DE2446250A1 - PROCESS FOR THE PRODUCTION OF A FASTENING ORGANIC COATING ON A METALLIC SUBSTRATE - Google Patents
PROCESS FOR THE PRODUCTION OF A FASTENING ORGANIC COATING ON A METALLIC SUBSTRATEInfo
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Description
DipHng. IblfMengesDipHng. IblfMenges
8011 Pöring/München Commerzbank München8011 Pöring / Munich Commerzbank Munich
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PATENTMENGES Zomeding 307487-803PATENT QUANTITY Zomeding 307487-803
26. Sep. 197426 Sep 1974
Anwaltsakte I 108Lawyer file I 108
Jones & Laughlin Steel Corporation, Pittsburgh, Pa.15230, V.St.A.Jones & Laughlin Steel Corporation, Pittsburgh, Pa. 15230, V.St.A.
Verfahren zum Herstellen eines festhaftenden organischen Überzuges auf einem metallischen SubstratProcess for producing a firmly adhering organic coating on a metallic one Substrate
:■£ Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Verfahren zum Herstellen von festhaftenden organischen überzügen auf einem metallise -"!ri Substrat unter Vakuum und auf das Produkt dieses Verfahr·· 's. Das Verfahren beinhaltet das Aufbringen von mindestens zwe" Z.viicrenüberzügen auf ein metallisches Substrat vor dem Aufürircen ^iner organischen Schicht. Dieses Vorgehen führt zu einen· * ""w,rt=nden crga«-·' .-'< ;.■ überzug und zu einer Verbesserung der Korrciioiooeständigkei* α-· überzogenen Substrats. Sämtliche überzüge werden, i-"j .iusna,..r.e eines organischen Decküberzugs, unter Drücken aufgebracht, :ie unter dem Atmosphärendruck liegen. Bei dem: ■ £ invention relates generally to a method for producing adherent organic coatings on a métallisé - "ri substrate under vacuum and the product of this traversing ·· 's The method includes applying at least zwe!." Z.viicrenüberzügen on a metallic substrate before roughening an organic layer. This approach leads to a · * "" w, r t = CRGA ends "- · '.-''; ■ coating and coated to an improvement in Korrciioiooeständigkei * α- · substrate.. All coatings are, i- "j .iusna, .. re of an organic top coat, applied under pressures: ie below atmospheric pressure
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BAD ORIGINALBATH ORIGINAL
Verfahren wird ein drahtgebürstetes Substrat zuerst mit einer Schicht von im Vakuum aufgedampftem Zink überzogen und anschliessend mit mindestens einer Schicht aus im Vakuum aufgedampftem Metall, aus Legierungs aus anorganischer Masse oder einem Ge-.misch derselben überzogen. Schließlich wird ein schwach flüchtiger, polymerisierbarer organischer Primerüberzug auf das überzogene Substrat aufgebracht, während es noch unter dem Einfluß des verringerten Vakuumdruckes ist. Der organische überzug wird durch Bestrahlung polymerisiert', während er noch unter dem Vakuumeinfluß steht.Process, a wire-brushed substrate is first coated with a layer of vapor-deposited zinc in vacuo and then s .misch Ge-coated with at least one layer of vapor-deposited in vacuum metal, alloy of inorganic material or one of them. Finally, a slightly volatile, polymerizable organic primer coating is applied to the coated substrate while it is still under the influence of the reduced vacuum pressure. The organic coating is polymerized by irradiation while it is still under the influence of vacuum.
Zur Erhöhung der Korrosionsfestigkeit für Außenanwendungen wird Bandstahl gewöhnlich mit einer organischen Masse, wie etwa Farbe, Kunststoff oder Lack, überzogen. Organische überzüge enthalten gewöhnlich eine Grundierung (Primer) und einen Decküberzug. Ein Hauptteil solcher Bandstahl erzeugnisse besteht aus feuervei— zinkcem Material. Es hat sich gezeigt, daß feuerverzinktes Bandmaterial wegen der schlechten Makro- und Mikrogleichmäßigkeit seiner verzinkten Oberfläche sehr schwierig in Spulenbeschichtungsanlagen zu verarbeiten ist. Solche Oberflächenungleichmäßigkeiten verhindern häufig die zufriedenstellende Durchführung der erforderlichen Reinigungs- und anorganischen Vorbehandlungsschritte vor dem Farbauftrag. Außerdem, selbst wenn verzinktes Bandmaterial auf einer Spulenbeschichtungsanlage zufriedenstellend verarbeitet worden ist, ist häufig die Korrosionsfestigkeit des beschichteten Produkts infolge von veränderlichen Zuständen der feuerverzinkten Oberfläche nicht zufriedenstellend. In jedem Fall ist das Produkt des Verfahrens nach der Erfindung, im Vergleich, mit den feuerverzinkten Produkten, durch eine höhere Haftfestigkeit des organischen Materials und im allgemeinen durch eine bessere oder zumindest gleiche Korrosionsfestigkeit in dem Grundierurags- und Decküberzugszustand gekennzeichnet.To increase corrosion resistance for outdoor applications, steel strip is usually coated with an organic compound such as paint, Plastic or lacquer, coated. Organic coatings usually contain a primer and a top coat. A The main part of such strip steel products consists of fire-resistant zinccem material. It has been shown that hot-dip galvanized strip material very difficult in coil coating plants because of the poor macro and micro uniformity of its galvanized surface is to be processed. Such surface irregularities often prevent the required from being carried out satisfactorily Cleaning and inorganic pretreatment steps before paint application. In addition, even if galvanized strip material processed satisfactorily on a coil coating machine has been, the corrosion resistance of the coated product is often due to the changing conditions of the hot-dip galvanized Unsatisfactory surface. In any case, the product is of the method according to the invention, in comparison, with the hot-dip galvanized Products, by a higher adhesive strength of the organic material and in general by a better or at least same corrosion resistance in the primer and top coat condition marked.
Die Grundlage für die obige Feststellung von zu vergleichenden Korrosionsfestigkeitseigenschaften bilden die Ergebnisse von Salzsprüh-Tests. Die Tests wurden an Stahl Substraten ausgeführt, die mit Zinkschichten, einer Sperrschicht, einer Grundierung und einem wärmehärtenden Decküberzug überzogen waren. Decküberzugformulierungen be-The basis for the above determination of corrosion resistance properties to be compared form the results of salt spray tests. The tests were carried out on steel substrates coated with zinc layers, a barrier layer, a primer and a thermosetting top coat. Top coat formulations
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standen im allgemeinen aus einem wärmehärtenden Akryl. Diese Proben wurden mit feuerverzinkten Proben verglichen, die in herkömmlicher Weise vorbehandelt, mit einem wärmehärtenden Epoxydprimer grundiert und mit einem Decküberzug aus demselben wärmehärtenden Akryl■ harz überzogen waren.were generally made from a thermosetting acrylic. These samples were compared with hot-dip galvanized samples that in conventional Pretreated with a thermosetting epoxy primer primed and topped with the same thermosetting acrylic ■ were coated with resin.
Die überzogenen Platten wurden hinsichtlich Korrosion, Blasenbildung in Verbindung mit Korrosion und Verlust an Haftfestigkeit an angerissenen Markierungen aufgrund von Unterschneidung in einer korrodierenden Umgebung ausgewertet. Vor dem Testen wurden zwei einander schneidende Risse auf einem Teil der Oberfläche jeder Probe mit einem Hartmetallwerkzeug in das Metallsubstrat eingeritzt. Ein Salzsprühnebeltest (ASTM-Bezeichnung B 117-64) ist ein beschleunigtes Korrosionsprüfverfahren. Inspektionen wurden nach 250, 500 und 1000 Stunden ausgeführt, sofern nicht bereits vorher ein Versagen auftrat.The coated panels were noted for corrosion, blistering in connection with corrosion and loss of adhesion to torn markings due to undercutting in one corrosive environment evaluated. Before testing, two intersecting cracks were formed on part of the surface of each sample carved into the metal substrate with a hard metal tool. A Salt spray test (ASTM designation B 117-64) is an accelerated one Corrosion test method. Inspections were performed after 250, 500 and 1000 hours, unless previously failed occurred.
Die Erfindung wird bis zu dem und alternativ bis einschließlich des Decküberzugs voll ständig unter Vakuum in kontinuierlicher Weise ausgeführt. Dieser Verfahrensablauf ist von Vorteil, weil zwei getrennte Arbeitsvorgänge in der vorhandenen Technik, d.h. Feuerverzinken und Spulenbeschichtung (Coil Coating), miteinander vereinigt sind. Außerdem kann auf das Verfahren eine viel größere Kontrolle ausgeübt werden, so daß ein gleichmäßiges Erzeugnis mit besseren Eigenschaften hergestellt werden kann. Die besseren Eigenschaften sind ein Ergebnis der Tatsache, daß eine organische Vorbehandlung erreicht wird, indem einfach eine dünne Sperrschicht in kontrollierter Weise aufgedampft wird, die ohne Schwierigkeit an dem vorher aufgebrachten Zinküberzug haftet. Es ist somit ersichtlich, daß ein Reinigen und komplizierte Oberflächenreaktionen mit einer wasserhaltigen Lösung nicht erforderlich sind, wie es bei dem herkömmlichen Verarbeiten von beschichtetem Bandmaterial der Fall ist. Das Aufbringen und anschließende Festhaften des organischen Oberzugs auf der Trennschicht wird mit minimaler Schwierigkeit erreicht, weil die Oberflächenzusammensetzung und Topographie durch die Schritte des Aufdampfens von Zink und des Sperrmateriäls im Vakuum kontrolliert worden sind.The invention is fully under vacuum in a continuous manner up to and alternatively up to and including the topcoat executed. This process sequence is advantageous because two separate work processes in the existing technology, i.e. hot-dip galvanizing and coil coating, combined with each other are. In addition, much greater control can be exercised over the process so that the product is uniform better properties can be produced. The better properties are a result of the fact that an organic Pretreatment is achieved by simply evaporating a thin barrier layer in a controlled manner with no difficulty adheres to the previously applied zinc coating. It can thus be seen that cleaning and complicated surface reactions with a water-based solution are not required, as is the case with conventional processing of coated strip material from Case is. The application and subsequent adherence of the organic Overlay on the separating layer is achieved with minimal difficulty, because the surface composition and topography by the steps of vapor deposition of zinc and the barrier material in the Vacuum checked.
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Kürzlich ist in der US-PS 3 674 445 beschrieben worden, daß metallische Substrate, die mit im Vakuum aufgedampftem Zink überzogen sind, mit einem festhaftenden organischen überzug überzogen werden können. Ein solches Erzeugnis enthält jedoch keine im Vakuum aufgedampfte Schicht aus-einem Metall, einer Legierung oder einer anorganischen Masse zwischen dem Zink und den organischen Schichten. Diese zusätzliche Schicht liefert eine Sperre oder einen chemischen Effekt und führt zu einer verbesserten Korrosionsbeständigkeit und gleichwertigen organischen Haftkraftwerten im Vergleich zu dem Erzeugnis gemäß der US-PS 3 674 445.Recently, in US Pat. No. 3,674,445, it has been described that metallic Substrates coated with zinc vapor deposited in a vacuum can be coated with an adherent organic coating. However, such a product does not contain a layer of a metal, an alloy or an inorganic which is vapor-deposited in a vacuum Earth between the zinc and the organic layers. This additional layer provides a barrier or chemical Effect and leads to improved corrosion resistance and equivalent organic adhesive force values compared to the product according to U.S. Patent 3,674,445.
Wie aus der vorstehenden Beschreibung des Standes der Technik hervorgeht, ist das Produkt der Erfindung unter dem Gesichtspunkt der Haftkraft des organischen Materials dem feuerverzinkten Material und unter dem Gesichtspunkt der Korrosionsfestigkeit dem durch Aufdampfung im Vakuum überzogenen Material überlegen. Das Produkt der Erfindung besitzt somit eine Kombination der erwünschtesten Merkmale der bekannten Produkte.As can be seen from the above description of the prior art, is the product of the invention from the point of view of the adhesive strength of the organic material to the hot-dip galvanized material and superior to vacuum vapor deposition coated material from the viewpoint of corrosion resistance. The product of the invention thus has a combination of the most desirable features of the known products.
Die Erfindung schafft ein Verfahrens, mittels welchem festhaftende organische überzüge auf metallische Substrate aufgebracht werden können.The invention creates a method by means of which firmly adhering organic coatings can be applied to metallic substrates.
Weiter schafft die Erfindung ein vollkommen unter dem Vakuumeinfluß auszuführendes Verfahren, welches festhaftende organische überzüge auf metallischen Substraten liefert.The invention also provides a completely under the influence of vacuum Process to be carried out, which firmly adhering organic coatings on metallic substrates.
Ferner schafft die Erfindung festhaftende organische überzüge auf einem metallischen Substrat, welches nacheinander mit im Vakuum aufgedampftem Zink und einem Sperrmaterial überzogen worden ist.The invention also provides firmly adhering organic coatings a metallic substrate which has been coated in succession with vacuum-deposited zinc and a barrier material.
Schließlich schafft die Erfindung ein sehr korrosionsbeständiges/ mit organischem Material überzogenes Erzeugnis, welches dem überlegen ist, das durch herkömmliches Feuerverzinken und Spulenbeschichten hergestellt ist, sowie dem überlegen ist, das durch das direkte Aufbringen eines organischen Überzuges auf ein im VakuumFinally, the invention provides a very corrosion-resistant / organic-coated product which is superior to that is that by conventional hot-dip galvanizing and coil plating is produced, as well as is superior to that by the direct application of an organic coating on a in a vacuum
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feuerverzinktes metallisches Substrat hergestellt worden ist. Diese und weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. In den Zeichnungen zeigen:hot-dip galvanized metallic substrate has been produced. These and further features and advantages of the invention will emerge from the following description of preferred exemplary embodiments of the invention with reference to the drawings. In the drawings show:
Fig. 1 ein Schema einer Ausführungsform einer Vorrichtung, die zum Herstellen eines Erzeugnisses verwendet werden kann, welches einen organischen Grundierungsüberzug hat; wie die Figur zeigt, wird eine Metall spule, beispielsweise eine Stahlspule, in eine evakuierte Kammer gebracht, drahtgebürstet, mit zwei Vakuumaufdampfungsschichten versehen, walzengekühlt, mit einer organischen Grundierungsschicht versehen, durch Bestrahlung polymerisiert und aus der evakuierten Kammer wieder hinausgeleitet, Fig. 1 is a diagram of an embodiment of an apparatus used to manufacture a product can, which has an organic primer coating; as the figure shows, a metal coil, for example a steel coil, placed in an evacuated chamber, wire-brushed, with two layers of vacuum evaporation provided, roller-cooled, provided with an organic primer layer, polymerized by irradiation and led out of the evacuated chamber again,
Fig. 2 ein Schema einer Ausführungsform einer Vorrichtung, die zur Herstellung eines Erzeugnisses verwendet werden kann, welches organische Grundierungs- und organische Decküberzugsschichten hat; wie die Figur zeigt, wir-1 dabei eine metallische Spule unter Verwendung einer Vorrichtung verarbeitet, die der in Fig. 1 gleicht, wobei jedoch das mit der ausgehärteten Grundierung überzogene Substrat außerdem mit einer organischen Decküberzugsschicht überzogen und durch Strahlung ausgehärtet wird, bevor es aus der Kammer wieder hinausgeleitet wird,Figure 2 is a schematic of one embodiment of an apparatus that can be used to make an article having organic primer and organic topcoat layers; as the figure shows, we- 1 while a metallic coil using a device processed, which resembles in Fig. 1 except the coated with the cured primer substrate is further coated with an organic top coat layer and cured by radiation before it from is directed back out of the chamber,
Fig. 3 ein Schema einer weiteren Ausführungsform einer Vorrichtung, die zur Herstellung eines Erzeugnisses verwendet werden kann, welches organische· Grundierungs- und organische Decküberzugsschichten hat; wie diese Figur zeigt, wird eine Metallspule unter Verwendung einer Vorrichtung verarbeitet, die der in Fig. 2 dargestellten im wesentlichen gleicht, wobei der Unterschied darin besteht, daß die Decküberzugsschicht unter Atmosphärendruck aufgebracht und ausgehärtet wird, nachdem das Substrat die evakuierte Kammer verlassen hat,3 shows a diagram of a further embodiment of a device, which can be used to manufacture a product that uses organic · primer and organic Has topcoat layers; As this figure shows, a metal coil is made using an apparatus processed which is essentially similar to that shown in Fig. 2, the difference being that the Topcoat layer is applied under atmospheric pressure and cured after the substrate is evacuated Left chamber
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Fig. 4 ein metallisches Substrat, beispielsweise Stahl, auf welches vier Schichten aufgebracht worden sind, wobei die ersten beiden Schichten im Vakuum aufgedampftes Zink bzw. ein Sperrmaterial sind, während die beiden letzten Schichten eine organische Grundierung bzw. ein organischer Decküberzug sinds und4 shows a metallic substrate, for example steel, on which four layers have been applied, the first two layers being zinc or a barrier material vapor-deposited in a vacuum, while the last two layers are an organic primer or an organic top coat, s and
Fig. 5' ein metallisches Substrat, beispielsweise Stahl, auf welches fünf Schichten aufgebracht worden sind, wobei die erste Schicht aus im Vakuum aufgedampftem Zink und die zweiten und dritten Schichten im Vakuum aufgedampftes Sperrmaterial sind, während die letzten beiden Schichten eine organische Grundierung bzw. ein organischer Decküberzug sind.5 'shows a metallic substrate, for example steel, to which five layers have been applied, with the first layer of vacuum deposited zinc and the second and third layers of vacuum deposited Barrier material, while the last two layers are an organic primer and an organic Top coat are.
Das Verfahren nach der Erfindung enthält insgesamt folgende Schritte: Einbringen eines metallischen Substrats in eine evakuierte Kammer, Drahtbürsten des Substrats, Aufdampfen einer Zinkschicht im Vakuum auf die gebürstete Substratoberfläche, Aufdampfen mindestens einer Sperrmaterial schicht im Vakuum auf die vorher aufgebrachte Zinkschicht, Aufbringen eines schwach flüchtigen, polymerisierbaren organischen Grundierungsüberzugs auf die Sperrschicht und Ausbringen des beschichteten Substrats aus der evakuierten Kammer. Der organische überzug wird vor dem Verlassen der Kammer durch Bestrahlungswirkung polymerisiert. Anschließend kann eine organische Decküberzugsschicht auf die Grundierungsschicht aufgebracht werden. Der Decküberzug kann in der evakuierten Kammer oder anschließend unter Atmosphärendruck aufgebracht und polymerisiert werden.The method according to the invention comprises the following steps: placing a metallic substrate in an evacuated chamber, wire brushing the substrate, vapor deposition of a zinc layer in a vacuum on the brushed substrate surface, vapor deposition of at least one barrier material layer in a vacuum on the previously applied zinc layer, application of a weakly volatile one , polymerizable organic primer coating on the barrier layer and dispensing the coated substrate from the evacuated chamber. The organic coating is polymerized by radiation before it leaves the chamber. An organic topcoat layer can then be applied to the primer layer. The top coat can be applied and polymerized in the evacuated chamber or then under atmospheric pressure.
Das durch das o.g. Verfahren hergestellte Erzeugnis umfaßt ein metallisches Substrat, welches im Vakuum aufgedampfte Zwischenschichten von Zink und mindestens einem Sperrmaterial sowie eine Schicht ■oder Schichten eirer organischen Masse enthält. Das Sperrmaterial kann entweder ein Metall, eine Legierung, eine anorganische Masse oder ein Gemisch derselben sein»The product produced by the above method comprises a metallic one Substrate, which in the vacuum deposited intermediate layers of zinc and at least one barrier material as well as a layer ■ or contains layers of organic matter. The barrier material can be either a metal, an alloy, an inorganic mass or a mixture of these »
Eine geeignete Vorrichtung zum Aufbringen einer organischen Grundierungsschicht ist in Fig. 1 schematisch dargestellt. Ein MetallbandA suitable device for applying an organic primer layer is shown schematically in FIG. A metal band
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wird von einer Abwickelspule 4 aus durch eine evakuierte Kammer 2 hindurchgeleitet und auf eine Aufwickel spule 5 aufgewickelt. Die Bandeinführung enthält Dichtungswalzen 6 und 7, durch die das Band hindurchgeführt wird. Die Spule 5 wird so angetrieben, daß sich das Band 1 mit einer gewünschten Vorschubgeschwindigkeit kontinuierlich bewegt. Die Kammer 2 wird über einen Auslaß 3 mit Hilfe von geeigneten Vakuumpumpen (nicht dargestellt) evakuiert. Ein zweckmäßiger Kammervakuumwert liegt in einem Bereich in der Größenordnung von etwa 5 x- 10 - bis etwa 5 χ 10 mm Hg. Nach dem Eintritt in die Kammer 2 wird das Band 1 durch eine rotierende Drahtbürste 10 mechanisch abgerieben, damit das Band durch Schleifen gereinigt und in den richtigen Zustand zum anschließenden Aufdampfen von Zink im Vakuum gebracht wird. Ein Zinkschmelzbad, welches in einem Tiegel 11 enthalten ist, wird durch zweckmäßige Einrichtungen, bei welchen es sich um eine Elektronenstrahl kanone oder um eine Widerstandsheizvorrichtung handeln kann, bis zur Verdampfung aufgeheizt. Ein Bad aus geschmolzenem Sperrschichtmaterial ist in einem Tiegel 12 enthalten und dient zur Vakuumaufdampfung auf die vorher aufgebrachte Zinkschicht. Anorganische Materialien, wie etwa Oxide, können durch den Elektronenstrahlbeschuß von vorgesinterten Oxidscheiben bequem verdampft werden. Der Tiegel 12 kann ebenfalls durch Elektronenstrahlbeschuß oder durch eine Widerstandsheizvorrichtung aufgeheizt werden. Eine Walze 13 ist derart angeordnet, daß durch Berührung mit der Walzenoberfläche eine geeignete Walzenkühlung des beschichteten Bandes 1 vorgenommen werden kann. Es ist zwar nur eine Walze 13 dargestellt, es versteht sich jedoch, daß eine oder mehrere Walzenoberflächen verwendet werden können! Die Walzenkühlung dient zur Einstellung der Bandtemperatur auf einen Wert, der sich mit dem Aufbringen eines organischen Überzugs verträgt. Eine Auftragswalze 14 wird verwendet, um durch Walzen eine Schicht aus einer organischen Masse auf die Sperrschicht aufzubringen- Eine Walze 15 ändert die Vorschubwegrichtung, und schließlich wird das mit organischem Material beschichtete Band durch Strahlung, die von einer Elektronenstralkanone 16 ausgesandt wird, ausgehärtet, bevor es die Kammer 2 durch Dichtungswalzen 8 und 9 verläßt. Es ist zu erkennen, daß eine oder beide Seiten des Bandes durch andere Anordnung oder durch Zusätze zu der obigen Vorrichtung überzogen werden können.is fed from a supply reel 4 through an evacuated chamber 2 passed through and wound onto a take-up reel 5. the Tape entry contains sealing rollers 6 and 7 through which the Tape is passed through. The spool 5 is driven so that the tape 1 moves at a desired feed speed continuously moved. The chamber 2 is via an outlet 3 evacuated with the aid of suitable vacuum pumps (not shown). A suitable chamber vacuum value is in a range in On the order of about 5 x 10 - to about 5 χ 10 mm Hg Entering the chamber 2, the belt 1 is mechanically rubbed off by a rotating wire brush 10 so that the belt is cleaned by grinding and in the right condition for subsequent vapor deposition is brought by zinc in a vacuum. A molten zinc bath, which is contained in a crucible 11, is provided by suitable devices, which can be an electron beam gun or a resistance heater, heated to evaporation. A bath of molten barrier material is contained in a crucible 12 and is used for vacuum deposition on the previously applied zinc layer. Inorganic materials such as oxides can be pre-sintered by electron beam bombardment Oxide disks can be conveniently evaporated. The crucible 12 can also be made by electron beam bombardment or by a resistance heating device be heated. A roller 13 is arranged so that by contact with the roller surface a suitable roller cooling of the coated strip 1 can be carried out. Although only one roller 13 is shown, it understands however, that one or more roller surfaces can be used! The roller cooling is used to adjust the Belt temperature to a value that is compatible with the application of an organic coating. An applicator roller 14 is used to apply a layer of an organic mass to the barrier layer by rolling - a roller 15 changes the direction of the feed path, and finally the organic material coated tape is exposed to radiation from an electron gun 16 is sent out, cured before it leaves the chamber 2 by sealing rollers 8 and 9. It can be seen that an or both sides of the tape can be coated by other arrangements or by additions to the above device.
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Die in Fig, 2 dargestellte Anordnung zeigt eine zweckmäßige Vorrichtung zum Aufbringen und Polymerisieren von organischen Grundierungs- und Decküberzugsschichten innerhalb der evakuierten Kammer 2. Die Grundierung wird in derselben Weise wie in Fig. 1 aufgebracht. Der organische Decküberzug wird durch eine gegenläufige Auftragswalzenanordnung 17 aufgebracht, und die Bewegungsrichtung des Bandes 1 wird durch eine Walze 18 umgelenkt, damit es über eine Elektronenstrahl kanone 19 zum Aushärten des Decküberzuges hinweggeht. Die Kanone 19 wird typischerweise mit niedrigen Spannungen (<150 kV) betrieben. Nach dem Aushärten oder Polymerisieren des Decküberzuges wird der beschichtete Band ι durch die Dichtungswalzen 8 und 9 hindurch aus der Kammer 2 hinausgeleitet. The arrangement shown in Fig. 2 shows an expedient device for applying and polymerizing organic primer and topcoat layers within the evacuated chamber 2. The primer is applied in the same manner as in FIG upset. The organic top coat is applied by a counter-rotating applicator roller arrangement 17, and the direction of movement the tape 1 is deflected by a roller 18 so that it is via an electron beam cannon 19 to cure the top coat goes away. The cannon 19 is typically low Voltages (<150 kV) operated. After curing or polymerizing of the top coat, the coated tape is passed out of the chamber 2 through the sealing rollers 8 and 9.
Fig. 3 zeigt eine zweckmäßige Vorrichtung zum Aufbringen und Polymerisieren von organischen Grundierungs- und Decküberzugsschichten, die eine,Alternative zu der Vorrichtung von Fig. 2 bildet. Die Grundierungsschicht wird zwar in gleicher Weise aufgebracht und polymerisiert, die Decküberzugsschicht wird jedoch durch eine gegenläufige Auftragswalzenanordnung 20 an einer Stelle außerhalb der evakuierten Kammer 2 aufgebracht. Nachdem die Bandbewegungs-Fig. 3 shows an expedient device for applying and polymerizing organic primer and topcoat layers which constitute an alternative to the device of FIG. the The primer layer is applied and polymerized in the same way, but the topcoat layer is replaced by a counter-rotating applicator roller arrangement 20 at a point outside the evacuated chamber 2 applied. After the belt movement
richtung durch eine Walze 21 geändert worden ist, dient eine Elektronenstrahl kanone 22 zum Polymerisieren des Decküberzuges unter Atmosphärendruck. Die Kanone wird typischerweise mit hohen Spannungen (>250 kV) betrieben.direction has been changed by a roller 21, an electron beam is used cannon 22 for polymerizing the top coat under atmospheric pressure. The cannon is typically used with high voltages (> 250 kV) operated.
Nach dem Eintritt in die evakuierte Kammer wird das metallische Substrat 1 mechanisch so stark abgerieben, daß ein aktivierter Oberflächenzustand erzielt wird. Ein solcher Oberflächenzustand führt dazu, daß eine im Vakuum aufgedampfte Zinkschicht mit einer höheren Haftkraft geschaffen wird. Ein geeignetes Verfahren zum Aktivieren der Oberfläche von metallischen Substraten ist in der GB-PS 1 222 198 beschrieben.After entering the evacuated chamber, the metallic substrate 1 is mechanically rubbed off so strongly that an activated one Surface condition is achieved. Such a surface condition leads to the creation of a zinc layer with a higher adhesive force, which is vapor-deposited in a vacuum. A suitable method for Activation of the surface of metallic substrates is described in GB-PS 1,222,198.
Im Anschluß an die Oberflächenvorbereitung des Substrats wird eine Zinkschicht im Vakuum auf die Substratoberfläche aufgedampft. Dieser Schritt kann ausgeführt werden, indem eine flüssiges Zink enthaltende Quelle im Vakuum erhitzt und die durch die Quelle erzeugtenFollowing the surface preparation of the substrate, a Zinc layer evaporated on the substrate surface in a vacuum. This Step can be carried out by heating a source containing liquid zinc in vacuo and generating the generated by the source
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Zinkdämpfe auf dem sich bewegenden Substrat kondensiert werden. Diese Schritte, d.h. Oberflächenvorbereitung und Auftragen von Zink führen zu einer Zinkoberflächenmorphologie, die insgesamt glatt, sauber und frei von die Haftkraft aufhebenden Sekundärphasen ist. Die Zinkoberfläche hat eine Plättchenstruktur, die wegen der Schaffung von zahlreichen Haltepunkten im Mikromaßstab für das anschließende Festhaften von organischem Material sehr günstig ist.Zinc vapors are condensed on the moving substrate. These steps, i.e. surface preparation and application of Zinc lead to a zinc surface morphology that is generally smooth, clean and free of secondary phases that negate the adhesive force is. The zinc surface has a platelet structure, which is due to the creation of numerous breakpoints on a microscale is very favorable for the subsequent adherence of organic material.
Im Vakuum aufgedampfte Zinkschichten mit einer Dicke von mehr als etwa 2,5 ,um bilden eine topographische Struktur von Plättchen aus, die das anschließende ausgezeichnete Festhaften von organischen Massen begünstigen. In dieser Beziehung ist außerdem festgestellt worden, daß Bandtemperaturen von mehr als 120 0C am Ende des Aufdampfens von Zink im Vakuum ebenfalls die Ausbildung einer Plättchenstruktur begünstigen, die ausreichend grob ist, um das Haftvermögen zu fördern.Zinc layers with a thickness of more than about 2.5 μm, which are deposited in a vacuum, form a topographical structure of platelets, which promote the subsequent excellent adhesion of organic matter. In this respect, it has been also found that strip temperatures of more than 120 0 C at the end of vapor deposition of zinc in vacuo also favor the formation of a platelet structure which is sufficiently rough to promote the adhesion.
Es ist festgestellt worden, daß der günstige Effekt der Zinkoberflächenmorphologie beibehalten werden kann, wenn eine Zwischenschicht aus einem Sperrmaterial zwischen der Zinkschicht und der organischen Schicht angeordnet wird. Die Sperrschicht sollte eine Dicke haben, die so kontrolliert ist, daß sie zumindest zum Bedecken der Zinkschicht ausreicht, daß sie aber nicht eine Dicke hat, die die günstige, durch Aufdampfung im Vakuum erzielte Zinkoberflächenmorphologie wesentlich verändert. Wie für den Fachmann ersichtlich, ist der obere Dickenbereich somit eine Funktion der besonderen Zinkstruktur, und es kann somit erwartet werden, daß er sich gemäß der Zinkauftragspraxis, die in einem bestimmten Fall angewandt wird, etwas ändert. Die Trägerschicht vermindert nicht den günstigen Effekt auf das anschließende·Festhaften der organischen Masse und bewirkt eine merkliche Verbesserung der Korrosionsfestigxeit des Endprodukts.It has been found that the beneficial effect of zinc surface morphology can be retained if an intermediate layer of a barrier material between the zinc layer and the organic layer is arranged. The barrier layer should have a thickness which is controlled so that it is at least used to cover it the zinc layer is sufficient that it does not, however, have a thickness which corresponds to the favorable zinc surface morphology obtained by vapor deposition in a vacuum changed significantly. As will be apparent to those skilled in the art, the upper thickness range is thus a function of the particular one Zinc structure, and thus it can be expected to vary according to the zinc application practice used in a particular case will change something. The carrier layer does not reduce the beneficial effect on the subsequent adherence of the organic Mass and causes a noticeable improvement in the corrosion resistance of the final product.
Das Sperrschichtmaterial·kann aus Metall, einer Legierung, einer anorganischen Masse oder einer Kombination derselben bestehen. Beispiele derartiger Materialien sind u.a. Zinn, Aluminium, LegierungenThe barrier material can be made of metal, alloy, inorganic mass or a combination thereof. Examples of such materials include tin, aluminum, alloys
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auf Aluminiumbasiss Aluminium-Zinn-Legierungen., Siliziumoxide und ähnliche Oxide. Siliziumoxidüberzüge erfüllen gut die Anforderungen, wenn sie als ein einzelner überzug oder als ein zweiter Oberzug in Verbindung mit einem ersten Aluminiumüberzug aufgebracht werden.aluminum-based aluminum-tin alloys., silicon oxides and like oxides. Silica coatings well meet the requirements when used as a single coating or as a second coating in conjunction with a first aluminum coating be applied.
Siliziumoxidüberzüge werden durch Verdampfen von SiOp aufgebracht. Der SiOg-Dampf wird während des Weiter!eitens von der Quelle zu dem Substrat unter den reduzierten Drücken in der Kammer.etwas sauerstoffarm. Somit enthält die aufgebrachte Siliziumoxidschicht etwas weniger als die stöchiometrische Menge an Sauerstoff. Siliziumox'idüberzüge mit einer Dicke, die beträchtlich größer als 0,635 ,um ists, sind unerwünscht. Das hat seinen Grund in einer wesentlichen Verringerung der Haftkraft der organischen Masse, die sich wegen der Sprödigkeit ergibt, welche sich in Siliziumoxidschichten mit einer Dicke von mehr als 0s635 ,um ausbildet.Silicon oxide coatings are applied by evaporating SiOp. The SiOg vapor becomes somewhat oxygen-deficient as it travels from the source to the substrate under the reduced pressures in the chamber. The applied silicon oxide layer thus contains a little less than the stoichiometric amount of oxygen. Silicon oxide coatings considerably greater than 0.635 µm thick are undesirable. This has its basis in a substantial reduction of the adhesive force of the organic mass, which results because of the brittleness, which is in silicon oxide layers having a thickness of more than 0 s 635 order is formed.
Im Anschluß an das Aufbringen der Sperrschicht kann die Bandtemperatur durch Walzenkühlung eingestellt werden. Dieser Schritt hat den Zwecks die Bandtemperatur auf einen Bereich einzustellen, der mit dem Aufbringen einer bestimmten organischen Formulierung kompatibel ist. Es ist zu erkennen, daß in einigen Fällen eine Temperature!nsteliung nicht erforderlich sein kann, weil das Band von sich aus auf eine zweckmäßige Temperatur kommt, ohne daß es einer Walzenkühlung bedarf. Dieser Schritt ist in dem oben genannten Sinn somit als ein wahlweiser Schritt anzusehen. Die Walzenkühlung kann außerdem vorteilhaft dazu verwendet werden, die Zeit oder den Vorschubraum zu verringern, der für das Band zum Abkühlen auf die gewünschte Oberzugstemperatur benötigt wird. Im allgemeinen ist jedoch die Bandverarbeitung in Vakuumanlagen häufig beschränkt, und zwar wegen der Schwierigkeit des Äbführens von Wärme aus dem Band in niedrigeren Temperaturbereichen, in welchen Strahlungskühlung nicht wirksam ist. Das Kühlen durch Wärmeableitung von dem Band zu einer Wärmesenke, wie etwa einer Walze, ist häufig eine erforderliche Maßnahme.After the barrier layer has been applied, the strip temperature can be adjusted by means of roller cooling. The purpose of this step is to adjust the belt temperature to a range compatible with the application of a particular organic formulation. It can be seen that in some cases a temperature adjustment may not be necessary because the strip itself reaches an appropriate temperature without the need for roller cooling. This step is therefore to be regarded as an optional step in the above-mentioned sense. The roller cooling can also be used advantageously to reduce the time or the advancing space which is required for the strip to cool to the desired coating temperature. In general, however, ribbon processing in vacuum equipment is often limited because of the difficulty in removing heat from the ribbon in lower temperature ranges in which radiant cooling is not effective. Cooling by dissipating heat from the belt to a heat sink such as a roller is often a required measure.
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In dem Zusammenhang der Erfindung kann eine Metallband, welches mit Zink und einer dünnen Sperrschicht überzogen worden ist, durch Walzenkühlung schnell in einer Weise abgekühlt werden, die die Oberflächenmorphologie des beschichteten Substrats nicht nennenswert stört und infolgedessen den hier beschriebenen Grundprozeß und die Ergebnisse nicht behindert.In the context of the invention, a metal strip which has been coated with zinc and a thin barrier layer can pass through Roller cooling can be rapidly cooled in a manner that does not significantly affect the surface morphology of the coated substrate interferes with and consequently does not hinder the basic process described here and the results.
Eine Walzenkühlung des zwischenbeschichteten Bandes, kann in wirksamer Weise ausgeführt werden. Beispielsweise führte eine wassergekühlte umlaufende Walze (Umschlingung 180°) mit einem Durchmesser von 68,5 cm zu einer Verringerung der Bandtemperatur von etwa 230 C auf etwa 65 0C in weniger als zwei Sekunden. Wenn wegen schlechter Bandform und geringer Bandspannung keine ununterbrochene Walzenberührung hergestellt ist, erfolgt der Hauptteil der Kühlung durch Strahlung, die in diesem Temperaturbereich unwirksam ist. In solchen Fällen wird es erforderlich, eine hohe Bandspannung zu verwenden, um sicherzustellen, daß ein Band mit einer schlechten Form eben über die Kühlwalze gezogen wird und daß ein guter Walzenkontakt über die gesamte Breite des Bandes hergestellt wird. Außerdem wird bevorzugt, daß die Kühlwalze einen Durchmesser hat, der so groß wie praktisch möglich ist, und daß der Umschlingungswinkel so groß wie möglich ist. Durch beide vorstehenden Merkmale wird die Kühlung aufgrund größerer Berührungszeiten maximiert. Die Kühlwalze sollte eine glättende Endbearbeitung erhalten haben, damit sich eine maximale Berührung mit den Oberzugsvorsprüngen ergibt, und sie sollte außerdem von dem Walzeninneren her eine ausreichende Wasserkühlung erhalten, damit die von dem Band auf den Walzenkörper übertragene Wärme abgeführt wird. Außerdem sollte die Walze so angeordnet sein, daß sie die Anfangsberührung mit der frisch beschichteten Oberfläche herstellt, so daß Überzugsvorsprünge so verformt werden können, daß sich ein guter Kontakt mit der glatten Walzenoberfläche ergibt.Roll cooling of the intermediate coated tape can be carried out effectively. For example, led a water-cooled rotating roller (wrapping around 180 °) having a diameter of 68.5 cm in a reduction of the strip temperature of about 230 C to about 65 0 C in less than two seconds. If uninterrupted roller contact is not established due to poor belt shape and low belt tension, the main part of the cooling takes place through radiation, which is ineffective in this temperature range. In such cases it becomes necessary to use high tape tension to ensure that a poorly shaped tape is drawn just over the chill roll and that good roll contact is made across the width of the tape. It is also preferred that the chill roll have a diameter as large as practical and that the wrap angle be as large as possible. Both of the above features maximize cooling due to increased contact times. The chill roll should have been given a smooth finish so that there is maximum contact with the cover protrusions, and it should also have sufficient water cooling from the inside of the roll to dissipate the heat transferred from the belt to the roll body. In addition, the roller should be arranged to make initial contact with the freshly coated surface so that coating protrusions can be deformed to make good contact with the smooth roller surface.
Die gesamte Wärmeabführung durch die Walzenkühlung kann durch Messen des Wasserstroms und der Einlaß- und Auslaßwassertemperaturen überwacht werden. Bei Kenntnis der Bandgeschwindigkeit, Banddicke, Bandbreite und Anfangsbandtemperatur kann die Bandtemperatur nach der Walzenkühlung berechnet werden. Eine solche Berechnung ermöglicht somit, daß eine Kontrolle der Endbandtemperatur durch die VerwendungThe entire heat dissipation through the roller cooling can be measured by measuring of water flow and inlet and outlet water temperatures be monitored. If the belt speed, belt thickness, belt width and starting belt temperature are known, the belt temperature can be adjusted according to the Roller cooling can be calculated. Such a calculation enables thus that a control of the end belt temperature through the use
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von dem Kühlwalzeninneren mit kontrollierter Einlaßtemperatur zugeführtem Wasser erzielt wird.from the chill roll interior with controlled inlet temperature supplied water is achieved.
Im Anschluß an die Walzenkühlung oder das Auftragen der Sperrschicht im Vakuum, je nach Lage des Falles, wird das Substrat mit einem schwach flüchtigen organischen Material überzogen, während es weiterhin unter dem Vakuumeinfluß ist. Das Aufbringen des Überzugs noch unter dem Vakuumeinfluß bietet den Vorteil, daß außer einer möglichen Gasabsorption keine Verunreinigung des Bandes möglich ist. Andererseits wird durch das Aufbringen von organischen Materialien in Umgebungen außerhalb der Vakuumkammer offenbar das Risiko vergrößert, daß nachteilige Verunreinigungen hervorgerufen werden.Following the roller cooling or the application of the barrier layer in a vacuum, depending on the case, the substrate is coated with a slightly volatile organic material while it is still under the influence of vacuum. The application of the coating under the influence of vacuum offers the advantage that apart from possible gas absorption, no contamination of the belt is possible. On the other hand, by applying organic Materials in environments outside the vacuum chamber appear to increase the risk of detrimental contamination be evoked.
An dieser Stufe des Verfahrens ist die Vorbereitung des Zwischenprodukts sorgfältig derart kontrolliert worden, daß ein Erzeugnis mit höherer Haftkraft des organischen Überzugs und mit besseren Korrosionsfestigkeitseigenschaften erzielt werden kann. Das Vorbereiten des beschichteten Substrats zum Aufbringen des Organischen Materials ist unter zwei Gesichtspunkten kontrolliert worden. Zu allererst hat die Morphologie der Überzugsfläche die gewünschte Plättchentopographie. Zweitens wird die Temperatur des Bandes so kontrolliert, daß im Makromaßstab ein Strömen und Nivellieren des organischen Materials über der bedampften Oberfläche möglich ist, während die Vakuumumgebung ein unbehindertes Strömen zwischen der Plättchenstruktur im Mikromaßstab ermöglicht. Diese Gruppe von Bedingungen stellt eine höhere Haftkraft des organischen Materials und eine höhere Korrosionsfestigkeit sicher, wenn die Überzugsschicht anschließend polymerisiert wird.At this stage of the process is the preparation of the intermediate has been carefully controlled so that a product with higher organic coating adhesion and with better Corrosion resistance properties can be achieved. Preparing the coated substrate for applying the organic Material has been checked from two points of view. First of all, the morphology of the coating surface has the desired one Platelet topography. Second, the temperature of the ribbon is controlled to allow for flow and leveling on a macro scale of the organic material over the vaporized surface is possible, while the vacuum environment allows unhindered flow between the platelet structure enables on a microscale. This group of conditions ensures a higher adhesive force of the organic material and a higher corrosion resistance when the Coating layer is then polymerized.
Ein bevorzugter Dickenbereich der organischen Grundierung geht von etwa 4,5 ,um bis 7,5 ,um und Dicken in einem Bereich von etwa 3,8 ,um bis 10,1 ,um sind insgesamt zweckmäßig. Da die mit Sperrmaterial ■überzogenen Zinkplättchenspitzen im allgemeinen eine Höhe in der Größenordnung von 3,8 ,um haben, ist dieser Wert der Dicke des organischen Materials gewöhnlich erforderlich, um der Porosität des überzogenen Substrats gerecht zu werden und um die Oberfläche bis zuA preferred range of thicknesses for the organic primer assumes about 4.5 µm to 7.5 µm and thicknesses in a range of about 3.8 µm up to 10.1 μm are useful overall. Because the one with barrier material ■ coated zinc flake tips generally have a height in the On the order of 3.8 µm, this value is the thickness of the organic Material usually required to match the porosity of the coated substrate and around the surface up to
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den Spitzen zu bedecken. Daher sollte die minimale Dicke angenähert 4,5 ,um betragen, um sicherzustellen, daß das Substrat so ausreichend mit dem organischen Material überzogen wird, daß das Erreichen von besseren Korrosionsbeständigkeitseigenschaften sichergestellt ist. Andererseits wird die Korrosionsbeständigkeit bei Grundierungsdicken von über 7,5 ,um nicht nennenswert verbessert, und es ergibt sich durch die Herstellung von Grundierungsüberzügen oberhalb dieses ,Dickenwertes kaum ein Vorteil. Grundierungsüberzüge werden im allgemeinen mit einer Dicke von etwa 6,35 ,um aufgebracht.to cover the tips. Therefore, the minimum thickness should be approximated 4.5 µm to ensure that the substrate is sufficiently coated with the organic material that the achievement is achieved of better corrosion resistance properties is ensured. On the other hand, the corrosion resistance is at Primer thicknesses of over 7.5, so as not to be significantly improved, and it results from the manufacture of primer coats above this, thickness value, there is hardly any advantage. Primer coats are generally applied to a thickness of about 6.35 µm.
Das Beschichten mittels Walzen ist ein zweckmäßiges Verfahren zum Aufbringen des organischen Überzugs. Diese allgemeine Art von Überzugstechnik wird üblicherweise zum überziehen von sich bewegenden Substraten verwendet und braucht nicht weiter beschrieben zu werden. Weitere Verfahren, wie etwa Extrusionsbeschichtung, Vorhangoder Pulverbeschichtung, können·bei der Erfindung ebenfalls verwendet werden.Roller coating is a convenient method of applying the organic coating. This general type of coating technique is commonly used to cover moving parts Substrates used and need not be further described. Other processes such as extrusion coating, curtain or Powder coating can also be used in the invention will.
Nach dem Aufbringen wird die organische Schicht an Ort und Stelle polymerisiert, indem sie einer Strahlung ausgesetzt wird, beispielsweise einem Elektronenstrahl oder einer ultravioletten Strahlung. Die Polymerisation erfolgt, während sich das beschichtete Band noch innerhalb der evakuierten Kammer befindet, da vorteilhaft niedrige Strahlspannungen verwendet werden können. Das Aushärten oder Polymerisieren von organischen Überzugsmaterialien mittels Strahlung ist bekannt. Diese Verfahren sind beispielsweise in der US-PS 3 547 683 und in den GB-PS'en 801 479 und 949 192 beschrieben. Da die Polymerisation mit Hilfe von Bestrahlung eine herkömmliche Technik ist, dürfte keine weitere Erläuterung dieses Schrittes erforderlich sein.After application, the organic layer is polymerized in place by exposure to radiation, for example an electron beam or an ultraviolet radiation. The polymerization occurs while the coated Tape is still inside the evacuated chamber, since low beam voltages can advantageously be used. The curing or polymerizing of organic coating materials by means of radiation is known. These methods are described, for example, in U.S. Patent 3,547,683 and British Patent Nos. 801,479 and 949,192 described. Since radiation polymerization is a conventional technique, no further explanation is needed this step may be required.
Damit ein spulenbeschichtetes Erzeugnis maximal nutzbar ist, sollte es sowohl organische Grundierungs- als auch organische Decküberzugsschichten aufweisen. Grundierungsüberzüge enthalten gewöhlich ein korrosionshemmendes Pigment, welches das Unterdrücken von Unterfilmkorrosion chemisch unterstützt und so formuliert werden kann, daß die Haftfestigkeit an dem Substrat maximiert wird. WieIn order for a coil-coated product to be of maximum use, it should have both organic primer and organic Have topcoat layers. Primer coats usually contain an anti-corrosive pigment which suppresses chemically supported by under-film corrosion and formulated in this way can ensure that the bond strength to the substrate is maximized. As
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oben bereits erwähnt, werden Grundierungen im allgemeinen mit einer Dicke in der Größenordnung von 6,35 ,um aufgebracht. Bei diesem Dickenwert und in Anbetracht des in Gründierungen verwendeten verhältnismäßig niedrigen Pigmentgehalts haben die Grundierungen im allgemeinen eine geringe Deckfähigkeit sowie eine geringe Beständigkeit gegen die Abbaueffekte von Sonnenlicht. Somit ist zum Erzielen von reproduzierbaren Farbüberzügen, die nicht von dem Substrat und der Färbung der Grundierung abhängig sind, ein Decküberzug erforderlich. Decküberzugsdicken sind im allgemeinen größer als 17,78 ,um und liegen vorzugsweise in der Größenordnung von 25,4 ,um, um ein vollständiges Verdecken der Substratfarbe zu erzielen. Decküberzüge haben im allgemeinen höhere Pigmentgehalte als Grundierungen und sind folglich hinsichtlich der Deckkraft und der Beständigkeit gegen Abbaueffekte von Sonnenlicht und Feuchtigkeit besser. Decküberzüge sollten außerdem verformbar sein und eine gute Haftkraft an dem Grundierungsüberzug aufweisen. Zum Erzielen guter Formungseigenschaften hat die Mehrheit von Spulenbeschichtungsdecküberzügen Dicken von nicht mehr als etwa 25,4 ,um.As mentioned above, primers are generally applied to a thickness of the order of 6.35 µm. With this thickness value and in view of the relatively low pigment content used in foundations, the Primers generally have poor hiding power and poor resistance to the degradation effects of sunlight. Thus, in order to achieve reproducible color coatings that do not depend on the substrate and the coloring of the primer a top coat is required. Top coat thicknesses are generally greater than 17.78 µm and are preferably on the order of 25.4 µm to achieve complete obscuration of the substrate color. Top coats have im generally higher pigment contents than primers and are consequently in terms of opacity and resistance to The degradation effects of sunlight and moisture are better. Top coats should also be malleable and have good adhesion to the primer coat. To achieve good Molding properties, the majority of coil coating topcoats have thicknesses of no more than about 25.4 µm.
Ein ziemlich großer Bereich von Decküberzugsformulierungen eignet sich für die Durchführung der Erfindung. Derartige Formulierungen enthalten sowohl herkömmliche als auch mit Wärme aushärtbare Decküberzüge, wie etwa Akrylharze, silizierte Akrylharze, Fluorkohlenstoffe und mittels Elektronenstrahl- aushärtbare Akrylharze. An dieser Stelle sei erwähnt, daß das Aufbringen der Decküberzugsschicht auf die Grundierung auf drei Arten erfolgen kann. Diese sind:A fairly wide range of topcoat formulations are suitable for the implementation of the invention. Such formulations contain both conventional and thermosetting topcoats such as acrylic resins, siliconized acrylic resins, fluorocarbons and electron beam curable acrylic resins. At this point it should be mentioned that the application of the top coat layer The primer can be done in three ways. These are:
I) Aufbringen und Aushärten im Vakuum, Z) In-Line-Aufbringen, nachdem das Band die Vakuumkammer verlassen hat, und Aushärten mit einer Elektronenstrahl anordnung in der Atmosphäre, und 3) Aufbringen und Aushärten durch herkömmliche Einrichtungen in einer getrennten Vorrichtung.I) vacuum application and curing, Z) in-line application after the tape exits the vacuum chamber and electron beam curing in the atmosphere, and 3) application and curing by conventional means in a separate device.
Während des Aufbringens und Aushärtens von Decküberzügen im Vakuum, etwa wie in Fig. 2 dargestellt, wird der zuvor aufgebrachte Grundierungsüberzug vor dem Aufbringen des Decküberzugs einer sehr schwachen Elektronenstrahlung ausgesetzt. Dieser Vorgang wird fort-During the application and curing of top coats in a vacuum, roughly as shown in Fig. 2, the previously applied primer coat becomes a very much prior to the application of the top coat exposed to weak electron radiation. This process continues
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gesetzt, so daß der Decküberzug auf eine Grundierung aufgebracht werden kann, die in solchem Ausmaß ausgehärtet ist, daß kein Vermischen der einen organischen Schicht mit der anderen organischen Schicht stattfindet. Eine schwach gehärtete Grundierung sorgt jedoch für eine gute Haftkraft zwischen den überzügen. Da der Decküberzug mit Dicken aufgebracht wird, die größer sind als die Dicke der Grundierung, und mit einer.gleichmäßig glatten Oberfläche, stellt das Oberziehen mittels gegenläufiger Walzen eine bevorzugte Auftragstechnik dar. Andere Verfahren, wie etwa Vorhang- oder Extrusionsbeschichtung, können zwar ebenfalls angewendet werden, sie sind jedoch nur mit verhältnismäßig größerer Schwierigkeit unter Vakuum ausführbar. Das Aushärten des Decküberzuges kann durch einen Elektronenstrahl mit niedriger Spannung (<150 kV) ausgeführt werden. An dieser Stufe des Verfahrens erfolgt das vollständige Aushärten der Grundierung und des Decküberzuges gleichzeitig.set so that the topcoat can be applied to a primer which has cured to such an extent that there is no mixing of one organic layer with the other organic layer. A weakly hardened primer however, it ensures good adhesion between the coatings. Since the top coat is applied with thicknesses, the greater are than the thickness of the primer, and with an evenly smooth surface, the topcoating is provided by means of opposite directions Rolling is a preferred application technique. Other methods, such as curtain or extrusion coating, can can also be used, but they can only be carried out under vacuum with relatively greater difficulty. That Curing of the top coat can be carried out by a low voltage electron beam (<150 kV). At this In the first stage of the process, the primer and top coat are fully cured at the same time.
Im Gegensatz zu dem Aufbringen des Decküberzuges und dem Aushärten unter Vakuum sollte der Grundierungsüberzug in einem grösseren Ausmaß ausgehärtet werden, wenn eine In-Line-Aufbringung des Decküberzuges nach dem Austritt aus der evakuierten Kammer angewendet wird, und zwar weil die Giundierüng ein beträchtlich grösseres Maß an Aushärtung erfordert, damit sie durch die Dichtungswalzen 8,9 hindurchbewegt werden kann. Wenn das mit Grundierung überzogene Material aus der evakuierten Kammer 2 austritt, wird die Decküberzugsschicht durch gegeiäufige Walzen-Oberziehung aufgebracht und das Aushärten erfolgt mittels Elektronenstrahls bei hohen Spannungen (>250 kV). Derartige Auftrags- und Aushärtungsverfahren sind üblich. Wie in dem Fall des Verfahrensbeispiels, bei welchem das Aufbringen des Decküberzuges und das Aushärten unter Vakuum ausgeführt wurden, erfolgt das Aushärten der Grundierung und des Decküberzuges gleichzeitig. Man könnte zwar die Möglichkeit in Betracht ziehen, in Reihe mit der Vakuumanlage eine herkömmliche Vorrichtung zur Wärmeaushärtung des Decküberzuges anzuordnen, um e^n vollständig überzogenes Erzeugnis herzustellen, die Prozeßsteuerung würde jedoch ziemlich schwierig werden, weil esIn contrast to applying the top coat and curing under vacuum, the primer coat should be cured to a greater extent if in-line application of the top coat is applied after the exit from the evacuated chamber, namely because the Giundierüng a considerably larger Requires a degree of curing so that it can be moved through the sealing rollers 8.9. If that's with primer coated material emerges from the evacuated chamber 2, the top coat layer is applied by counter-roller coating and curing takes place by means of an electron beam high voltages (> 250 kV). Such application and curing processes are common. As in the case of the procedural example, in which the application of the top coat and the curing were carried out under vacuum, the curing of the primer takes place and the top coat at the same time. One could consider the possibility of being in series with the vacuum system a conventional apparatus for thermosetting the topcoat to order to produce a fully coated product, however, process control would become quite difficult because of it
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erforderlich ist, die niedrigere Arbeitsgeschwindigkeit der Decküberzugaushärtungsanlage mit der größeren Arbeitsgeschwindigkeit der Vakuumanlage abzugleichen. Dieser Faktor ist bei Verwendung einer Decküberzugaushärtungsani age mit einem Elektronenstrahl nicht von Bedeutung.required, the lower operating speed of the topcoat curing line to be compared with the higher working speed of the vacuum system. This factor is in use a topcoat curing system with an electron beam is not important.
In dem Fall, in welchem das Aufbringen und Aushärten des Decküberzuges nicht in einer Reihe erfolgen, wird das im Vakuum mit Grundierung überzogene Substrat in gewöhnlich verfügbare Vorrichtungen eingebracht, welche lösungsmittelhaltiges, durch Wärme aushärtbares Decküberzugsmaterial enthalten. Reinigungs- oder Phosphatierungseinrichtungen sind nicht erforderlich.In the case in which the application and curing of the top coat do not take place in a row, the vacuum primer coated substrate is made in commonly available devices introduced, which is solvent-based, by heat contain curable topcoat material. Cleaning or phosphating facilities are not required.
Ein geeignetes Grundierungsmaterial, welches bei der Erfindung verwendet wird, sollte schwach flüchtig sein, damit es unter Vakuum aufgebracht werden kann, und es sollte außerdem durch Bestrahlung, etwa durch Elektronenstrahlen oder ultraviolette Strahlung, polymerisierbar sein. Zu solchen organischen Materialien gehören Akrylharze, Epoxidharze und silizierte Versionen dieser Formulierungen. Ein Akrylester stellt eine bevorzugte Formulierung dar.A suitable primer material used in the invention should be slightly volatile so that it can be applied under vacuum, and it should also be irradiated, be polymerizable for example by electron beams or ultraviolet radiation. Such organic materials include Acrylic, epoxy, and siliconized versions of these formulations. An acrylic ester is a preferred formulation.
Wie die obige Erläuterung des Verfahrens zeigt, ist bezüglich der Erfindung ein großer Bereich von Veränderlichen vorhanden. Die folgenden spezifischen Bedingungen haben sich zum Erzielen eines sehr festhaftenden und korrosionsbeständigen Grundierungsüberzugs aus einem Akrylester als geeignet herausgestellt.As the above explanation of the method shows, there is a wide range of variables with regard to the invention. the The following specific conditions have been found to achieve a very adherent and corrosion-resistant primer coating from an acrylic ester found suitable.
Nach der Oberflächenaktivierung durch Drahtbürsten sollte die im Vakuum aufgedampfte Zinkschicht eine Dicke von mehr als etwa 2,54 ,um haben, damit sich eine Oberflächenmorphologie von Plättchen ergibt, die für das Haftvermögen von organischem Material günstig ist. In bezug auf dieses Erfordernis begünstigen außerdem Bandtemperaturen von etwa 120 0C bei der Beendigung des Aufdampfens von Zink das Ausbilden einer Plättchenstruktur, die zur Förderung der Haftkraft ausreichend grob ist.After surface activation by wire brushes, the zinc layer deposited in vacuo should have a thickness of more than about 2.54 μm, so that a surface morphology of platelets results which is favorable for the adhesion of organic material. In relation to this requirement also strip temperatures the formation of a platelet structure which is sufficiently rough to promote the adhesion Favoring about 120 0 C at the completion of vapor deposition of zinc.
Die Oberzugsqualität wird durch Aufdampfen einer dünnen Aluminium-The quality of the top coat is achieved by vapor deposition of a thin aluminum
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schicht im Vakuum direkt auf die zuvor aufgebrachte Zinkschicht verbessert. Die Aluminiumschicht .sollte eine Dicke in der Größenordnung von 0,25 ,um bis 0,50 ,um haben.Eine Schicht von Siliziumoxid mit einer Dicke von 0,38 ,um bis 0,63 ,um, die aus einer S^-Quelle aufgebracht worden ist, ist im Hinblick auf die Förderung des Haftvermögens zwar nicht so wirksam wie die Aluminiumschicht, sie ist jedoch zufriedenstellend entweder als eine Ersatzschicht für die Aluminiumschicht oder als eine zusätzliche Schicht verwendbar, die auf die Aluminiumschicht aufgedampft wird.layer improved in a vacuum directly on the previously applied zinc layer. The aluminum layer .should have a thickness of the order of magnitude from 0.25 µm to 0.50 µm. A layer of silicon oxide with a thickness of 0.38 µm to 0.63 µm, consisting of a S ^ source has been applied is with a view to promoting While not as effective in adhesion as the aluminum layer, it is satisfactory either as a substitute layer can be used for the aluminum layer or as an additional layer that is vapor-deposited onto the aluminum layer.
Ein Bandtemperaturbereich von etwa 65 0C bis etwa 120 0C wird für den Walzenauftrag von Akrylestern bevorzugt. Dieser Temperaturbereich stellt sicher, daß der Auftrag und das Ausgleichen oder Nivellieren von organischem Material vor dem Aushärten richtig stattfinden. Walzenkühlung des Bandes ist erforderlich, um in diesem Fall die richtige Bandtemperatur zu erreichen. Für das Aufbringen von Akrylesterüberzügen in dem Dickenbereich von 3,8 ,um bis 10,1 .um ist es zweckmäßig, die organische Formulierung auf ,angenähert 77 0C zu erwärmen, um die gewünschte Viskosität zum Ausfließen und Ausgleichen zu erreichen.A strip temperature range of about 65 0 C to about 120 0 C is preferred for the roll coating of Akrylestern. This temperature range ensures that the application and leveling or leveling of organic material takes place properly before curing. Roll cooling of the strip is necessary in order to achieve the correct strip temperature in this case. For the application of Akrylesterüberzügen in the thickness range of 3.8 to to 10.1 um, it is expedient, the organic formulation, approximately 77 0 C to heat, in order to achieve the desired viscosity to flow out and equalizing.
Ein spezielles Beispiel des Verfahrens bei Anwendung auf ein 30 cm breites Band aus kohlenstoffarmem Stahl wird im folgenden beschrieben. Das 0,045 cm dicke Band wurde mit einer Geschwindigkeit von 30 m/min, durch eine evakuierte Kammer hindurchgeleitet.A specific example of the procedure when applied to a 30 cm wide strip of low carbon steel is described below. The 0.045 cm thick tape was passed through an evacuated chamber at a speed of 30 m / min.
Ein trockenes, gereinigtes Band mit einer Temperatur von 55 0C wurde in eine evakuierte Kammer eingeleitet. Die Bandeintrittstemperatur ergab sich durch die aus dem Reinigungsbad aufgenommene Wärme.A dry, cleaned tape with a temperature of 55 ° C. was introduced into an evacuated chamber. The strip inlet temperature resulted from the heat absorbed from the cleaning bath.
Das Band wurde sodann mit einer Bürste gebürstet, die bei 7 A, 440 V durch einen Drehstrommotor mit einer Leerlaufdrehzahl von 500 U/min angetrieben wurde. Die Bürste drehte sich entgegengesetzt zu der Richtung der Bandbewegung. Aufgrund der Bürstenreibung stieg die Bandtemperatur von 55 0C auf 105 0C an.The tape was then brushed with a brush driven at 7 A, 440 V by a three-phase motor with an idle speed of 500 rpm. The brush rotated in the opposite direction to the direction of belt movement. Due to the brush friction the strip temperature rose from 55 0 C to 105 0 C.
Eine Zinkschicht mit einer Dicke von .15,2 ,um wurde auf das gebürsteteA zinc layer with a thickness of .15.2 µm was brushed on top of the
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Band im Vakuum aufgedampft. Es wurde eine Quelle mit Graphitwiderstandsheizung verwendet. Dieser Vorgang führte zu einem Bandtemperaturanstieg auf 220 0C.Tape evaporated in a vacuum. A graphite resistance heater source was used. This process led to a strip temperature increase to 220 0 C.
Eine Aluminiumschicht mit einer Dicke von 0,5 ,um wurde im Vakuum auf die Zinkschicht aufgedampft. Eine elektronenstrahl beheizte Quelle wurde verwendet. Dieser Vorgang führte zu einem Temperaturanstieg auf 230 0C.An aluminum layer 0.5 µm thick was vacuum deposited on the zinc layer. An electron beam heated source was used. This process led to a temperature increase to 230 ° C.
Das beschichtete Band wurde dann mit einem Umschlingungswinkel von 180 um eine wassergekühlte Walze mit einem Durchmesser von 68 cm herumgeführt. Die Berührungszeit betrug 2 s. Das führte zu einer Verringerung der Bandtemperatur von 230 ° auf 65 0C.The coated tape was then wrapped around a water-cooled roller with a diameter of 68 cm with a wrap angle of 180. The contact time was 2 s This led to a reduction of the strip temperature of 230 ° to 65 0 C..
Ein Akrylesterüberzug mit einer Dicke von 6,3 ,um wurde durch direktes Oberziehen mittels Walzen bei etwa 65 0C auf das beschichtete Band aufgebracht.A Akrylesterüberzug having a thickness of 6.3 m was applied by direct drawing by means of upper rollers at about 65 0 C to the coated strip.
Schließlich wurde das beschichtete Band unter Verwendung der von einem Elektronenstrahlerzeuger (150 kV, IO mA) ausgesandten Strahlung, der das Band mit 100 Zyklen/s abtastete, ausgehärtet oder polymerisiert.Finally, the coated tape was emitted using an electron gun (150 kV, IO mA) Radiation that scanned, cured, or polymerized the tape at 100 cycles / s.
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Claims (35)
aufgedampft wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the zinc layer in a vacuum
is vaporized.
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