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Verfahren zum Auftragen einer
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strukturintearierten Metall- oder Keramikschicht Die vorliegende Erfindung
betrifft ein Verfahren zum Auftragen einer strukturintegrierten Metallschicht oder
Keramikschicht auf einen nicht-metallischen oder andersmetallischen Gegenstand.
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Das Auftragen einer Metallschicht auf einen nicht-metal-Wischen Gegenstand,
z.B. aus Kunststoff, ist durch das deutsche Patent 21 42 474 bekannt. Mit dem in
dieser Patentschrift beschriebenen Verfahren ist es erstmals gelungen, auf Kunststoff
eine auch unter Witterungseinflüssenund Erschütterungen haftende reiß- und schlagfeste
witterungsbeständige Metallschicht beliebiger Stärke aufzutragen. Vor dem Bekanntwerden
dieses Verfahrens war es nur in engem Rahmen möglich, Polykarbonate auf der Basis
von 4.4-Dioxyphenyl-2.2-Propan mit einer dauerhaften Metallschicht zu versehen,
und zwar nur auf kleinsten Flächen. Der derart metallisierte Kunststoff wird in
der Elektronikindustrie für "aufgedruckte" Schaltungen insbesondere in der Transistortechnik
verwendet. Die extrem hohen Kosten der Kunststoffgrundlage schließt die Metallisierung
größerer Gegenstände nach diesem Verfahren aus.
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Wie bereits vorhin gesagt, wurde eine bleibende Haftung Metall-Kunststoff
erst durch die Lehre des deutschen Patentes 21 42 474 allgemein möglich. Dieses
Patent lehrt, den zu metallisierenden nicht-metallischen Gegenstand
zunächst
mit einer Kleberschicht aus Kunstharzkleber zu versehen und nach der Erhärtung der
Kleberschicht die Oberfläche des Gegenstandes mit geschmolzenem Zink zu besprühen.
Das Zink bildet eine integrierte Verbindung mit der Kleberschicht; auf die Zinkschicht
werden we2-tere Schichten des gewünschten Oberflächenmetalls aufgesprüht, das dann
an der Zinkßchicht bindet, Durch diese ältere Erfindung wurde erstmals die bisher
nicht mögliche bleibende Haftung des aufgesprühten Metalls an praktisch JedenLKunststoff
erreicht. Der Erfolg liegt darin, daß die Kleberschicht unter Einwirkung der von
dem aufgesprühten flüssigen Metall abgegebenen Wärme ihre Kleberfähigkeit wieder
zurückgewinnt und im Bereich der Oberfläche eine Mischzone mit den aufgesprühten
Metallteilchen bildet. Diese Mischzone stellt eine unlösbare Bindung Metalischicht-Kleber
dar.
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Das Verfahren nach dem deutschen Patent 21 42 474 kann zwar einen
großen Markterfolg verzeichnen, weist aber einige herstellungstechnische Nachteile
auf. Erstens ist das Herstellungsverfahren recht umständlich und zeitraubend. Seine
Verwendung ist daher hauptsächlich handwerksmäßig und besonders fUr die Erstellung
von Türen u.ä.
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mit Metalloberflächen geeignet; auf diesem Gebiet sowie apf dem Gebiet
des Kunsthandwerks liegt denn auch sein Erfolg. Industriemäßig läßt sich das Verfahren
kaum wirtschaftlich nutzen. Zum anderen setzt das Verfahren das gleichzeitige Vorhandensein
mindestens zweier Metalle voraus, das Zink als notwendiges Bindemetall und das als
Zieroberfläche jeweils gewählte Ziermetall, Bronze, Messing, Kupfer u.s.w. - es
sei denn, man ist mit der Zinkoberfläche zufrieden.
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Die deutsche Offenlegungsschrift 27 48 990 beschreibt ein anderes
Verfahren zur Herstellung metallisierter Verkleidungsplatten aus nicht-metallischem
Werkstoff.
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Dieses jüngere Verfahren baut auf der Lehre des vorhin zitierten deutschen'Patentes
21 42 474, weist aber einen einfacheren Verfahrensgang uf, der eine industriegerechte
Reihenfertigung erlaubt. Die Zinkschicht als Bindeschicht entfällt; es braucht nur
eine einzige Metallschicht aufgetragen. zu werden.
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Die Lehre der jüngeren Erfindung DE-OS 27 48 990 geht auf einen Negativ-Effekt
hinaus. Erst wird ein wasserdurchlässiger oder in sonstiger Weise ausspülbarer Formkern
erstellt, dessen Oberfläche das gewünschte Relief als Negativ zeigt. Auf die Kernoberfläche
wird eine wasserlösliche Leimschicht aufgetragen; nach Austrocknen des Leims sprüht
man die Metallschicht auf den Formkern. Nach Abkühlung der Metallschicht trägt man
auf diese eine Klebeharzschicht auf, wonach das Plattenmaterial, sofern gießbar,
in die Form eingegossen wird und sich mit der Kleberschicht verbindet. Ist das Plattenmaterial
vorgefertigt - z.B. wenn es sich um glatte Platten handelt -drückt man es einfach
an den Formkern heran. Nach Aushärtung des Klebeharzes wird die Form von der Formkernseite
her mit Wasser durchgespült, bis sich die Leimschicht auflöst, Dieses jüngere verfahren
ist zwangsläufig auf die Herstellung von metallisierten Verkleidungsplatten, Türverkleidungen,
Kunsthandwerksgegenstände u.s.w. abgestellt und auf diese beschränkt. Zum Schutz
gegen Witterung wird die Oberfläche mit einer Schutzschicht aus Acrylharz versehen.
Das Negativ-Prinzip verhindert den Gebrauch dieser Lehre an Werkstücken, die rundum
metallisiert werden
sollen oder eine Ges tal und einen Umfang aufweisen,
welche die Erstellung ei es Formkerns erschweren oder wirtschaftlich untragbar machen.
Die Lehre der DE-OS 27 48 990 ist daher im W2senttichen auf plattenförmige Werkstücke
beschränkt, die lediglich an einer Seite metallisiert werden sollen Unter dem Eindruck
der Lehre des älteren deutschen Patentes 21 42 474 ist in vielen Fachbereichen der
Wunsch nach-einem. Verfahren zum Metallisieren von nicht-metallischen Werkstücken
entstanden, das für Industrieprodukte allgemein verwendbar und für Reihenfertigung
geeignet ist. Dieses Bedürfnis ist sogar auch auf das Metallisieren von Metallgegenständen
ausgerichtet, d.h. auf das Auftragen eines 'edleren" Metalls mit besonderen Eigenschaften
auf ein "unedleres" oder auf ein sonstiges Metall.
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Einfaches Aufsprühen eines Metalls auf ein anderes ist altbekannt
und bisherqlücklos. Selbst wenn das Aufsprühen unmittelbar nach einer Sandstrahlbehandlung
erfolgt, haftet die Metallschicht nur für kurze Zeit; es bilden sich elektrische
Ströme zwischen den Metallen, die schnell die Verbindung zerstören.
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Das Aufsprühen einer haftfähigen Keramikschicht auf einen nicht-metallischen
oder metallischen Gegenstand wurde bisher nicht für durchführbar gehalten. Bisher
war es lediglich bekannt, Metallgegenstände (meist Eisen) mit einem Überzug eines
keramikähnlichen undurchsichtigen Sonderglas aus Silikaten (Borsilikaten des Bleis,
des Aluminiums, der Erdalkalien u.s.w.) zu versehen, den sogenannten Emailüberzug.
Das Emaillierverfahren ist jedoch davon abhängig, daß der Gegenstand mit dem Überzug
in einen Emaillierofen eingebracht und dort bei rd. 800°-900°C eingebrannt wird.
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Schon dieser Vorgang schließt eine Emaillierung von den meisten nicht-metallischen
Gegenständen aus, ganz ausgesehen von der Problematik der Haftung. Langgestreckt
Gegenstandew wie z.B. Rohre oder Rinnen, deren Innenwände mit einer säurefesten
oder verschleißfesten Oberfläche versehen werden sollen, können nicht emailliert
werden, sowenig wie Gegenstände, die ihre Maße nicht verändern dürfen.
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Die vorliegende Erfindung hat zum Ziel, ein Verfahren zum Auftragen
einer strukturintegrierten Metall- oder Keramikschicht auf einen nicht-metallischen
oder andersmetallischen Gegenstand, welches die Nachteile der bisher bekannten Verfahren
beseitigen, eine witterungsunabhängige, feuchtigkeitssichere, erschütterungs- und
schlagfeste Haftung der aufgetragenen Metall- oder Keramikschicht gewährleisten
und ohne Rücksicht auf Gestalt oder Größe des zu beschichtenden Werkstücks industriemäßig
- d.h. in Reihenfertigung.und in wirtschaftlicher Zeitfolge - aufgezogen werden
kann.
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Dieses Erfindungsziel wird dadurch erreicht, daß der Haftvermittler
aus den folgenden Einzelelementen zusammengesetzt ist 150 Gewichtsteilen einer Lösung
von Alkydharzlack in einer Lösung Leimfarbe-mikrofeinem Latex (Hydrosol), wobei
in der Leimfarbenlösung 1 Gewichtsteil Leimfarbe zu 32 Gewichtsteilen Latex und
in der Alkydharzlacklösung 1 Gewichtsteil Alkydharzläck zu 10 Gewichtsteilen der
Lösung Leimfarbe-Latex enthalten sind, 1500 Gewichtsteilen grobdisperses Latex,
300 Gewichtsteilen wässeriges Acrylharz,
500 Gewichtsteilen Wasser,
1800 Gewichtsteilen Quarzmehl.
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Nach Aufsprühen des Haftvermittlers auf den zu metallisierenden Gegenstand
wird das als Endschicht vorgesehene Metall oder die Keramik unmittelbar auf die
Haftvermittlerschicht aufgetragen. Vorzugsweise wird nach Auftragen der Endschicht
diese mit Acrylharz oder Epoxydharz durchgetränkt.
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In der Folge soll ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben
werden. Die Herstellung des erfindungsgemäßen Haftvermittlers geht so vor sich Zunächst
löst man Leimfarbe in mikrofeinem Latex (Hydrosol) auf, und zwar im Verhältnis 1
Gewichtsteil Leimfarbe in 32 Gewichtsteile Latex. Man läßt diese Lösung etwa 1 Stunde
quellen. Hierdurch entsteht die Lösung A.
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Danach bringt man Alkydharzlack in die Lösung A ein, Gewichtsverhältnis
1 Gewichtsteil Alkydharzlack zu 10 Gewichtsteilen Lösung A. Das Ergebnis ist die
Lösung B.
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Nach Mischung.folgender Elemente miteinander 1500 Gewichtsteile grobdisperses
Latex .300 Gewichtsteile wässeriges Acrylharz 500 Gewichtsteile Wasser.
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1800 Gewichtsteile Quarzmehl werden 150 Gewichtsteile "Lösung B" in
die Mischung eingebracht. Die dadurch entstandene Lösung stellt den erfindungsgemäßen
Haftverittler dar. Die einzelnen Elemente des Haftvermittlers haben die folgenden
Aufgaben zu bewältigen
- die Leimfarbe macht den Haftvermittler
hygroskopisch, - der Alkydharzlack dient zur Wasserverfestigung, - das Latex bildet
eine Sperre gegen das Eindringen von Wasser und verfestigt den Haftvermittlerfilm,
- das Acrylharz bewirkt eine Haftungsverbesserung am Untergrund, - und das Quarzmehl
bildet zusammen mit der Leimfarbe eine hygroskopische grobporige Oberfläche, die
für die Aufnahme des aufgesprühten Metalls bzw. der aufgesprühten Keramik besonders
günstig ist.
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Die Lösung ist haltbar und kann industriemäßig in großen Mengen hergestellt
werden.
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Die Synthese der genannten Eigenschaften geht weit über die bloße
Summierung hinaus. Es ist erstmals ein Haftvermittler geschaffen worden, der jedes
aufgesprühte Metall und jede aufgesprühte Keramik auf A1203-Basis auf jeder metallischen
oder nicht-metallischen Oberfläche dauerhaft fest mit dieser verbinden und eine
Beschichtung ermöglicht, die gegen Witterungseinflüsse und Erschütterungen unempfindlich
und darüber hinaus auch noch schlagfest ist.
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Die Durchführung des Verfahrens geht wie folgt vor sich: Zunächst
wird der Haftvermittler mit der Spritzpistole auf den zu beschichtenden nicht-metallischen
oder metallischen Gegenstand aufgetragen, und zwar mit einer Schichtstärke von etwa
30 bis 50/;. Nach Austrocknen der Haftvermittlerschicht
wird der
Gegenstand nochmals mit der Spritzpistole bearbeitet, diesmalJindem er mit Haftvermittler
in Nebelform übersprüht wird. Der Vernebelungsvorgang dient dem Zweck, die Rauhigkeit
der filmartigen Haftvermittierschicht zu erhöhen.
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Vor dem Auftragen des Haftvermittlers auf den zu beschichtenden Gegenstand
kann man eine Polyurethanlösung als eine Art Grundierung auftragen, durch welche
die Haftung des Haftvermittlers bei bestimmten Oberflächen noch verbessert wird.
Diese Maßnahme ist jedoch nicht unbedingt notwendig.
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Danach erfolgt das Aufsprühen des gewünschten Oberflächenmetalls oder
der Keramik auf die Haftvermittlerschicht. Ist der Gegenstand aus Kunststoff oder
aus einem ähnlich hitzeempfindlichen Werkstoff, muß die Spritzpistole schnell hin
und her geschwenkt werden, um zu vermeiden, daß die Hitze den Werkstoff angreift.
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Das flüssige Metall bzw. die flüssige Keramik erreicht die zu beschichtende
Oberfläche mit einer Temperatur, die nur 1000-1500C unter der an der Mündung der
Spritz--pistole herrschenden Temperatur, also bei Kupfer mit etwa 8000-8SOPC und
bei Edelstahl und Keramik (A12O3) mit etwa 1400 0C.
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Diese hohen Temperaturen des auf die Oberfläche eines zu beschichtenden
nicht-metallischen Gegenstandes auftreffenden Metalls (bzw, der Keramik) zwingt
dazu, das Aufsprühen in mehreren Sprühvorgängen aufzuteilen. Soll z.B.
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bein Kunststoffgegenstand mit Kupfer überzogen werden, erfordert die
Beschichtung 6 bs 8 Sprühvorgänge, soll aber Edelstahl oder Keramik (Al203) aufgetragen
werden, muß man das Aufsprühen huber 15 bis 20 Arbeitsgänge verteilen.
Die
Stärke der aIzgetragenen Metallschicht beträgt je nach Metall und Zweck ütlicherweise
100 bis 500 , kann aber zu Sonderzvlecken sowohl dünner als auch dicker sein. Wenn
Metall auf Metall oder Keramik auf Metall aufzutragen ist, kann in viel weniger
Arbeitsgängen gespritzt werden, und zwar je nach Stärke, Formempfindlichkeit u.s.w.
des zu beschichtenden Gegenstandes. Nach dem Aufsprühen und Abkühlung der Metall-bzw.
Keramikschicht trägt man auf diese eine Schutzschicht auf, indem man die Oberfläche
des beschichteten Gegenstandes mit dünnflüssigem Acrylharz oder Epoxydharz durchtränkt.
Dabei verwendet man Acrylharz, wenn es darum geht, eine erhöhte Witterungsfestigkeit
zu erzielen, und Epoxydharz zur Erhöhung der Festigkeit und zum Schutz gegen aggressive
Flüssigkeiten oder Dämpfe. Diese Maßnahme ist bereits aus der DS-PS 21 42 474 bekannt
und für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht unbedingt erforderlich.
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Die Wirksamkeit des Verfahrens ist darin begründet, daß das aufgesprühte
Metall bzw. die aufgesprühte Keramik in die relativ groben Poren der Haftvermittlerschicht
eindringt und sich dort unlösbar verankert. Durch die vorhin erwähnten besonderen
Eigenschaften des Haftvermittlers entsteht gleichzeitig eine Art innere Versiegelung,
die das Eindringen von Wasser im Zuge des Verfahrens unterbindet. Eventuell schon
vorhandene Feuchtigkeit verdampft im Sprühstrahl und wird von diesem weggeblasen.
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Die erfindungsgemäße Haftvermittlerschicht unterscheidet sich grundsätzlich
von der nach dem Verfahren DE-PS 21 42 474 als Haftvermittler verwendeten Kleberschicht.
Nach dem älteren Verfahren kommt die Haftung dadurch zustande,
daß
die bereits ausgetrocknete Kleberschicht in der Hitze des Sprühstrahls wieder aufweicht
und ihre Klebefähigkeit zurückgewinnt, wodurch Sprühteilchen des aiafgesprühterl
Metalls in die Kleberschicht eindringen und in dieser Weise eine Verankerung Metall-Kleberschicht
herstellen. Im Zuge des jetzt vorliegenden Verfahrens ändert die Naftvermittlerschicht
unter dem Einfluß des Sprühstrahls ihre Konsistenz kaum, sondern sie nimmt die aufgesprühten
Metallteile in ihre relativ groben Poren auf. Während nach dem alten Verfahren nur
das Metall Zink imstande ist, eine hinreichende Verankerung zu schaffen, und daher
stets zunächst Zink'aufgesprüht werden muß, ist der neue erfindungsgemäße Haftvermittler
imstande, bei jedem Metall und sogar bei Keramik unmittelbar eine hinreichende und
dauerhafte Haftung zu erstellen.
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Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kann man selbstverständlich Kunstgewerbegegenstände,
Verkleidungsplatten, Zierfüllung von Türen u.s.w. mit Metall beschichten, nicht
anders als nach den in den eingangs zitierten älteren Druckschriften beschrieben,
allerdings mit dem wesentlichen Unterschied, daß die Beschichtung in einem industriellen
Rahmen vorgenommen werden kann (Fließbandtechnik), Neu ist, daß man verfahrensgemäß
auch Gegenstände aus einem leicht zu verarbeitenden Metall, z.B. aus Aluminium,
mit einem anderen Metall, Kupfer, Bronze u.s.w., beschichten kann, ohne daß sich
nachher elektrische Ströme bilden und die Beschichtung zerstören.
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Darüber hinaus eröffnet das Verfahren ganz neue technologische Möglichkeiten.
Beispielsweise kann man Förderrinnen
oder aus zwei halbzylindrischen
Rinnen zus ammengesetzte Rohre aus Kunststoff mit einer Innenschicht aus Edelstahl
oder Keramik versehen, und solche kosten-und gewichtsmäßig günstige Förderleitungen
für die Förderung aggressiver Flüssigkeiten und sonstiges aggressives oder stark
verschleißendes Fördergut (Sand, Getreide o.ä.) geeignet machen. Auch Rinnen aus
Gußeisen oder Aluminium sind mit Edelstahl oder Keramik auskleidbar.
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Ein weiteres interessantes Anwendungsbeispiel ist die Auskleidung
von Kunststoff mit einer Metallschicht zu dem Zweck, die Oberfläche elektrisch leitbar
zu machen.
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Da die elektrische Leitfähigkeit einer Kunststoffoberfläche schon
bei einer sehr dünnen Metallschicht erreicht wird, eröffnet sich hier die Verwirklichung
der bisher als unausführbar erachteten Verwendung von Kunststoff als Verkleidung
einer Flugzeugzelle. Diese aus Gewichtsgründen, aber auch aus der zunehmenden Verteuerung
und Verknappung des Werkstoffs Titan, höchst wünschenswerte Baumaßnahme im Zellenbau
wurde bisher von der Fachwelt deswegen abgelehnt, daß das Flugzeug durch elektrostatische
Aufladung sowie auch durch Blitze ins chlag gefährdet sei. Ein Beispiel der Gefährlichkeit
einer nichtleitenden Oberfläche gab die Zerstörung des Zeppelin-Luftschiffs "Hindenburg"
1937. Das erfindungsgemäße Verfahren macht es möglich, Kunststoffe, deren Festigkeit
und sonstige Eigenschaften für den Zellenbau ausreichen, mit einer dünnen Kupfer-
oder Aluminiumschicht zu versehen, durch welche die Kunststoffoberfläche elektrisch
leitend wird. Hierzu reicht eine Schichtstärke von 5QX aus d.h.
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bei Aluminium entsteht an der Kunststoffplatte ein zu-2 sätzliches
Gewicht von nur 135 g/m 3 Patentansprüche