DE2660293C2

DE2660293C2 - Metallsubstrat mit einem Gleitmittelauftrag und ein Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE2660293C2
Application number: DE2660293A
Authority: DE
Inventors: David L. Greeneville Tenn. Dollar; Robert L. Muncie Ind. Hurst; Addison B. Muncie Ind. Scholes
Original assignee: Ball Corp
Current assignee: Ball Corp
Priority date: 1975-04-22
Filing date: 1976-04-21
Publication date: 1984-11-08
Also published as: AU500959B2; JPS5516706B2; FR2308425A1; IT1065335B; FR2308425B1; AU1313476A; GB1549711A; JPS51145543A; NL7604161A; ES447236A1; DE2617660A1; CA1086576A; BR7602382A; DE2617660C2

Description

Bei der Herstellung von Metalldosen und dergleichen Gegenständen ist es oft erforderlich, geringe Mengen eines Gleitmittels auf die Oberfläche der Metallhalbzeuge (wie beispielsweise Bleche und Streifenmaterial) aufzubringen, bevor man das Halbzeug lagert und weiter formt (beispielsweise durch Gesenke führt). Wird vor der Formungsbehandlung kein Gleitmittel aufgebracht, können die Gesenke und Stempel stark verkratzt werden, so daß ihre Standzeit abfällt. Ohne Gleitmittel erhält man oft verzerrte und fehlerhafte Gegenstände.

Metallflächen werden oft mit geeigneten Ziereffekten verarbeitet, wobei die dekorierte Metalloberfläche unmittelbar nach dem Aufbringen des Ziereffekts mit einem Gleitmittel versehen wird. Auch hier ist das Gleitmittel erforderlich, damit der Hersteller das Effektblech bzw. Halbzeug in Stanzmaschinen weiter verformen kann, ohne dabei die Gesenke oder Stempel zu beschädigen oder Ausschuß zu produzieren. In allen Fällen ist erforderlich, das Gleitmittel in einer ziemlich genau kontrollierten Menge aufzubringen und gleichmäßig auf der Metalloberfläche zu verteilen, da ein übermäßiger und/oder ungleichmäßiger Auftrag oft zu weiteren Schwierigkeiten führt. Beispielsweise verschwendet man mit einer übermäßigen Wachsschmierung nicht nur Material; das Gleitmittel kann sich auch auf den formenden Werkzeugflächen ansammeln und/oder zu einem Aneinanderheften der mit dem Gleitmittel versehenen Teile führen, wenn sie einander berühren.

Gleitmittel werden üblicherweise auf Metalloberflächen von Blechen und Streifen aufgebracht, indem man das Halbzeug durch ein mit organischen Gleitmitteln gesättigtes Lösungsmittelbad führt Beim Austreten aus dem Bad verdampft das Lösungmittel, so daß das organische Gleitmittel als dünne Filmartige Schicht auf der Metalloberfläche verbleibt Wesentliche Nachteile dieses herkömmlichen Verfahrens sind die gefährlichen und oft giftigen Lösungsmittel (dämpfe) und die erheblichen Kosten der Bevorratung großer Lösungsmittelmengen und der Herstellung und Aufbringung der Lösungsmittellösung. Man hat bisher vergebens versucht, das herkömmliche Lösungsbadverfahren in Anpassung an die tatsächlichen Arbeitsbedingungen zu verbessern. Bis heute wird deshalb hauptsächlich nach dem aufwendigen und gefährlichen Lösungsmittelbadverfahren beschichtet

Man hat bereits versucht, das Gleitmittel auf Metallsubstrate nach elektrostatischen Ablagerungsverfahren aufzubringen und hierfür in einigen Metallfertigungsanlagen mit erheblichem Kostenaufwand elektrostatische Anlagenteile errichtet; diese Versuche mußten jedoch allesamt zugunsten herkömmlicher Lösungsmittelbäder und/oder Aufspritzverfahren aufgegeben werden. Die Nachteile der bisherigen Verfahren mit elektrostatischem Gleitmittelauftrag sind u. a. folgende:

(1) Ein Vorrat von oftmals großen Gleitmittelteilchen bedingt, daß die Teilchenbewegung von Schwerkrafteinflüssen beeinträchtigt wird und/oder der Auftrag örtlich zu Gleitmittelüberschüssen führt.

(2) Die Teilchen werden mit erheblichen Geschwindigkeit physikalisch durch eine Ionisierungszone zwischen zwei geladenen Elektroden getrieben, so daß nicht alle Teilchen Ladung annehmen bzw. nicht alle Teilchen gleichmäßig geladen werden.

(3) Die Teilchen werden in einem geschlossenen vertikalen Metallgehäuse auf ein vertikal durchlaufendes Blech getrieben; gewöhnlich ist das Gehäuse auf das gleiche Potential wie das Blech geerdet und enthält gegebenenfalls zusätzlich zur Umluft ein elektrisches Isoliermaterial. Ein waagerecht laufendes Blech kann danach nicht bearbeitet werden.

(4) Durch einen zweiten, aufwärts gerichteten Luftstrom oder die sogenannten Ventilationseffekte werden noch nicht haftende Teilchen vertikal aufwärts in eine ausgedehnte Ablagerungszone getragen, wo auf die gleiche Polarität wie die Teilchen geladene Reflektorelektroden ein elektrisches Feld aufbauen, um die Teilchen (falls geladen) auf das Blech zu drücken.

Derartige Anlagen sind übermäßig hoch und von übermäßigem Gewicht. In einer praktischen Werksumgebung arbeiten sie nicht plangemäß. Eine gleichmäßige Verteilung von festen winzigen Gleitmittelteilchen, die nicht miteinander verschmolzen sind, wurde danach auf Metallsubstraten nicht erreicht.

Zur Schaffung eines Schutzüberzugs auf Metallblechen oder Metallbändern wird nach dem Verfahren der DE-OS 20 46 653 vorgeschlagen, über die Kaltwalzen eine gleichzeitig die Walzen schmierende Flüssigkeit aufzutragen und durch Einwirkung von beschleunigten Elektronen, Röntgen- oder Gammastrahlen unter Bildung eines festen Überzugs zu polymerisieren. Dabei ist

weder die Aufbringung eines Materials in Form von Teilchen vorgesehen noch wird ein Auftrag aus diskreten beabstandeten Teilchen geschaffen. Der zunächst aufgetragene Ölfilm ist ebenso zusammenhängend wie der nach Härten entstandene feste Überzug.

Aus der US-PS 34 68 701 ist es bekannt, das Blocken von Aluminiumblechen dadurch zu verhindern, daß auf deren Oberfläche ein Ester einer höheren gesättigten Fettsäure mit mindestens 16 Kohlenstoff atomen und eines Hexitols, Hexitans oder Hexids mit 2 bis 4 Fettsäuregruppierungen pro Molekül aufgebracht wird. Die Aufbringung geschieht nach üblichen Auftragungstechniken, beispielsweise aus einer Lösung, die aufgebürstet, aufgewalzt oder aufgesprüht werden kann. Ein Auftrag aus gegenseitig beabstandeten Gleitmittelteilchen ist demgegenüber nicht vorgesehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Metallsubstrat mit einem elektrostatisch aufgebrachten Glcitmiltelauftrag bereitzustellen, das eine gleichmäßige Verteilung von bei Raumtemperatur feston kugelförmigen Einzelteilchen mit kleinem Durchmesser aufweist die nicht miteinander verschmolzen sind.

Außerdem wurde ein einfaches, wirtschaftliches und unter tatsächlichen Produktionsbedingungen durchführbares Verfahren zum gleichmäßigen und wirkungsvollen Auftrag eines Gleitmittels auf ein Metallsubstrat, wie ein Metallblech oder Metallband, angestrebt, mit dem die Metallsubstrate mit dem oben gekennzeichneten Gleitmittelauftrag vorzugsweise versehen werden können.

Die Aufgaben werden durch das in Anspruch 1 angegebene Metallsubstrat mit der bevorzugten Ausbildung nach Anspruch 2 und durch das Verfahren nach Anspruch 3 gelöst, wobei bevorzugte Ausgestaltungen dieses Verfahrens Gegenstand der Ansprüche 4 und 5 sind.

Die Erfindung führt insbesondere zu einem Metallsubstrat, das auf einer Oberfläche mit Gleitmittelteilchen beschichtet ist, die abgelagert wurden, während die Teilchen elektrisch so geladen waren, daß sie einander abstießen, so daß die Teilchen im wesentlichen auf der Oberfläche seitlich beabstandet zueinander angeordnet sind.

Das Metallsubstrat kann ein aufrollbares Blechband sein.

F i g. 1 ist eine schematisierte Darstellung eines bevorzugten Verfahrens zum Auftragen feiner Gleitmittelteilchen auf ein Metallsubstrat;

F i g. 2 ist eine Photographic, die die Dichte und im wesentlichen gleichmäßige Verteilung fester Teilchen aus Gleitmittel auf einem Metallsubstrat aus Weißblech zeigt, die sich ausbildete, während das Weißblech mit 91,5 m/min durch eine Auftragsvorrichtung lief und dieser 1,42 m³ Luft pro Stunde zur Erzeugung eines Nebels zugeführt wurde, der langsam in das nichtleitfähige Auftraggehäuse wanderte;

F i g. 3 ist eine Photographie, die feste Kügelchen aus abgelagertem Gleitmittel auf Weißblech zeigt, wobei das Blech durch eine Auftrag vorrichtung mit 13,7 m/min bewegt und den Nebelerzeugern der Vorrichtung 1,42 m²/h Luft zugeführt wurden.

Mit der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine bisher unbekannte Form eines mit einem Gleitmittel versehenen Metallsubstrats zu erreichen, vorzugsweise mit einem Verfahren, das billig und betriebssicher ist, während es überlegene Auftragsergebnisse erbringt. Man erhält saubere Werkzeugoberflächen, braucht weniger Gleitmittel pro Flächeneinheit und reduziert die Neigung des Aneinanderhaftens der mit dem Gleitmittel versehenen Oberflächen.

Die Erfindung gibt ein Verfahren an, nach dem sich im wesentlichen gleichmäßige flüssige Gleitmittelteilchen bilden lassen, die in ihrer Mehrzahl gleichmäßig groß sind und im Mittel einen Durchmesser der Größenordnung von 1 μΐη haben, um zu gewährleisten, daß die resultierende Nebelwolke aus Teilchen (Kügelchen infolge der Oberflächenspannung) vollständig in der Luft schwebt, wobei die sich ergebende Teildienbewegung im wesentlichen unabhängig von auf die Teilchen wirkenden Schwerkrafteinflüssen ist Das Verfahren verwendet ein im wesentlichen elektrisch nichtleitfähiges Gehäuse, so daß man elektrostatische Kräfte eliminiert die unter Umständen Teilchen zu den Gehäusewänden hin und nicht zum leitfähigen Substrat ziehen können. In dem nichtleitfähigen Gehäuse wird ein geladenes Plasma aus Umluft-Gasmolekülen aufrechterhalten, indem eine hohe Spannung zwischen dort angeordneten Elektroden und das ieitfähige Metallsubstrat (nicht aber zwi- sehen zwei Elektrodengruppen) gelegt wird.

Die in der Luft schwebende Nebelwolke aus Kügelchen kann in den Plasmabereich driften, wo Mehrfachkollisionen zwischen den ionen die verhältnismäßig größeren Kügelchen in einem verhältnismäßig langsamen Ladevorgang aufladen; während die Aufladung einem Gleichgewichtszustand zustrebt nehmen sämtliche verfügbaren, gleichmäßig großen Kügelchen im wesentlichen die gleiche elektrische Ladung auf. Die Kügelchen werden dann gleichmäßig zum Metallsubstrat hin ange zogen und verteilen sich dort gleichmäßig. Da dieser Vorgang im stetigen Zustand im wesentlichen 100% effektiv ist bestimmt sich die prozentuale Bedeckung der Metalloberfläche primär aus der vom Plasma gelieferten Kügelchenmenge und der Bewegungsgeschwin- digkeit des Metallsubstrats (bzw. seiner Verweilzeit in der nichtleitfähigen Auftragkammer). Die nichtleitfähige Auftragskammer kann zu längsgerichteten Abschnitten unterteilt sein, um die Gleichmäßigkeit der Abdekkung quer zum Metallsubstrat zu kontrollieren. Jedem dieser längsgerichteten Abschnitte ist ein individuell steuerbarer Teilchengenerator zugeordnet und spezielle querverlaufende Kanäle dienen als Strömungsverbindung zwischen den Teilchenerzeugern und den Abschnitten der A. uftiagkammer.

Es ist zweckmäßig und vorteilhaft, wenn die geschmolzenen Gleitmittelteilchen zu kugelförmigen Teil chen umgebildet und abgekühlt werden, bevor sie auf das Metallsubstrat gelangen.

Das ist besonders vorteilhaft auszuführen, wenn eine elektrische Koronaentladung durch Anlagen einer Spannungsdifferenz zwischen Metallsubstrat und beabstandeten Elektroden erzeugt und ein Plasma aus elektrisch geladenen Umluft-Gasmolekülen zwischen Substrat und Elektroden geschaffen wird, die gleichsinnig wie die Elektroden geladen sind, wenn die kugelförmigen Flüssigkeitsteilchen des Nebels in das Plasma driften gelassen werden, wo sie mit geladenen Umluft-Gasmolekülen mehrfach kollidieren und eine gleichsinnige elektrische Ladung annehmen, bis im wesentlichen alle Kügelchen einen im wesentlichen maximal gleichgeladenen Zustand annehmen, und die geladenen Kügelchen nur durch elektrostatische Kräfte zur entgegengesetzt geladenen Metallsubstratoberfläche bewegt und gleichmäßig über der Substratfläche verteilt und aufgebracht werden, wobei die prozentuale Bedeckung des Substrats durch die in das Plasma gedriftete Anzahl Kügelchen und die Geschwindigkeit des durch das Gehäuse laufenden Metallsubstrats eineestellt wird.

Erfindungsgemäß ist eine vollständige Bedeckung des Metallsubstrats mit dem Gleitmittel nicht erforderlich und nicht erwünscht, vielmehr wird nur eine gleichmäßige Verteilung der Gleitmittelkügelchen auf dem Metallsubstrat angestrebt.

Während alle bisherigen Versuche eines elektrostatischen Gleitmittelauftrags mit einem vertikal ausgerichteten Blech arbeiteten, um die Schwerkraft zum Sammeln überschüssigen Gleitmittels und dessen Rückführung an den Teilchengenerator zur erneuten Verwendung zu nutzen, ist man erfindungsgemäß nicht an eine spezielle Orientierung des Blechs gebunden; vielmehr läuft in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung das Metallsubstrat waagerecht durch das Gehäuse.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren zum elektrostatischen gleichmäßigen Auftragen von Gleitmittelteilchen auf ein leitfähiges Substrat wird ein Gleitmittel, das bei Raumtemperatur fest ist, zu einer Flüssigkeit erwärmt. Der Ausdruck »Gleitmittel« soll hier niedrigschmelzende organische Mischungen oder Verbindungen mit verhältnismäßig hohem Molekulargewicht bezeichnen, die normalerweise bei Raumtemperatur fest und in der Zusammensetzung Fetten und Ölen ähnlich sind. Obgleich diese Definition Kohlenwasserstoffe und insbesondere die paraffinischen Kohlenwasserstoffe umfaßt, gilt sie auch für andere Verbindungen wie Ester, Fettsäuren und Alkohole. Im allgemeinen sind solche Substanzen nichttoxisch und frei von unangenehmen Gerüchen oder Färbungen. Diese Gleitmittel sind im allgemeinen brennbar und haben gute dielektrische Eigenschaften. Die natürlichen Gleitmittel sind u. a. Bienenwachs, Lanolin, Schellackwachs, Carnaubawachs, Erdölwachse, einschließlich Paraffin, mikrokristalline Wachse und Vaseline. Die synthetischen Wachse sind u. a. äthylenische Polymerisate und Polyolätherester, einschließlich der Polyäthylenglykole und Methoxypolyäthylenglykole und Sorbit, chlorierte Naphtaline und verschiedene, synthetisch hergestellte Kohlenwasserstoffe, wie sie beispielsweise nach dem Fischer-Tropsch-Verfahren erhalten werden.

Günstig ist es, wenn in einem Vernebler eine Vielzahl von Tröpfchen ausgebildet wird, die zu einem Nebel aus Flüssigkeitströpfchen mit einer durchschnittlichen Größe kleiner als 10 μΐη gefiltert werden, die Tröpfchen langsam in eine Auftragkammer aus nicht leitfähigem Werkstoff wandern gelassen und im wesentlichen darin gleichmäßig verteilt und regellos umher bewegt werden, das zu beschichtende Metallsubstrat durch die Kammer geführt und die Tröpfchen fortwährend in bezug auf das leitfähige Metallsubstrat aufgeladen werden, bis sie zum Substrat hin beschleunigt werden und auf mindestens einer Oberfläche des Substrats eine im wesentlichen gleichmäßige und regellose Verteilung der Tröpfchen ausbilden. Die Gleitmittelteilchen können vor der Zerstäubung zu feinen Teilchen zweckmäßigerweise erwärmt werden.

Das flüssige Gleitmittel wird dann in einer Luftdüse zu einem schwelenden Nebel aus Tröpfchen aufgeschert, die abwärts auf einen unter ihnen befindlichen Flüssigkeitsvorrat gerichtet werden. Größere Tröpfchen werden durch die Schwerkraft, Prallkörper, Luftströmungskräfte und Trägheitseffekte aus der Luftströmung herausgefiltert, so daß man nur eine Nebelwolke aus extrem kleinen, im wesentlichen gleichmäßig großen kugelförmigen Teilchen zurückbehält, von denen die Mehrzahl einen durchschnittlichen Durchmesser in der Größenordnung von 1 μΐη aufweist und die im wesentlichen unbeeinflußt von der Schwerkraft bleiben. Diese Nebelwolke läßt man dann zu einem im Längsrichtung aufgeteilten Gehäuse driften, das zweckmäßigerweise elektrisch nichtleitfähig ist und eine Vielzahl von Elektroden enthält. Koronaentladungen von den Elektroden infolge einer zwischen ihnen und dem Metallsubstrat aufrechterhaltenen Potentialdifferenz verwandeln die Atmosphäre im Gehäuse zu einem Ionenplasma, d. h. geladenen Molekülen der Umluftgase. Der

ίο Nebel aus Gleitmitteltkügelchen wird in das Plasma als wandernde Wolkenschicht eingeführt, in der jedes Teilchen regellos sich bewegen, mit Ionen im Plasma kollidieren und auf diese Weise von den verhältnismäßig kleineren Ionen Ladung übernehmen kann. Infolge der verhältnismäßig langsamen regellosen Bewegung und der gleichmäßig geringen Größe der Teilchen nehmen sie schließlich alle eine im wesentlichen gleichmaximale elektrische Ladung auf, die zu elektrostatischen Kräften führt, die die Teilchen gleichmäßig auf dem durch die unterteilte nichtleitfähige Kammer laufenden Metallsubstrat verteilen, so daß man eine gleichmäßige und im wesentlichen regellose Verteilung von Gleitmittelteilchen auf mindestens einer Oberfläche des Metallsubstrats erhält. Es ist zweckmäßig, wenn die Gleitmittelkügelchen zum Festzustand ein »frieren«, bevor sie auf der Metalloberfläche verteilt werden. Die Gleichmäßigkeit der Verteilung der Kügelchen auf der leitfähigen Substratoberfläche ist gewährleistet, da die Teilchen gleichmäßig klein sind und ziemlich langsam und lange genug in der nichtleitfähigen Kammer umherdriften, daß sie eine gleichmäßige maximale elektrische Ladung aufnehmen, die ausreicht, um sie am Metallsubstrat haften zu lassen, während sie gleichzeitig einander abstoßen, so daß die Teilchen nicht miteinander verschmelzen können. Weiterhin unterbindet die Längsaufteilung des nichtleitfähigen Gehäuses eine nicht regellose Bewegung der Teilchen bezüglich der Ebene des Metallsubstrats. Da dieser Vorgang im wesentlich hundertprozentig wirksam ist, hängt die prozentuale Bedeckung des Metallsubstrats mit den winzigen Gleitmittelteilchen nur von der der Kammer zugeführten Teilchenmenge und der Relativgeschwindigkeit des Substrats (und somit seiner Verweilzeit im Gehäuse) ab und ist deshalb gut zu steuern.

Eine zweckmäßige Vorrichtung zum Auftragen des Gleitmittels nach dem erfindungsgemäßen Verfahren und zur Schaffung eines mit Gleichmittelauftrag versehenen Metallsubstrats wird in dem Deutschen Patent 26 17 660 mit gleichem Zeitrang beschrieben und beansprucht. Auf eine solche Vorrichtung wird hier Bezug genommen.

Es soii nun anhand der F i g. 1 die Funktionsweise der Auftragung nach der Erfindung erläutert werden. Ein Metallsubstrat 50 aus einem geeigneten Werkstoff, wie beispielsweise Aluminium, Eisen, Stahl, Kupfer, Zinn oder deren Legierungen, wird mit den Riemen 129, die über die Breite der Vorrichtung verteilt sind, durch die Vorrichtung und insbesondere durch die Auftragkammer 51 geführt Das Substrat durchläuft die Auftragvorrichtung mit einer beliebigen geeigneten Geschwindigkeit — beispielsweise 14 m/min bis zu 92 m/min oder auch mehr. Der Schlitz, durch den die Riemen 129 und das Substrat 50 in die Auftragkammer 51 einlaufen, ist verhältnismäßig klein, um die Gleitmittelkügelchen im wesentlichen vollständig in der Kammer 51 zu halten. Während das Substrat durch die Vorrichtung läuft, wird Druckluft an jede der Verteilerleitungen 95, 99 für die oberen und unteren Nebelerzeuger 61 bzw. 73 gelegt

Die Druckluft wird dann durch die Venturivernebler 67 in den oberen Nebelerzeugern geleitet, so daß flüssiges bzw. verflüssigtes Gleitmittel aufwärts in die Speiseleitungen 69 und von dort in die Hülse der Venturidüsen 67 gezogen wird. Die auf diese Weise gebildeten Tröpfchen werden abwärts in den oberen Teil des Vorratsbehälters 63 gedrückt, wobei der größte Anteil der Tröpfchen in das Gleitmittelbad zurückfällt. Ein kleiner Anteil der Tröpfchen — etwa 5 bis 10% — wandert jedoch an eine Prallplattenanordnung mit Prallplatten vorbei und aufwärts in einen Auslaßkasten 72 im oberen Teil des Nebelerzeugers. Die Prallplatten wirken als Filter, das die verhältnismäßig großen Tröpfchen ausfiltert, aber den Durchgang der verhältnismäßig kleinen Tröpfchen in den Kasten 72 zuläßt. Zusätzlich verlangsamen die Prallplatte)! und der Kasten 72 die Bewegung der winzigen Gleitmittelteilchen und bewirken, daß diese sich gleichmäßig und regellos über die Breite des Nebelerzeugers verteilen. Der Nebel wandert dann vom Kasten 72 in den Kanal 71, während die Tröpfchen im wesentlichen noch flüssig sind. Während der Wanderung in die Kammer 51 über dem Substrat 50 verfestigen sich die Tröpfchen zu harten kugelförmigen Gleitmittelteilchen mit Durchmessern im Bereich von 1 und ΙΟμηι (die meisten von ihnen mit einem Durchmesser von 1 μηι). Diese Teilchen wandern langsam in die Kammer 53 und in dieser umher, wobei sie eine Teilchenwolke bilden, die im wesentlichen gleichmäßig über die Breite jeder Teilkammer im Oberteil der Auftragkammer 51 verteilt ist.

Gleichzeitig wird das Gitter der miteinander verbundenen Elektroden gegenüber dem Substrat aufgeladen, so daß ein ausreichender Koronastrom fließt, der die umgebende Atmosphäre ionisiert und Raumladungseffekte überwindet, die die relative Konzentration der in die Kammer eintretenden Teilchen und eine auf das Substrat eventuell zuvor aufgebrachte Beschichtung verursachen können. Dies erfolgt durch herkömmliche Mittel zur Aufrechterhaltung einer Spannung zwischen den Elektroden 59 und dem Substratteil in der Kammer, die so hoch ist, daß eine ionisierende Entladung aus den Elektroden in den Längsabschnitten des Gehäuses stattfindet. Dieses Aufladen der Atmosphäre um die Elektroden 59 herum führt zur Bildung eines Plasmas, das seinerseits vielfach mit den verhältnismäßig größeren Gleitmittelteilchen in der Kammer kollidiert und diese auflädt. Die Teilchen wandern dabei weiter regellos durch die Kammer, während sie weitere Ladung aufnehmen. Sind sie ausreichend aufgeladen (d. h. das Verhältnis Ladung zu Masse ist ausreichend hoch), werden sie zur Oberfläche des Substrats 50 hin angezogen und auf dieser im wesentlichen regellos verteilt Da die Teilchen klein sind und einen verhältnismäßig geringen Bewegungsimpuls besitzen, stoßen sie einander bei der Bewegung durch die Kammer ab. Folglich verschmelzen die Teilchen miteinander nicht und sie sind voneinander beabstandet, nachdem sie auf das Substrat hinzu angezogen worden sind, so daß sich winzige Lufttaschen zwischen ihnen bilden. Auf diese Weise erhält man eine im wesentlichen regellose Verteilung der Teilchen auf dem Substrat.

Auf der Unterseite des Substrats 50 befindet sich eine zweite Serie von Nebelerzeugern 73, die eine Vielzahl von Gleitmittelteilchen erzeugen, die größtenteils in das Gleitmittelbad im Behälter 74 zurückfallen. Diejenigen Gleitmitteltröpfchen, die ausreichend klein sind, d. h. einen Durchmesser zwischen 1 und 10 μπι haben (meistens in der Größenordnung von 1 μπι), werden von der Schwerkraft nicht beeinflußt und können daher an Prallplatten vorbei in eine Auslaßkammer 86 wandern, die ausreichend groß ist, um die Bewegung der Teilchen zu verlangsamen, während die Prallplatten die Teilchen regellos über die Breite der Nebelerzeuger verteilen. Die resultierende Wolke aus sphärischen Gleitmittelkügelchen, die in den unteren Teil 57 der Auftragkammer 51 wandert, bildet eine Wolke aus Teilchen, die im wesentlichen gleichmäßig über die Breite der Teilkammern in

ίο der Auftragkammer 51 verteilt sind. Beim Zusammenstoß mit dem vom Elektrodengitter 59 erzeugten Plasma werden diese Teilchen auf die gleiche Polarität wie das Gitter im oberen Teil 53 der Kammer aufgeladen und daher zum Substrat 50 hin angezogen. Die Teilchen werden regellos und gleichmäßig über die Breite des Substrats verteilt, während es durch die Auftragskammer 51 läuft.

Vorzugsweise sollte die mittlere zeitliche Bewegungslänge der Kügelchen zum Plasma hin und in es hinein geringer sein als die mittlere Substratbewegung durch das Gehäuse. Durchschnittliche Bewegungen von weniger als 0,3 m/s der Teilchen bei einer Substratbewegung von mehr als 0,9 m/s sind am besten.

F i g. 2 zeigt einen Teil eines Substrats nach dem Auftragen fester Gleitmittelkügelchen unter 1000-facher Vergrößerung. Wie ersichtlich, sind die festen Tröpfchen regellos auf der Substratoberfläche verteilt und miteinander nicht verschmolzen, da die Teilchen gleichgepolte Ladungen aufnahmen, während sie zum Substrat 50 hin angezogen wurden. Das in der Photographie gezeigte Substrat ist Weißblech, das mit 91,5 m/min durch die Auftragkammer 51 lief. Weiterhin wurden 1,42 m^J/h Luft zur Verneblung in jeden der Nebelerzeuger und damit in die Auftragkammer 51 eingeführt.

F i g. 3 zeigt einen Teil eines Weißblechsubstrats unter 1000-facher Vergrößerung und die festen trockenen Gleitmittelkügelchen, die auf diesem im wesentlichen regellos verteilt sind. Um den in dieser Photographie gezeigten Gegenstand zu erhalten, wurde das Zinnsubstrat durch die Auftragkammer 51 mit nur 13,7 m/min gegenüber den 91,5 m/min in Fig.2 hindurchgeführt. Folglich ist die Verteilung der festen Teilchen auf der Substratoberfläche wesentlich dichter. Wie jedoch ersichtlich, tritt in keinem der beiden Fälle ein Verschmelzen der Teilchen auf und sind die Teilchen im wesentlichen regellos und gleichmäßig über den photographierten Oberflächenbereich verteilt. Die dargestellten kleinen Teilchen (die Mehrzahl aller Teilchen) haben einen Durchmesser in der Größenordnung eines Mikrometers, während der Durchmesser der wenigen größten Teilchen auf etwa 4 oder 5 μπι geschätzt wird.

Während die pro Flächeneinheit auf die Substratoberfläche aufgetragene Teilchenzahl primär nur von der Anzahl der in die Kammer 51 hineinwandernden feinen festen Teilchen und von der relativen Geschwindigkeit (und damit Verweilzeit) des Subtrats in der Auftragkammer abhängt ist der bedeckte prozentuale Anteil der Subtratoberfläche auch von der Teilchengröße und/oder dem Teilchengewicht (in Milligramm) pro Flächeneinheit des Substrats abhängig. Für gleiche pro Flächeneinheit des Substrats aufgetragene Gleitmittelgewichte decken Teilchen mit einem Durchmesser von 1 μπι die doppelte Oberfläche ab wie Teilchen mit einem Durchmesser von 2 μπι bzw. die vierfache Oberfläehe, die Teilchen mit einem Durchmesser von 4 μπι bedecken. Folglich kann man, indem man die Größe der - auf das Substrat aufgetragenen Teilchen gering hält erhebliche Gleitmittelmengen für einen gewünschten

prozentualen Deckungsgrad der Oberfläche einsparen.
Dies ist ein zusätzlicher Grund, die Größe der Tröpfchen mit den Prallplatten in den Nebelerzeugern und
durch die Konstruktion der Venturi-Vernebler so unter
Kontrolle zu halten, daß nur die sehr kleinen Teilchen
mit Durchmesser von weniger als 10 μΐη (größtenteils in
der Größenordnung von 1 μίτι) in die Auftragkammer
eintreten können. Vorzugsweise liegt das Gleitmittel
auf dem Substrat zu nicht mehr als 322 g/m² vor und
sind weniger als 10% der Oberfläche vom Gleitmittel
abgedeckt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche: . '.

1. Metallsubstrat, das auf einer Oberfläche einen Gleitmittelauftrag aufweist, der durch elektrostatisches Aufbringen von Gleitmittelteilchen gebildet wurde, dadurch gekennzeichnet, daß der Auftrag aus gleichmäßig verteilten kugelförmigen, bei Raumtemperatur festen und seitlich beabstandeten Teilchen aus einem natürlichen oder syntheti- sehen dielektrischen Material besteht, deren größter Teil einen mittleren Durchmesser von 1 μΐη aufweist

Z Metallsubstrat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleitmittelteilchenauftrag nicht mehr als 322 g/m² ausmacht und weniger als 10% der Obeifläche abdeckt

3. Verfahren zur Herstellung eines mit einem Gleitmittelauiirag versehenen Metallsubstrats nach einem der Ansprüche 1 oder 2 durch elektrostatisches Aufbringen von bei Raumtemperatur festen feinverteilten Gleitmittelteilchen, dadurch gekennzeichnet, daß als Gleitmittelteilchen natürliche oder synthetische dielektrische Materialien verwendet werden und das geschmolzene Gleitmittel zu einem Nebel zerstäubt wird, die Flüssigkeitsteilchen des Nebels nach Abtrennen der Teilchen mit größerem Durchmesser durch Einwirkung von durch Koronaentladung ionisiertem Gas elektrisch geladen werden und nach Verfestigung, jedoch unter Beibehaltung ihrer kugelförmigen Gestalt, voneinander beabstandet auf dem Substrat abgeschieden werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kügelchen durchschnittlich mit einer geringeren Geschwindigkeit in das durch Koronaentladung ionisierte Gas driften gelassen werden, als das Metallsubstrat durch das Gehäuse läuft.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallsubstrat waagerecht durch das Gehäuse läuft.

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