DE2948940C2

DE2948940C2 - Anwendung eines Beschichtungsverfahrens, um an Kanten eines beschichteten Metallkörpers eine Beschichtungsmittelschicht zu erzeugen

Info

Publication number: DE2948940C2
Application number: DE2948940A
Authority: DE
Inventors: Johan-Petter Brynjulf Stockholm Thams
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1978-12-05
Filing date: 1979-12-05
Publication date: 1986-02-27
Also published as: JPS55116469A; SE7812499L; DK151459B; AU525331B2; DK515479A; DK151459C; AT370012B; CH645042A5; ATA771079A; US4321290A; GB2040186B; BE880447A; GB2040186A; FR2443519A1; FR2443519B1; IT1119588B; NL7908794A; AU5342279A; CA1145207A; JPS6014627B2

Description

a) im Kantenbereich das Metall durch selektives Entfernen der Beschichtung oder durch Bearbettung des Körpers unter Bildung einer Kante zwischen zwei Teilbereichen der Beschichtung freigelegt wird,

b) sodann die freigelegte Oberfläche durch das Ätzen so weit abgetragen wird, bis die sie begrenzenden Teilbereiche der Beschichtung über die metallische Oberfläche überstehen, und

c) danach durch selektives Beschichten der durch die geätzte Oberfläche und die überstehenden Bereiche der Beschichtung begrenzte Raum mit dem Beschichtungsmittel gefüllt wird.

in welcher Weise das eingangs erwähnte Verfahren anzuwenden ist, um auch in den Kantenbereichen eines zu schützenden metallischen Körpers eine einwandfreie Beschichtung zu erzielen.

Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe dadurch gelöst, daß

a) im Kantenbereich das Metaü durch selektiver Entfernen der Beschichtung oder durch Bearbeitung

ίο des Körpers unter Bildung einer Kante zwischen

zwei Teilbereichen der Beschichtung freigelegt wird,

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Die Erfindung betrifft die Anwendung des Verfahrens zur Erzeugung einer Beschichtung auf der Oberfläche eines metallischen Körpers durch Ätzen der metallischen Oberfläche und anschließendes Aufbringen des einen organischen Binder enthaltenden Beschichtungsmittels, um an Kanten und in kantenanalogen Bereichen eines beschichteten Metalikörpers eine Beschichtungsmittelschicht zu erzeugen.

Ein Beschichtungsverfahren, bei dem die Metalloberfläche vor dem Aufbringen des fließfähigen Beschichtungsmittels durch Elektrotauchlackierung zunächst angeätzt oder gebeizt wird, ist bereits bekannt, vgl. Willibald Machu, »Elektrotauchlackierung«, Verlag Chemie 1974, insbesondere Seiten 98 bis 100 und 139 bis 142. Wenn dieses bekannte Verfahren in üblicher Weise angewendet wird, um ein betreffendes metallisches Erzeugnis mit einer Beschichtung zu versehen, etwa um das Erzeugnis gegen chemischen Angriff, Abnutzung, Verwitterung oder anderweitige Korrosion zu schützen oder um eine elektrische Isolation zu bilden, dann ist die Schutzwirkung bzw. die Isolationswirkung in Kantenbereichen des betreffenden Erzeugnisses weniger gut als in den übrigen Oberflächenbereichen.

Es handelt sich hier um ein Problem, das besonders stark bei der Beschichtung (Lackierung) von Blechen auftritt, die für eine Verwendung an Gebäuden oder Geräten, als Metallschilder, als Leiterplatten od. dgl. vorgesehen sind und bei denen als Beschichtungsmasse eine Farbe oder ein Lack in flüssigem oder halbflüssigem Zustand angewendet wird. Wie sich gezeigt hat, ist die Stärke der erhaltenen Beschichtung in Kantenbereichen oder in kantenanalogen Bereichen, wozu beispielsweise Lochränder, Ränder von Vertiefungen und Ecken gehören, wesentlich dünner und somit von minderer Güte als an den übrigen Oberflächen des betreffenden Erzeugnisses.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, dieses »Kantenproblem« zu beseitigen, indem aufgezeigt wird.

Durch die Anwendung der Schritte a) und b) wird an denjenigen Stellen des Körpers, an denen sich bei üblicher Anwendung des bekannten Beschichtungsverfahrens das flüssige Beschichtungsmittel aufgrund hydrodynamischer Gegebenheiten zurückziehen würde, eine vertiefte »Rinne« oder trogartige Vertiefung geschaffen, deren Ränder durch die beim Ätzvorgang nicht abgetragenen, überhängenden Teile der benachbarten Beschichtungsbereiche gebildet sind. Wenn dieser Raum im Zuge des weiteren Schrittes c) mit dem Beschichtungsmittel gefüllt wird, wirkt er aufgrund seiner Konfiguration in Verbindung mit den vorstehenden Rändern der angrenzenden Beschichtungsteile als Flüssigkeitsfalle, die das Zurückziehen des flüssigen Beschichtungsmittels von dem betreffenden Kanten- oder Eckbereich verhindert. Damit ergibt sich gerade an den Kantenbereichen eine besonders große Beschichtungsstärke und damit eine hohe Güte und Schutzwirkung der Beschichtung.

Bei dem Metall, aus dem das Erzeugnis besteht, muß es sich um ein solches handeln, das geätzt werden kann, ohne die Beschichtung anzuätzen. Es kann sich bei dem Metall um Kupfer, Eisen, Stahl, Aluminium oder beispielsweise um verschiedene Metallegierungen handeln. Die Beschichtung ist vorzugsweise ein Lack, Kunststoff oder ein Farbüberzug und braucht nicht von gleicher Beschaffenheit zu sein wie der zur zweken Beschichtung (der selektiven Beschichtung) verwendete Stoff.

In manchen Fällen ist es vorzuziehen, zunächst eine der mindestens zwei planaren Oberflächen an der Kante zu behandeln und sodann die zweite (möglicherweise auch die dritte in einem dritten Schritt) erfindungsgemäß zu behandeln. Dies ist insbesondere bei planaren Oberflächen dicker Bleche der Fall und bei Erzeugnissen, bei denen die Abmessungen in allen drei Dimensionen groß sind.

Es versteht sich, daß die Beschichtungsvorgänge in an sich bekannter Weise ausgeführt werden, wobei die Art und Weise des Vorgehens vom Fachmann für jeden betreffenden Anwendungsfall zweckmäßig ausgewählt werden kann. Dementsprechend müssen die zu beschichtenden Oberflächen gereinigt werden, beispielsweise mechanisch, durch Behandeln in Beizbädern, durch Behandeln mit Entfettungsmitteln oder auf andere Weise. Die Stärke der Beschichtung ist ebenfalls die gleiche, wie sie normalerweise angewendei wird, um Widerstandsfähigkeit gegen Korrosion, elektrische Iso-

lationswirkung od. dgl. zu bekommen. Die Beschichtung weist normalerweise eine Mindeststärke von 25 μΐη auf. Oberhalb der ersten Beschichtung kann eine zweite Schicht aus Lack. Klebstoff und dergleichen aufgebracht werden, je nach dem endgültigen Verwendungszweck des Erzeugnisses, wie dies an sich bekannt ist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung im einzelnen erläutert. Es zeigen

Fig. la und Ib abgebrochen gezeichnete Schnittdarstellungen zur Erläuterung einer Ausführungsform Jer Erfindung;

F i g. 2 eine abgebrochen gezeichnete Schnittdarstellung zur Erläuterung einer zweiten Ausführungsform und

Fig. 3 einen abgebrochen gezeichneten Schnitt des gemäß der Ausführungsform von F i g. 1 a und 1 b erhaltenen, fertigen Erzeugnisses.

Fig. la zeigt ein Blech 4 aus Metall, das an seinen beiden Haupt-Oberflächen mit Farbstoff od^r Lack bedeckt oder mit einem Kunststoffüberzug (Folie oder Film) beschichtet ist, wobei diese Oberflächenbeschichtungen den normalen Anforderungen genügen, die an solche Oberflächenschichten zu stellen sind, und überdies gegenüber einem Ätzmittel oder gegenüber einem elektrolytischen Ätzvorgang resistent sind, durch das oder durch den das metallische Substrat lösbar ist. Wenn das Metallblech 4 mit zwei Oberflächenbeschichtungen 1 versehen ist, d. h., wenn der Lack oder der Farbstoff getrocknet und erhärtet (ausgehärtet) ist, wird der Farbstoff oder der Lack von einer der Oberfläche an der zu behandelnden Kante entfernt, um eine ausgesetzte Metalloberfläche zu bilden, d. h. eine ungeschützte Metalloberfläche. Alternativ kann eine solche freigelegte Oberfläche auch erhalten werden, indem man eine ganz neue Oberfläche herstellt. Dies kann durch Sägen, Schneiden oder auf andere an sich bekannte Weise der Ausbildung einer Schnittfläche erfolgen, etwa auch durch Bohren, Stanzen, Fräsen oder dergleichen. Mittels eines Ätzmittels (das der Fachmann ohne weiteres auswählen kann, eventuell nach Durchführen einiger einfaeher Versuche) wird nunmehr Metall von der neuen Metalloberfläche weggeätzt, so daß zwei Vorsprünge 2 der Beschichtung und eine zwischen diesen befindliche »Rinne« (siehe F i g. 1 b) gebildet werden.

Wenn das Blech bereits die Abmessungen des fertigen Erzeugnisses besitzt, ist es natürlich auch möglich, an einer Kante die Beschichtung von der gesamten Oberfläche oder einem Teil der Oberfläche (dem Flächenteil, der unmittelbar an die Kante angrenzt) abzuschaben oder zu entfernen und sodann das Ätzen, wie oben erwähnt, durchzuführen. Wenn das zu behandelnde Erzeugnis in allen drei Dimensionen eine große Ausdehnung besitzt, kann so vorgegangen werden, daß mechanisch die Beschichtung lediglich an einem Oberflächenstreifen entfernt wird, der unmittelbar an die Kante angrenzt, und daß sodann geätzt wird. F i g. 2 zeigt einen Teil eines Erzeugnisses 4', das in allen drei Dimensionen große Abmessungen besitzt. Seine Beschichtung ist bei 5 weggeschabt. Sodann ist eine »Rinne« oder Aushöhlung 6 ausgeätzt worden. Die Aushöhlung 6 wird sodann mit Lack oder Farbstoff in einer unter Bezug auf F i g. 3 näher zu erläuternden Weise gefüllt. Dieses Vorgehen kann an anderen Oberflächen des Erzeugnisses wiederholt werden, so daß sämtliche Kanten des Erzeugnisses behandelt werden. b5

In Fig. 3 ist dargestellt, wie die »Rinne« völlig mit einem Lack 3 ausgefüllt ist. Dieses Füllen wurde selektiv durchgeführt. Am vorteilhaftesten durch elektroDhoretische Beschichtung. Die bevorzugte Art der Durchführung ist das Eintauchen des unter negativer oder positiver Spannung stehenden Erzeugnisses in ein Beschichtungsmedium das aus einer Dispersion eines Lacks, einer Farbe oder dergleichen besteht. Die bei diesem Tauchen erhaltene Anlagerung muß in geeigneter Weise behandelt werden, damit sie porenfrei in festem Aggregatzustand, widerstandsfähig usw. ist Der nach dem Trocknen und Aushärten des Lacks oder der Farbe erreichte Kantenschutz ist von sehr hoher Güte.

Die bei der Erfindung zu benutzenden Ätzmittel sind an sich bekannt. So kann das Metall des metallischen Substrats durch Säuren und durch basische (alkalische) Lösungen geätzt werden, beispielsweise Lösungen, vorzugsweise wäßrige, alkalischer Metallhydroxide, je nachdem welches Metall geätzt werden soll. Das Metall kann auch elektrolytisch geätzt werden.

Die Färb- oder Lackbeschichtungen können vom lufttrocknenden Typ sein, aushärtbar durch Erwärmen (hitzehärtbar) oder mittels Katalysatoren aushärtbar sein. Vorzugsweise handelt es sich um Flüssigkeiten, die Polymere oder Monomere enthalten, beispielsweise kann es sich um sogenannte Zweikomponentenmischungen handeln, die Polymere durch Polyaddition bilden oder um monomere Mischungen, die Polymere bilden, wie etwa Polyester, Polyacrylharz-Derivate oder Polymethacrylharz-De.ivate (Polyacrylate oder Polymethacrylate).

Wenn die erste Beschichtung eine dem metallischen Substrat auflaminierte Kunststoffschicht ist. kann es sich bei dieser Schicht um jeden Kunststoffwerkstoff handeln, der gegenüber dem Ätzmittel resistent ist, das zum Ätzen des metallischen Substrats benutzt wird.

Das Anwendungsgebiet der Erfindung ist breit. Sie kann beispielsweise zur Behandlung von Schildern, Metalletiketten oder Instrumententafeln benutzt werden, die einer chemischen oder atmosphärischen Umgebung ausgesetzt werden sollen. Sie kann auch Anwendung finden beim Hersteilen von Platten und Metalltafeln für die Verwendung beim Herstellen von Vorrichtungen, Ausrüstungen u.dgl. für industrielle und private Benutzung. Erfolgt der Schutz nicht durch anodische oder andersartige elektrolytisch^ Ablagerung, sondern wird eine lackierte Oberfläche gewünscht, dann wird die Metalltafel auf beiden Seiten lackiert oder bedruckt, bevor die mechanische Bearbeitung erfolgt. Sodann, beispielsweise bei einem Zeichen, einem Metallschild oder einer Tafel, erfolgt das Zuschneiden oder Stanzen auf die betreffende Größe, Löcher werden gestanzt, geschlagen oder gebohrt. Dann werden die Kanten (die kleineren Oberflächen) auf eine geeignete Tiefe geätzt, wobei freigelegtes Metallsubstrat in den Löchern ebenfalls geätzt wird. Nun wird Lack auf die geätzten Oberflächen aufgebracht.

Da lediglich die freigelegten Teile des metallischen Substrats beschichtet werden können und bei diesem Verfahrensschritt keine Beschichtung auf den Farboder Lackschichten aufgebracht werden soll, werden selektive Beschichtungsmethoden angewendet, wie Elektrophorese (Elektrotauchen), siehe Fig. 3. Während diesem Verfahrensschritt muß die Beschichtung (die Beschichtungen) aus Farbe oder Lack ausreichend elektrisch isoliert sein, so daß der selektiv aufzubringende L..:':k oder die Farbe lediglich an den freigelegten Oberflächen angelagert wird. Die während der Elektrophorese angewendeten Spannungen können im Bereich von 50 bis 250 Volt liegen, wobei die Anwendungsdauer 0.5 bis 5 Minuten bcträst.

Blechteile für Bauten und für die mechanische Industrie können gemäß der Erfindung in analoger Weise behandelt werden wie Schilder und Tafeln.

Bei elektrischen Bauteilen, beispielsweise gedruckten Schaltungen, wo es wesentlich ist, daß die Leiterbahnen vom Substrat isoliert sind, kann die Erfindung Anwendung finden. Anstatt ein Metallblech zu verwenden, das vor dem Schneiden, Stanzen, Fräsen oder Bohren nur lackiert wurde, kann mittels Klebstoff ein Substrat mit einem Kupferfilm (Folie) beschichtet oder !aminen sein. Nach dem selektiven Beschichten der freigelegten Oberflächen, beispielsweise durch Elektrophorese, erhält man beispielsweise nach dem Rösten oder Sintern der durch die Elektrophorese aufgebrachten Anlagerung eine porenfreie Beschichtung

Die Erfindung ist in den folgenden Beispielen in näheren Einzelheiten erläutert.

Beispiel 1

Aus 2-mm-Eisenblech soll ein Metallschild für einen Sulfitkocher hergestellt werden. Das Schild soll widerstandsfähig gegen Dampf und Tropfen kochender Flüssigkeit sein. Um ein Schild erster Güte zu erhalten, wird das Eisen erst verchromt und sodann auf beiden Seiten mit einem Überzug aus einer hitzehärtbaren Farbe auf Acrylharzbasis versehen. Mittels Siebdruck wird die Beschriftung mi; einer Farbe des gleichen Typs aufgedruckt. Das metallische Substrat wird durch Schneiden, Stanzen oder Fräsen auf die gewünschte Größe bearbeitet und gebohrt. Auf diese Weise wird das Metall längs der Kanten und innerhalb der Bohrungen freigelegt.

Das Eisen wird nun an den freigelegten Oberflächen auf eine Tiefe von 35 bis 60 um geätzt, indem man das Metallschild in eine wäßrige Lösung aus zwei Gewichtsprozent Eisen-Ill-Chlorid und 35% konzentrierte Schwefelsäure eintaucht, wobei die Lösung stark ,bewegt wird, um ein gleichmäßiges Ätzen zu bekommen. Nach dem Spülen. Trocknen und einer wahlweisen Vorbehandlung des freigelegten Metalls wird das Schild selektiv elektrophoretisch in einer wäßrigen Dispersion eines klaren hitzehärtbaren Acrylharzlacks beschichtet. Die Spannung während der Elektrophorese beträgt 50 bis 70 Volt in den ersten 50 Sekunden und sodann 100 bis 130VoIt für 2,5 Minuten. Die erhaltene Kantenschutzschicht ist mindestens so stark wie der Lack oder die Farbe auf den Hauptoberflächen.

Beispiel 2

um eine Grundplatte für eine additiv erzeugie, gedruckte Schaltung mit einer Wärmesenke aus einer i-mm-Aluminiumbasis herzustellen, werden beide Breitseiten eines Aluminiumblechs mit einem Acryl-Epoxid-Lack in einer Stärke von 25 μπι lackiert. Dann werden beide Breitseiten mit 25 μπι Klebstoff auf Basis synthetischer Kautschuk beschichtet, der sich dazu eignet, abgelagertes Elektrolytkupfer zu binden.

Die erhaltene Platte wird gebohrt und unrunde Löcher, Vertiefungen und dergleichen werden geranzt oder gefräst. Sodann wird die Platte in eine wäßrige 15°/bige Natriumhydroxidlösung getaucht, und das Metall wird von sämtlichen freigelegten Schnittoberflächen auf eine Tiefe von etwa 30 μπι weggeätzt. Nach dem Spülen mit Wasser wird die Aluminiumbasis als Anode an 200 Volt Gleichspannung angeschlossen und sodann der Elektrophorese in einer Dispersion aus Acrylharz-Epoxidharz-Lack eine Minute lang unterworfen. Die freigelegten und geätzten Metallteile werden dabei selektiv mit Lack beschichtet. Nach dem Spülen mit Wasser und einer Wärmebehandlung (in einem Ofen) bei 150' C für 30 Minuten sind sämtliche freigelegten Metalloberflächen mit porenfreiem Lack beschichtet.

Eine additiv erzeugte, gedruckte Schaltung kann nun aus dieser Platte hergestellt werden, ohne dab die Gefahr eines Kurzschlusses gegen die Aluminiumbasis besteht.

Beispiel 3

Zur Herstellung einer Platte, die mit einer Kupferfolie

i) beschichtet ist und als Basis für eine durchplattierte, subtraktiv erzeugte, gedruckte Schaltung Verwendung finden soll, wird ein 1-mm-Aluminiumblech auf beiden Breitseiten mit einem 0,2 mm Glasfasermaterial, das mit Epoxidharz vorimprägniert und mit einer Kupferfolie überzogen ist, beschichtet. Die Kupferfolie ist mit einem isolierenden Schutzfilm aus 0,1 mm Polyvinylfluorid beschichtet, der auf Druck ansprechende Eigenschaften besitzt. Die Platte wird gebohrt, Vertiefungen werden gestanzt, gefräst oder geschnitten und die so freigelegten Aluminiumflächen werden durch Eintauchen in eine wäßrige 15%ige Natriumhydroxidlösung auf eine Tiefe von 25 bis 35 μπι geätzt. Die Aluminiumbasis wird elektrisch als Anode an 200 Volt Gleichspannung angeschlossen, der Elektrophorese in einer Dispersion eines hitzehärtbaren Epoxidharzes für eine Minute unterworfen, gespült und in einem Ofen bei 180° für 20 Minuten wärmebehandelt.

Unter Verwendung dieser Platte kann eine durchplattierte, gedruckte Schaltung auf normale, an sich bckannte Weise hergestellt werden.

Beispiel 4

Die Kanten (kleinere Oberflächen) lackierter Metallbleche für Automobile und häusliche Geräte (Haushaltsmaschinen, weiße Waren) lassen sich nicht auf einfache Weise gegen Korrosion, beispielsweise Rostbildung, schützen. Um die besten Ergebnisse zu erzielen, werden die einzelnen Bauteile aus Blech derzeit vielfach nach der mechanischen Bearbeitung lackiert.

Ein 0.7-mm-Eisenblech wird in der gewünschten Farbe mit einem Einbrennlack aus Alkyd-Melamin lakkiert, mit einer selbstklebenden Kunststoffolie geschützt und sonach gestanzt, formgepreßt und gebohrt.

so Danach wird das Bauteil in eine wäßrige Lösung aus 15 Gewichtsprozent Ammoniumpersulfat und 1% Wasscisioffpeioxid getaucht, um das Metall, das freigelegt worden ist, zu ätzen. Nach dem Ätzen wird das Bauteil gespült und der Elektrophorese bei 120VoIt Gleichspannung während zwei Minuten in einer Dispersion aus klarem Melaminharz unterworfen, um das Melaminharz an den Kanten anzulagern, die nach dem Einbrennen bei !20^sC für 20 Minuten vollständig geschützt sind.

B e i s ρ i e I 5

Es tauchen Probleme auf in Verbindung mit der Verwendung lackierter Bleche als Fassadenverkleidung an Gebäuden, und zwar Probleme aufgrund von Angriffen der Blechkanten infolge Witterungserscheinungen (Feuchtigkeit, Wind und dergleichen).

Fassadenplatten kann man herstellen, indem man große l-mm-Aluminiumbleche, die mit Acrylharz oder SiIi-

konharz vorlackiert sind, zuschneidet, formt und mit
eingestanzten Löchern versieht. Das gestanzte Blech
wird in eine wäßrige I5%ige Natriumhydroxidlösung
Minuten lang getaucht. Nach dem Spülen bringt man
ein Acrylharz auf die freigelegten Oberflächen mittels 5 Elektrophorese bei 120 Volt für zwei Minuten auf. Nach
dem Einbrennen bei 160°C für 20 Minuten sind die Kanten (kleinere Oberflächen) vollständig mit einer gieichmäfiigen Kunsthar7.(Kunststorf)-Schicht geschützi.

1Ü

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentanspruch:

Anwendung des Verfahrens zur Erzeugung einer Beschichtung auf der Oberfläche eines metallischen Körpers durch Ätzen der metallischen Oberfläche und anschließendes Aufbringen des einen organischen Binder enthaltenden Beschichtungsmittels, um an Kanten und in kantenanalogfn Bereichen eines beschichteten Metallkörpers eine Bescnichtungsmittelschicht zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß