DE2654667A1 - Leichtmetall-verbundwerkstoff - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft aus Metall und Kunststoff bestehende Verbundwerkstoffe, vor allem solche, bei denen ein Grundmetall oder eine Grundlegierung, deren Korrosionsfestigkeit sich in manchen Fällen als ungenügend erweist, mit einem Kunststoff überzogen ist, der das Metall vor zumindest der Korrosion schützt und/oder es mit einer anderen Metallschicht verbindet; der Verbundwerkstoff weist zusätzlich eine oder mehrere Oberflächenschichten aus Metall auf, deren Eigenschaften allgemein von denen des Grundmetalls verschieden sind und sie ergänzen, vor allem auf dem Gebiet der Korrodierbarkeit unter den Gebrauchsbedingungen des aus dem Verbundwerkstoff hergestellten Gegenstandes; die äußerste Metallschicht ermöglicht außerdem das Ansehen oder Erscheinungsbild des Verbundwerkstoffes erheblich zu verbessern.

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Das Problem des Schutzes von Metallen gegen Korrosion ist ebenso alt wie die Metallverarbeitung selbst, stellt sich aber vor allem im Lauf der letzten Jahrzehnte mit zunehmender Schärfe, weil die Bedingungen, denen die aus Metall gefertigten Gegenstände unterworfen werden, zunehmend strenger werden. Hierzu gehören die korrodierende Atmosphäre von Industriegegenden, die zunehmende Verbreitung von Streusalz beim Schneeräumen auf Straßen u„a.m. In den meisten Fällen und seit sehr langer Zeit bemüht man sich, die Mittel zur Abwehr der Korrosion mit den Erfordernissen der Dekoration in Einklang zu bringen, indem man die Metalle mit Lacken, Anstrichen und Kunststoffüberzügen aller Art versieht. Es ist aber bekannt, daß die Wirksamkeit und die Widerstandsfähigkeit dieser verschiedenen Schutzmittel je nach den Metallen, die damit behandelt werden, sehr verschieden ist. Vor allem bei Leichtmetallen wie Aluminium und vor allem Magnesium treten in dieser Hinsicht sehr schwierige Probleme auf, die auf der besonderen Empfindlichkeit der Leichtmetalle gegenüber bestimmten Arten der Korrosion sowie der Ausbildung von Oxidschichten an der Luft, die sich nachteilig auf die Haftung der gebräuchlichen Schutzschichten auswirken, beruhen. Dies hat zu einer starken Einschränkung der Verwendung der Leichtmetalle vor allem dort geführt, wo sie aufgrund ihrer mechanischen Eigenschaften und ihres geringen Gewichtes geschätzt werden.

Unabhängig von der mehr oder weniger guten Haftung reichen die Abriebfestigkeit und die Verschleißfestigkeit der Kunststoffüberzüge in den meisten Fällen nicht aus, so daß sich das Erscheinungsbild ziemlich schnell verschlechtert und die Schutzwirkung gegenüber dem darunterliegenden Metall zunehmend nachläßt. Außerdem leiden manche Kunststoffüberzüge unter dem Nachteil, daß sie aufgrund der elektrostatischen Aufladung Staub festhalten; andere altern schnell und sind brennbar und verbrennen schnell.

^bisherigen

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Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, diese bekannten Nachteile zu überwinden. Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß man den Kunststoffüberzug des darunterliegenden Metalls mit einer Metallisierung der Außenseite des Kunststoffüberzugs kombiniert.

Gegenstand der Erfindung sind Verbundwerkstoffe, die aufgebaut sind aus einem Körper aus Leichtmetall wie Aluminium, Magnesium, Zink und deren Legierungen als Hauptkomponente, einem dünnen Überzug auf diesem Grundkörper in einer Stärke von mindestens 40 /um aus einem kautschukartigen, wärmehärtbaren oder thermoplastischen Kunststoff sowie einer an der Außenseite der Kunststoffschicht haftenden Metallschicht in einer Stärke von mindestens 1 /um.

Als Kunststoff kommen allgemein alle bekannten kautschukartigen, thermoplastischen oder wärmehärtbaren Kunststoffe infrage. Bevorzugt wird der Kunststoff in Abhängigkeit von dem Medium und den Bedingungen des Gebrauchs des fertiggestellten Erzeugnisses ausgewählt. Infrage kommen beispielsweise elektrisch isolierende Kunststoffe, Kunststoffe, die vollständig undurchlässig sind für Flüssigkeiten wie Wasser oder Kohlenwasserstoffe, schalldämmende Kunststoffe oder nicht brennbare oder selbstverlöschende oder auch wärmeleitende Kunststoffe.

Der Kunststoffüberzug kann durch Aufbringen von mindestens zwei aufeinanderfolgenden Schichten erzeugt werden; dabei wird die dem Grundmetall unmittelbar benachbarte Schicht im Hinblick auf ihre gjte' Haftung ausgewählt und die weitere Schicht im Hinblick auf eine der angestrebten, soeben aufgezählten Eigenschaften.

Es hat sich gezeigt, daß eine am Metall haftende Kunststoffschicht die mechanischen Eigenschaften dieses Metalls erheblich verbessern kann. Beispielsweise weist ein Prüfkörper mit Querschnitt 2 χ 12 mm aus einer Magnesiumlegierung eine Zug-

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festigkeit^ von 17 hbar auf, die durch Aufbringen eines Polypropylen-Überzugs in einer Schichtstärke von 60 /um um 12 % zunimmt.

Die Metall-Außenschicht wird unter Berücksichtigung der Beschaffenheit der Kunststoffschicht, an der sie haften soll, in erster Linie im Hinblick auf chemische oder mechanische Korrosionsfestigkeit ausgewählt. Besonderer Wert wird auf die Widerstandsfähigkeit gegenüber chemischen Mitteln, Härte und Glanz nach dem Auftrag gelegt. Nickel und Chrom gehören zu den Metallen, die sich am besten eignen, jedoch werden in manchen anderen Fällen andere Metalle bevorzugt. Die äußere Metallschicht kann aus mehreren aufeinanderfolgenden metallischen Einzelschichten bestehen; dabei wird die letzte und äußerste Schicht im Hinblick auf die angestrebten Eigenschaften hinsichtlich Widerstand gegenüber den von außen einwirkenden Mitteln und die erste Schicht im Hinblick auf ihre Haftungseigenschaften gegenüber dem verwendeten Kunststoff ausgewählt.

Die äußere Metallschicht wirkt gegebenenfalls dekorativ; vor allem aber schützt sie wirksam die darunterliegende Kunststoffschicht gegen chemische Einwirkungen sowie gegen Oberflächenveränderungen, die auf Wärmeeinwirkung oder mechanischer Einwirkung beruhen, wie Stöße, Wärmeschocks, Rillenbildung durch Reiben mit einem rauhen Gegenstand oder mit in einem fließfähigen Medium suspendierten Staubpartikeln, mit denen der Überzug in Berührung tritt.

Es hat sich gezeigt, daß durch Metallisieren eines Kunststoffes, wobei eine sehr dünne Metallschicht aufgebracht wird, die mechanischen Eigenschaften des Kunststoffs alleine erheblich verbessert werden; diese Verbesserung läßt sich von dem Vorhandensein einer so dünnen Metallschicht, die alleine keine brauchbaren mechanischen Eigenschaften besitzt , nicht herleiten. Beispielsweise zeigt sich beim Vergleich der Zug-

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festigkeiten eines Prüfkörpers aus Polypropylen und eines gleichartigen Prüfkörpers überzogen mit einer 60 /um starken Kupferschicht und darauf einer 15 /um starken Nickel-

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schicht, daß die Zugfestigkeit von 280 auf 410 kg/cm an-

steigt, der Biegemodul von 17 500 auf 91 000 kg/cm zunimmt die Temperatur der Verformung unter Last von 105 auf 163°C steigt.

Die erfindungsgemäße Kombination aus Grundkörper, Kunststoffschicht und metallische Oberflächenschicht führt zu einem Verbundwerkstoff, dessen Außenschichten unerwartete mechanische Eigenschaften besitzen; diese ermöglichen zusammen mit der Schutzwirkung für das Grundmetall gegen Korrosion und dem gegebenenfalls auftretenden dekorativen Effekt die Verwendung derartiger Verbundwerkstoffe bzw«, daraus gefertigter Erzeugnisse unter solchen Bedingungen, für die das geringe Gewicht des Metalls geschätzt wird, jedoch die Korrodierbarkeit durch chemische Einwirkungen oder mechanische oder thermische Wirkungen die Verwendung des Leichtmetalls weder als solches noch lediglich mit einem Kunststoffüberzug zulassen.

Die Kombination Grundkörper - Kunststoffschicht - metallische Oberflächenschicht ermöglicht es, bei der Auswahl der Beschaffenheit des Metalls und der Abmessungen des Grundkörpers Überlegungen hinsichtlich Korrosion oder dekorativer Effekt außer Acht zu lassen und die Auswahl vor allem danach zu treffen, welchen Kräften das fertige Erzeugnis bzw. der Verbundwerkstoff im Verlauf der notwendigen Formgebungsschritte unterworfen wird, jedoch unter Berücksichtigung der Verbesserungen, die die Kunststoffschicht kombiniert mit der metallischen Oberflächenschicht im Hinblick auf den Grundkörper bewirken. Diese Verbesserungen können sehr bedeutend sein und sogar"überwiegen, wenn der Grundkörper eine geringe Stärke aufweist, beispielsweise wenn es sich um eine dünne Aluminiumfolie handelt.

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Zum Aufbringen der Kunststoffschicht werden die allgemein bekannten Verfahren angewandt, mit deren Hilfe ein haftender Überzug des in Betracht gezogenen Kunststoffes auf dem in Betracht gezogenen Grundmetall bewirkt wird. Diese Verfahren sehen meist eine Oberflächenreinigung des Grundkörpers vor, bei der die Fettstoffe und Oxide entfernt und die Oberflächen aufgerauht werden. Zur Behandlung gehört weiter das Aufbringen des Kunststoffes. Schmilzt der Kunststoff bei mäßiger Temperatur, so kann man den Grundkörper, heiß oder kalt, in den geschmolzenen Kunststoff eintauchen. Man kann auch feine Teilchen aus geschmolzenem Kunststoff aufspritzen. Schließlich kann man auch Peststoffteilchen aufspritzen oder Aufbringen aus einem Material, das unter der Einwirkung der Zeit oder eines Polymerisationsmittels, gegebenenfalls kombiniert mit einem Beschleuniger oder einem Härter, mit oder ohne Erhitzen des Körpers zum Polymerisieren gebracht wird. Hierzu verwendet man zweckmäßigerweise Pulver mit geringer Korngröße im Bereich von beispielsweise 30 bis 250 /um.

Die metallische Außenschicht wird mit Hilfe eines der gebräuchlichen Verfahren zum Aufbringen dünner Schichten aus Metall erzeugt. Infragekommen Verfahren der chemischen oder elektrochemischen Abscheidung oder auch der Vakuummetallisation .(Aufdampf en ).

Die folgenden Beispiele dienen zur näheren Erläuterung der Erfindung ₀

Beispiel 1

Ein Profil aus einer Aluminiumlegierung wurde zunächst mit Trichloräthylen entfettet und dann mit Natronlauge behandelt. Darauf hielt man es 20 s bei Raumtemperatur in einem Ofen mit Zwangumlauf, wo im elektrostatischen Feld ein wärmehärtbares Epoxyharzpulver aufgebracht wurde. Nun wurde das pulverbeschichtete Profil 30 min bei 190⁰C gehalten. Der entstandene

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Kunststoffüberzug hatte eine Stärke von etwa 150 /um. Das kunststoffüberzogene Profil wurde anschließend entfettet, gespült und hintereinander angeätzt in Bädern enthaltend Ammoniumpersulfat, 10 %ige Schwefelsäure bzw. 23 S&Lge Salzsäure. Darauf wurde ein Leitlack aufgebracht und mit 20 %iger Schwefelsäure behandelt; schließlich wurde elektrolytisch ein relativ dicker Kupferüberzug abgeschieden.

Beispiel 2

Auf ein Werkstück aus einer Aluminiumlegierung wurde zunächst eine 0,2 mm starke Polyamid-11-Schicht aufgebracht und dann in einer Kammer bis zu einem Restdruck von 10 ^Torr eine Aluminiumfolie (Reinheitsgrad 99,9 %) auf das Werkstück unter der Einwirkung eines Hochfrequenzinduktors zerstäubt. Das zerstäubte Aluminium bildete auf der Kunststoffschicht einen glänzenden, etwa 200 nm starken Film.

Beispiel 5

Auf ein tiefgezogenes Aluminiumstück wurde eine 0,06 mm starke Acetalharz-Schicht aufgebracht und dann 3 min in einem Nickelbad von 40 C bei einer Anoden-Stromdichte von 1,7 A/dm elektrolysiert. Nach dem Abspülen wurde gemäß einem bekannten Verfahren eine 20 /um Kupferschicht, dann eine 9 /um Nickelschicht und schließlich eine 0,2 /um Chromschicht aufgebracht.

Beispiel 4

Es wurden mehrere durch Druckguß erhaltene Werkstücke aus der Magnesiumlegierung AZ 91 (AFNOR NF 01 002) erfindungsgemäß überzogen. Zur * ein Teil der Werkstücke 5 min mit Trichloräthylendampf bei 50⁰C und anschließend 5 min mit Lauge bei 70°C entfettet und der andere Teil der Werkstücke entsprechend der britischen Norm UK CTD 911 bei 70⁰C anodisch fluoriert.

•^Vorbereitung wurde

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Auf die so behandelten Werkstücke wurde mit einer Sauerstoff -Acetylen-Pistole Polypropylenpulver aufgespritzt« Je nach Spritzzeit oder der Anzahl der aufgebrachten Schichten erhielt man Überzüge in einer Stärke von 0,4 mm bis zu mehreren mm.

Auf die kunststoffbeschichteten Werkstücke wurde anschließend eine 200 /um Kupferschicht und schließlich eine 18 /um Nickelschicht aufgebracht.

Patentanspruch

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Claims (1)

1. DU. ING. F. WITESTIIOFF

   I)H. E. ν. PEOHMANN DU. ING. D. BEHRENS DIPL. ING. R. GOETZ

   PATENTANWÄLTE

   8 MÜNCHEN SCIIWEIGERSTHASSE TKLKFON (080) 00 20 öl TELKI S 2* 070

   ΡΠΟΤΕΟΤΡΑΤΚΝΤ ΜϋϊίΟΠΚΝ

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   Patentanspruch

   Verbundwerkstoff aufgebaut aus einem Leichtmetall-Grundkörper, einer haftenden dünnen Schicht von mindestens 40 /um aus wärmehärtbarem oder thermoplastischem Kunststoff und darauf mindestens einer zumindest 1 /um starken Met alls chicht„

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   ORIGINAL INSPECTED