EP1354983A1 - Verfahren zum Beschichten von Festkörpern im Niedrigtemperaturbereich - Google Patents
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- EP1354983A1 EP1354983A1 EP03090099A EP03090099A EP1354983A1 EP 1354983 A1 EP1354983 A1 EP 1354983A1 EP 03090099 A EP03090099 A EP 03090099A EP 03090099 A EP03090099 A EP 03090099A EP 1354983 A1 EP1354983 A1 EP 1354983A1
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Definitions
- the invention relates to a method for coating a Coating surface of solids, for example metallic surfaces such as body panels, clearly below the liquidus temperature of coating agent and Low temperature substrate.
- spray layers have a lamellar structure, which is also caused by the surface oxidation of the highly heated metallic spray particles on their way from the spray gun to the substrate surface.
- This lamellar structure is one of the reasons for the increase in layer hardness and wear resistance, but also for the decrease in corrosion resistance.
- a change in the composition for example by selective evaporation of a component, cannot be ruled out.
- These processes also require complex plant technology such as encapsulated spray rooms or booths, suction devices with filters in order to keep the impact on the environment as low as possible.
- EP 0 275 083 B1 describes a method for metal spray coating a substrate like steel in Low temperature range known in which a not pretreated substrate before spraying it with metal coated with a resin layer and then a metal by an arc spray machine onto the resin layer is sprayed on.
- the zinc layer produced with this proposed method according to DE 101 02 924 builds up due to the impact of individual zinc particles on a pre-compressed substrate surface, the zinc particles deforming due to their high kinetic energy upon impact on the substrate surface and mechanically clinging to it.
- the energy released in the event of an impact leads to a temporary increase in temperature at the boundary between particle and substrate, which increases the adhesion of the particles to the substrate. Nevertheless, it was found that the adhesive forces of such zinc layers are not sufficiently high.
- the object of the invention based, uniformly homogeneous and dense Corrosion protection layers on solids in particular without Reworking with low energy consumption, high flexibility and environmentally friendly recovery and reuse of the Blasting media economically in the low temperature range produce.
- the method according to the invention is characterized above all by this from that the metal particles on a metallic substrate a uniformly dense and homogeneous corrosion protection layer in the Form low temperature area without any after-treatment necessary is.
- the spreading on the substrate surface Metal particles are particularly impacted by the Impact body deformed into a homogeneous protective layer and condensed at the same time.
- the improvement achieved in the Adhesion is due to a more intense mechanical Stapling, adhesion, diffusion and electrostatic forces due.
- the when the metal particles and the Impact energy released leads to a temporary Temperature increase, causing the adherence of the Metal particles on the substrate surface further improved becomes.
- the method according to the invention works in a vacuum suction flow, so that all material flows are circulated and the blasting media can be recovered inexpensively without getting into the environment. Elaborate and energy-intensive spray booths are completely eliminated.
- the process is simple, location-independent and economical due to its low energy consumption. Due to the negative pressure applied to the blasting chamber in connection with an additional energy pulse acting on the coating agent, it is possible within a wide range to adapt the method according to the invention to different coating tasks.
- the method according to the invention is therefore particularly well suited for the application of protective zinc layers on thin steel sheets, in particular body panel parts.
- the single figure shows a basic functional diagram of the method according to the invention for coating a horizontally lying, flat metallic body sheet 1 with an approximately 10 ⁇ m thick largely homogeneous zinc layer.
- Zinc powder with a grain size between 3 ⁇ m and 10 ⁇ m is used as the metallic coating agent and glass balls with a diameter of 100 ⁇ m to 200 ⁇ m are used as impact agents, the hardness of which is significantly higher than the hardness of the metallic zinc.
- the abrasive mixture 2 is composed of 1 part zinc powder and 4 parts glass balls.
- the loading of the air volume flow with the blasting agent mixture 2 is about 100 g / m 3 , the blasting speeds reach about 120 to 160 m / s.
- an air flow 4 with an air output of 100 m 3 / h to 120 m 3 / h is generated.
- the suction nozzle 5 of the suction unit 3 is connected via a separator 6 to a hose line 7 , which leads to a blasting chamber 8 .
- a vacuum of approximately 510 mbar is generated with the suction unit 3 .
- In the container 9 there are two hoppers, not shown, arranged vertically one above the other, which are pneumatically separated from one another.
- the blasting agent mixture 2 passes through gravity via the bulk hopper into and from there into a metering device 10 which leads into a mixing chamber 11 which is connected to a blasting lance 13 via a hose feed line 12 .
- the mixing ratio of zinc powder and glass balls in the blasting agent mixture which is located in the metering device 10 , is set in the mixing chamber 11 and mixed with the inflowing air.
- the blasting agent-zinc powder / air mixture is sucked in by the negative pressure present, flows through the hose line 12 to the blasting lance 13 leading into the blasting chamber 8 , where the blasting agent-zinc powder / air mixture is brought to the named speeds by supply air.
- the blasting agent-zinc powder / air mixture hits the surface to be coated in the blasting chamber 8 .
- the blasting agent-zinc powder mixture is fed through the hose line 7 to the separator or cyclone 6 , in which the zinc powder is separated with the glass balls. It is of course also possible to meter in the zinc powder separately instead of loading the air stream with blasting agent and zinc powder. This type of metering is particularly suitable for the circulatory procedure.
- the impacting zinc particles form a coherent, largely homogeneous zinc layer on the surface of the surface of the body panel 1 to be coated.
- the quality of the zinc layer is essentially a function of the thermal and kinetic energy of the particles.
- the zinc particles first cling to the surface of the body panel 1 .
- the vitreous bodies striking the clawed zinc particles deform and compact the zinc particles into a coherent, dense and homogeneous layer.
- the layer thickness of 10 ⁇ m achieved in this example has firm adhesion even after bending tests, is practically non-porous and has no cracks. It is metallically homogeneous.
- the surface to be coated can be pre-blasted with broken glass, slag or corundum. Roughnesses of R a 4 ⁇ m and R z 14 ⁇ m have proven favorable for the adhesion.
- the grain size of the impact material is preferably in the range between 80 ⁇ m and 300 ⁇ m.
- the vacuum of the blasting process of the pretreatment is advantageously between 50 and 600 mbar and the air volume between 50 and 5000 m 3 / h.
- the field of application of the method according to the invention is of course not only limited to the galvanizing of body surfaces. Rather, the described method is also suitable for the coating of solid bodies with metallic particles that have curved surfaces.
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Abstract
Description
Beim Verzinken wird der Metallgegenstand, besonders Stahl, mit einer Zinkschicht als Korrosionsschutzschicht versehen. Bekannte Verfahren zum Verzinken von Festkörpern sind das Feuerverzinken, das Spritzverzinken durch thermisches Spritzen, Flammspritzen, Hochgeschwindigkeitsflammspritzen, Lichtbogenspritzen und Plasmaspritzen, das Sheradisieren und das galvanische Verzinken (BACH, FR.-W., DUDA, T "Moderne Beschichtungsverfahren" WILEY-VCH-Verlag 2000, S. 1-266).
Allen diesem bekannten Verfahren ist der Nachteil gemeinsam, dass sie energiereiche Wärmequellen zum Aufschmelzen des Zinks erfordern und somit zu einer nicht zu vernachlässigenden thermischen Belastung von insbesondere dünnen Substraten führen, die regelmäßig Nacharbeiten an der Beschichtung erforderlich machen.
Darüber hinaus besitzen Spritzschichten eine Lamellenstruktur, die durch die oberflächliche Oxidation der hocherhitzten metallischen Spritzpartikel auf ihren Weg von der Spritzpistole zur Substratoberfläche mitverursacht werden. Diese Lamellenstruktur ist eine der Ursachen für die Zunahme der Schichthärte und Verschleißbeständigkeit, aber auch für die Abnahme der Korrosionsfestigkeit.
Infolge der konzentrierten Wärmeeinbringung in das Spritzpartikel kann des weiteren eine Veränderung in der Zusammensetzung beispielsweise durch selektives Verdampfen einer Komponente nicht ausgeschlossen werden.
Diese Verfahren erfordern außerdem auch eine aufwendige Anlagentechnik wie gekapselte Spritzräume oder -kabinen, Absaugeinrichtungen mit Filtern, um die Auswirkungen auf die Umwelt so gering wie möglich zu halten.
Trotzdem wurde festgestellt, dass die Haftkräfte derartiger Zinkschichten nicht ausreichend hoch sind.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind den Unteransprüchen entnehmbar.
Durch den an der Strahlkammer anliegenden Unterdruck in Verbindung mit einem auf das Beschichtungsmittel wirkenden zusätzlichen Energieimpuls ist es in weiten Grenzen möglich, das erfindungsgemäße Verfahren an unterschiedliche Beschichtungsaufgaben anzupassen.
Daher ist das erfindungsgemäße Verfahren besonders gut zum Auftragen von Zinkschutzschichten auf dünnen Stahlblechen, insbesondere Karosserieblechteilen, geeignet.
Das Strahlmittelgemenge 2 setzt sich in diesem Beispiel aus 1 Teil Zinkpulver und 4 Teilen Glaskugeln zusammen. Die Beladung des Tragluftvolumenstromes mit dem Strahlmittelgemenge 2 beträgt etwa 100 g/m3, die Strahlgeschwindigkeiten erreichen etwa 120 bis 160 m/s.
In der Strahlkammer 8 trifft das Strahlmittel-Zinkpulver/Luftgemisch auf die zu beschichtende Fläche.
Es ist natürlich auch möglich, anstelle der Beladung des Luftstromes mit Strahlmittel und Zinkpulver das Zinkpulver separat zuzudosieren. Diese Art der Zudosierung ist besonders für die Kreislauffahrweise geeignet.
Die auftreffenden Zinkpartikel bilden eine zusammenhängende weitgehend homogene Zinkschicht auf der Oberfläche der zu beschichtenden Fläche des Karosseriebleches 1. Die Qualität der Zinkschicht ist im wesentlichen eine Funktion der thermischen und der kinetischen Energie der Partikel.
Die Zinkpartikel verkrallen sich zunächst an der Oberfläche des Karosseriebleches 1. Die auf die verkrallten Zinkpartikel auftreffenden Glaskörper verformen und verdichten die Zinkpartikel zu einer zusammenhängen, dichten und homogenen Schicht.
Die in diesem Beispiel erreichte Schichtdicke vom 10 µm besitzt auch nach Biegeversuchen eine feste Haftung, ist praktisch nicht porös und weist keine Risse auf. Sie ist metallisch homogen.
Der Unterdruck des Strahlvorganges der Vorbehandlung liegt vorteilhaft zwischen 50 bis 600 mbar und die Luftmenge zwischen 50 bis 5000 m3/h.
Das Anwendungsgebiet des erfindungsgemäßen Verfahrens ist selbstverständlich nicht nur auf die Verzinkung von Karosserieflächen beschränkt. Das beschriebene Verfahren ist vielmehr auch für die Beschichtung von Festkörpern mit metallischen Partikeln geeignet, die gekrümmte Flächen aufweisen.
- Karosserieblech
- 1
- Strahlmittelgemenge
- 2
- Saugaggregat
- 3
- Tragluftstrom
- 4
- Saugstutzen
- 5
- Abscheider
- 6
- Schlauchableitung
- 7
- Strahlkammer
- 8
- Behälter
- 9
- Dosiereinrichtung
- 10
- Mischkammer
- 11
- Schlauchzuleitung
- 12
- Strahllanze
- 13
Claims (31)
- Verfahren zum Beschichten einer Beschichtungsfläche eines metallischen Festkörpers im deutlich unterhalb der Liquidustemperatur von Beschichtungsmittel und Substrat gelegenen Temperaturbereich, bei dem ein Beschichtungsmittel aus metallischen Partikeln wie beispielsweise Zink, Zinn, Blei, Aluminium oder Magnesium, inklusive deren Legierungen, in einen Trägergasstrom, der in einen Unterdruckbereich einer Strahlkammer mündet, zudosiert, mit dem Trägergasstrom in einem Leitungssystem zu einer Austrittsöffnung, insbesondere einer Strahllanze befördert und unter Beschleunigung auf die durch die Strahlkammer unter den Unterdruck gesetzte Beschichtungsfläche gelenkt wird.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtungstemperatur auf max. 400 °C, insbesondere kleiner 250 °C, eingestellt wird.
- Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Trägergasstrom atmosphärische Luft oder Schutzgas, beispielsweise Stickstoff, verwendet wird.
- Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die metallischen Partikel mittels Schwerkraft und/oder Injektorwirkung zudosiert werden.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nicht auf der Beschichtungsfläche abgeschiedene metallische Partikel, ggf. gereinigt, im Kreislauf gefahren werden.
- Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die nicht abgeschiedenen metallischen Partikel unmittelbar in den Trägergasstrom zurückbefördert werden.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die für die Beschichtung erforderliche Geschwindigkeit unter Mitwirkung des an der Strahlkammer anliegenden Unterdruckes erreicht wird.
- Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des an der Strahlkammer anliegenden Unterdruckes überwiegend, insbesondere im wesentlichen die erforderliche Geschwindigkeit erreicht wird.
- Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die für die Beschichtung erforderliche Geschwindigkeit mittels eines auf den Trägergasstrom und das Beschichtungsmittel wirkenden Injektors erreicht wird.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerung der Beschleunigung durch Wahl einer Länge und/oder eines Durchmessers des Leitungssystems und/oder Strahllanze und/oder des Durchmessers der Injektoröffnung erreicht wird.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abscheidungsgeschwindigkeit der metallischen Partikel durch mindestens einen weiteren, vom Unterdruck angesaugten Gasstrom erhöht wird, wobei der weitere Gasstrom einen höheren Druck aufweist, als der Trägergastrom an der Injektoröffnung.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die metallischen Partikel nach Verlassen der Injektoröffnung auf eine mindestens doppelt so hohe Geschwindigkeit wie vor verlassen der Injektoröffnung beschleunigt werden.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während der Beschichtung die Beschichtungsfläche neben den abzuscheidenden metallischen Partikeln von Schlagkörpern, insbesondere kugelförmigen Schlagköpern, zum Verdichten und Verformen der bereits abgeschiedenen metallischen Partikel beaufschlagt wird.
- Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass für mindestens 90 % der einzelnen Schlagkörper der Durchmesser auf 50 bis 2000 µm eingestellt wird.
- Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass als Schlagkörper solche aus Glas, Keramik, Quarz, Korund, Al2O3, SiC oder deren Gemische verwendet werden.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewichtsverhältnis von Schlagkörpern metallischen Partikeln im Bereich 50:1 bis 1:50, insbesondere 30:1 bis 1:5 liegt.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Teilchengrößenverhältnis von abzuscheidenden metallischen Partikeln zu Schlagkörpern im Bereich 1:1 bis 1:100, vorzugsweise 1:5 bis 1:70 und insbesondere 1:10 bis 1:50, eingestellt wird.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägergasstrom mit einer Beladung von 10 bis 500 g abzuscheidender metallischer Partikel pro m3 Trägergasstrom beaufschlagt wird.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtungsfläche vorgestrahlt wird, insbesondere mittels Kunststoffen, mineralischen, keramischen und/oder metallischen Körpern, wie beispielsweise Glasbruch, Schlacken, Al2O3, SiO2 und/oder SiC, insbesondere mit einer Körnung von 40 µm bis 500 µm durchgeführt wird.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Unterdruck in der Strahlkammer auf 100 bis 600 mbar, vorzugsweise 200 bis 400 mbar, eingestellt wird.
- Verfahren nach einem der vorherhegenden Ansprüche, dadurch geknnzeichnet, dass die abzuscheidenden metallischen Partikel auf eine Aufprallgeschwindigkeit von 120 m/s bis 300 m/s eingestellt werden.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für mindestens 90% der einzelnen abzuscheidenden Metallpartikel die Teilchengröße auf 1 bis 50 µm eingestellt wird.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägergasstrom auf 20 bis 600 m3/h, insbesondere 100 bis 120 m3/h, eingestellt wird.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel- und Schlagkörperdosierung und die Strahlzeit mittels einer Dosiereinrichtung mit einer Zeitsteuerung gesteuert wird.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtungsfläche auf eine Rauheit Ra von 1 bis 10 µm und eine Rauheit Rz von 4 bis 20 µm eingestellt wird.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abscheidung der metallischen Partikel während der Beschichtung auf einer kleineren Fläche erfolgt als die der Beschichtungsfläche, wobei insbesondere auch die Strahlkammer kleiner ist als die Beschichtungsfläche, und dass die gesamte zu beschichtende Fläche durch eine Relativbewegung zwischen Festkörper und der Abscheidungsfläche erfolgt, wobei insbesondere die Strahlkammer verschoben wird.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abscheidung der metallischen Partikel während der Beschichtung auf allen Beschichtungsflächen des Festkörpers erfolgt, wobei insbesondere die Strahlkammer größer ist als der zu beschichtende Festkörper, und dass der Festkörper in der Strahlkammer einer Rotationsbewegung unterworfen wird.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als metallischer Festkörper ein Blech, insbesondere Karosserieblech, ein Gussteil, eine Schmiedeteil, ein gewalzter Körper und/oder ein durch spanenden Abtrag erzeugter Körper eingesetzt wird.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als metallischer Festkörper ein Festkörper aus Eisen, inklusive Stahl, Aluminium, Magnesium, alle insbesondere als Legierung, eingesetzt wird.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtungsfläche im wesentlichen nicht verdichtet wird.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtungsfläche vor der Beschichtung verdichtet und gleichzeitig oder anschließend zur Reinigung und/oder Aufrauhung gestrahlt wird.
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