DE2616531B2

DE2616531B2 - Verfahren zur Erzeugung eines festhaftenden Schutzüberzuges auf einer Metalloberfläche

Info

Publication number: DE2616531B2
Application number: DE19762616531
Authority: DE
Inventors: Norman Edmund Derby Ballard (Grossbritannien)
Original assignee: Rolls Royce PLC
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 1975-04-23
Filing date: 1976-04-14
Publication date: 1979-08-09
Also published as: DE2616531C3; FR2308704A1; GB1490125A; DE2616531A1; JPS51130441A; IT1059992B; FR2308704B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung eines festhaftenden Schutzüberzugs auf eine Metalloberfläche; sie stellt insbesondere eine weitere Verbesserung bzw. Abwandlung des Verfahrens gemäß der Patentanmeldung P 2229896.0 bzw. gemäß der britischen Patentschrift 1341899 dar.

Metalloberflächen werden häufig mit einem Schutzüberzug versehen, um einen Angriff der Metalloberfläche durch atmosphärische Korrosion zu verhindern oder zu verringern. Schwierigkeiten ergeben sich jedoch, wenn die mit dem Schutzüberzug zu versehende Metalloberfläche im Hinblick auf ihren Anwendungs- bzw. Bestimmungszweck in ihren Abmessungen engen Toleranzen genügen muß. Man hat für derartige Metalloberflächen Überzüge vorgeschlagen, die - obwohl sie im wesentlichen konstante Stärke besitzen - mit den Oberflächen reagieren bzw. in diese eindringen. Eine derartige Reaktion oder Oberflächeneindringung mag zwar an bestimmten Metalloberflächen keine kritische Bedeutung besitzen, sie kann jedoch äußerst unerwünscht werden an Oberflächen von Metallbauteilen, welche mechanischen oder thermischen Belastungen unterliegen: Die Bereiche der erwähnten Oberflächenreaktion bzw. -eindringung bilden dabei manchmal potentielle Fehler- bzw. Störstellen des Bauteils.

Andererseits sind auch Schutzüberzüge in Form von Lackierungen, insbesondere Einschichtlackierungen, auf Kunstharzbasis bekannt, die vorzugsweise im Wege der Elektrotauchlackierung mit elektrophoretischer Abscheidung und anschließender Wärmeaushärtung des Harzes hergestellt werden können. Aus W. Machu, »Elektrotauchlackierung«, (1974), S. 173/174 ist es in diesem Zusammenhang bereits bekannt, für derartige Schutzlackierungen Kunstharzlacke auf der Basis wasserlöslicher Acrylharze zu verwenden, die nach der elektrophoretischen Abscheidung zur Wärmebehandlung bei erhöhter Temperatur eingebrannt bzw. ausgehärtet werden. In diesem Zusammenhang ist es auf S. 178/179 des B iches »Elektrotauchlackierung« (1974) auch bekannt, dem Kunstharzlack für Dekorationszwecke, etwa zur Verwendung für Automobillackierungen, Pigmente einzulagern, und zwar beispielsweise Aluminiumpigment für die bekannten Metalleffektlackierungen. Das Pigment dient dabei im wesentlichen dekorativen Zwekken zur Erzielung eines bestimmten Aussehens und macht dieser Funktion aJs Pigment entsprechend nur einen verhältnismäßig geringen Anteil der Lackzusammensetzung aus.

Die Erfindung geht von diesen bekannten Schutzüberzügen auf Kunstharzbasis aus und betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines festhaftenden Schutzüberzugs auf einer Metalloberfläche, bei dem man elektrophoretisch einen Überzug aus Aluminiumpulver und einem in Wasser dispergierten wärmehärtenden Acrylharz auf die Oberfläche aufbringt und sodann die so überzogene Oberfläche zur Aushärtung des Acrylharzes erhitzt.

Ausgehend von diesen bekannten im Eintauchlakkierverfahren elektrophoretisch aufgebrachten Lacküberzügen soll durch die Erfindung ein Verfahren zum Aufbringen eines dünnen Schutzüberzugs auf einer Metalloberflache geschaffen werden, der bei guten Allgemeineigenschaften (guter Haftfestigkeit, guter Oberflächenbeschaffenheit und guter Oberflächenformwiedergabe auch bei komplizierten Formgebungen) vor allem eine hohe Korrosionsbeständigkeit besitzt, wie sie für hochbeanspruchte Teile, wie etwa Schraubverbindungen und andere Befestigungsorgane in Strahltriebwerken, erforderlich ist. Insbesondere soll der Schutzüberzug auch gegenüber galvanischer Korrosion durch Kontaktpotentiale bei Kontaktberührung des geschützten Gegenstandes mit anderen Gegenständen aus unähnlichen Metallen hochwirksam sein.

Zu diesem Zweck ist bei einem Verfahren der vorstehend genannten Art gemäß der Erfindung vorgesehen, daß die elektrophoretische Aufbringung des Aluminiumpulvers und Acrylharzes auf die Metalloberfläche aus einer wäßrigen Dispersion von 1 Teil Acrylharz und 1 bis 4 Teile Aluminiumpulver erfolgt.

Erfindungsgemäß findet somit ein Überzugsgemisch Anwendung, das einen gegenüber den bekannten Metalleffektlackierungen unvergleichlich höheren Anteil an Aluminium aufweist, der in gleicher Größenordnung wie der Kunstharzbestandteil liegen kann und sogar ein Vielfaches vonn diesem betragen kann. Infolge seines hohen Anteils an der Anstrichzusammensetzung wirkt der Aluminiumanteil nicht lediglich als Pigment für dekorative Zwecke, sondern trägt seinerseits zur Schutzwirkung, insbesondere gegenüber galvanischer Korrosion durch Kontaktpotentiale bei Berührung der geschützten Gegenstände mit Gegenständen aus unähnlichen Metallen bei. Die Anwen-

dung eines derartig hohen Aluminiumanteils in der Anstrichzusammensetzung und die Möglichkeit, eine derartige Antrichszusammensetzung auf elektrophoretischem Wege mit hoher Gleichmäßigkeit und Güte aufzubringen, ist überraschend, da metallische Pigmente generell zur Absetzung neigen und die Eintauchlackierverfahren mit elektrophoretischer Aufbringung der Anstrichzusammensetzung bekanntermaßen empfindlich gegen Inhomogenitäten der Eintauchbäder sind.

Das erfindungsgemäße Überzugsverfahren eignet sich besonders vorteilhaft zur Anwendung bei Gegenständen aus Stahl, aber auch aus einer Reihe anderer Metalle, beispielsweise Titan und Titanlegierungen sowie Superlegserungen auf Nickelbasis.

Die elektrophoretische Aufbringung des Acrylharzes und des Aluminiumpulvers auf die Oberfläche kann bei einem Potential zwischen 15 und 100 V, vorzugsweise bei 40 V durchgeführt werden.

Vorzugsweise erfolgt die elektrophoretische Aufbringung bei einer Stromdichte von nicht mehr als etwa 31 mA/cm² der zu überziehenden Metallfläche. Bei Durchführung der elektrophoretischen Aufbringung mit Stromdichten von mehr als 31 mA/cm² wurde eine stärkere Reißtendenz des abgeschiedenen Überzugs festgestellt.

Das Aluminiumpulver kann aus Aluminiumteilchen mit Durchmessern im Bereich von 5 μπι bis 10 μιη bestehen.

Die Aushärtung des Acrylharzes erfolgt vorzugsweise durch Erhitzung auf 190° C während 2 Stunden.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand eines Beispiels erläutert:

Ein Bolzen aus Stahl mit 12% Chrom wurde zunächst zur Reinigung 30 Sekunden lang in ein 150 g/l FeCl₃ und 60 g/l HCl enthaltendes Bad und anschließend 5 Minuten lang in eine auf 90° C gehaltene Entzunderungslösung getaucht.

Danach wurde der Bolzen in Wasser gespült und sodann in ein Bad der folgenden Gemischzusammensetzung getaucht:

50%ige wäßrige Lösung von Acrylharz 31 g Aluminiumpulvergranulat

mit Korngrößen von 5 bis 10 μιη 41,6g

Destilliertes Wasser 27,3 g

Der Wassergehalt des Bades wurde so eingestellt, daß das Gemisch eine Viskosität von 30 bis 40 Sekunden bei Messung mit einem B. S. 3900 Standardfließbecher Nr. 4 bei 20° C betrug.

Zwischen dem Bolzen und einer festen Kathode wurde ein elektrisches Potential von 40 V angelegt; der an positivem Potential liegende Bolzen wurde daher durch Elektrophorese mit dem Aluminium und Acrylharz überzogen. Während des Überziehverfahrens wurde der Strom zwischen der Kathode und dem Bolzen unter 500 mA gehalten.

In dem Maße, als sich der Überzug aus dem Harz und dem Aluminium auf der Bolzenoberfläche bildete und damit eine Isolierschicht auf dem Bolzen erzeugt wurde, fiel der Strom zwischen der Kathode und dem Bolzen allmählich ab, bis er nach 60 Sekunden praktisch auf Null gesunken war. Der Strom wurde sodann abgeschaltet, der überzogene Bolzen entnommen und mit Wasser gespült.

Sodann wurde der Bolzen an Luft 2 Stunden lang auf 190° C erhitzt, um das Harz auszuhärten. Bei Untersuchung des Bolzens wurde auf diesem ein Überzug mit einer im Bereich von ca. 0,010 bis ca. 0,015 mm variierenden Stärke festgestellt.

Der Bolzen wurde sodann hinsichtlich seiner Korrosionsbeständigkeit getestet. Er wurde zunächst 100 Stunden lang in eine Hydraulikflüssigkeit bei 20° C eingetaucht, anschließend 3 Stunden lang bei 70° C. Nach der Entnahme aus der Hydraulikflüssigkeit wurde der Bolzen untersucht, wobei keinerlei Beeinträchtigung des Überzugs und des Bolzens durch die Hydraulikflüssigkeit festgestellt wurde.

Sodann wurde der Bolzen 100 Stunden lang in ein Synthetikschmiermittel bei 20° C eingetaucht, anschließend 100 Stunden lang bei 150° C. Nach der Entnahme aus dem Schmiermittel wurde der Bolzen untersucht, wobei wiederum keinerlei Beeinträchtigung des Überzugs und des Bolzens durch das Schmiermittel festgestellt wurde.

Sodann wurde der Bolzen 100 Stunden lang bei 20° C dem BS 3900-Salzsprühtest unterworfen. Nach dem Spülen in Wasser und Trocknen wurde der BoI-zen untersucht, wobei wiederum keinerlei Beeinträchtigung des Bolzens oder des Überzugs durch das Sprühsalz festgestellt werden konnte.

Es wurde festgestellt, daß das erfindungsgemäße Verfahren sich besonders zum Überziehen von Befestigungsorganen wie beispielsweise Muttern und Schraubbolzen eignet, die korrosionsbeständig sein sollen und auch in Reibungsberührung mit anderen Körpern aus unähnlichen Metallen stehen. Der Überzug eliminiert im wesentlichen jegliche galvanische Korrosion zwischen dem Befestigungsorgan und dem unähnlichen Metall eines derartigen anderweitigen Körpers.

Es wurde ferner festgestellt, daß das erfindungsgemäße Überzugverfahren sich neben der obenerwähnten Anwendung bei Stahl zur Anwendung bei einer ganzen Reihe anderer Metalle eignet; besondere Beispiele sind Titan und dessen Legierungen sowie Superlegierungen auf Nickelbasis.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Erzeugung eines festhaftenden Schutzüberzugs auf einer Metalloberfläche, bei dem man elektrophoretisch einen Überzug aus Aluminiumpulver und einem in Wasser dispergierten wärmehärtenden Acrylharz auf die Oberfläche aufbringt und sodann die so überzogene Oberfläche zur Aushärtung des Acrylharzes erhitzt, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrophoretische Aufbringung des Aluminiumpulvers und Acrylharzes auf die Metalloberfläche aus einer wäßrigen Dispersion von 1 Teil Acrylharz und 1 bis 4 Teile Aluminiumpulver erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrophoretische Aufbringung des Acrylharzes und des Aluminiumpulvers auf die Oberfläche mit einem Potential zwischen 15 und 100 V, vorzugsweise bei 40 V, erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrophoretische Aufbringung bei einer Stromdichte von nicht mehr als 31 mA/cm² der zu überziehenden Metalloberfläche erfolgt.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Aluminiumpulver aus Teilchen mit Durchmessern im Bereich von 5 μιτι bis 10 μΐη besteht.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Aushärtung des Acrylharzes durch Erhitzen auf 190° C über 2 Stunden erfolgt.