EP0979317B1 - Verfahren zum aufbringen einer anorganischen beschichtung auf einen elektrisch leitfähigen körper - Google Patents

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EP0979317B1
EP0979317B1 EP97951074A EP97951074A EP0979317B1 EP 0979317 B1 EP0979317 B1 EP 0979317B1 EP 97951074 A EP97951074 A EP 97951074A EP 97951074 A EP97951074 A EP 97951074A EP 0979317 B1 EP0979317 B1 EP 0979317B1
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EP
European Patent Office
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coating
medium
coating medium
process according
coated
Prior art date
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Revoked
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EP97951074A
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English (en)
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EP0979317A2 (de
Inventor
Horst Russmann
Thomas Singe
Thomas c/o EMA ELEKTROMASCHINEN SCHULTZE KRUSE
Detlef c/o EMA ELEKTROMASCHINEN SCHULTZE HINZ
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Ewald Doerken AG
Original Assignee
Ewald Doerken AG
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Publication date
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Application filed by Ewald Doerken AG filed Critical Ewald Doerken AG
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D7/00—Processes, other than flocking, specially adapted for applying liquids or other fluent materials to particular surfaces or for applying particular liquids or other fluent materials
    • B05D7/50—Multilayers
    • B05D7/51—One specific pretreatment, e.g. phosphatation, chromatation, in combination with one specific coating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C22/00—Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C24/00—Coating starting from inorganic powder
    • C23C24/08—Coating starting from inorganic powder by application of heat or pressure and heat
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C26/00—Coating not provided for in groups C23C2/00 - C23C24/00

Definitions

  • the invention relates to a method for applying an inorganic Coating on an electrically conductive body, especially on a metallic one Workpiece.
  • the most varied of methods for applying a are from practice known inorganic coating on an electrically conductive body.
  • the coating is built up under the influence of temperature, whereby a reaction of the coating medium after its application to the body or the surface of the body is caused.
  • the reaction leads to Establishment of an essentially inorganic network.
  • different reaction temperatures are required.
  • Such reactions differ in terms of thermodynamics and Kinetics crucial for reactions with organic coating media.
  • the coating described often serves to protect the often metallic body against corrosion.
  • the reaction described above usually takes place in a convection oven after applying the coating medium.
  • the reaction temperature is depending on the coating medium between 180 ° C and 300 ° C. With these The coating medium reacts to temperatures for coating.
  • the present invention is therefore based on the object of a method for Application of an inorganic coating on an electrically conductive body specify a precisely controllable temperature curve with short Temperature change processes with economical and energy-saving Operation is enabled.
  • the body is made available. Then the body optionally degreased and / or chemically pretreated and / or blasted, e.g. sandblasted. This allows the surface of the body if necessary be prepared for the coating. This is followed by the application of a Coating medium on at least the surface area to be coated of the body.
  • At least the one to be coated is now Surface area of the body before and / or during and / or after application of the coating medium is inductively heated to a reaction temperature.
  • this inductive heating according to the invention there is first a energetically very advantageous heating of the body realized, because only the surface area to be coated and not necessarily the entire area Body is heated.
  • By directly coupling to the electrically conductive body generates cyclones in the body that are due to the electrical resistance of the body material to warm the body to lead. Energy losses due to heating a heating medium in the form of For example, circulating air and its inevitable heat radiation are excluded.
  • the warming is consequently targeted in the body or in the body Surface area caused by a suitable control of the Induction device with it a precisely controllable temperature curve resulting short temperature change processes is enabled.
  • the inductive heating the body is heated from the inside, so to speak highly efficient heating of the coating medium is also effected.
  • the heating process according to the invention is summarized by means of an inductive one Heating in a simple manner via the energy supply to the associated Induction heating device adjustable, which then results from the direct inductive energy transfer principle in addition to a short heating phase extremely short reaction times to temperature control and changing processes result. Due to the direct heating of the surface area to be coated is an economical and energy-saving mode of operation without the requirement a spacious convection oven.
  • the surface area of the body to be coated in a simple manner and / or during and / or after the application of the coating medium be heated to a reaction temperature. This is a high flexibility of the Procedure guaranteed.
  • the coating medium has reacted to form the coating
  • as last step of the process of the invention is cooling the Body.
  • the body can be exposed to room temperature, which ultimately results in an independent cooling of the body.
  • the cooling can but also by an active process step using a cooling medium respectively.
  • the method according to the invention is an application method specified an inorganic coating on an electrically conductive body, in which a precisely controllable temperature curve with short Temperature change processes with economical and energy-saving Operating mode is realized.
  • the coating medium used could be sufficient the surface area of the body to be coated before Application of the coating medium heated inductively to a preheating temperature become.
  • the preheating temperature could prevent premature Initiate the reaction of the coating medium below the reaction temperature lie.
  • the coating medium could react to the coating with the participation of water. This would be a separate one Supply of the amount of water required for the reaction is conceivable.
  • the water supply but could also be done in a simple manner by an independent withdrawal of water from the atmospheric humidity of the surrounding atmosphere.
  • the coating medium and so that the coating preferably has pigments made of zinc and / or aluminum. This would be an active protection against corrosion by the coating medium realized.
  • Coating medium additives such as internal lubricants, viscosity regulators, Have leveling agents and / or anti-crater additives.
  • this could Coating medium a binder from at least one organic and / or have inorganic metal compound.
  • the aforementioned elements can in the metal compound available individually or in combination.
  • a binder for the Coating medium a high molecular aminically crosslinked epoxy / phenoxy binder advantageous.
  • the binders in an optionally commercially available organic solvent and / or be dissolved in water.
  • the body could be the preheating temperature between room temperature and the Boiling temperature of the solvent or water. This would be a controlled escape of the solvent or water from the build-up Layer guaranteed and thus an optimal compression of the layer reached.
  • Such preheating could be done both before applying the coating medium as well as after application. In the latter The case would then be a gradual heating of the surface area to be coated of the body with the coating medium already applied.
  • inductive heating could of the body only within partial areas.
  • By such targeted heating of only the areas to be coated it is possible to adjacent and / or non-electrically conductive substances or surface areas little or no warming up. A warming of these areas would be then only possible by heat conduction.
  • the targeted introduction of heat also enables the coating of individual parts of an overall device and, on the other hand, complete complete devices. Doing so e.g. fully assembled bearings coated entirely or only at selected points become.
  • the heating could be carried out in one Surface area with a depth of max. 0.5 mm. With accordingly Short-term warming would be conduction into the remaining areas to neglect the body to be coated.
  • a gaseous or liquid cooling medium could be used as the cooling medium
  • Form of, for example, air, water or oil can be used. This would be temperature sensitive Areas easily protected from the effects of temperature. Only by using induction heating is it possible to be temperature sensitive Places or areas of the body to be coated at the same time as the heating the surface areas to be coated with air or liquid Cool cooling media.
  • Induction heating processes shorten the response time with a significant increase in the crosslinking temperature to achieve a fully crosslinked Coating conditionally, which is only in their fully networked scope their favorable Features fully. Too high a temperature can, however Destruction of the network or the pigments and additives embedded in it to lead. As a result, cooling the body at the appropriate time may differ bring positive effects. The cooling could only be achieved after this the reaction temperature can be used.
  • the coating could be a have cathodic effect.
  • the coating could in addition or as an alternative to the cathodic effect, it is electrically and / or thermally conductive his. Almost metallic conductivity could be achieved.
  • the coating could have a layer thickness from about 2 to 30 microns. This might be the case extreme corrosion protection in the thinnest layers. In more advantageous The coating could also be weldable.
  • the coating could have no heavy metals and in particular free of chromium VI and cadmium his.
  • the control of the layer thickness could, on the one hand, be based on the viscosity of the Coating medium and on the other hand or additionally via a mechanical Deduction must be set. With a view to mechanical removal this can be done in a simple manner by skidding. All other known Paint application methods are also applicable.
  • an additional organic top layer could be applied to the coating be upset.
  • the composition of the top layer could be considered for the best possible adhesion to the composition of the coating be coordinated.
  • the binder has a significant influence. in the In connection with the application of organic cover layers are high molecular weight aminically cross-linked epoxy / phenoxy binders of the top layer in particular Cheap.
  • the coating medium and / or the top layer is applied in in a particularly simple manner by spraying, in particular electrostatic Spraying, or a dipping process.
  • the diving process in connection with Skidding is particularly used for bulk goods.
  • Controlling the coating parameters could be particularly simple Way through the AC voltage frequency of the inductor and / or the induction duration and / or the reaction temperature.
  • the method according to the invention can be used with all known technologies.
  • Applying an organic cover layer can reduce the coloring, insulation, setting a constant coefficient of friction and improving the Contact corrosion resistance serve.
  • transistorized converters are used as induction devices Application, as this particularly the execution of precise computer-controlled processes favor.
  • the inventive method for applying an inorganic coating has a high protective effect against the chemical and electrochemical Corrosion as well as contact corrosion of e.g. Steel versus aluminum Episode. Furthermore, a high resistance of the coating in salt spray, Condensation and Kestemichtest reached. A hydrogen embrittlement to the coated surfaces do not occur.
  • the single figure shows a schematic representation of the sequence of an example Method according to the invention for applying an inorganic coating on an electrically conductive body.
  • the individual process steps distinguished by the reference numbers 1 to 6.
  • Reference number 1 denotes the first method step in which a Deploying the body is done.
  • Method step 2 consists of a optional degreasing and / or chemical pretreatment and / or blasting of the Body, e.g. sandblasting. If the body provided in step 1 is none this step 2 can be omitted.
  • next process step marked with the reference number 3 applying a coating medium to at least the one to be coated Surface area of the body.
  • the coating medium could also applied to surface areas of the body that are not to be coated be what a subsequent removal of the coating medium from the surface areas not to be coated.
  • the following inductive heating, identified by the reference number 4 at least the surface area of the body to be coated on a Reaction temperature could be before and / or during and / or after application of the coating medium.
  • the coating usually has a high thermal resistance up to approx. 350 ° C. Too high a temperature can destroy the coating. One too high temperature, especially over a long period of time, is also for heat-sensitive areas of the body to be coated harmful, so that the short-term treatment by induction is particularly advantageous here comes. In any case, care must be taken that a maximum temperature is not exceeded.
  • reaction takes place in method step 5 of the coating medium for coating.
  • Inductive heating enables with less effort compared to conventional air-conditioning technology rapid formation of a fully networked coating or protective layer.
  • This rapid reaction thermodynamics and kinetics cause the shortening of the Response time to achieve a significant increase in the crosslinking temperature a fully networked layer that only fully exhibits the properties mentioned having. Because too high a temperature to destroy the network or can lead to pigments and additives embedded in them is temperature control advantageous.
  • the body is cooled.
  • this can be done by passive cooling in, for example, ambient air or by means of active cooling using a special cooling medium like water or oil.
  • Inductive heating is ideal for the reaction of the coating media on partially coated, more or less large bodies, for Reaction of the entire coated body or also for coating Massengütem.
  • the method described is advantageous in that There is no need for multiple coatings due to imperfections and contact points.
  • the Spraying of preheated bulk goods while moving the bed is guaranteed when coating such bodies, a particularly uniform coating without missing parts.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen einer anorganischen Beschichtung auf einen elektrisch leitfähigen Körper, insbesondere auf ein metallisches Werkstück.
Aus der Praxis sind die unterschiedlichsten Verfahren zum Aufbringen einer anorganischen Beschichtung auf einen elektrisch leitfähigen Körper bekannt. Der Aufbau der Beschichtung erfolgt dabei unter Einwirkung von Temperatur, wodurch eine Reaktion des Beschichtungsmediums nach dessen Aufbringen auf den Körper bzw. die Oberfläche des Körpers hervorgerufen wird. Die Reaktion führt zum Aufbau eines im wesentlichen anorganischen Netzwerks. Je nach verwendetem Beschichtungsmedium sind unterschiedlich hohe Reaktionstemperaturen erforderlich. Derartige Reaktionen unterscheiden sich hinsichtlich Thermodynamik und Kinetik entscheidend von Reaktionen mit organischen Beschichtungsmedien. Die beschriebene Beschichtung dient häufig als Schutz des oft metallischen Körpers gegen Korrosion. Die oben beschriebene Reaktion erfolgt üblicherweise in Umluftöfen nach Aufbringen des Beschichtungsmediums. Die Reaktionstemperatur liegt dabei je nach Beschichtungsmedium zwischen 180°C und 300°C. Bei diesen Temperaturen reagiert das Beschichtungsmedium zur Beschichtung aus.
Beim Einsatz derartiger Umluftöfen ist problematisch, daß der Erwärmungsvorgang des zu beschichtenden Körpers sehr träge verläuft, wobei ein Wechseln der Temperatur viel Zeit beansprucht. Aufgrund des trägen Temperatunrerlaufs wird bei dem Ausreagieren des Beschichtungsmediums im Oberflächenbereich des Körpers meist der ganze Körper aufgrund von Wärmeleitung unnötigerweise mitaufgeheizt. Durch dieses Mitaufheizen des gesamten Körpers wird eine große Energiemenge ohne Beitrag zum Reaktionsvorgang benötigt.
Des weiteren ist bei Verwendung der bekannten Umluftöfen nachteilig, daß es erforderlich ist, die Umluftöfen derart voluminös auszugestalten, daß der zu beschichtende Körper vollständig im Ofen aufgenommen ist. Folglich erfordert die Durchführung des bekannten Beschichtungsverfahrens in unwirtschaftlicher Weise viel Raum.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Aufbringen einer anorganischen Beschichtung auf einen elektrisch leitfähigen Körper anzugeben, bei dem ein präzise steuerbarer Temperaturverlauf mit kurzen Temperaturwechselvorgängen bei wirtschaftlicher und energiesparender Betriebsweise ermöglicht ist.
Die zuvor aufgezeigte Aufgabe ist durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Danach ist ein Verfahren zum Aufbringen einer anorganischen Beschichtung auf einen elektrisch leitfähigen Körper durch die folgenden Verfahrensschritte gekennzeichnet:
Zunächst erfolgt ein Bereitstellen des Körpers. Anschließend wird der Körper gegebenenfalls entfettet und/oder chemisch vorbehandelt und/oder gestrahlt, bspw. sandgestrahlt. Hierdurch kann die Oberfläche des Körpers erforderlichenfalls für die Beschichtung präpariert werden. Hierauf erfolgt das Aufbringen eines Beschichtungsmediums auf zumindest den zu beschichtenden Oberflächenbereich des Körpers.
In erfindungsgemäßer Weise wird nun zumindest der zu beschichtende Oberflächenbereich des Körpers vor und/oder während und/oder nach dem Aufbringen des Beschichtungsmediums induktiv auf eine Reaktionstemperatur erwärmt. Durch dieses erfindungsgemäße induktive Erwärmen ist zunächst ein energetisch ganz besonders vorteilhaftes Erwärmen des Körpers realisiert, da lediglich der zu beschichtende Oberflächenbereich und nicht zwingend der gesamte Körper erwärmt wird. Dabei werden durch unmittelbares Ankoppeln an den elektrisch leitfähigen Körper Wirbelstörme in dem Körper generiert, die aufgrund des elektrischen Widerstandes des Körpermaterials zu einer Erwärmung des Körpers führen. Energieverluste durch Erwärmen eines Heizmediums in Form von bspw. Umluft und dessen unvermeidliche Wärmeabstrahlung sind hierbei ausgeschlossen. Die Erwärmung wird folglich gezielt in dem Körper bzw. in dessen Oberflächenbereich hervorgerufen, wobei durch ein geeignetes Steuern der Induktionsvorrichtung ein präzise steuerbarer Temperaturverlauf mit sich daraus ergebenden kurzen Temperaturwechselvorgängen ermöglicht ist. Durch das induktive Erwärmen wird der Körper quasi von innen heraus erwärmt, wobei ebenfalls ein höchst effizientes Erwärmen des Beschichtungsmediums bewirkt ist.
Zusammengefaßt ist der erfindungsgemäße Erwärmungsvorgang mittels eines induktiven Erwärmens in einfacher Weise über die Energiezufuhr zu der zugeordneten Induktionsheizvorrichtung regelbar, woraus sich dann aufgrund des direkten induktiven Energieübertragungsprinzips neben einer kurzen Aufheizphase auch äußerst kurze Reaktionszeiten auf Temperaturregelungs- bzw. Wechselvorgänge ergeben. Aufgrund des direkten Erwärmens des zu beschichtenden Oberflächenbereichs ist eine wirtschaftliche und energiesparende Betriebsweise ohne das Erfordernis einer raumgreifenden Umluftofeneinrichtung realisiert.
Je nach durch das Beschichtungsmedium vorgegebenen Erfordernissen kann der zu beschichtende Oberflächenbereich des Körpers in einfacher Weise vor und/oder während und/oder nach dem Aufbringen des Beschichtungsmediums auf eine Reaktionstemperatur erwärmt werden. Hierdurch ist eine hohe Flexibilität des Verfahrens gewährleistet.
Nach dem Ausreagieren des Beschichtungsmediums zur Beschichtung erfolgt als letzter Verfahrensschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens das Abkühlen des Körpers. Dabei kann der Körper Raumtemperatur ausgesetzt werden, was letztendlich ein selbständiges Abkühlen des Körpers zur Folge hat. Das Abkühlen kann jedoch auch durch einen aktiven Verfahrensschritt unter Verwendung eines Kühlmediums erfolgen.
Folglich ist mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Verfahren zum Aufbringen einer anorganischen Beschichtung auf einen elektrisch leitfähigen Körper angegeben, bei dem ein präzise steuerbarer Temperaturverlauf mit kurzen Temperaturwechselvorgängen bei wirtschaftlicher und energiesparender Betriebsweise realisiert ist.
Im Hinblick auf ein besonders flexibles Verfahren, welches individuellen Erfordemissen durch das verwendete Beschichtungsmedium genügt, könnte zumindest der zu beschichtende Oberflächenbereich des Körpers vor dem Aufbringen des Beschichtungsmediums induktiv auf eine Vorwärmtemperatur erwärmt werden. Die Vorwärmtemperatur könnte dabei zur Vermeidung eines vorzeitigen Einleitens der Reaktion des Beschichtungsmediums unterhalb der Reaktionstemperatur liegen.
Falls erforderlich, könnte das Ausreagieren des Beschichtungsmediums zur Beschichtung unter Beteiligung von Wasser erfolgen. Hierbei wäre ein separates Zuführen der für die Reaktion erforderlichen Wassermenge denkbar. Die Wasserzufuhr könnte jedoch auch in einfacher Weise durch ein selbständiges Entziehen des Wassers aus der Luftfeuchtigkeit der umgebenden Atmosphäre erfolgen.
Zum Schutz des Körpers gegen Korrosion könnte das Beschichtungsmedium und damit die Beschichtung Pigmente aus vorzugsweise Zink und/oder Aluminium aufweisen. Damit wäre ein aktiver Korrosionsschutz durch das Beschichtungsmedium realisiert.
In Abhängigkeit von den Anforderungen an die Beschichtung könnte das Beschichtungsmedium Additive wie bspw. inteme Gleitmittel, Viskositätsregulierer, Verlaufsmittel und/oder Antikrateradditive aufweisen. Einer individuellen Gestaltungsmöglichkeit des Beschichtungsmediums sind hierdurch keine Grenzen gesetzt.
Im Hinblick auf besonders günstige Gebrauchseigenschaften könnte das Beschichtungsmedium ein Bindemittel aus zumindest einer organischen und/oder anorganischen Metallverbindung aufweisen. Dabei sind Titan, Zirkonium, Chrom, Bor, Aluminium, Silizium, Kobalt, Nickel oder Magnesium aufweisende Metallverbindungen besonders günstig. Die vorgenannten Elemente können in der Metallverbindung einzeln oder kombiniert vorliegen. Weiterhin ist als Bindemittel für das Beschichtungsmedium ein hochmolekulares aminisch vemetztes Epoxi-/Phenoxi-Bindemittel vorteilhaft.
Im Hinblick auf einen günstigen Ablauf der schichtbildenden Vemetzungsreaktion könnten die Bindemittel in einem gegebenenfalls handelsüblichen organischen Lösungsmittel und/oder in Wasser gelöst sein. Im Falle einer Vorerwärmung des Körpers könnte die Vorwärmtemperatur zwischen der Raumtemperatur und der Siedetemperatur des Lösungsmittels bzw. des Wassers liegen. Hierdurch wäre ein kontrolliertes Entweichen des Lösungsmittels bzw. des Wassers aus der sich aufbauenden Schicht gewährleistet und damit eine optimale Verdichtung der Schicht erreicht. Ein solches Vorwärmen könnte sowohl vor dem Aufbringen des Beschichtungsmediums als auch nach dem Aufbringen erfolgen. Im letztgenannten Fall wäre dann ein stufenweises Erwärmen des zu beschichtenden Oberflächenbereichs des Körpers bei bereits aufgebrachtem Beschichtungsmedium realisiert.
Da das Aufheizen des zu beschichtenden Körpers und das Aufbringen des Beschichtungsmediums in zwei unterschiedlichen Anlagenteilen erfolgen könnte, gibt es in diesem Fall - bei vor dem Aufbringen des Beschichtungsmediums vorerwärmtem Körper - nach dem Aufbringen des Beschichtungsmediums ausreichend Zeit, damit das Lösungsmittel bzw. das Wasser zum Schutz der Oberfläche unterhalb der Siedetemperatur während des Verbringens des Körpers in den Aufheizbereich entweichen kann. Sobald das Lösungsmittel entwichen ist, kann die Temperatur der zu beschichtenden Oberfläche in wenigen Sekunden auf die notwendige Reaktionstemperatur gebracht werden, um so die optimale Funktion und Qualität der Beschichtung zu erreichen.
Hinsichtlich einer besonders günstigen Energiebilanz könnte das induktive Erwärmen des Körpers lediglich innerhalb partieller Bereiche erfolgen. Durch ein derart gezieltes Erwärmen lediglich der zu beschichtenden Bereiche ist es möglich, angrenzende und/oder nicht elektrisch leitfähige Substanzen bzw. Oberflächenbereiche kaum oder nur wenig mitzuerwärmen. Eine Erwärmung dieser Bereiche wäre dann lediglich durch Wärmeleitung möglich. Das gezielte Einbringen der Wärme ermöglicht weiterhin das Beschichten einerseits von Einzelteilen einer Gesamtvorrichtung und andererseits von vollständigen Gesamtvorrichtungen. Dabei könnten z.B. fertig montierte Lager insgesamt oder auch nur an ausgewählten Stellen beschichtet werden.
In besonders energiesparender Weise könnte die Erwärmung in einem Oberflächenbereich mit einer Tiefe von max. 0,5 mm erfolgen. Bei entsprechend kurzzeitiger Erwärmung wäre hierbei eine Wärmeleitung in verbleibende Bereiche des zu beschichtenden Körpers zu vernachlässigen.
Zur Vermeidung des Erwärmens nicht zu beschichtender oder temperaturempfindlicher Bereiche könnte der Körper partiell oder insgesamt während und/oder nach dem Erwärmen mit einem geeigneten Kühlmedium gekühlt werden. Als Kühlmedium könnte ein gasförmiges oder flüssiges Kühlmedium in Form von bspw. Luft, Wasser oder Öl verwendet werden. Damit wären temperaturempfindliche Bereiche in einfacher Weise vor Temperatureinwirkung geschützt. Nur unter Verwendung der induktiven Erwärmung ist es möglich, temperaturempfindliche Stellen bzw. Bereiche der zu beschichtenden Körper zugleich mit der Erwärmung der zu beschichtenden Oberflächenbereiche mit Luft oder flüssigen Kühlmedien zu kühlen.
Bei einem solchen Kühlen kann berücksichtigt werden, daß das erfindungsgemäße Verfahren mit induktiver Erwärmung eine Verkürzung der Reaktionszeit bei deutlicher Erhöhung der Vemetzungstemperatur zur Erzielung einer voll vernetzten Beschichtung bedingt, die erst in voll vemetztem Umfang ihre günstigen Eigenschaften in vollem Maße aufweist. Eine zu hohe Temperatur kann jedoch zur Zerstörung des Netzwerks bzw. der darin eingebetteten Pigmente und Additive führen. Folglich kann ein Kühlen des Körpers zur geeigneten Zeit unterschiedliche positive Effekte mit sich bringen. Die Kühlung könnte dabei erst nach Erreichen der Reaktionstemperatur eingesetzt werden.
Hinsichtlich einer besonders hohen Schutzwirkung könnte die Beschichtung eine kathodische Wirkung aufweisen. Je nach Erfordernis könnte die Beschichtung zusätzlich oder alternativ zu der kathodischen Wirkung elektrisch und/oder wärmeleitfähig sein. Dabei könnte eine nahezu metallische Leitfähigkeit erreicht sein.
Hinsichtlich einer möglichst geringen Veränderung der Dimension des Körpers durch das Aufbringen der Beschichtung könnte die Beschichtung eine Schichtdicke von etwa 2 bis 30 Mikrometern aufweisen. Gegebenenfalls wäre hierdurch ein extremer Korrosionsschutz in dünnsten Schichten erreicht. In weiter vorteilhafter Weise könnte die Beschichtung auch schweißbar sein.
Zur Vermeidung einer übermäßigen Umweltbelastung könnte die Beschichtung keine Schwermetalle aufweisen und insbesondere chrom-VI- und cadmiumfrei sein.
Die Steuerung der Schichtdicke könnte einerseits über die Viskosität des Beschichtungsmediums und andererseits oder zusätzlich über einen mechanischen Abtrag eingestellt sein. Im Hinblick auf einen mechanischen Abtrag könnte dieser in einfacher Weise durch ein Schleudem erfolgen. Alle anderen bekannten Lackapplikationsverfahren sind ebenfalls anwendbar.
Falls erforderlich, könnte auf die Beschichtung eine zusätzliche organische Deckschicht aufgebracht sein. Die Zusammensetzung der Deckschicht könnte im Hinblick auf eine möglichst gute Haftung auf die Zusammensetzung der Beschichtung abgestimmt sein. Dabei hat das Bindemittel einen wesentlichen Einfluß. Im Zusammenhang mit der Aufbringung von organischen Deckschichten sind hochmolekulare aminisch vernetzte Epoxi-/Phenoxi-Bindemittel der Deckschicht besonders günstig.
Das Aufbringen des Beschichtungsmediums und/oder der Deckschicht erfolgt in besonders einfacher Weise über ein Besprühen, insbesondere elektrostatisches Besprühen, oder einen Tauchprozeß. Das Tauchverfahren in Verbindung mit Abschleudem findet dabei insbesondere bei Schüttgut Anwendung.
Im Hinblick auf einen besonders präzise steuerbaren Temperaturverlauf könnte das Erwärmen und/oder das Abkühlen bzw. Kühlen rechnergesteuert erfolgen. Damit wäre ein vollautomatischer Verfahrensablauf ermöglicht.
Eine Steuerung der Beschichtungsparameter könnte in besonders einfacher Weise durch die Wechselspannungsfrequenz des Induktors und/oder die Induktionsdauer und/oder die Reaktionstemperatur erfolgen.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist bei allen bekannten Technologien anwendbar.
Das Aufbringen einer organischen Deckschicht kann der Farbgebung, der Isolation, der Einstellung einer konstanten Reibungszahl und der Verbesserung der Kontaktkorrosionbeständigkeit dienen.
Als Induktionseinrichtungen finden insbesondere transistorisierte Umrichter Anwendung, da diese die Durchführung präziser rechnergesteuerter Prozesse besonders begünstigen.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Aufbringen einer anorganischen Beschichtung hat eine hohe Schutzwirkung gegen die chemische und elektrochemische Korrosion wie auch die Kontaktkorrosion von z.B. Stahl gegen Aluminium zur Folge. Des weiteren ist eine hohe Beständigkeit der Beschichtung in Salzsprüh-, Schwitzwasser- und Kestemichtests erreicht. Eine Wasserstoffversprödung an den beschichteten Oberflächen tritt nicht auf.
Während der Durchführung des Verfahrens sind kurze Taktzeiten von Sekunden möglich. Eine Minderung der Bauteilfestigkeit ist in Folge der kurzen Temperatureinwirkung weitaus weniger kritisch als bei konventioneller Erwärmung.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist ein aufgrund der geringen Energiekosten und Entsorgungskosten äußerst umweltfreundliches Verfahren realisiert, wobei der Aufbau einer kleinen und kompakten Anlage möglich ist.
Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die nachgeordneten Ansprüche, andererseits auf die nachfolgende Erläuterung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand der Zeichnung zu verweisen. In Verbindung mit der Erläuterung des bevorzugten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand der Zeichnung werden auch im allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert. In der Zeichnung zeigt die
einzige Figur
im Rahmen eines Blockdiagramms schematisch den Ablauf eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Aufbringen einer anorganischen Beschichtung auf einen elektrisch leitfähigen Körper.
Die einzige Figur zeigt in schematischer Darstellung den Ablauf eines beispielhaften erfindungsgemäßen Verfahrens zum Aufbringen einer anorganischen Beschichtung auf einen elektrisch leitfähigen Körper. Dabei sind die einzelnen Verfahrensschritte durch die Bezugsziffern 1 bis 6 unterschieden.
Mit der Bezugsziffer 1 ist der erste Verfahrensschritt gekennzeichnet, bei dem ein Bereitstellen des Körpers erfolgt. Der Verfahrensschritt 2 besteht aus einem fakultativen Entfetten und/oder chemischen Vorbehandeln und/oder Strahlen des Körpers, bspw. Sandstrahlen. Falls der im Schritt 1 bereitgestellte Körper keiner weiteren Präparation mehr bedarf, kann dieser Verfahrensschritt 2 entfallen.
Im nächsten, mit der Bezugsziffer 3 gekennzeichneten Verfahrensschritt erfolgt das Aufbringen eines Beschichtungsmediums auf zumindest den zu beschichtenden Oberflächenbereich des Körpers. Dabei könnte das Beschichtungsmedium auch auf nicht zu beschichtende Oberflächenbereiche des Körpers aufgebracht werden, was ein anschließendes Entfemen des Beschichtungsmediums von den nicht zu beschichtenden Oberflächenbereichen zur Folge hätte.
Das nachfolgende, mit der Bezugsziffer 4 gekennzeichnete induktive Erwärmen zumindest des zu beschichtenden Oberflächenbereichs des Körpers auf eine Reaktionstemperatur könnte vor und/oder während und/oder nach dem Aufbringen des Beschichtungsmediums erfolgen. Je nach Erfordernis ist dabei ein Vorwärmen zumindest des zu beschichtenden Oberflächenbereichs vor dem Aufbringen des Beschichtungsmediums möglich. Dies könnte ein Entweichen von bei der Vemetzungsreaktion des Beschichtungsmediums nicht erforderlichen Lösungsmitteln begünstigen.
Die Beschichtung weist üblicherweise eine hohe thermische Beständigkeit bis zu ca. 350°C auf. Eine zu hohe Temperatur kann die Beschichtung zerstören. Eine zu hohe Temperatur, insbesondere über längere Zeit, ist weiterhin auch für wärmeempfindliche Bereiche des zu beschichtenden Körpers schädlich, so daß die Kurzzeitbehandlung mittels Induktion hier besonders vorteilhaft zum Tragen kommt. In jedem Falle muß darauf geachtet werden, daß eine Maximaltemperatur nicht überschritten wird.
Des weiteren ist es nur unter Verwendung der induktiven Erwärmung möglich, temperaturempfindliche Bereiche der zu beschichtenden Körper gleichzeitig mit der Erwärmung der beschichteten Bereiche mit Luft oder flüssigen Medien zu kühlen.
Nach dem induktiven Erwärmen erfolgt im Verfahrensschritt 5 ein Ausreagieren des Beschichtungsmediums zur Beschichtung. Die induktive Erwärmung ermöglicht dabei mit im Vergleich zu konventioneller Umlufttechnik geringerem Aufwand eine schnelle Ausbildung einer voll vernetzten Beschichtung bzw. Schutzschicht. Diese schnelle Reaktions-Thermodynamik und -Kinetik bedingt bei Verkürzung der Reaktionszeit eine deutliche Erhöhung der Vernetzungstemperatur zur Erzielung einer voll vernetzten Schicht, die erst in vollem Umfang die genannten Eigenschaften aufweist. Da eine zu hohe Temperatur zur Zerstörung des Netzwerks bzw. darin eingebetteter Pigmente und Additive führen kann, ist eine Temperatursteuerung vorteilhaft.
Im mit der Bezugsziffer 6 bezeichneten letzten Verfahrensschritt eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Körper abgekühlt. Dies kann einerseits durch ein passives Abkühlenlassen an bspw. Umgebungsluft oder mittels eines aktiven Abkühlens durch ein besonderes Kühlmedium wie Wasser oder Öl erfolgen.
Die induktive Erwärmung ist bestens geeignet zur Ausreaktion der Beschichtungsmedien auf partiell beschichteten, mehr oder weniger großen Körpern, zur Ausreaktion ganzflächig beschichteter Körper oder auch zur Beschichtung von Massengütem. Dabei ist das geschilderte Verfahren insofem von Vorteil, als sich Mehrfachbeschichtungen aufgrund von Fehl- und Kontaktstellen erübrigen. Das Besprühen vorerwärmter Schüttgüter unter Bewegung der Schüttung gewährleistet bei Beschichtung derartiger Körper eine besonders gleichmäßige Beschichtung ohne Fehlstellen.
Bei Einsatz eines Tauchverfahrens zum Aufbringen des Beschichtungsmediums können insbesondere auch vorgewärmte Körper getaucht werden.
Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf den allgemeinen Teil der Beschreibung sowie auf die beigefügten Patentansprüche verwiesen.
Schließlich sei ausdrücklich darauf hingewiesen, daß das voranstehend erörterte Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens lediglich zur Erörterung der beanspruchten Lehre dient, diese jedoch nicht auf das Ausführungsbeispiel einschränkt.

Claims (10)

  1. Verfahren zum Aufbringen einer anorganischen Beschichtung auf einen elektrisch leitfähigen Körper, insbesondere auf ein metallisches Werkstück, mit den folgenden Verfahrensschritten:
    Bereitstellen des Körpers;
    ggf. Entfetten und/oder chemisches Vorbehandeln und/oder Strahlen des Körpers;
    Aufbringen eines Beschichtungsmediums auf zumindest den zu beschichtenden Oberflächenbereich des Körpers, wobei das Beschichtungsmedium ein Bindemittel aus zumindest einer organischen und/oder anorganischen Metallverbindung aufweist und wobei das Bindemittel in einem organischen Lösungsmittel und/oder in Wasser gelöst ist;
    induktives Erwärmen zumindest des zu beschichtenden Oberflächenbereichs des Körpers nach dem Aufbringen des Beschichtungsmediums auf eine Reaktionstemperatur;
    Ausreagieren des Beschichtungsmediums zur Beschichtung;
    Abkühlen des Körpers;
    dadurch gekennzeichnet, daß zumindest der zu beschichtende Oberflächenbereich des Körpers vor dem Aufbringen des Beschichtungsmediums induktiv auf eine unterhalb der Reaktionstemperatur liegende Vorwärmtemperatur erwärmt wird und daß die Vorwärmtemperatur zwischen der Raumtemperatur und der Siedetemperatur des Lösungsmittels bzw. des Wassers liegt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausreagieren des Beschichtungsmediums zur Beschichtung unter Beteiligung von Wasser erfolgt, wobei das Wasser vorzugsweise der Luftfeuchtigkeit der umgebenden Atmosphäre entzogen wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Beschichtungsmedium Pigmente aus vorzugsweise Zink und/oder Aluminium und/oder Additive wie bspw. interne Gleitmittel, Viskositätsregulierer, Verlaufsmittel und/oder Antikrateradditive aufweist und/oder daß die Metallverbindung Titan, Zirkonium, Chrom, Bor, Aluminium, Silizium, Kobalt, Nickel oder Magnesium aufweist.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das induktive Erwärmen des Körpers lediglich innerhalb partieller Bereiche erfolgt und/oder daß die Erwärmung in einem Oberflächenbereich mit einer Tiefe von maximal 0,5 mm erfolgt.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper partiell oder insgesamt während und/oder nach dem Erwärmen mit einem Kühlmedium gekühlt wird, wobei das Kühlmedium vorzugsweise gasförmig oder flüssig in Form von bspw. Luft, Wasser oder Öl ist.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung eine kathodische Korrosionsschutzwirkung aufweist und/oder daß die Beschichtung elektrisch und/oder wärmeleitfähig ist und/oder daß die Beschichtung eine Schichtdicke von etwa 2 - 30 Mikrometem aufweist und/oder daß die Beschichtung keine Schwermetalle aufweist und insbesondere chrom-VI- und cadmiumfrei ist.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtdicke über die Viskosität des Beschichtungsmediums eingestellt ist und/oder daß die Schichtdicke über einen mechanischen Abtrag eingestellt ist, wobei der mechanische Abtrag vorzugsweise durch ein Schleudem erfolgt.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Beschichtung eine zusätzliche organische Deckschicht aufgebracht wird, wobei vorzugsweise die Zusammensetzung der Deckschicht im Hinblick auf eine möglichst gute Haftung auf die Zusammensetzung der Beschichtung abgestimmt ist und wobei das Bindemittel der Deckschicht vorzugsweise ein hochmolekulares aminisch vernetztes Epoxi-/Phenoxi-Bindemittel ist.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufbringen des Beschichtungsmediums und/oder der Deckschicht über ein Besprühen, insbesondere elektrostatisches Besprühen, oder einen Tauchprozeß erfolgt.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Erwärmen und/oder das Abkühlen bzw. Kühlen rechnergesteuert erfolgt und/oder daß eine Steuerung der Beschichtungsparameter durch die Wechselspannungsfrequenz des Induktors und/oder die Induktionsdauer und/oder die Reaktionstemperatur erfolgt.
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