wie aus 14 ersichtlich, nimmt der Glanzwert (in Glanzeinheiten GE) (umgekehrt proportional) mit zunehmender Rauheit (Ra) ab. Bei Rauheiten Ra im Bereich von weniger als 0,4 µm können mit den erfindungsgemäßen Verpackungsblechen Glanzwerte von mehr als 200 und bei Ra < 0,1 µm bis zu ca. 1400 Glanzeinheiten (GE) erzielt werden.
Bei einer Oberflächenrauheit von bspw. Ra = 0,1 µm lassen sich also Glanzwerte von mehr als 670 GE und bei Oberflächenrauheiten von Ra < 0,05 µm von über 1000 GE erzielen.
Aus 15 wird ersichtlich, dass mit den erfindungsgemäßen Verpackungsblechen homogene Glanzeigenschaften mit Delta-Glanz-Werten von ΔGlanz < 100 GE erzielbar sind, wohingegen herkömmliche Weißbleche (die in 15 mit „Standardmaterial“ bezeichnet sind) mit ansonsten gleichen Beschichtungsparametern (insbesondere gleiches Beschichtungsmaterial mit gleicher Gewichtsauflage, gleichen Verfahrensparametern beim elektrolytischen Beschichtungsprozess und gleicher Vorbehandlung) wesentlich inhomogenere Glanzwerte mit ΔGlanz > 100 GE aufweisen. Bevorzugt liegt der Wert für ΔGlanz bei den erfindungsgemäßen Verpackungsblecherzeugnissen bei 70 Glanzeinheiten (GE) oder weniger.
Bei gleicher Oberflächenrauheit ist der Wert ΔGlanz bei den erfindungsgemäßen Verpackungsblechen mit deterministischer Oberflächenstruktur mindestens um einen Faktor 4 kleiner als bei den herkömmlichen Verpackungsblechen mit einer statistisch unkorrelierten Oberflächenstruktur. Diese Verbesserung der Homogenität des Glanzes kann mit den gleichmäßigen Oberflächenstrukturen der erfindungsgemäßen Verpackungsbleche mit gleicher Höhe bzw. Tiefe der Oberflächenstrukturen (Erhebungen bzw. Vertiefungen) sowohl längs als auch quer zur Walzrichtung (Längsrichtung des Bands) erklärt werden.
Weiterhin kann dem Diagramm der 15 entnommen werden, dass die „Doppel-I-Strukturen“ (Oberflächenstruktur gemäß 8) in Bezug auf den ΔGlanz-Wert die besten Ergebnisse in Bezug auf isotrope bzw. homogene Glanzeffekte aufweisen.
Ein weiteres Beispiel für eine deterministische Oberflächenstruktur ist in den 10 und 11 dargestellt. Die Oberflächenstruktur weist dabei eine vergleichsweise komplexe Aneinanderreihung geometrischer Strukturen auf, die sich jedoch in Bandlängsrichtung und in Bandquerrichtung in einem vorgegebenen Raster wiederholt.
Die Struktur der 10 weist bevorzugt folgende Wertebereiche auf:

• Höhe h bzw. Tiefe t: 0,004 bis 0,010 mm, bevorzugt 0,006 bis 0,009 mm;
• Breite b: 0,02 bis 0,09 mm, bevorzugt 0,03 bis 0,06 mm;
• Abstand Δb: 0,02 bis 0,09 mm, bevorzugt 0,025 bis 0,055 mm;
• Traganteil: 28 bis 60 %, bevorzugt 32 bis 54 %.

Ein durch Konfokalmikroskopie erzeugtes Bild einer der Struktur von 10 entsprechenden Oberfläche mit einem zugehörigen Höhenprofil ist der 11 zu entnehmen. Durch die gleichförmige Aneinanderreihung und Wiederholung der komplexen geometrischen Grundstruktur lassen sich aufgrund der Homogenität der sich daraus ergebenden Oberflächentopographie auch bei dem Beispiel der 11 hohe und weitgehend richtungsunabhängige Glanzwerte erzielen.
Die Gleichförmigkeit und Regelmäßigkeit der Oberflächenstrukturen der erfindungsgemäßen Verpackungsblecherzeugnisse lässt sich mit Hilfe der Autokorrelation mathematisch beschreiben. Die Autokorrelation (auch Kreuzautokorrelation) beschreibt allgemein die Korrelation eines Signals oder eines Profils z(x) mit sich selbst zu einem früheren Zeitpunkt oder an einem anderen Ort x.
Ohne Verschiebung gibt Ψ_ZZ(0) die Varianz der Höhenwerte z(x) des Profils mit x im Intervall von 0 bis l wieder: $Ψ_{z z} (0) = \frac{1}{l} \int_{0}^{l} z (x') \cdot z (x' + 0) d x' = σ^{2} (Varianz) bzw . = R_{q}^{2}$
Für die Berechnung von Rauheitskennwerten ist gemäß DIN EN ISO 4288:1998-04 im Rauheitsbereich Ra = 0,1 µm bis 1,0 µm vorzugsweise eine Taststrecke l_t von 4,8 mm zu verwenden. Nach Gauß-Hochpassfilterung mit Grenzwellenlänge L_c= 0,8 mm und Abtrennen der Randbereiche, bleibt so für die Kennwerteberechnung eine Auswertelänge l = 4 mm übrig.
In den 12a bis 12e sind 3D-Oberflächenprofile (jeweils in der Figur unten) sowie 2D-Rauheitsprofile (jeweils in der Figur oben links) eines herkömmlichen Weißblechs (12d) und von Weißblechen gemäß der Erfindung (12a bis 12c und 12e) mit zugehörigen Autokorrelationsfunktionen des Oberflächenprofils (jeweils in der Figur oben rechts) gezeigt. In den Figuren ist dabei jeweils die Grundstruktur der Oberflächenstrukturen der erfindungsgemäßen Beispiele (Beispiele 1 bis 3 und 5) sowie der Aufbau der Nachwalzanordnung (mit je zwei Walzgerüsten, die mit unterschiedlichen Arbeitswalzen bestückt sind) angegeben, mit der die betreffenden Proben kalt nachgewalzt (bzw. dressiert) worden sind. Bei den erfindungsgemäßen Beispielen (Beispiele 1 bis 3 und 5) wurden hierfür in mindestens einem Nachwalzwerk-Gerüst Arbeitswalzen mit einer durch einen Ultrakurzpulslaser (UKPL) strukturierten Walzenoberfläche („UKPL-Oberfläche“) eingesetzt, wohingegen die Probe des Vergleichsbeispiels 4 ausschließlich mit Arbeitswalzen nachgewalzt worden ist, die eine gestrahlte bzw. eine geschliffene Walzenoberfläche aufwiesen.
Dabei sind die Amplituden der jeweils in den Figuren rechts oben gezeigten Autokorrelation bezüglich des Hauptmaximum H (bei x=0) normiert (normierte Autorrelationsfunktion $\frac{Ψ_{z z} (x)}{σ^{2}}) .$
Die Höhe der Nebenmaxima N der normierten Autorrelationsfunktion, die wegen der Normierung maximal 1 bzw. 100% betragen können, stellen ein Maß für die Regelmäßigkeit und Gleichförmigkeit der periodisch entlang der ausgewählten Richtung (x) in der Oberflächenebene dar. Wegen ihrer Symmetrieeigenschaft (Ψ_ZZ(-x) = Ψ_ZZ(x)) ist die Autokorrelationsfunktion in den Figuren nur für positive x-Werte dargestellt; für negative Werte verhält sie sich spiegelbildlich zur Ordinate. Zur Bestimmung der höchsten (Neben- )Maxima der Autokorrelation des Oberflächenprofils ist die Messstrecke möglichst in eine der Vorzugsrichtungen der Probe zu legen, insbesondere in Bandlängsrichtung (bzw. der Walzrichtung des kaltgewalzten Verpackungsblechs) oder senkrecht dazu.
Aus einem Vergleich der nicht-erfindungsgemäßen Vergleichsprobe gemäß 12d mit den Verpackungsblecherzeugnissen gemäß der Erfindung (12a bis 12c und 12e) ergibt sich, dass die erfindungsgemäßen Verpackungsblecherzeugnisse eine Autokorrelationsfunktion aufweisen, die neben dem Hauptmaximum bei x = 0 mehrere Nebenmaxima aufweisen, die mindestens eine Amplitude von 20 % des Hauptmaximum erreichen, wohingegen die Höhe der Nebenmaxima bei der nicht-erfindungsgemäßen Vergleichsprobe (Beispiel 4, 12d) bei (deutlich) weniger als 20 % liegen. Die erfindungsgemäßen Verpackungsblecherzeugnisse der Beispiele 1 bis 3 und 5 (gemäß den 12a bis 12c und 12e) mit einer deterministischen Oberflächenstruktur weisen demnach ein wesentlich gleichförmigeres Oberflächenprofil mit periodisch wiederkehrenden Strukturelementen auf.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN EN 10 202 [0002]
Norm EN 10 202: 2001 [0002]
DIN EN ISO 4288:1998-04 [0084]

Claims

Verpackungsblecherzeugnis, insbesondere Weißblech oder elektrolytisch verchromtes Stahlblech (ECCS), bestehend aus einem Stahlblech-Substrat (S) mit einer Dicke im Bereich von 0,1 mm bis 0,6 mm und einer elektrolytisch auf wenigstens einer Oberfläche des Stahlblech-Substrats abgeschiedenen Beschichtung (B), insbesondere aus Zinn und/oder Chrom-/Chromoxid, dadurch gekennzeichnet, dass das Verpackungsblecherzeugnis eine deterministische Oberflächenstruktur mit einer Mehrzahl von gleichmäßig über die Oberfläche des Verpackungsblecherzeugnisses verteilten Vertiefungen (V) und/oder Erhebungen (E) aufweist.
Verpackungsblecherzeugnis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verpackungsblecherzeugnis eine Oberflächenrauheit (arithmetische Mittenrauheit Ra) im Bereich von 0,01 bis 2,0 µm und bevorzugt im Bereich von 0,1 bis 1,0 µm und insbesondere im Bereich von 0,1 bis 0,3 µm aufweist.
Verpackungsblecherzeugnis nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (B) eine Zinnschicht mit einer Gewichtsauflage im Bereich von 1 bis 15 g/m² und insbesondere zwischen 2 und 6 g/m² Zinn ist.
Verpackungsblecherzeugnis nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (B) eine Schicht aus Chrom-/Chromoxid mit einer Gesamtgewichtsauflage des Chroms in der Chrom-/Chromoxid-Schicht im Bereich von 50 bis 200 mg/m² und insbesondere zwischen 70 und 150 mg/m² ist.
Verpackungsblecherzeugnis nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenstruktur ein regelmäßig angeordnetes Muster mit Vertiefungen (V) und/oder Erhebungen (E) aufweist.
Verpackungsblecherzeugnis nach Anspruch 5, wobei die Erhebungen um eine durchschnittliche Höhe (h) von 0,5 bis 3,0 µm, insbesondere von 1,0 bis 2,0 µm und bevorzugt von weniger als 2,0 µm über der Oberfläche des Stahlblech-Substrats (S) vorstehen.
Verpackungsblecherzeugnis nach Anspruch 5, wobei die Erhebungen (E) durchschnittlich weniger als 2,0 µm über der Oberfläche des Stahlblech-Substrats (S) vorstehen.
Verpackungsblecherzeugnis nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei die Erhebungen oder Vertiefungen rechteckig, insbesondere streifenförmig, stegförmig oder quadratisch, zylindrisch, ringförmig, bergförmig oder halbkugelförmig sind.
Verpackungsblecherzeugnis nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei die Erhebungen und/oder Vertiefungen ein Bild, einzelne oder mehrere Schriftzeichen oder eine aus mehreren Schriftzeichen zusammen gesetzte Schrift ausbilden.
Verpackungsblecherzeugnis nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenstruktur eine Mehrzahl von streifenförmigen und parallel zueinander verlaufende Erhebungen (E) und/oder Vertiefungen (V) aufweist.
Verpackungsblecherzeugnis nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Stahlblech-Substrat (S) in der Form eines sich in einer Bandlängsrichtung (L) erstreckenden Bands vorliegt, wobei sich die streifenförmigen Erhebungen und/oder Vertiefungen in Bandlängsrichtung (L) erstrecken.
Verpackungsblecherzeugnis nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenstruktur in einem regelmäßigen Muster, insbesondere in einer Matrix oder einem hexagonalen Gitter angeordnete zylindrische Erhebungen (E) und/oder Vertiefungen (V) aufweist.
Verpackungsblecherzeugnis nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenstruktur in einem regelmäßigen Muster, insbesondere matrixförmig, angeordnete Doppelstege oder Doppelnuten aufweist.
Verpackungsblecherzeugnis nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass benachbarte Doppelstege oder Doppelnuten jeweils um 90° gegeneinander gedreht sind.
Verpackungsblecherzeugnis nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenstruktur in einem regelmäßigen Muster angeordnete Stege aufweist, wobei die Stege parallel zueinander verlaufen und sich in einer Steglängsrichtung erstrecken und in Reihen angeordnet sind.
Verpackungsblecherzeugnis nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Stege von in Steglängsrichtung benachbarten Stegreihen versetzt zueinander angeordnet sind und/oder in Steglängsrichtung miteinander überlappen.
Verpackungsblecherzeugnis nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Verpackungsblecherzeugnisses einen Glanzwert von mehr als 50 Glanzeinheiten (GE) und bevorzugt mehr als 100 Glanzeinheiten (GE), insbesondere zwischen 100 und 800 Glanzeinheiten (GE) bei einer Oberflächenrauheit (Ra) von 0,1 µm bis 0,5 µm aufweist.
Verpackungsblecherzeugnis nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Verpackungsblecherzeugnisses einen zumindest im Wesentlichen richtungsunabhängigen Glanzwert aufweist, wobei die Differenz des Glanzwerts (ΔGlanz) in der Walzrichtung und einer dazu senkrecht stehenden Querrichtung bevorzugt kleiner als 100 Glanzeinheiten (GE) ist und besonders bevorzugt bei 70 Glanzeinheiten (GE) oder weniger liegt, insbesondere bei einer Oberflächenrauheit (Ra) von 0,01 bis 2,0 µm.
Verpackungsblecherzeugnis nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (B) eine Zinnbeschichtung mit einer vorgegebenen Gewichtsauflage Sn (in g/m²) ist und dass die Zinnbeschichtung im Iron Exposure Test (IET) eine Stromdichte j_IET = I/A (elektr. Strom pro Fläche) in mA/cm² aufweist, die höchstens 1,4 mal der arithmetischen Mittenrauheit Ra in µm des beschichteten Substrats plus einer Konstanten von 0,5 geteilt durch die Gewichtsauflage Sn (in g/m²) im Quadrat beträgt: $j_{I E T} (in \frac{mA}{{cm}^{2}}) \leq (1,4 \cdot R_{α} (in μ m) + 0,5) / {(S n)}^{2} .$
Verpackungsblecherzeugnis nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (B) eine Zinnbeschichtung mit einer vorgegebenen Gewichtsauflage Sn des Zinn (m/A, Masse pro Fläche in g/m²) ist und dass die im Iron Exposure Test (IET) gemessene Stromdichte j_IET = I/A (elektr. Strom pro Fläche) in mA/cm² multipliziert mit dem Quadrat der Gewichtsauflage Sn des Zinn bei einer arithmetischen Mittenrauheit von Ra ≤ 1,0 µm kleiner als 1,9 (mA/cm²)·(g/m²)² und bei einer arithmetischen Mittenrauheit (Ra) von 1,0 µm < Ra :S 2,0 µm kleiner als 3,3 (mA/cm²)·(g/m²)² ist.
Verpackungsblecherzeugnis nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Vertiefungen (V) und/oder Erhebungen (E) jeweils zumindest im Wesentlichen gleichförmig zueinander ausgebildet sind und insbesondere jeweils eine zumindest im Wesentlichen gleiche Tiefe (t) oder Höhe (h) aufweisen.
Verpackungsblecherzeugnis nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenstruktur eine Topographie mit gleichmäßig, insbesondere in einem vorgegebenen Raster oder Muster, angeordnete Erhebungen (E) und/oder Vertiefungen (V) aufweist.
Verpackungsblecherzeugnis nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Vertiefungen (V) jeweils von über einem mittleren Niveau der Oberfläche des Stahlblech-Substrats (S) vorstehenden Erhebungen (E) umgeben sind.
Verpackungsblecherzeugnis nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Erhebungen (E) zumindest im Wesentlichen stegförmig und im Querschnitt rechteckig oder trapezförmig ausgebildet ist.
Verpackungsblecherzeugnis nach einem der nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Erhebungen (E) jeweils plateauförmig mit einer zumindest im Wesentlichen ebenen Plateaufläche ausgebildet sind, wobei die Plateauflächen der einzelnen Erhebungen (E) zumindest im Wesentlichen gleich groß sind.
Verpackungsblecherzeugnis nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Vertiefungen (V) jeweils nutenförmig mit einem zumindest im Wesentlichen ebenen Nutgrund ausgebildet ist, wobei die Flächen des Nutgrunds der einzelnen Vertiefungen (V) zumindest im Wesentlichen gleich groß sind.
Verpackungsblecherzeugnis nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhebungen (E) plateauförmig mit einer Plateaufläche ausgebildet und von nutenförmigen Vertiefungen mit einem Nutgrund umgeben sind, wobei die (mittlere) Plateaufläche der plateauförmigen Erhebungen (E) bevorzugt zumindest im Wesentlichen gleich groß ist wie die (mittlere) Fläche des Nutgrunds der Vertiefungen (V).
Verpackungsblecherzeugnis nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Höhe (h) der Erhebungen und die Tiefe (t) der Vertiefungen (V) für alle Erhebungen (E) und Vertiefungen (V) zumindest im Wesentlichen homogen ist.
Verpackungsblecherzeugnis nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Erhebungen (E) um eine durchschnittliche Höhe (h) von 1 bis 4 µm, bevorzugt von 2,0 bis 3,0 µm über einem mittleren Niveau der Oberfläche des Verpackungsblecherzeugnisses vorstehen.
Verpackungsblecherzeugnis nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Vertiefungen (V) gegenüber einem mittleren Niveau der Oberfläche des Verpackungsblecherzeugnisses eine durchschnittliche Tiefe (t) von 1 bis 4 µm, bevorzugt von 2,0 bis 3,0 µm aufweisen.
Verpackungsblecherzeugnis nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Erhebungen (E) und/oder die Vertiefungen (V) rechteckig, insbesondere streifenförmig, stegförmig oder quadratisch, zylindrisch, ringförmig, berg- bzw. talförmig oder halbkugelförmig sind.
Verpackungsblecherzeugnis nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es in Form eines sich in einer Längsrichtung (L) erstreckenden Bands vorliegt.
Verpackungsblecherzeugnis nach Anspruch 32, wobei die Erhebungen (E) stegförmig und/oder die Vertiefungen (V) nutförmig ausgebildet sind und sich in Längsrichtung (L) erstrecken.
Verpackungsblecherzeugnis nach Anspruch 33, wobei die durchschnittliche Breite der stegförmigen Erhebungen (E) und/oder der nutförmigen Vertiefungen (V) zwischen 10 µm und 120 µm und bevorzugt im Bereich von 15 µm bis 95 µm liegt.
Verpackungsblecherzeugnis nach Anspruch 33, wobei die durchschnittliche Breite (b) der stegförmigen Erhebungen (E) im Bereich von 45 µm bis 95 µm und die durchschnittliche Breite (Δb) der nutförmigen Vertiefungen (V) im Bereich von 15 µm bis 85 µm liegt.
Verpackungsblecherzeugnis nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenstruktur in einem regelmäßigen Muster, insbesondere matrixförmig, angeordnete Vertiefungen (V) in Form von Mehrfachnuten, insbesondere von Doppelnuten aufweist.
Verpackungsblecherzeugnis nach Anspruch 36, wobei benachbarte Mehrfachnuten, insbesondere benachbarte Doppelnuten, jeweils um 90° zueinander gedreht angeordnet sind.
Verpackungsblecherzeugnis nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verpackungsblecherzeugnis eine arithmetische Mittenrauheit (Ra) von weniger als 1,0 µm und insbesondere im Bereich von 0,1 bis 0,99 µm aufweist.
Verpackungsblecherzeugnis nach einem der Ansprüche 2 oder 38, dadurch gekennzeichnet, dass die relative Standardabweichung des Werts der Oberflächenrauheit (arithmetische Mittenrauheit Ra) kleiner als 5% ist.
Verpackungsblecherzeugnis nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stahlblech-Substrat (S) zur Erzeugung der deterministischen Oberflächenstruktur vor dem elektrolytischen Abscheiden der Beschichtung (B) mit einer oberflächenstrukturierten Walze, insbesondere mit einer oberflächenstrukturierten Dressierwalze, kalt nachgewalzt, insbesondere dressiert worden ist und die Beschichtung (B) nach dem Nachwalzen oder Dressieren elektrolytisch auf das oberflächenstrukturierte Stahlblech-Substrat (S) abgeschieden worden ist.
Verpackungsblecherzeugnis nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine mit der Beschichtung (B) versehene Oberfläche des Verpackungsblecherzeugnisses in mindestens einer Richtung ein Oberflächenprofil mit periodisch wiederkehrenden Strukturelementen in Form von Erhebungen (E) und/oder Vertiefungen (V) aufweist und dass eine sich aus dem Oberflächenprofil ergebende Autokorrelationsfunktion eine Mehrzahl von Nebenmaxima besitzt, deren Höhe mindestens 20%, bevorzugt mindestens 30% der Höhe des Hauptmaximums beträgt.
Verpackungsblecherzeugnis nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe einer Mehrzahl von Nebenmaxima der Autokorrelationsfunktion entlang einer Vorzugsrichtung auf dem Stahlblech-Substrat (S) mindestens 40% der Höhe des Hauptmaximums beträgt und bevorzugt mindestens 60%.
Verpackungsblecherzeugnis nach Anspruch 41 oder 42, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (B) eine nicht-aufgeschmolzene Zinnbeschichtung ist und dass die Höhe einer Mehrzahl von Nebenmaxima der Autokorrelationfunktion entlang einer Vorzugsrichtung des zinn-beschichten Stahlsubstrats mindestens 30% der Höhe des Hauptmaximums beträgt und bevorzugt mindestens 50%.
Verpackungsblecherzeugnis nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei das Stahlblech-Substrat (S) folgende Zusammensetzung in Bezug auf die Gewichtsanteile aufweist: - C: 0,01 - 0,1 %, - Si: < 0,03 %, - Mn: 0,1 - 0,6 % - P: < 0,03 %, - S: 0,001 - 0,03 %, - Al: 0,002 - 0,1 %, - N: 0,001 - 0,12 %, bevorzugt weniger als 0,07 % - optional Cr: < 0,1 %, bevorzugt 0,01 - 0,05%, - optional Ni: < 0,1 %, bevorzugt 0,01 - 0,05 %, - optional Cu: < 0,1 %, bevorzugt 0,002 - 0,05 %, - optional Ti: < 0,09 %, - optional B: < 0,005 %, - optional Nb: < 0,02 %, - optional Mo: < 0,02 %, - optional Sn: < 0,03 %, - Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen.