DE4434425C2 - Verfahren zur Erzeugung einer Antihaftbeschichtung sowie mit einer solchen versehene Gegenstände - Google Patents
Verfahren zur Erzeugung einer Antihaftbeschichtung sowie mit einer solchen versehene GegenständeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung einer
Antihaftbeschichtung auf der Oberfläche eines verhältnismäßig
weichen Metallsubstrats nach dem Anspruch 1 sowie einen danach
hergestellten Gegenstand nach Anspruch 24.
Aus der DE-AS 15 46 934 ist ein Verfahren zur Bildung einer
Polytetrafluoräthylen-Schutzschicht auf gereinigten und
anodisch oxidierten Aluminiumgegenständen bekannt, bei welchem
nach der Reinigung der Metalloberfläche eine starke Ätz
zwischenbehandlung in Salzsäure und eine anodische Oxidation
nach dem Gleichstrom-Schwefelsäure-Verfahren vorgenommen wird,
um sowohl die flächige Abriebfestigkeit als auch die Kratz
festigkeit und damit die Lebensdauer der Polytetrafluor
äthylenschicht zu erhöhen. Die Ätzbehandlung erzeugt in der
Leichtmetalloberfläche hinterschnittene Höhlungen, deren
Wandungen durch die Anodisierung mit einer Eloxalschicht von
hoher Härte überzogen werden. Die Eloxalschicht ist ihrerseits
porös und saugfähig und nimmt die Schutzschicht aus Polytetra
fluoräthylen gut auf. Mit der anodischen Oxidation erhält die
an sich weiche Oberfläche der hinterschnittenen Höhlungen eine
Härte, die der aufgetragenen Schutzschicht ihre Abrieb- und
Kratzfestigkeit gibt.
Aus der EP-OS 0 424 072 ist ein Verfahren zur Herstellung
eines Kochgeschirrs aus Aluminium mit einer Antihaftschicht
für die Berührung mit dem Kochgut bekannt, bei welchem ein
Aluminiumsubstrat wenigstens im Oberflächenbereich der
aufzubringenden Antihaftschicht aufgerauht und dann anodisiert
wird. Die Antihaftschicht wird dann unmittelbar auf die
anodisierte Oberfläche aufgebracht, wobei zur Verbesserung der
Abriebfestigkeit und Kratzfestigkeit die Anodisationsschicht
mittels Hartanodisation erzeugt und die Hartanodisations
schicht mit einer Stärke zwischen 15 und 50 µm erzeugt wird.
Die Antihaftschicht kann Polytetrafluoräthylen (PTFE) sein.
Die Oberflächenrauheit wird mittels Ätzen oder Sandstrahlen
lediglich zur Haftungsverbesserung erzeugt.
Aus der EP-OS 0 594 374 ist ein Verfahren zum Bilden einer dem
Kochgut zugewandten Fläche eines Kochgefäßes mit einem
Aluminiumsubstrat offenbart, bei welchem das Aluminiumsubstrat
zunächst hartanodisiert, dann eine Materialschicht vorzugs
weise aus Keramik, Aluminiumoxid oder rostfreiem Stahl
aufgespritzt und anschließend eine Antihaftschicht aufgebracht
wird, wobei die Spritzschicht in Form halbkugelförmiger
Partikel ausgebildet ist, wodurch der Verankerungseffekt für
die Antihaftschicht verbessert werden soll.
Aus der EP-OS 0 365 485 ist ein Verfahren zur Erzeugung einer
Antihaftbeschichtung bekannt, bei welchem auf eine durch
Sandstrahlung aufgerauhte Oberfläche eines Gefäßes eine
Aluminium/Titanoxidschicht bei einer Temperatur des Gefäßes
von mindestens 400°C aufgesprüht wird. Nach dem Erkalten wird
eine Fluorpolymerschicht aufgebracht und bei über 300°C
gesintert. Die nicht näher definierte "Rauhtiefe" soll
zwischen etwa 100 und 200 µm betragen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und
einen danach hergestellten Gegenstand vorzuschlagen, bei
welchem eine hohe Qualität der Antihaftschicht durch Funk
tionstrennung hinsichtlich Abriebfestigkeit und Kratzfestig
keit erreicht wird. Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des
Anspruchs 1 gelöst.
Eine weitere Verbesserung ist in Anspruch 2 vorgeschlagen.
Bei Ra, Ry, Pc und tp handelt es sich um die in DIN 4762 und
4768 (für die Ermittlung im Tastschnittverfahren) definierten
Größen für den arithmetischen Mittenrauhwert (Ra), die
Zehnpunkthöhe (Rz), die maximale Profilhöhe (Ry), die Spitzen
zahl (Pc) und den Profiltraganteil (tp) (gleichbedeutend mit
dem Materialanteil Mr). Dabei ist Ra der arithmetische
Mittelwert der absoluten Werte der Profilabweichungen
innerhalb einer Bezugsstrecke, Rz der Mittelwert der Absolut
werte der Höhen der fünf höchsten Profilkuppen und der
Absolutwerte der Tiefen der fünf tiefsten Profiltäler
innerhalb einer Bezugsstrecke, Ry der Abstand zwischen der
Linie der Profilkuppen (obere Berührungslinie) und der Linie
der Profiltäler (untere Berührungslinie) innerhalb einer
Bezugsstrecke, Pc die (von vielen Herstellern verwendete)
Kenngröße für Anzahl der Profilmerkmale pro cm, die das
eingestellte obere Schnittniveau überschreiten und nachfolgend
das untere unterschreiten, und tp das in % angegebene Verhält
nis der tragenden Länge des Profils zur Bezugsstrecke in einem
bestimmten Schnittniveau. Der Klammerausdruck hinter Pc gibt
in µm die durch unteres und oberes Schnittniveau bestimmte
Bandbreite an.
Schichten, die sowohl verschleißbeständig als auch antihaftend
sind, können derart ausgelegt sein, daß zwei unterschiedliche
Schichten übereinander bzw. nebeneinander unterschiedliche
Funktionen ausüben. Dieses Prinzip der Funktionstrennung wird
erfindungsgemäß in optimaler Weise eingesetzt, indem auf ein
relativ weiches (metallisches) Substrat mit (nach Rauhtiefe
und Traganteil) gezielt hergestellter Rauheit eine Hartstoff
schicht (ein- oder mehrlagig) an- bzw. aufgebracht wird. Auf
diese Hartstoffschicht wird dann eine Antihaftschicht (ein-
oder mehrlagig) vorzugsweise aus einem Fluorkohlenstoffharz
aufgetragen, welches sich insbesondere in die Vertiefungen der
Hartstoffschicht legt. Die frei liegende Oberfläche der
Antihaftschicht kann dabei die Oberflächenrauhigkeit der
Hartstoffschicht mehr oder weniger ausgleichen, d. h. z. B.
auch eben sein. Bei Verschleißbeanspruchung der Beschichtung
übernehmen die Hartstoffspitzen die Funktion der Kraftüber
tragung, während der Großteil der Fläche (90 bis 99%) die
Antihaftwirkung übernimmt. Durch gezielte Oberflächenrauheit
unter Einhaltung der angegebenen Kenngrößen für das Metallsub
strat bzw. die Hartstoffschicht können der Antihaftbeschich
tung optimale Eigenschaften hinsichtlich Abriebfestigkeit,
Kratzfestigkeit und Antihaftwirkung gegeben werden. Von
besonderer Bedeutung ist hierbei offenbar der relativ kleine
aber nicht zu geringe Traganteil der Oberfläche, so daß eine
geringstmögliche Beschädigung der Antihaftschicht bei nicht
zu großen Flächen zwischen zwei Spitzen der aufgerauhten
Oberfläche erreicht wird. Durch die nach Anspruch 1 bzw. 2
vorgesehene Kenngrößenverknüpfung in bestimmten Wertebereichen
werden zur Funktionstrennung von Verschleißbeständigkeit und
Antihaftverhalten eine optimierte Verschleißbeständigkeit der
Hartstoffspitzen selbst und damit des Schichtsystems insgesamt
sowie durch den definierten Spitzenabstand der Oberfläche die
Antihaftschicht bestmöglich geschützt. Spitze Gegenstände, wie
Gabeln oder dgl., und Schneidgeräte, wie Messer oder dgl.,
können so nicht in die Täler der Schichtoberfläche eindringen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens ergeben
sich aus den weiteren Unteransprüchen. Ebenso ist ein unter
Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellter
Gegenstand vorteilhaft.
Für die Herstellung eines Kochgeschirrs wird bspw. zunächst
das Metallsubstrat geformt, dann zur Erzielung der gewünschten
Rauheit gestrahlt, die gestrahlte Oberfläche eventuell
chemisch gereinigt bzw. gebeizt, dann die Hartstoffschicht
erzeugt bzw. aufgetragen, und danach die Antihaftschicht bspw.
aus Polytetrafluoräthylen (PTFE) oder dgl. Antihaftsystemen
aufgetragen sowie abschließend eingebrannt bzw. gesintert.
Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugte Antihaft
beschichtung eignet sich nicht nur vorzüglich als Pfannenin
nenbeschichtung, sondern auch für sonstige Haushaltsgeräte,
wie Bügeleisen, Kuchen- und Auflaufformen, sowie für Maschi
nenelemente, bei denen es auf Antihaftwirkung und Verschleiß
festigkeit ankommt, wie bei Walzen, Spritz- oder Gießformen
und dgl.
Claims (25)
1. Verfahren zur Erzeugung einer Antihaftbeschichtung auf
der Oberfläche eines verhältnismäßig weichen Metallsubstrats,
bei welchem man die Metalloberfläche aufrauht sowie mit einer
ein- oder mehrlagigen Hartstoffschicht und dann mit einer ein-
oder mehrlagigen Antihaftschicht versieht, wobei die Ober
flächenrauheit der Hartstoffschicht folgende Kenngrößen
erfüllt:
Ra
zwischen 8 und 30 µm und
Pc (1, 3) zwischen 20 und 45 1/cm und
tp [10%] zwischen 1 und 3%,
wobei Ra der arithmetische Mittenrauhwert, Pc die Spitzenzahl
und tp der Profiltraganteil nach DIN 4762 sind.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Hartstoffschicht
durch Konversion der Metalloberfläche oder als thermische
Spritzschicht gebildet wird und die Oberflächenrauheit der
Hartstoffschicht aufgrund des Aufrauhens der Metalloberfläche
folgende Kenngrößen erfüllt:
Ra
zwischen 8 und 15 µm für eine Konversionsschicht oder zwischen 10 und 25 µm für eine thermische Spritzschicht und
Pc (1,3) zwischen 25 und 40 1/cm für eine Konversionsschicht oder zwischen 20 und 45 1/cm für eine thermische Spritzschicht und
tp [10%] zwischen 1 und 2 für eine Konversionsschicht oder zwischen 1 und 3 für eine thermische Spritzschicht.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei zusätzlich die
Zehnpunkthöhe Rz als Kenngröße der Oberflächenrauhigkeit der
Hartstoffschicht nach DIN 4762 zwischen 40 und 180 µm liegt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei
zusätzlich die maximale Profilhöhe Ry als Kenngröße der
Oberflächenrauhigkeit der Hartstoffschicht nach DIN 4762
zwischen 50 und 250 µm liegt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei
zusätzlich der Profiltraganteil tp [20%] als Kenngröße der
Oberflächenrauhigkeit der Hartstoffschicht nach DIN 4762
zwischen 1 und 10% liegt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die
Hartstoffschicht durch Konversion der Metalloberfläche oder
als thermische Spritzschicht gebildet wird und die Zehnpunkt
höhe Rz als Kenngröße der Oberflächenrauheit der Hartstoff
schicht nach DIN 4762 zwischen 40 und 80 µm für eine
Konversionsschicht oder zwischen 40 und 120 µm für eine
thermische Spritzschicht liegt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die
Hartstoffschicht durch Konversion der Metalloberfläche oder
als thermische Spritzschicht gebildet wird und die maximale
Profilhöhe Ry als Kenngröße der Oberflächenrauheit der
Hartstoffschicht nach DIN 4762 zwischen 50 und 120 µm für
eine Konversionsschicht oder zwischen 50 und 150 µm für eine
thermische Spritzschicht liegt.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die
Hartstoffschicht durch Konversion der Metalloberfläche oder
als thermische Spritzschicht gebildet wird und der Profiltrag
anteil tp [20%] als Kenngröße der Oberflächenrauheit der
Hartstoffschicht nach DIN 4762 zwischen 1 und 8% für eine
Konversionsschicht oder zwischen 1 und 10% für eine
thermische Spritzschicht liegt.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das
Metallsubstrat ein Substrat aus Aluminium, einer Alumini
umlegierung, Magnesiumlegierung und/oder Kupferlegierung ist.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die
Hartstoffschicht durch Hartanodisation gebildet wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die
Antihaftschicht aus einem Fluorkohlenstoffharz besteht.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die
Antihaftschicht aus Polytetrafluoräthylen (PTFE), Tetrafluor
äthylen-Hexafluorpropylen-Kopolymer (FEP) oder Tetrafluor
äthylen-Äthylen-Kopolymer (ETFE) besteht.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die
Erzeugung der Oberflächenrauheit der Metalloberfläche durch
Strahlen mit Strahlgut erfolgt.
14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Strahlen durch
Injektionsstrahlen, Druckstrahlen oder Schleuderradstrahlen
erfolgt.
15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, wobei das Strahlen
mit anorganischen, insbesondere keramischen oder hartmetallischem
Strahlgut erfolgt.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei das
Strahlen mit Al₂O₃ (Korund, Mischkorund, Edelkorund), SiC oder
CB₄ erfolgt.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, wobei das
Strahlen der Metalloberfläche mittels Strahlgut mit einer
Körnung von mindestens K 30 (50 bis 700 µm) erfolgt.
18. Verfahren nach Anspruch 17, wobei die Körnung zwischen
K 24 (595 bis 841 µm) und K 20 (841 bis 1190 µm) liegt.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei die
Hartstoffschicht mit einer Dicke < 10 µm erzeugt wird.
20. Verfahren nach Anspruch 19, wobei die Hartstoffschicht
mit einer Dicke zwischen 30 und 100 µm erzeugt wird.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20, wobei die
Hartstoffschicht als Anodisationsschicht, als thermische
Spritzschicht oder als sonstige Konversionsschicht erzeugt
wird.
22. Verfahren nach Anspruch 21, wobei die Hartstoffschicht
als Hartanodisationsschicht und die Spritzschicht durch
Flammspritzen, Plasmaspritzen, Hochgeschwindigkeitsflamm
spritzen und/oder Detonationsspritzen erzeugt wird.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 22, wobei die
zu beschichtende Oberfläche eine Pfanneninnenfläche ist.
24. Gegenstand mit wenigstens einem eine nach einem der
Ansprüche 1 bis 23 hergestellte Antihaftbeschichtung auf
weisenden Flächenbereich.
25. Gegenstand nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß
er als Haushaltsgerät, Maschinenelement, Spritzform oder
Gießform ausgebildet ist.
Priority Applications (1)
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DE19944434425 DE4434425C2 (de) | 1994-09-27 | 1994-09-27 | Verfahren zur Erzeugung einer Antihaftbeschichtung sowie mit einer solchen versehene Gegenstände |
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