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Die Erfindung beschreibt ein im Kunststoffspritzguss hergestelltes Bauteil mit einer chemischen, physikalischen und oder galvanischen Vorbehandlung, wenigstens einer galvanischen oder physikalischen Metallabscheidung sowie einer zusätzlichen, bevorzugt galvanisch abgeschiedenen Zink, Zink-Nickel oder Nickelbeschichtung welche durch organische oder anorganische Verbindungen gefärbt und optional mit einer Schutzbeschichtung aus organischen bzw. anorganischen Polymer Verbindungen beschichtet ist.
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Unter Beschichten wird im Wortlaut der Erfindung das Aufbringen einer fest haftenden Schicht aus formlosem Stoff auf ein Werkstück verstanden. Schicht und Substrat bilden hierbei einen untrennbaren Körper aus unterschiedlichen Stoffen. Die abschließende Beschichtung und im speziellen die dekorative Schicht übernimmt die Kontaktfunktion, also Schutz gegen chemischen, korrosiven und mechanischen Angriff. Die Dekorschicht bedient optische oder dekorative Zwecke, während das Substrat die Tragfunktion übernimmt.
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In der Automobilindustrie werden verschiedene und unterschiedlich dekorierte Kunststoffbauteile zur optischen Aufwertung eingesetzt. Herkömmliche Oberflächentechnologien solcher oberflächendekorierter Bauteile sind das Lackieren der Kunststoffoberflächen, das galvanisieren der Kunststoffoberfläche, Beschichtungen mittels PVD oder verwandter Technologien, das dekorieren im Spritzgießwerkzeug durch Foliendekorationen nach der IMD oder FIM Methode sowie das Metallfolienhinterspritzen.
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Neben all diesen klassischen Oberflächentechnologien ist die Darstellung metallische Oberflächen besonders hoch im Trend, suggeriert doch diese Oberfläche wie keine andere eine hochwertige, korrosionsstabile und robuste Anmutung.
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Neben den Echtmetall dekorierten Bauteilen, also verblendete, gefügte oder hinterspritzte Bauteile mit dünnen Edelstahl oder Aluminiumblechen, werden auch besonders bevorzugt metallisch beschichtete Kunststoffbauteile als Dekorelemente eingesetzt.
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Eine Beschichtungsart mit der es möglich ist optisch metallische Oberflächen zu erzielen ist z.B. die Gasphasenabscheidung, zu der das PVD-Verfahren (Physical-Vapor-Deposition) sowie deren modifizierte Technologien wie z.B. CVD und PeCVD und weitere gehören. Hierbei werden dünne Metallschichten in eine evakuierte Vakuumkammer auf ein Substrat abgeschieden. Das abzuscheidende Material liegt in fester Form vor. Das verdampfte Material bewegt sich durch die Beschichtungskammer und trifft auf das zu beschichtenden Bauteil, wo es durch Niederschlag zur Schichtausbildung kommt. Zwar ist das PVD-Verfahren generell geeignet metallische Schichten darzustellen, als problematisch hat sich jedoch erwiesen dass die sehr dünne Metallbeschichtung nicht ohne eine zusätzliche Schutzschicht eine hinreichende Festigkeit gegen Abrieb und Korrosion aufweisen kann. Aus diesem Grund ist es erforderlich, eine Schutzschicht, beispielsweise ein Klarlacksystem, zu applizieren. Um eine ausreichende Grundhaftung auf das abzuscheidenden Kunststoffbauteil zu erzielen ist in der Regel auch eine Lackierung eines Haftvermittlers oder Primers notwendig. Vorteil einer solchen Beschichtung ist jedoch die optional farbliche Variantenbildung.
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Eine weitere und industriel sehr wichtige Beschichtung ist die galvanische Abscheidung von Metallen auf Kunststoffbauteilen. Dabei werden die Teile zunächst im Spritzgießverfahren, beispielsweise aus galvanisierbaren Butadienhaltigen Copolymerisaten wie ABS oder ABS/PC, hergestellt. Nach dem Spritzgieß-Vorgang werden die Bauteile erst chemisch vorbehandelt um dann auf ihnen autokaltalytisch eine erste dünne und leitende Metallschicht, in der Regel eine dünne Nickel oder Kupferschicht, abzuscheiden. Im weiteren Galvanikprozess werden dann elektrolytisch weitere Metallschichten abgeschieden, bis abschließend meist mit einer abgeschiedenen Chromschicht der Galvanisierprozess beendet ist.
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Bei der galvanischen Abscheidung erzielt man einen hohen ästhetischen Anspruch sowie eine ausgezeichnete hohe Widerstandskraft gegen mechanische Beschädigungen sowie auch eine hohe Medienbeständigkeit, weshalb galvanisierte Bauteile gerne im Automobilen Exterieur sowie im Interieur verbaut werden.
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Nachteilig bei dieser Art der Oberflächenbeschichtung muss allerdings die geringe Farbvarianz genannt werden. Konventionell galvanisch abgeschiedenen Oberflächengüten und Farben reichen in der Regel von Hochglanz über verschiedene Mattigkeiten bis, durch modifizierte Elektrolyte und Prozesse, zu leicht anthrazit und bräunlichen Tönen.
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Lange wurde diese farbliche Einschränkung der galvanisierten Chromoberflächen toleriert, wobei stets der Wunsch nach mehr Individualität, nach designtechnischer Freiheit sowie farblicher und struktureller Ausgestaltung der Oberflächen bestand. Besonders bei den metallischen Oberflächen wie der galvanischen Beschichtung wünscht sich gerade die Automobilindustrie mehr farblichen Spielraum.
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Um farbliche und gleichzeitig metallisch wirkende Oberflächen darzustellen, gibt es viele Ansätze. So beschreibt zum Beispiel die
DE102 33 120 A1 eine Technologie, bei der eine Kombination von Lack, Gasphasenabscheidung wie z.B. eine PVD Beschichtung und einem getönten, also schwach pigmentierten Lack angewandt wird.
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In der
EP 2 369 032 A1 wird eine weitere Technologie beschrieben, bei der die abzuscheidenden Metallschichten über PVD direkt über spezielle Metalllegierungen farblich auf das Substrat abgeschieden werden. Hierbei ist jedoch ebenso ein Grundierung zur Haftvermittlung sowie eine nachgeschaltete, dann jedoch Klarlackierung, notwendig.
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Auch die
DE10 2010019913 beschreibt eine Gasphasenabscheidung mittels PVD und weiterer Technologien auf Kunststoff und Metall mit dem Ziel farbliche und gleichzeitig metallisch anmutende Oberflächen zu erzeugen. Auf bei dieser Anwendung wird und muss die abgeschiedene Oberfläche mit einer abschließenden Beschichtung geschützt werden.
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Weiter beschreibt zum Beispiel die
EP 1 033 416 A1 ein Verfahren, bei dem auf einem Substrat wenigstens eine Korrosionsschutzschicht und eine äußere Schicht aus Zirkon, Stickstoff, Kohlenstoff und/oder Hafnium mittels PVD-Beschichtung abzuscheiden, wobei die äußere Schicht unter Luft- oder Wassereinwirkung eine Passivschicht bildet.
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Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen und eine einfache, effiziente und ressourcensparende bzw. schonende Technologie vorschlagen.
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Die Erfindung beschreibt ein im Kunststoffspritzguss hergestelltes Bauteil mit einer chemischen, physikalischen und oder galvanischen Vorbehandlung, wenigstens einer galvanischen oder physikalischen Metallabscheidung sowie einer zusätzlichen, bevorzugt galvanisch abgeschiedenen Zink, Zink-Nickel oder Nickelbeschichtung welche durch organische oder anorganische Verbindungen gefärbt und optional mit einer Schutzbeschichtung aus organischen bzw. anorganischen Polymer Verbindungen beschichtet ist.
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Mit der Erfindung ist es also möglich, eine hochwertige, korrosionsstabile sowie optional einzufärbende Metallschicht auf bevorzugt Kunststoffbauteilen und besonders bevorzugt auf Mehrkomponentige Kunststoffbauteile selektiv auszubilden.
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Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der in Anspruch 1 und folgenden aufgeführten technischen Beschreibung.
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Hierzu werden die zu beschichteten Bauteile zunächst im Kunststoffspritzgussverfahren aus einem galvanisierbaren Kunststoff, bevorzugt aus Polyamid, besonders bevorzugt aus einem galvanisierbaren Butadienhaltigen Copolymerisat wie ABS oder ABS/PC, hergestellt. Nach dem Spritzgieß-Vorgang werden die Bauteile durch Direktmetallisierung, besonders bevorzugt durch einen konventionellen Galvanikprozess, chemisch vorbehandelt, um auf dieser bearbeiteten Oberfläche anschließend autokaltalytisch eine erste dünne und vor allem leitende Metallschichten, in der Regel eine dünne Nickel oder Kupferschicht, abzuscheiden. Im weiteren Galvanikprozess wird dann elektrolytisch wenigstens eine weitere Metallschicht abgeschieden, welche bevorzugt eine glänzende oder matte Kupferschicht darstellt, auf der abschließend die dekorativen Zink, Nickel-Zink, Kupfer oder Nickel Schichten aufgebracht werden können.
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Gemäß einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung kann auch die erste elektrisch leitende Schicht für die weitere elektrolytische Abscheidung durch Gasphasenabscheidung wie PVD, CVD oder PeCVD stattfinden. Hierbei ist vorteilhaft, dass bei Verwendung dieser Vorbeschichtung weitestgehend auf die speziellen galvanisierbaren Kunststoffe und auf die meist chemische Vorbehandlung verzichtet werden kann, und somit auch nicht galvanisierbare Kunststoffe wie zum Beispiel Polycarbonat u.w. zum Einsatz kommen können.
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Eine Weiterbildung der Erfindung seiht ebenso vor, dass auch die dekorativen Zink, Nickel-Zink, oder Nickel Schichten durch Gasphasenabscheidung wie PVD, CVD oder PeCVD aufgebracht werden oder die dekorativen Schichten als metallische oder metallisch beschichtete Folieninserts vom Kunststoffsubstrat hinterspritzt werden.
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Durch die Ausbildung der dekorativen Schichten in matt und glänzend kann direkt auch auf die gewünschte Darstellung der Endschicht Einfluss genommen werden.
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Um die dekorativen Schichten zusätzlich zu ihren metallischen Eigenfarben farblich einzustellen, kann über organische oder anorganische Verbindungen aus z.B. Kohlenstoffverbindungen oder Metallsalze eine Färbung und aber auch eine Passivierung der Metallschichten vorgenommen werden.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird abschließend und optional auf der dekorativen Metallschicht eine weitere Deckschicht aus einer anorganischen, aus einer organische oder auch als sehr dünne und semitransparente metallische Schicht aufgebracht, welche durch lackieren, pulverbeschichten, bedrucken, tauchen oder durch Gasphasenabscheidung appliziert wird.
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Die Schichtfolge von wenigstens einer metallischen und einer organischen oder anorganischen Schicht oder als Schichtfolge von wenigstens einer anorganischen und einer organischen Schicht erzeugt in Kombination mit der dekorativen Metallschicht die gewünschte Farbe des dekorativen Kunststoffbauteils.
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Da die Deckschicht unter Umständen einem hohem Verschleiß ausgesetzt ist, muss sie eine hohe mechanische sowie Medienbeständigkeit aufweisen. Die Erfindung sieht also vor, dass auf die dekorative und optional gefärbte Metallschicht eine organische oder anorganische Polymerverbindung als transparente, keramische Hartstoffschicht, insbesondere aus AISixOyNz, AlOxNy, AI203 oder SiO2, als Deckschicht aufgebracht wird. Diese Hartstoffschicht stellt eine transparente Kratzschutzschicht auf der farbgebenden und dekorativen Metallschicht dar. Sie wirkt zudem als Barriereschicht oder Diffusionsschutzschicht, wodurch die chemische Beständigkeit der darunter liegenden Metallschichten nochmals erhöht wird.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. In den Zeichnungsunterlagen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Schichten. Es zeigt in der Zeichnung die
- 1 zeigt einen Verfahrensablauf des erfindungsgemäßen Gegenstandes;
- 2 einen Querschnitt durch den Schichtaufbau eines zweiten erfindungsgemäßen Gegenstandes;
- 3 einen Querschnitt durch den Schichtaufbau eines dritten erfindungsgemäßen Gegenstandes;
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Der in 1 dargestellte Gegenstand weist ein im Spritzgussverfahren hergestelltes Bauteil (a) aus einem Substrat aus Metall oder bevorzugt Kunststoff (1) auf. Mittels chemischer Vorbehandlung (2) wird die Oberfläche des galvanisierbaren Kunststoffmaterials (b) zur anschließenden autokatalytischen Abscheidung einer ersten leitenden Grundbeschichtung vorbehandelt (c). In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die erste leitende Metallschicht (c) durch Gasphasenabscheidung aufgebracht.
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Auf dieser ersten Grundbeschichtung (3) wird nun bevorzugt elektrolytisch wenigstens eine weitere Mittelschicht (d) abgeschieden, welche als metallische Zwischenschicht (4) einebnend und verbindend wirkt oder direkt elektrolytisch oder physikalisch die dekorative Schicht (5) aufgebracht (e).
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Eine Behandlung mit organischen oder anorganischen Verbindungen (6) sorgt anschließend für eine Passivierung der Oberfläche und oder für eine Färbung der metallischen dekorativen Beschichtung (f), auf der abschließend noch eine, bevorzug transparente oder einfärbende und semitransparente Deck- und Schutzschicht (g) durch abgeschiedene oder aufgebrachte organische oder anorganische Polymerverbindungen (7) abgebildet werden kann.
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Gemäß der Ausführungen des in 1 beschriebenen Aufbaus kann somit ein metallisches, korrosionsstabiles und optional farbliches Kunststoffbauteil hergestellt werden (h).
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Der in 2 dargestellte Gegenstand beschreibt einen prinzipiellen Aufbau der erfindungsgemäßen Beschichtung, bei dem auf dem Substrat (1) durch konventionelle Kunststoffgalvanik Vorbehandlung, durch physikalische Abscheidung oder durch Direktmetallisierung (2) eine erste metallische und leitende Grundbeschichtung (3) abgeschieden und auf diese optional eine organische oder metallische Schicht (4, 5) aus bevorzugt Kupfer verstärkend, einebnend und verbindend aufgebracht wird, welche die dekorative Zink, Zink-Nickel oder Nickel Beschichtung (6) aufnimmt, die durch Behandlung einer organischen oder anorganischen Verbindung (7) passiviert und eingefärbt werden kann. Zum Schutz der metallischen Dekorationsschicht vor Umwelteinflüssen oder Medienangriffen kann diese mit einer weiteren Beschichtung aus organischen und anorganischen Polymerverbindungen (8) versehen werden.
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Der in 3 dargestellte Gegenstand umfasst wiederum ein Substrat 1 aus bevorzugt Kunststoff. Auf dieses folgt durch konventionelle Kunststoffgalvanik Vorbehandlung, durch physikalische Abscheidung oder durch Direktmetallisierung (2) eine erste metallische und leitende Grundbeschichtung (3) abgeschieden und auf diese optional eine organische oder metallische Schicht (4,) aus bevorzugt Kupfer verstärkend, einebnend und verbindend aufgebracht wird. Im Gegensatz zur 2 wird in dieser Darstellung der erfindungsgemäßen Ausgestaltung noch eine weitere Metallabscheidung aus bevorzugt Nickel oder anderen Metallen (5) aufgebracht, welche die dekorative Zink, Zink-Nickel oder Nickel Beschichtung (6) aufnimmt, die durch Behandlung einer organischen oder anorganischen Verbindung (7) passiviert und eingefärbt werden kann. Zum Schutz der metallischen Dekorationsschicht vor Umwelteinflüssen oder Medienangriffen kann diese mit einer weiteren Beschichtung aus organischen und anorganischen Polymerverbindungen (8) versehen werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1.
- Substrat, Grundmaterial
- 2.
- Vorbehandlung
- 3.
- Grundbeschichtung
- 4.
- Zwischenschicht - organische Schicht
- 5.
- Zwischenschicht - metallische Schicht
- 6.
- dekorative Schicht
- 7.
- Passivierung und Färbeprozess
- 8.
- Deckschicht - Hartstoffschicht
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10233120 A1 [0011]
- EP 2369032 A1 [0012]
- DE 102010019913 [0013]
- EP 1033416 A1 [0014]
