EP1499687A1 - Gemisch zum aufbringen eines polymeren korrosionsbest ndigen elektrisch schweissbaren berzugs und verfahren zum herstel len dieses berzugs - Google Patents

Gemisch zum aufbringen eines polymeren korrosionsbest ndigen elektrisch schweissbaren berzugs und verfahren zum herstel len dieses berzugs

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EP1499687A1
EP1499687A1 EP03722507A EP03722507A EP1499687A1 EP 1499687 A1 EP1499687 A1 EP 1499687A1 EP 03722507 A EP03722507 A EP 03722507A EP 03722507 A EP03722507 A EP 03722507A EP 1499687 A1 EP1499687 A1 EP 1499687A1
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EP
European Patent Office
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particles
mixture
electrically conductive
coating
zinc
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Withdrawn
Application number
EP03722507A
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English (en)
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Georg Gros
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Chemetall GmbH
Original Assignee
Chemetall GmbH
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Publication date
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    • Y10T428/31681—Next to polyester, polyamide or polyimide [e.g., alkyd, glue, or nylon, etc.]

Definitions

  • the present invention relates to a mixture for applying a polymeric, corrosion-resistant, low-wear formable and electrically conductive and at the same time also electrically weldable coating on a base, in particular a metallic base such as e.g. a steel sheet, which may have previously been coated with zinc or a zinc-containing alloy and then optionally coated with a pretreatment.
  • a metallic base such as e.g. a steel sheet
  • the coating is particularly intended to serve as a welding primer.
  • first-generation welding primers are used in large quantities in automobile construction, which contain chromium for reasons of corrosion protection, because it is still very difficult to use equivalent and environmentally friendly components instead of chromium-containing compounds in corrosion protection.
  • the electrical conductivity of the approximately 2.5 to 9 ⁇ m thick polymeric coatings required for electrical welding is acquired through a very high content of powdery metallic zinc embedded in a polymeric matrix. Due to the moisture in every polymer coating, however, metallic zinc tends to oxidize and form white efflorescence (white rust). Due to the oxidation of the zinc powder, however, the corrosion-protective effect and the electrical conductivity of the metallic zinc can gradually be used up with the progressive formation of white rust.
  • the limited corrosion-resistant welding primers of the first generation are only made certain requirements with regard to the electrical weldability: it is sufficient if an automatic welding machine can set 600 welding points through two steel sheets of about 0.5 to 2.1 mm thick, which are coated on both sides
  • the build-up of the coatings on the steel sheet typically comprises first a layer of zinc or a zinc alloy of approximately 2 to 7.5 ⁇ m thick, followed by a pretreatment layer of approximately 0.01 to 1.0 ⁇ m thickness and finally a welding primer layer of a thickness voi well below 10 ⁇ m in thickness. Therefore, with three different, double-sided coatings, one on top of the other, a total of 2 sheets with 12 layers are to be contacted through at each welding point.
  • Electrodes for resistance welding which have a coating of binder and at least one phosphide, preferably based on iron phosphides. This coating does not meet the high requirements of welding primer coatings.
  • No. 4,110,117 teaches zinc, aliphatic polyol silicates and partly also coating compositions containing iron phosphide.
  • No. 4,011,088 protects purely inorganic coatings based on iron phosphide and / or nickel phosphide particles which are embedded in water-soluble silicate binder.
  • No. 3,884,705 teaches coatings which, in addition to so-called ferroalloys such as iron phosphide mixtures, contain increased proportions of anti-corrosion pigments and possibly also zinc dust.
  • WO 96/29372 relates to compositions which, in addition to binder resin, include zinc, graphite and possibly other components such as Contain iron phosphide.
  • the task was therefore to propose coatings which are suitable for low-wear forming, for example of steel sheets, such as are processed in the automotive industry, for example, in series production.
  • these coatings should, for example, 1.) with zinc or a zinc-containing alloy, 2.) with a thin pretreatment layer, which provides corrosion protection and a primer for the subsequent primer, and 3.) with a 0.5 to 10 ⁇ m thick welding primer coating must be sufficiently electrically conductive to be easy to weld.
  • the process for producing the welding primer coating should also be as simple as possible, suitable for series production and inexpensive.
  • the object is achieved with a varnish-like mixture containing resin and inorganic particles for applying a polymeric, corrosion-resistant, low-wear deformable, electrically conductive and electrically weldable coating to a base, in particular to a metallic base such as a steel sheet, the base optionally with, for example at least one zinc layer and / or a zinc-containing alloy layer or / and with at least one pretreatment layer can be precoated on at least one side of the substrate, the mixture being at least 10% by weight of electrically conductive particles with an electrical conductivity better than particles of zinc and with a Mohs hardness greater than 4, based on the solids content of the mixture, and these electrically conductive particles have a particle size distribution in which 3 to 22% by volume of the electrically conductive particles measured using a Mastersizer 2000 with the Hydro 2000S measuring head from Malvern Instruments in a volume representation are greater than the average layer thickness of the dried and possibly also hardened coating determined on scanning electron microscope images.
  • the object is also achieved with a varnish-like mixture containing resin and inorganic particles for applying a polymeric, corrosion-resistant, low-wear deformable, electrically conductive and electrically weldable coating to a base, in particular to a metallic base such as a steel sheet, the base optionally, for example can be precoated with at least one zinc layer and / or a zinc-containing alloy layer or / and with at least one pretreatment layer on at least one side of the substrate, the mixture being at least 10% by weight of electrically conductive particles with an electrical conductivity better than particles of pure Zinc and with a Mohs hardness greater than 4 based on the solids content of the mixture and the envelope of the particle size distribution for these electrically conductive particles measured with a Mastersizer 2000 with measuring head Hydro 2000S from Mal vern Instruments with logarithmic plotting in volume is at least two peaks and is broken down into individual Gaussian distribution curves, where a first minimum of the individual Gaussian distribution curves between the main peak and the next larger peak of these distribution
  • the mixture can in particular be a means for applying a polymeric, corrosion-resistant, low-wear deformable, electrically conductive coating to a base.
  • the mixture according to the invention can preferably contain 20 to 80% by weight of electrically conductive particles with an electrical conductivity better than particles of pure zinc and with a Mohs hardness greater than 4, based on the solids content of the mixture, particularly preferably at least 25, at least 32 or at least 38% by weight or at most 68, at most 58 or at most 48% by weight.
  • the electrically conductive particles can have a particle size distribution in which in particular at least 5% by volume, preferably at least 7 or 9% by volume or preferably at most 19 or 17 or 15 or 13% by volume % are greater than the average layer thickness of the dried and possibly also hardened coating.
  • the electrically conductive particles can preferably have an electrical conductivity or an electrical resistance which is increased by at least one, by at least two or is better than that of polycrystalline, technically pure zinc by at least three powers of ten, possibly measured as electrical resistance or based on an electrical resistance of polycrystalline, technically pure zinc of about 6 • 10 "6 ⁇ / cm 3.
  • the Mohs hardness the electrically conductive particle can be at least 5, at least 5.5, at least 6 or at least 6.5 in at least some of these particles.
  • the minimum between the main peak and the next largest peak of the individual Gaussian distribution curves below the envelope curve can in particular be by a factor of 1 to 1.7 times as large as the average dry film thickness of the dried and possibly also hardened coating, preferably by a factor of 1.1 to 1.6, particularly preferably by a factor of at least 1.2 or at most 1.5. If the main peak below the envelope is slightly two-peaks, the individual maxima of which are not more than 2.5 ⁇ m apart, and if the subsequent peaks are all significantly smaller, the two-peak main peak is considered to be a single main peak.
  • At least 5% by volume of the electrically conductive particles are greater than the average layer thickness of the dried and possibly also hardened coating, preferably at least 7 or at least 9% by volume or preferably at most 19, at most 17, at most 15 or at most 13% by volume.
  • the base can in particular be made of steel, stainless steel, at least one aluminum and / or magnesium alloy. It is preferably sheet metal, plates, rods or parts of complicated shape or components that have already been joined. It is preferably a band, plates or sheets, in particular made of an aluminum alloy or of a steel.
  • the particle size distribution of the other inorganic particles ie all inorganic particles without the electrically conductive particles, measured with a Mastersizer 2000 with measuring head Hydro 2000S from Malvern Instruments, can preferably have a higher volume fraction of the largest particles Particle volume passage value dgs or in the Gaussian distribution curve with the largest particle volumes have as particle volume passage value dgs or the corresponding Gaussian distribution curve of the electrically conductive particles.
  • the mixture according to the invention does not contain any electrically conductive particles with a particle size diameter greater than five times the average dry film thickness of the dried and possibly also hardened coating, particularly preferably not more than 4.5 times, four times, 3.5 times or three times the value.
  • the coating according to the invention can be applied to the base in any desired extent, e.g. only on one or both sides e.g. a sheet, possibly including at least one edge or only in a certain width or in a certain pattern, so that e.g. Edge areas can hereby remain uncoated.
  • the zinc-containing metallic pre-coatings or the pre-treatment pre-coatings can also be applied, each in approximately the same or different ways.
  • the electrically conductive particles are usually water-insoluble or poorly water-soluble. They may serve also as a barrier particle without having to be particularly corrosion-resistant. Nevertheless, it is preferred that the electrically conductive particles are somewhat more chemically stable and / or more corrosion-resistant, especially with respect to water and weakly basic media.
  • the electrically conductive particles are in particular selected from those based on alloys, boride, carbide, oxide, phosphide, phosphate, silicate and / or silicide. They are preferably such compounds or alloys based on aluminum, chromium, iron, calcium, magnesium, manganese, nickel, cobalt, copper, lanthanum, lanthanide, molybdenum, niobium, tantalum, titanium, vanadium, tungsten, yttrium, zinc, tin or / and zirconium. Their electrical conductivity can possibly be significantly based on at least one special doping additive or / and based on at least one further, more electrically conductive phase or / and on at least one more electrically conductive coating.
  • Particularly preferred substances are iron phosphate, manganese phosphate, nickel phosphate, zinc phosphate and / or other phosphates based on aluminum, iron, copper, manganese, nickel, zinc or / and other transition metals, phosphides based on iron, manganese, molybdenum, nickel, titanium, Zirconium or / and optionally further transition metals, borides based on titanium or / and other transition metals, carbides with increased electrical conductivity such as silicon carbide with particularly high electrical conductivity or silicides such as based on molybdenum, vanadium carbide, titanium nitride and / or other transition metals.
  • Oxides of high electrical conductivity are particularly preferred, in particular oxides with a structural chemistry based on at least one spinel such as Fe 3 0 4 or (Cu, Fe, Mn, Ni, Ti, Zn) 3 ⁇ 4 based on at least one oxide with a substoichiometric oxygen content and of comparatively high electrical conductivity such as Sn0 2 .
  • x or TiO 2-x with x for example in the range from 0.02 to 0.25 or based on at least one phosphide, which can be attacked only slightly or not at all, in particular by water and dilute acids, and has a higher electrical conductivity.
  • the electrically conductive particles can contain substances based on compounds or mixtures of compounds with or of spinels, such as Fe 3 0 4 , Mn3 ⁇ 4 , FeMn 2 ⁇ 4 or / and other substances based on borides, carbides, oxides , Phosphates, phosphides, silicates, silicides or electrically conductive coated particles or / and their mixture or their joint connection, and optionally contain further metallic particles selected from aluminum, iron, cobalt, copper, molybdenum, nickel , Niobium, silver, tantalum, titanium, vanadium, tungsten, zinc or / and tin-containing alloys, in particular oxides based essentially on spinels, preferably of aluminum, chromium, iron, cobalt, copper, magnesium, manganese , Nickel, vanadium, titanium or / and zinc or / and essentially based on electrically conductive oxides with substoichiometric oxygen content such as TiO ⁇ , 9 5,
  • the mixture according to the invention preferably at least 30% by weight, preferably at least 45% by weight, particularly preferably at least 60% by weight, in particular at least 75% by weight, especially at least 90% by weight, of the electrically conductive particles Oxides and / or phosphides essentially based on aluminum, iron, cobalt, copper, manganese, molybdenum, nickel, niobium, tantalum, titanium, vanadium, tungsten, zinc and / or tin, including oxo-stoichiometric oxides with increased electrical conductivity , in particular oxides and / or phosphides based on iron, manganese, nickel or / and zinc-containing compounds or mixtures thereof.
  • the proportion of the electrically conductive particles based on boride, carbide, phosphate, silicate and silicide is preferably not more than 60% by weight of all electrically conductive particles, particularly preferably not more than 45% by weight, very particularly preferably not more than 30% by weight, in particular not more than 15% by weight.
  • the suspension with the particles to be measured was in accordance with the information in the examples and Prepared comparative examples.
  • determinations below 0.3 ⁇ m in medium size measurements or evaluations on photos that are obtained with a scanning electron microscope on particles that are well distributed on a carrier should preferably be used.
  • the particles should be counted separately as many individual particles and not as individual agglomerates, and at least 400 particles should be taken into account in order to be able to determine approximate distributions.
  • the passage value d 8 o of the electrically conductive particles in volume representation is preferably not more than 8 ⁇ m, particularly preferably not more than 7 ⁇ m, very particularly preferably not more than 6 ⁇ m, especially not more than 5 ⁇ m.
  • the passage value dgo of the electrically conductive particles is advantageously in the range from 0.5 to 6.5 ⁇ m, particularly preferably in the range from at least 1.5 ⁇ m or up to 5.5 ⁇ m, very particularly preferably in the range from at least 2.0 ⁇ m or up to 4.5 ⁇ m, especially in the range of at least 2.5 ⁇ m or up to 4.0 ⁇ m.
  • the mixture of all types of electrically conductive particles can in particular have an average particle size dso in volume representation of not more than 3.6 ⁇ m or not more than 3.2 ⁇ m or / and in the range from 0.1 to 3 ⁇ m , especially in the range from 0.2 to 2.8 ⁇ m. It is preferably in a range up to 1.8 ⁇ m, particularly preferably in a range up to 2.6 ⁇ m, very particularly preferably in a range up to 2.4 ⁇ m or preferably in a range of at least 0.5 ⁇ m.
  • the size of the electrically conductive particles, based on the passage value dio in volume representation, is advantageously not more than 1.5 ⁇ m, in particular not more than 1.2 ⁇ m, very particularly preferably not more than 0.8 ⁇ m.
  • the mixture of all types of electrically conductive particles can preferably have a steep particle size distribution in which the transmittance value dgg to the transmittance value dio in Volume display has a maximum of a factor of 12.
  • This factor is, in particular, at most a factor of 11, particularly preferably of at most 10, very particularly preferably of at most 9, especially of at most 8.
  • the electrically conductive particles are preferably ground on their own.
  • the grinding can take place separately for each particle type of the electrically conductive particles or in partial mixtures or in a total mixture of all types of electrically conductive particles.
  • the oversize particles can predominantly be comminuted when grinding the electrically conductive particles, so that a narrower particle size distribution is produced.
  • a steep particle size distribution of these powders, which make up a large proportion of the pigmentation, contributes significantly to a uniform particle distribution within the finished coating. It is particularly advantageous if a narrower particle size distribution is set by grinding the electrically conductive particles, in particular if the finest particles are scarcely comminuted or if the powder is not ground to dust.
  • the particle size distribution is particularly preferred to set the particle size distribution to a narrower distribution by grinding only in the case of the particle types of the electrically conductive particles, in which the average particle size dso is greater than 1 ⁇ m, very particularly preferably greater than 2 ⁇ m. If a mixture of different electrically conductive particles should be present, it may be of interest to grind only the mixture or / and the individual particle qualities separately. The grinding of these particles or this particle mixture is preferably particularly strong, in particular when using special grinding units.
  • the individual powder quality preferably has an average particle size which is approximately in the order of magnitude of the average particle size dso in volume representation of the or all types of the electrically conductive Particle lies (dso ⁇ 1 ⁇ m) or is slightly smaller (up to dso - 1 ⁇ m).
  • the optionally present at least one corrosion protection pigment preferably has an average particle size which is also approximately the size of the average particle size d 50 of the electrically conductive particles (d 50 ⁇ 1 ⁇ m) or slightly less (up to d 50-1 ⁇ m). These properties can also contribute significantly to the setting of a uniform particle distribution within the finished coating.
  • the proportion of electrically conductive particles here is preferably at least 15% by weight or at most 70% by weight, based on the weight of the solid in the wet lacquer, particularly preferably at least 18% by weight or at most 65% by weight, entirely particularly preferably at least 24% by weight or at most 60% by weight.
  • the proportion of lubricious, very soft or soft particles, if any, is at least 0.2% by weight or at most 30% by weight based on the weight of the solid in the wet paint, particularly preferably at least 0.3% by weight % or at most 24% by weight, very particularly preferably at least 0.5% by weight or at most 18% by weight.
  • the content of sulfides, selenides and tellurides in the mixture is preferably not more than 5% by weight or particularly preferably not more than 3.5% by weight, very particularly preferably not more than 2.5% by weight, based on the weight of the solid in the wet lacquer. If these substances are less resistant to corrosion, their content should not be too high.
  • the lubricious, very soft or soft particles are preferably those with very good sliding properties. They are water-insoluble or hardly water-soluble. They preferably have particles with a substantially flat (platelet) or elongated extension (needles, rulers) and / or essentially corresponding aggregates.
  • graphite and / or chalcogenide such as sulfide, selenide or telluride, especially graphite, antimony-containing, manganese-containing, molybdenum-containing, bismuth-containing, tungsten-containing and / or tin-containing chalcogenide , especially preferred of manganese sulfide, molybdenum disulfide, tungsten disulfide and / or tin sulfide.
  • You can also e.g. be coated with carbon or graphite.
  • they can consist predominantly or entirely of graphite, sulfide, selenide and / or telluride, in particular of graphite, antimony-containing sulfide, tin-containing sulfide, molybdenum sulfide and / or tungsten sulfide.
  • the mixture of all types of lubricious, very soft or soft particles when added to the mixture can have a particle size passage value dgg in a range from 2 to 36 ⁇ m, in particular in a range from at least 6 ⁇ m or up to 32 ⁇ m , preferably in a range up to 28 ⁇ m, particularly preferably in a range up to 24 ⁇ m or preferably in a range of at least 10 ⁇ m, particularly preferably in a range of at least 14 ⁇ m.
  • the passage value dgg of the lubricious, very soft or soft particles is preferably significantly greater than the passage value d g9 of the electrically conductive particles, in particular larger by a factor of 1.2 to 10, preferably by a factor of 1.5 to 8, particularly preferably by a factor of 2 to 7.
  • the electrically conductive particles watch if they are not subjected to greater mechanical stress until the coating is applied a certain proportion out of the coating and can be quickly comminuted when the coating is subjected to mechanical stress, such as, for example, when rubbing or shaping, these particles helping as a lubricant alone or in combination with any proportions of oil such as deep-drawing oil which may be present.
  • the mixture of all types of lubricious, very soft or soft particles when added to the mixture can have an average particle size dso in the range from 0.1 to 20 ⁇ m, preferably in a range up to 18 ⁇ m, particularly preferably in a range up to 15 ⁇ m, very particularly preferably in a range up to 12 ⁇ m or preferably in a range of at least 1 ⁇ m, particularly preferably in a range of at least 3 ⁇ m, very particularly preferably in a range of at least 5 ⁇ m.
  • Platelets are preferred as the particle shape of the lubricious, very soft or soft particles.
  • the average particle size dso of the lubricious, very soft or soft or soft are preferred as the particle shape of the lubricious, very soft or soft particles.
  • Particles when added to the mixture be larger by a factor of 1.5 to 7 than the average particle size dso of the electrically conductive particles, preferably larger by a factor of 2 to 6, particularly preferably larger by a factor of 3 to 5.
  • the mixture may also contain other particles that do not belong to the electrically conductive particles, nor to the lubricious, very soft or soft particles, nor to the anti-corrosion pigments.
  • This can be, for example, metallic particles, alloy particles or oxide particles with low electrical conductivity, semiconducting or electrically insulating Properties.
  • no or no large amounts ( ⁇ 12% by weight) of particles made of metals and / and alloys and / and possibly also carbon black are present.
  • the proportion of lubricious, very soft or soft particles in the mixture is equal to or greater than the proportion of metals or alloys and / or soot.
  • other types of particles e.g. colorless pigments or color pigments or electrically conductive polymers may be included.
  • anti-corrosion pigments can have a limited water solubility and / or water-soluble content. It is also preferred that, in particular in the presence of phosphide, at least one inorganic and / or organic corrosion inhibitor is also used, although at least one corrosion protection pigment may also be sufficient for this.
  • a corrosion protection pigment based on phosphates such as e.g. Aluminum, alkaline earth or zinc phosphate, and / or based on alkaline earth carbonate, alkaline earth silicate and / or alkaline earth phosphosilicate.
  • a corrosion inhibitor based on amides, amines, butanoic acid derivatives and / or imines is particularly preferred.
  • the corrosion protection pigments and the corrosion inhibitors are known in principle.
  • the mixture of all types of corrosion protection particles when added to the mixture can have a particle size passage value dgg in the range from 0.03 to 10 ⁇ m, preferably in a range up to 8 ⁇ m, particularly preferably in a range up to 6 ⁇ m particularly preferably in a range of up to 5 ⁇ m or preferably in a range of at least 0.1 ⁇ m, particularly preferably in a range of at least 0.3 ⁇ m, very particularly preferably in a range of at least 0.5 ⁇ m.
  • the particle size passage value dgg of the corrosion protection particles is not larger or not significantly larger than the particle size passage value dgg of the electrically conductive particles.
  • the mixture of all types of corrosion protection particles when added to the mixture can have an average particle size dso in the range from 0.01 to 5 ⁇ m, preferably in a range up to 4 ⁇ m, particularly preferably in a range up to 3 ⁇ m, very particularly preferably in a range of up to 2 ⁇ m or preferably in a range of at least 0.05 ⁇ m, particularly preferably in a range of at least 0.1 ⁇ m, very particularly preferably in a range of at least 0.3 ⁇ m.
  • the average grain size of all types of corrosion protection particles is exactly as large or not significantly smaller than the average grain size of the electrically conductive particles.
  • the anti-corrosion particles can have a barrier effect for e.g. Hydrogen ions build up and consume themselves in the same way as corrosion sacrifices such as e.g. metallic manganese or zinc. Platelets are preferred as the particle shape of the corrosion protection pigment particles.
  • the total of the proportions by weight of the water-insoluble or sparingly water-soluble pigmentation in relation to the total of the total pigmentation is 30 to 99% by weight. It is preferably 50 to 98% by weight, particularly preferably at least 70% by weight or up to 97% by weight, very particularly preferably at least 90% by weight or up to 96% by weight.
  • a mixture in which the proportion of electrically conductive particles is 38 to 68% by weight, the proportion of lubricious, very soft or soft particles 0.1 to 8% by weight and the proportion of corrosion protection pigment 1 to 15 is very particularly preferred % By weight, based in each case on the weight of the solid in the wet paint.
  • a mixture is particularly preferred in which the proportion of electrically conductive particles is 44 to 62% by weight, the proportion of lubricious, very soft or soft particles is 0.5 to 5% by weight or / and The proportion of corrosion protection pigment is 2 to 8% by weight, based in each case on the weight of the solid in the wet paint.
  • the mixture according to the invention can preferably contain at least one resin and optionally at least one hardener, at least one photoinitiator, at least one additive, water and / or organic solvent.
  • the at least one hardener is used for thermal crosslinking, e.g. based on isocyanate (s), in excess of the amount of binders to be crosslinked with the mixture. This makes it possible to enter into chemical reactions between the hardener and organic compounds in the coating underneath.
  • the solids content of the liquid mixture remains practically identical from the wet paint to the dry film to the finished, crosslinked coating produced therefrom.
  • the solids content of the mixture can therefore be regarded as the same as in the finished coating. If carbonate or similar substances with possibly volatile components should be used, this must be taken into account accordingly.
  • the mixture according to the invention it may be advantageous to add an amount of organic lubricant, such as polyethylene wax.
  • the mixture according to the invention will preferably not contain more than 0.5% by weight of wax and / or substances with wax-like properties, in particular not more than 0.2% by weight, based on the dry weight of the wet lacquer, particularly preferably no wax and no substances with waxy properties. These contents often lead to an impairment of the adhesion or cohesion even with contents between 0.1 and 0.5% by weight, with coatings applied subsequently, such as, for example, further lacquer layers or adhesives such as, for example, epoxy resin adhesives or adhesives from adhesive films. In particular, if it should not be glued, the proportion of organic lubricant can also be increased.
  • the object is also achieved with a method for producing a polymeric, corrosion-resistant, low-wear formable, electrically conductive and electrically weldable, inorganic particle-containing coating on a base, which is characterized in that a mixture according to the invention is applied to an optionally precoated base, if necessary dried and at least partially crosslinked.
  • all components of the mixture are preferably resistant to water and weak alkaline media in the partially or / and completely cured state.
  • the mixture according to the invention can be applied in particular by knife coating, rolling on, spraying and / or spraying. Such an application is preferably carried out on a tape, which can be precoated. When applying to parts or sheets, spraying is particularly preferred. The application should be applied as evenly as possible and should be of the same thickness as possible.
  • the mixture can preferably be dried in the temperature range from 20 to 320 ° C., and air drying at room temperatures or only slightly elevated temperatures can also be used. Insofar as the crosslinking at relatively low temperatures ensures a binder mixture for a sufficiently chemically stable coating, baking at a usually high temperature is not absolutely necessary.
  • the baking of a thermally crosslinking polymer system can preferably be carried out in the temperature range from 100 to 320 ° C.
  • sensitive metallic materials such as steels sensitive to bake hardening, it may be preferred to harden only or predominantly by free radicals, or preferably only thermally harden at temperatures up to 160 ° C., in particular only up to 150 ° C.
  • Thermal crosslinking can also be combined with radical-initiated crosslinking, which in particular helps to produce particularly high degrees of crosslinking.
  • thermal post-crosslinking after the radical-initiated crosslinking is advantageous in order to achieve a particularly extensive crosslinking and to achieve particularly durable coatings.
  • the degree of crosslinking of the polymeric matrix is at least 70%, preferably at least 80%, particularly preferably at least 90%.
  • the degree of crosslinking can also be adjusted in part via the stoving temperature and duration or / and via the content of catalysts.
  • the heat can also be introduced, for example, by NIR radiation (near infrared).
  • NIR radiation near infrared
  • the lubricious, very soft or soft particles such as e.g. Before adding to the mixture or in the mixture and / or in a part of the mixture, graphite should not be ground or only ground weakly. Because it is advantageous if the particles of graphite and / or the aggregates of many connected or caked-together individual particles, which are preferably significantly larger than those of the electrically conductive particles, are kept halfway, largely or entirely, and if possible only for mixing lose some size. It is advantageous if these particles are also distributed as homogeneously as possible, in particular in the organic binder system.
  • the mixture according to the invention can be applied to strips, sheets, parts and composite components made up of at least two parts, e.g.
  • the mixture according to the invention can be applied in particular to the high-speed conveyor systems, such as Galvanizing plants and / or coil coating plants, on sheet metal plants or in parts production, in assembly or in the repair area.
  • a coating with a thickness of less than 10 ⁇ m, in particular less than 8 ⁇ m, preferably less than 6 ⁇ m and particularly preferably less than 4 ⁇ m can be produced.
  • the mixture can be free or essentially free of organic lubricants, for example based on PTFE, silicone and / or oil, be free from inorganic or / and organic acids or / and heavy metals and other cations such as arsenic, lead, cadmium, chromium, cobalt, copper or / and nickel.
  • organic lubricants for example based on PTFE, silicone and / or oil
  • inorganic or / and organic acids or / and heavy metals and other cations such as arsenic, lead, cadmium, chromium, cobalt, copper or / and nickel.
  • all or most of these substances are not added deliberately. Acids could increase the water absorption of the coating.
  • Organic corrosion inhibitors should not be added in overdoses.
  • the base may consist of at least one metal and / or at least one alloy and may be precoated.
  • it can essentially consist of a strip or sheet of aluminum, of an aluminum, iron or magnesium alloy or of steel such as e.g. Automotive steels exist.
  • the mixture according to the invention can be applied directly to a pretreatment coating.
  • the at least one pretreatment coating can in particular be one based on or with a content of at least one phosphorus, silicon, titanium or / and zirconium compound, based on a complex fluoride compound such as e.g. based on TiF ⁇ , based on phosphating, based on alkaline passivation such as containing at least one metal oxide such as e.g. passivation based on aluminum, iron, cobalt, manganese, nickel or / and zinc oxide or / and on the basis of a polymer, very fine particles and optionally at least one compound of at least one IIIB / IVB element such as e.g. La, Y, lanthanides such as Ce etc., Ti, Zr, Hf and / or phosphate-containing pretreatment coating.
  • an electrically conductive coating containing polymers and inorganic particles produced with a mixture according to the invention and / or produced according to the method according to the invention.
  • the coating according to the invention can be used as a welding primer, as a protective coating during forming or / and joining, as corrosion protection, in particular of surfaces or in the area of edges, seams and / or weld seams, as protection instead of a cavity seal or / and a seam seal, in particular for vehicle construction or Aircraft construction.
  • FIG. 1 shows a measurement protocol measured with a Mastersizer 2000 with a Hydro 2000S measuring head from Malvern Instruments from the evaluation of a particle size distribution of electrically conductive particles, in which the envelope curve was subdivided into Gaussian distribution curves.
  • the main peak which in this case is actually two-summit, is to be rated as one-summit according to the evaluation method chosen for this purpose, since the maxima of the underlying Gaussian distribution curves are too close to one another.
  • This proportion of oversize particles in this fineness class can sometimes only be determined using the latest and best measuring technology in order to simultaneously determine the finest and largest particles as precisely as possible. Because usually only particle number distributions are determined - and even worse if the particle sizes are only linear here - the oversize particles are hardly or not at all shown. Only with the particle volume distributions now selected, especially in logarithmic representation, are the oversize particles sensitive to analysis and clearly recognizable due to the cubic relationship.
  • 2nd generation welding primer coatings can be designed to be much less wear-resistant.
  • the pressing tools can be cleaned after about 300 pressings due to the abrasion.
  • the oil for oiling is relatively heavily contaminated, in particular with zinc.
  • the abrasion in the tool of a large press is three to four times less, since the pressing tools can only be cleaned after about 900 to 1200 pressings.
  • the weldability could be kept in the same quality in comparison with the welding primer coatings of the 1st generation with approximately 3 ⁇ m dry film thickness, although it contained significantly thicker, relatively much electrically insulating organics Coatings are used.
  • the large volume of organic matter opposes the electrical conductivity of the coating.
  • two 0.8 mm thick steel sheets are plated through under standard conditions, so that a total of 2 sheets with a total of 12 individual layers are electrically plated through ,
  • at least 1000 welding points in particular at least 1100 welding points or at least 12 welding points under the most difficult welding conditions, as is common today in the automotive sector, could be set under these conditions without replacement or reworking of the welding electrodes and without annoying traces of smoke.
  • welding primer coatings of the first generation if they had a dry film thickness in the range from 5 to 6 ⁇ m, would achieve a factor of 2 to 3 fewer welding points than the coatings of the second generation according to the invention at this dry film thickness.
  • the welding primer coatings of the second generation according to the invention with a dry film thickness of 5 to 6 ⁇ m have about twice as high a corrosion resistance and an approximately the same high adhesive strength and adhesive strength compared to the welding primer coatings of the first generation with a dry film thickness of approximately 3 ⁇ m, it should be borne in mind that thicker coatings typically have less adhesive and tack than thinner coatings.
  • the very high corrosion resistance of the welding primer coatings of the 2nd generation is only partly due to the higher layer thickness conditionally. Because the material quality of the welding primer coatings of the second generation according to the invention has also been significantly increased with regard to these properties.
  • the tables show the variety of differently ground or possibly specifically mixed grinding batches of the electrically conductive or the other inorganic particles in the same binder system and in the same pigment types and parts. It also reflects the properties of the coatings made with the various mixtures.
  • the particle size distributions were measured with a Mastersizer 2000 with measuring head Hydro 2000S from Malvern Instruments, whereby a suspension was set by adding a random sample of the particles to be measured to deionized water, this suspension additionally being exposed to ultrasound with the ultrasound source built into the device of approx 80% intensity was dispersed over approximately 5 s and then of approximately 30% intensity over approximately 25 s.
  • a pump setting of approx. 50% and a stirrer setting of approx. 40% were selected for setting the suspension and for measurement, and the measurement was carried out in the "obscuration" setting (approx. 19%) and with increased sensitivity. It was evaluated using the Fraunhofer calculation model.
  • volume fraction of oversized grain that protrudes from the hardened coating be provided. However, this proportion must not be too large and that
  • Oversize particles must not be too large. In particular, care must be taken to ensure that, especially with particle size distributions of at least three peaks, the coarsest particle fraction does not make up excessively large and excessively large particles.
  • the softer particle fractions in the coarse grain area and / or their grain fractions are larger than the electrically conductive particles.
  • Table 3 shows mixtures using tungsten powder.
  • Tungsten typically showed an electrical resistance which - with comparable purity - is on the order of at least about 5% lower than that of zinc.
  • the Mohs hardness was significantly more than 4.
  • a tungsten particle quality of technical purity was used, which was ground down even further. It turned out that the tungsten powder was very easy to grind and felt very soft. Contrary to the expected properties, it was found that the combination of tungsten powder with, for example, zinc powder and / or powder of an aluminum alloy and / or zinc alloy has an unexpectedly good weldability and good flexibility cured coating revealed.
  • a mixture with electrically conductive particles of zinc and tungsten in a weight ratio of approximately 1: 1 to approximately 1: 2 resulted in a welding suitability similar to that of iron phosphide alone.
  • the added ground tungsten powder had a particle size distribution with an average particle size d 5 o of 2.4 ⁇ m, with d 8 o of 5.5 ⁇ m and with dgg of 9.0 ⁇ m.
  • the zinc powder added had a particle size distribution with an average particle size dso of 3.7 ⁇ m, with d 80 of 5.7 ⁇ m and with dgg of 10.5 ⁇ m.
  • the added powder of the particularly corrosion-resistant magnesium-containing zinc alloy had a particle size distribution with an average particle size d 5 o of 4.2 ⁇ m, with dso of 5.6 ⁇ m and with dgg of 9.2 ⁇ m.
  • the added powder of the corrosion-resistant aluminum alloy had a particle size distribution with an average particle size dso of 3.9 ⁇ m, with dso of 5.6 ⁇ m and with dg 9 of 10.2 ⁇ m.
  • the added iron phosphide powder had a particle size distribution with an average particle size dso of 3.8 ⁇ m, with dso of 5.1 ⁇ m and with dgg of 8.8 ⁇ m.
  • powder of molybdenum, tantalum and / or niobium could also be used with similarly good results.
  • Table 1 Dry film thickness and particle properties of the examples according to the invention or the comparative examples
  • Table 4 Particle properties of the examples according to the invention depending on the dry film thickness
  • Table 5 Properties of the cured coating of the examples according to the invention depending on the dry film thickness

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Description

Gemisch zum Aufbringen eines polymeren korrosionsbeständigen elektrisch schweißbaren Überzugs und Verfahren zum Herstellen dieses Überzugs
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gemisch zum Aufbringen eines polymeren, korrosionsbeständigen, verschleißarm umformbaren und elektrisch leitfähigen und dabei auch gut elektrisch schweißbaren Überzugs auf eine Unterlage, insbesondere eine metallische Unterlage wie z.B. ein Stahlblech, die gegebenenfalls vorher mit Zink oder einer Zink-haltigen Legierung überzogen und anschließend gegebenenfalls mit einer Vorbehandlung beschichtet wurde. Der Überzug soll insbesondere als Schweißprimer dienen.
Heute werden in Großserie Schweißprimer der 1. Generation im Automobilbau eingesetzt, die aus Gründen des Korrosionsschutzes chromhaltig sind, weil es bis heute sehr schwierig ist, im Korrosionsschutz gleichwertige und zugleich umweltfreundlichere Bestandteile anstelle von Chrom-haltigen Verbindungen einzusetzen. Die zum elektrischen Schweißen erforderliche elektrische Leitfähigkeit der etwa 2,5 bis 9 μm dicken polymeren Beschichtungen wird durch einen sehr hohen Gehalt an pulverigem metallischen Zink eingebettet in einer polymeren Matrix erworben. Aufgrund von Feuchtigkeit in jeder polymeren Beschichtung neigl jedoch metallisches Zink schnell zur Oxidation unter Bildung von weißer Ausblühungen (Weißrost). Durch die Oxidation des Zinkpulvers kann sich jedocr die korrosionsschützende Wirkung und die elektrische Leitfähigkeit des metallischen Zinks allmählich mit fortschreitender Weißrostbildung aufbrauchen. Ar die begrenzt korrosionsbeständigen Schweißprimer der ersten Generation werder auch bezüglich der elektrischen Schweißbarkeit nur gewisse Anforderunger gestellt: Es genügt, wenn von einem Schweißautomaten 600 Schweißpunkte durcr zwei aufeinander liegende, beidseitig beschichtete Stahlbleche von etwa 0,5 bis 2,( mm Dicke gesetzt werden können, bevor die Schweißelektroden neu bearbeite oder ausgetauscht werden. Der Aufbau der Beschichtungen auf den Stahlblecher umfaßt dabei typischerweise zuerst eine Schicht von Zink oder einer Zinklegierunj von etwa 2 bis 7,5 μm Dicke, darauf eine Vorbehandlungsschicht von etwa 0,01 bii 1,0 μm Dicke und schließlich eine Schweißprimerschicht von einer Dicke voi deutlich unter 10 μm Dicke. Es sind daher bei jeweils drei verschiedenen, übereinander aufgebrachten, jeweils doppelseitigen Beschichtungen insgesamt 2 Bleche mit 12 Schichten bei jedem Schweißpunkt durchzukontaktieren.
An Schweißprimerbeschichtungen der 2. Generation werden für den Einsatz im Automobilbau jedoch weitaus höhere Anforderungen gerichtet: 1.) Die Korrosionsbeständigkeit eines Flansches aus zwei Blechen soll trotz Chromfreiheit etwa um den Faktor drei höher sein, da hier das erfolgreiche Durchstehen eines extrem aggressiven Korrosionschutz-Wechseltests nach VDA 621-415 mit 20 anstelle nur 10 Zyklen ä jeweils einer Woche Dauer mit Salzsprühtests, Kondenswassertests und Rekondensieren ohne das Erscheinen von Rotrost gefordert wird. Über die Testdauer von 20 Wochen wirkt sich der Test progressiv stärker aus. 2.) Beim elektrischen Schweißen soll die mit einem Schweißautomaten zum elektrischen Widerstandspunktschweißen erreichbare Zahl an Schweißpunkten entsprechend bei mindestens 1200 statt nur bei 600 liegen, bevor die Schweißelektroden ausgetauscht oder nachgearbeitet werden. 3.) Für die in immer stärkerem Ausmaß im Automobilbau genutzte Klebetechnik anstelle des Schweißens ist es erforderlich, daß die Anforderungen an die Haftfestigkeit zwischen Unterlage und Zink-haltiger Beschichtung, zwischen Zink-haltiger Beschichtung und Vorbehandlungsschicht, zwischen Vorbehandlungsschicht und Schweißprimerschicht sowie zwischen Schweißprimerschicht und Klebeschicht auch mindestens genau so hoch sind wie bei der 1. Generation der Schweißprimer, wobei die 1. Generation der Schweißprimer oft dünner aufgetragen wird (2,5 bis 3 μm, aber dann frei von elektrisch leitfähigen, harten Partikeln) als die absehbare 2. Generation der Schweißprimer aus Gründen der hohen Korrosionsanforderungen und mit der Schichtdicke auch die Haftfestigkeitsanforderungen wachsen, da mit der Trockenfilmdicke auch die Haftfestigkeit allgemein signifikant abnimmt. 4.) Außerdem wäre es vorteilhaft, wenn der Schweißprimer sich auch bei anderen Arten des Schweißens anstelle des Widerstandsschweißens hervorragend bewähren würde, da auch am Einsatz alternativer Schweißtechnik intensiv gearbeitet wird. Hierbei wird gehofft, daß mit der 2. Generation der Schweißprimer auch die arbeitsintensive und kostspielige Hohlraumversiegelung und ggf. auch die Nahtabdichtung entfallen kann.
Außerdem ist es erforderlich, daß mit Schweißprimer beschichtete Bleche, die im Automobilbau verarbeitet werden, problemlos umgeformt werden können. Hierbei ist insbesondere ein verschleißarmes Börteln, Umbörteln, Tiefziehen oder/und Abpressen in großen Pressen erforderlich, bei dem das entsprechende Werkzeug nicht zu stark und zu schnell abgearbeitet wird und die Schweißprimerbeschichtung nicht zerstört, abgetragen, abgerissen oder ernsthaft beschädigt wird. Das betrifft insbesondere die in einer organischen Matrix eingebundenen anorganischen Anteile im Schweißprimer.
Die Publikationen des Standes der Technik zu elektrisch leitfähigen, mindestens ein Harz enthaltenden und gegebenenfalls elektrisch schweißbaren Beschichtungen beschreiben oft den Einsatz von Graphit, Ruß, Aluminium, Nickel, Zink oder/und Ferrolegierungen wie z.B. Eisenphosphiden auf Basis von Gemischen aus FeP, Fe2P und offenbar nicht vermeidbaren Verunreinigungen. Üblicherweise wird bei den Eisenphosphiden von Ferrophos®-Pulvern der Occidental Chemical Corp. (= OxyChem, vormals Hooker Chem. and Plastics Corp.) ausgegangen, bei denen die Qualitäten HRS 2132 bzw. HRS 3095 eine mittlere Partikelgröße von 3,3 μm bzw. 2,8 μm nach Herstellerangaben aufweisen, aber einen erheblichen Anteil Überkorn enthalten, der an dem Partikelgrößendurchgangswert dgg von 16 μm bzw. 12 μm erkennbar ist. Dieser Überkornanteil macht jedoch bei einem Partikelgrößenwert dgg gemessen mit einem Mastersizer 2000 mit Meßkopf Hydro 2000S der Fa. Malvern Instruments in einer Volumendarstellung sogar etwa 32 μm bzw. etwa 24 μm aus, wobei das obere Ende der Partikelgrößenverteilungen dioo sogar bei etwa 39 μm bzw. etwa 34 μm liegt. Alle der Anmelderin bekannten Publikationen, die Eisenphosphid als Zusatz für Beschichtungsgemische benennen, gehen von diesen Ferrophos®-Pulvem aus. Diese Pulverqualitäten werden offensichtlich bei allen diesen Publikationen ungemahlen eingesetzt, denn Mahlungen werden bestenfalls in einem Gemisch aus mindestens drei Komponenten vorgenommen, wobei oft das Untermischen im Vordergrund steht, aber die Korngrößen kaum oder gar nicht verringert werden sollten. Die Mahlungen für die Herstellung von Lacken und ähnlichen Beschichtungen sind bekanntermaßen oft nur Mischverfahren oder vergleichsweise schwache Mahlungen, zumal sie meistens in einer organischen Suspension mit einem vergleichsweise geringen Eisenphosphidgehalt vorgenommen werden. Da Eisenphosphide hart und spröde sind, erfordern sie eine kräftige Mahlung ohne Anwesenheit jeglicher oder in Anwesenheit von möglichst wenigen, die Mahlwirkung beeinträchtigenden Substanzen. Außerdem ist die Mahlung von feinteiligen Phosphiden nicht ungefährlich.
US 6,008,462 lehrt flüssige Beschichtungszusammensetzungen für schweißbare, Seewasser-feste Primer mit einem Gehalt an metallischen Eisenpartikeln. In der Beschreibungseinleitung dieser Patentschrift werden Probleme beschrieben, die bei der Verwendung von Eisenphosphiden in Primerbeschichtungen auftreten und die ähnlich auch in US 5,260,120 angeführt werden: Hierzu gehören die außerordentlich abrasive Wirkung der Eisenphosphidpartikel bei Werkzeugen und der hohe Reibungskoeffizient derartiger Beschichtungen. Diese Probleme werden in diesen Publikationen gelöst, indem Eisenpartikel anstelle von Eisenphosphidpartikeln in der Primerbeschichtung eingesetzt werden oder indem zusätzlich auf die Eisenphosphidpartikel enthaltende Beschichtung ein dünner polymerer Topcoat aufgebracht wird, der die Schweißbarkeit der derart beschichteten Bleche nicht zu sehr beeinträchtigen soll.
US 4,889,773 beschreibt Elektroden zum Widerstandsschweißen, die eine Beschichtung aus Binder und mindestens einem Phosphid, vorzugsweise auf Basis von Eisenphosphiden. Diese Beschichtung zielt nicht auf die hohen Anforderungen von Schweißprimer-Beschichtungen.
US 4,110,117 lehrt Zink, aliphatische Polyolsilicate und teilweise auch Eisenphosphid enthaltende Beschichtungszusammensetzungen.
US 4,011 ,088 schützt rein anorganische Beschichtungen auf Basis von Eisenphosphid- oder/und Nickelphosphidpartikeln, die in wasserlöslichem Silicatbinder eingebettet sind. US 3,884,705 lehrt Beschichtungen, die neben sog. Ferrolegierungen wie Eisenphosphidgemischen erhöhte Anteile an Korrosionsschutzpigmenten und ggf. auch Zinkstaub enthalten.
WO 96/29372 betrifft Zusammensetzungen, die neben Bindeharz Zink, Graphit und ggf. weitere Komponenten wie z.B. Eisenphosphid enthalten.
Bei der rasterelektronenmikroskopischen Untersuchung von Schweißprimer- Beschichtungen auf metallischen Substraten, bei denen die Schweißprimer- Beschichtung weniger als 9 μm Trockenfilmdicke haben soll, ist es aufgefallen, daß Eisenphosphid-Überkorn nicht nur zu einer inhomogen erscheinenden Beschichtung führt, sondern auch störende, hoch aus der Beschichtung herausragende Spitzen bildet und beim Umformen zu starkem Verschleiß Anlaß gibt. Erste Umform versuche unter Einsatz von ungemahlen zugesetzten Eisenphosphid-Pulverqualitäten zeigten einen erheblichen Abrieb und eine mangelnde Eignung zum Umformen in der Serienfertigung.
Die parallelen Patentanmeldungen DE 102 17 624 und DE 102 48 799 werden bezüglich ihrer Aussagen zu den verschiedenen Partikeln und deren Eigenschaften und Anteilen sowie zu den Überzügen und ihren Eigenschaften explizit einbezogen.
Es bestand daher die Aufgabe, Beschichtungen vorzuschlagen, die für die verschleißarme Umformung z.B. von Stahlblechen, wie sie beispielsweise in der Automobilindustrie verarbeitet werden, in der Serienfertigung geeignet sind. Diese Beschichtungen sollen trotz der ein- oder sogar beidseitigen Beschichtung z.B. 1.) mit Zink oder einer Zink-haltigen Legierung, 2.) mit einer dünnen Vorbehandlungsschicht, die einen Korrosionsschutz sowie einen Haftgrund für den nachfolgenden Primer darstellt, und 3.) mit einer 0,5 bis 10 μm dicken Schweißprimer-Beschichtung ausreichend elektrisch leitfähig sein, um gut schweißbar zu sein. Das Verfahren zum Herstellen der Schweißprimer- Beschichtung soll außerdem möglichst einfach, serientauglich und kostengünstig sein. Die Aufgabe wird gelöst mit einem lackartigen, Harz und anorganische Partikel enthaltenden Gemisch zum Aufbringen eines polymeren, korrosionsbeständigen, verschleißarm umformbaren, elektrisch leitfähigen und elektrisch schweißbaren Überzugs auf eine Unterlage, insbesondere auf eine metallische Unterlage wie z.B. ein Stahlblech, wobei die Unterlage gegebenenfalls z.B. mit mindestens einer Zinkschicht oder/und einer Zink-haltigen Legierungsschicht oder/und mit mindestens einer Vorbehandlungsschicht auf mindestens einer Seite der Unterlage vorbeschichtet sein kann, wobei das Gemisch mindestens 10 Gew.-% elektrisch leitfähige Partikel mit einer elektrischen Leitfähigkeit besser als Partikel von Zink und mit einer Mohs'schen Härte größer als 4 bezogen auf die Feststoffgehalte des Gemisches aufweist und wobei diese elektrisch leitfähigen Partikel eine Partikelgrößenverteilung aufweisen, bei der 3 bis 22 Vol.-% der elektrisch leitfähigen Partikel gemessen mit einem Mastersizer 2000 mit Meßkopf Hydro 2000S der Fa. Malvern Instruments in einer Volumendarstellung größer sind als die mittlere Schichtdicke des getrockneten und ggf. auch gehärteten Überzugs bestimmt an rasterelektronenmikroskopischen Aufnahmen.
Die Aufgabe wird außerdem gelöst mit einem lackartigen, Harz und anorganische Partikel enthaltenden Gemisch zum Aufbringen eines polymeren, korrosionsbeständigen, verschleißarm umformbaren, elektrisch leitfähigen und elektrisch schweißbaren Überzugs auf eine Unterlage, insbesondere auf eine metallische Unterlage wie z.B. ein Stahlblech, wobei die Unterlage gegebenenfalls z.B. mit mindestens einer Zinkschicht oder/und einer Zink-haltigen Legierungsschicht oder/und mit mindestens einer Vorbehandlungschicht auf mindestens einer Seite der Unterlage vorbeschichtet sein kann, wobei das Gemisch mindestens 10 Gew.-% elektrisch leitfähige Partikel mit einer elektrischen Leitfähigkeit besser als Partikel von reinem Zink und mit einer Mohs'schen Härte größer als 4 bezogen auf die Feststoffgehalte des Gemisches aufweist und wobei die Hüllkurve der Partikelgrößenverteilung für diese elektrisch leitfähigen Partikel gemessen mit einem Mastersizer 2000 mit Meßkopf Hydro 2000S der Fa. Malvern Instruments bei logarithmischer Auftragung in Volumendarstellung mindestens zweigipfelig ist und in einzelne Gauß'sche Verteilungskurven aufgegliedert wird, wobei ein erstes Minimum der einzelnen Gauß'schen Verteilungskurven zwischen dem Haupt-Peak und dem nächst größeren Peak dieser Verteilungskurven bestimmt in μm um den Faktor 0,9 bis 1 ,8 mal so groß ist wie die mittlere Trockenfilmdicke des getrockneten und ggf. auch gehärteten Überzugs bestimmt an rasterelektronenmikroskopischen Aufnahmen, wobei jedoch nicht mehr als 22 Vol.-% der Partikelgrößenverteilung dieser elektrisch leitfähigen Partikel größer sind als die mittlere Trockenfilmdicke.
Der Gegenstand der Patentanmeldungen DE 102 17 624 und DE 102 47 691 wird bezüglich der Angaben zu Beispielen, Vergleichsbeispielen, Prüftechniken, Partikel- bezogenen Angaben wie z.B. Art, Größe, Größenverteilungen und Eigenschaften sowie zu Eigenschaften und Zusammensetzungen der Gemische und Beschichtungen sowie zu Beschichtungen und Verfahrensschritten ausdrücklich in diese Anmeldung einbezogen.
Bei dem Gemisch kann es sich insbesondere um ein Mittel zum Aufbringen eines polymeren, korrosionsbeständigen, verschleißarm umformbaren, elektrisch leitfähigen Überzugs auf eine Unterlage handeln.
Das erfindungsgemäße Gemisch kann vorzugsweise 20 bis 80 Gew.-% elektrisch leitfähige Partikel mit einer elektrischen Leitfähigkeit besser als Partikel von reinem Zink und mit einer Mohs'schen Härte größer als 4 bezogen auf die Feststoffgehalte des Gemisches enthalten, besonders bevorzugt mindestens 25, mindestens 32 bzw. mindestens 38 Gew.-% bzw. höchstens 68, höchstens 58 bzw. höchstens 48 Gew.-%.
Bei dem erfindungsgemäßen Gemisch können die elektrisch leitfähigen Partikel eine Partikelgrößenverteilung aufweisen, bei der insbesondere mindestens 5 Vol.- %, vorzugsweise mindestens 7 bzw. 9 Vol.-% bzw. vorzugsweise höchstens 19 bzw. 17 bzw. 15 bzw. 13 Vol.-% größer sind als die mittlere Schichtdicke des getrockneten und ggf. auch gehärteten Überzugs. Die elektrisch leitfähigen Partikel können vorzugsweise eine elektrische Leitfähigkeit oder einen elektrischen Widerstand aufweisen, die bzw. der um mindestens eine, um mindestens zwei oder um mindestens drei Zehnerpotenzen, ggf. gemessen als elektrischer Widerstand bzw. ausgehend von einem elektrischen Widerstand von polykristallinem technisch reinem Zink von etwa 6 • 10"6 Ω/cm3, besser ist als die von polykristallinem technisch reinem Zink. Die Mohs'sche Härte der elektrisch leitfähigen Partikel kann zumindest bei einem Teil dieser Partikel mindestens 5, mindestens 5,5, mindestens 6 oder mindestens 6,5 betragen.
Das Minimum zwischen dem Haupt-Peak und dem nächst größeren Peak der einzelnen Gauß'schen Verteilungskurven unter der Hüllkurve (= gemessener Partikelverteilungskurve), der im Vergleich zum Haupt-Peak nicht verschwindend klein sein darf, kann insbesondere um den Faktor 1 bis 1 ,7 mal so groß sein wie die mittlere Trockenfilmdicke des getrockneten und ggf. auch gehärteten Überzugs, vorzugsweise um den Faktor 1 ,1 bis 1 ,6, besonders bevorzugt um den Faktor von mindestens 1,2 bzw. höchstens 1 ,5. Wenn der Haupt-Peak unter der Hüllkurve leicht zweigipfelig ist, deren einzelne Maxima nicht weiter als 2,5 μm auseinanderliegen und wenn die nachfolgenden Peaks alle deutlich kleiner sind, wird der zweigipfelige Haupt-Peak als ein einziger Haupt-Peak angesehen.
Insbesondere sind mindestens 5 Vol.-% der elektrisch leitfähigen Partikel größer als die mittlere Schichtdicke des getrockneten und ggf. auch gehärteten Überzugs, vorzugsweise mindestens 7 bzw. mindestens 9 Vol.-% bzw. vorzugsweise höchstens 19, höchstens 17, höchstens 15 bzw. höchstens 13 Vol.-%.
Die Unterlage kann insbesondere eine aus Stahl, aus Edelstahl, aus mindestens einer Aluminium- oder/und Magnesiumlegierung sein. Vorzugsweise sind es Bleche, Platten, Stangen bzw. kompliziert geformte Teile oder bereits gefügte Komponenten. Vorzugsweise handelt es sich um Band, Platten bzw. Bleche insbesondere aus einer Aluminiumlegierung oder aus einem Stahl.
Vorzugsweise kann die Partikelgrößenverteilung der übrigen anorganischen Partikel, d.h. aller anorganischen Partikel ohne die elektrisch leitfähigen Partikel, gemessen mit einem Mastersizer 2000 mit Meßkopf Hydro 2000S der Fa. Malvern Instruments, einen höheren Volumenanteil der größten Partikel beim Partikelvolumendurchgangswert dgs oder bei der Gauß'schen Verteilungskurve mit den größten Partikelvolumina aufweisen als Partikelvolumendurchgangswert dgs oder die entsprechende Gauß'sche Verteilungskurve der elektrisch leitfähigen Partikel.
Vorteilhafterweise enthält das erfindungsgemäße Gemisch keine elektrisch leitfähigen Partikel mit einem Partikelgrößendurchmesser größer als der fünffache Wert der mittleren Trockenfilmdicke des getrockneten und ggf. auch gehärteten Überzugs, besonders bevorzugt nicht mehr als der 4,5fache, vierfache, 3,5fache oder dreifache Wert.
Der erfindungsgemäße Überzug kann in beliebigem Umfang auf die Unterlage aufgebracht werden, z.B. nur auf eine oder auf beide Seiten z.B. eines Bleches, gegebenenfalls einschließlich mindestens einer Kante oder aber nur in bestimmter Breite oder in bestimmtem Muster, so daß z.B. Randbereiche hiermit unbeschichtet bleiben können.
In ähnlicher Weise können auch die Zink-haltigen metallischen Vorbeschichtungen bzw. die Vorbehandlungs-Vorbeschichtungen aufgebracht sein, jeweils in etwa gleicher oder unterschiedlicher weise.
Die elektrisch leitfähigen Partikel sind üblicherweise wasserunlöslich oder schwer wasserlöslich. Sie dienen u.U. auch als Barrierepartikel, ohne selber besonders korrosionsbeständig sein zu müssen. Dennoch ist es bevorzugt, daß die elektrisch leitfähigen Partikel chemisch etwas stabiler oder/und stärker korrosionsbeständig sind, insbesondere gegenüber Wasser und schwach basischen Medien.
Die elektrisch leitfähigen Partikel sind insbesondere ausgewählt aus solchen auf Basis von Legierungen, Borid, Carbid, Oxid, Phosphid, Phosphat, Silicat oder/und Silicid. Sie sind vorzugsweise derartige Verbindungen bzw. Legierungen auf Basis von Aluminium, Chrom, Eisen, Kalzium, Magnesium, Mangan, Nickel, Kobalt, Kupfer, Lanthan, Lanthanid, Molybdän, Niob, Tantal, Titan, Vanadium, Wolfram, Yttrium, Zink, Zinn oder/und Zirkonium. Ihre elektrische Leitfähigkeit kann gegebenenfalls wesentlich auf mindestens einem besonderen Dotierungszusatz oder/und Gehalt an mindestens einer weiteren, besser elektrisch leitfähigen Phase oder/und an mindestens einer besser elektrisch leitfähigen Beschichtung beruhen. Besonders bevorzugte Substanzen sind Eisenphosphat, Manganphosphat, Nickelphosphat, Zinkphosphat oder/und weitere Phosphate auf Basis von Aluminium, Eisen, Kupfer, Mangan, Nickel, Zink oder/und weiteren Übergangsmetallen, Phosphide auf Basis von Eisen, Mangan, Molybdän, Nickel, Titan, Zirkonium oder/und gegebenenfalls weiteren Übergangsmetallen, Boride auf Basis von Titan oder/und anderen Übergangsmetallen, Carbide erhöhter elektrischer Leitfähigkeit wie z.B. Siliciumcarbid mit besonders hoher elektrischer Leitfähigkeit bzw. Silicide wie z.B. auf Basis von Molybdän, Vanadiumcarbid, Titannitrid oder/und anderen Übergangsmetallen.
Besonders bevorzugt sind hierbei Oxide hoher elektrischer Leitfähigkeit, insbesondere Oxide mit einer Strukturchemie auf Basis von mindestens einem Spinell wie z.B. Fe304 oder (Cu,Fe,Mn,Ni,Ti,Zn)3θ4, auf Basis von mindestens einem Oxid mit einem unterstöchiometrischen Sauerstoffgehalt und von vergleichsweise hoher elektrischer Leitfähigkeit wie z.B. Sn02.x oder Tiθ2-x mit x z.B. im Bereich von 0,02 bis 0,25 bzw. auf Basis von mindestens einem Phosphid, das insbesondere durch Wasser und verdünnte Säuren nur wenig oder nicht angegriffen werden kann und eine höhere elektrische Leitfähigkeit aufweist.
Bei dem erfindungsgemäßen Gemisch können die elektrisch leitfähigen Partikel Substanzen auf Basis von Verbindungen bzw. Gemischen von Verbindungen mit oder von Spinellen wie z.B. Fe304, Mn3θ4, FeMn2θ4 oder/und weiteren Substanzen auf Basis von Boriden, Carbiden, Oxiden, Phosphaten, Phosphiden, Silicaten, Siliciden bzw. elektrisch leitfähig beschichteten Partikeln oder/und deren Mischung bzw. deren gemeinsamer Verbindung, und gegebenenfalls weitere metallische Partikel enthalten ausgewählt aus Aluminium-, Eisen-, Kobalt-, Kupfer-, Molybdän-, Nickel-, Niob-, Silber-, Tantal-, Titan-, Vanadium-, Wolfram-, Zink- oder/und Zinnhaltigen Legierungen, insbesondere Oxide im wesentlichen auf Basis von Spinellen vorzugsweise von Aluminium, Chrom, Eisen, Kobalt, Kupfer, Magnesium, Mangan, Nickel, Vanadium, Titan oder/und Zink oder/und im wesentlichen auf Basis von elektrisch leitfähigen Oxiden mit unterstöchiometrischem Sauerstoffgehalt wie z.B. TiOι,95, oder/und insbesondere Phosphide im wesentlichen auf Basis von Aluminium, Eisen, Kobalt, Kupfer, Mangan, Molybdän, Nickel, Niob, Tantal, Titan, Vanadium, Wolfram, Zink oder/und Zinn, insbesondere auf Basis von Phosphiden, vorzugsweise auf Basis von Eisen-, Mangan-, Nickel- oder/und Zinn-haltigen Phosphiden. Als elektrisch leitfähig beschichtete Partikel sind insbesondere solche geeignet, die eine elektrische Leitfähigkeit von mindestens von metallischem Zink aufweisen, insbesondere mit Graphit, Ruß, einer sonstigen Kohlenstoffart, elektrisch leitfähigem Metall, Eisenoxid, Antimon- oder/und Zinnverbindung(en) beschichtete Partikel.
Bei dem erfindungsgemäßen Gemisch können vorzugsweise mindestens 30 Gew.- %, vorzugsweise mindestens 45 Gew.-%, besonders bevorzugt mindestens 60 Gew.-%, insbesondere mindestens 75 Gew.-%, vor allem mindestens 90 Gew.-% der elektrisch leitfähigen Partikel Oxide oder/und Phosphide im wesentlichen auf Basis von Aluminium, Eisen, Kobalt, Kupfer, Mangan, Molybdän, Nickel, Niob, Tantal, Titan, Vanadium, Wolfram, Zink oder/und Zinn sein, einschließlich unterstöchiometrisch Sauerstoff enthaltenden Oxiden mit erhöhter elektrischer Leitfähigkeit, insbesondere Oxide oder/und Phosphide auf Basis von Eisen-, Mangan-, Nickel- oder/und Zink-haltigen Verbindungen bzw. deren Gemische.
Vorzugsweise beträgt der Anteil der elektrisch leitfähigen Partikel auf Basis von Borid, Carbid, Phosphat, Silicat und Silicid nicht mehr als 60 Gew.-% aller elektrisch leitfähigen Partikel, besonders bevorzugt nicht mehr als 45 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt nicht mehr als 30 Gew.-%, insbesondere nicht mehr als 15 Gew.-%. Jedoch kann es bevorzugt sein, den Anteil an Eisenoxidpigment, insbesondere wie es in der Lackindustrie bekannt ist, auf Gehalte von bis zu 20 Gew.-%, besonders bevorzugt auf bis zu 10 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt auf bis zu 5 Gew.-%, insbesondere gar keine solchen Pigmentgehalt, einzustellen.
Bei allen Partikelgrößenbestimmungen ab 0,3 μm mittlerer Partikelgröße ist von
Verteilungen gemessen mit einem Mastersizer 2000 mit Meßkopf Hydro 2000S der
Fa. Malvern Instruments auszugehen. Die Suspension mit den zu messenden Partikeln wurde hierbei entsprechend den Angaben in den Beispielen und Vergleichsbeispielen vorbereitet. Bei Bestimmungen unter 0,3 μm mittlerer Größe sind bevorzugt Messungen bzw. Auswertungen an Fotos heranzuziehen, die mit einem Rasterelektronenmikroskop an auf einem Träger gut verteilten Teilchen gewonnen werden. Hierbei sollen die Partikel bei stärker als Agglomerate erkennbaren Anlagerungen getrennt als viele Einzelteilchen und nicht als einzelne Agglomerate gezählt und mindestens 400 Partikel berücksichtigt werden, um näherungsweise Verteilungen ermitteln zu können.
Vorzugsweise beträgt der Durchgangswert d8o der elektrisch leitfähigen Partikel in Volumendarstellung nicht mehr als 8 μm, besonders bevorzugt nicht mehr als 7 μm, ganz besonders bevorzugt nicht mehr als 6 μm, vor allem nicht mehr als 5 μm. Vorteilhafterweise liegt der Durchgangswert dgo der elektrisch leitfähigen Partikel im Bereich von 0,5 bis 6,5 μm, besonders bevorzugt im Bereich von mindestens 1 ,5 μm bzw. bis zu 5,5 μm, ganz besonders bevorzugt im Bereich von mindestens 2,0 μm bzw. bis zu 4,5 μm, vor allem im Bereich von mindestens 2,5 μm bzw. bis zu 4,0 μm.
Bei dem erfindungsgemäßen Gemisch kann die Mischung aus allen Arten von elektrisch leitfähigen Partikeln insbesondere eine mittlere Partikelgröße dso in Volumendarstellung von nicht mehr als 3,6 μm oder nicht mehr als 3,2 μm oder/und im Bereich von 0,1 bis 3 μm aufweisen, ganz besonders im Bereich von 0,2 bis 2,8 μm. Vorzugsweise liegt sie in einem Bereich bis 1 ,8 μm, besonders bevorzugt in einem Bereich bis 2,6 μm, ganz besonders bevorzugt in einem Bereich bis 2,4 μm bzw. vorzugsweise in einem Bereich von mindestens 0,5 μm.
Vorteilhafterweise beträgt die Größe der elektrisch leitfähigen Partikel bezogen auf den Durchgangswert dio in Volumendarstellung nicht mehr als 1 ,5 μm, insbesondere nicht mehr als 1 ,2 μm, ganz besonders bevorzugt nicht mehr als 0,8 μm.
Bei dem erfindungsgemäßen Gemisch kann die Mischung aus allen Arten von elektrisch leitfähigen Partikeln vorzugsweise eine steile Partikelgrößenverteilung aufweisen, bei der der Durchgangswert dgg zum Durchgangswert dio in Volumendarstellung höchstens den Faktor 12 aufweist. Dieser Faktor beträgt insbesondere höchstens den Faktor 11 , besonders bevorzugt von höchstens 10, ganz besonders bevorzugt von höchstens 9, vor allem von höchstens 8.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die elektrisch leitfähigen Partikel vorzugsweise allein für sich vermählen. Das Vermählen kann hierbei für jede Partikelart der elektrisch leitfähigen Partikel getrennt oder in Teilgemischen oder in einer Gesamtmischung aus allen Arten von elektrisch leitfähigen Partikeln erfolgen. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann beim Mahlen der elektrisch leitfähigen Partikel vorwiegend das Überkorn zerkleinert werden, so daß eine engere Partikelgrößenverteilung entsteht. Eine steile Partikelgrößenverteilung dieser Pulver, die einen hohen Anteil der Pigmentierung ausmachen, trägt wesentlich zu einer gleichmäßigen Partikelverteilung innerhalb der fertigen Beschichtung bei. Besonders vorteilhaft ist es, wenn durch das Mahlen der elektrisch leitfähigen Partikel eine engere Partikelgrößenverteilung eingestellt wird, insbesondere dann, wenn die feinsten Teilchen kaum zerkleinert werden oder wenn das Pulver hierbei nicht zu Staub vermählen wird. Besonders bevorzugt ist es, nur bei den Partikelarten der elektrisch leitfähigen Partikel die Partikelgrößenverteilung auf eine engere Verteilung durch Mahlen einzustellen, bei denen die mittlere Partikelgröße dso größer als 1 μm, ganz besonders bevorzugt größer als 2 μm ist. Falls ein Gemisch aus verschiedenen elektrisch leitfähigen Partikeln vorliegen sollte, kann es von Interesse sein, entweder nur das Gemisch oder/und die einzelnen Partikelqualitäten getrennt zu mahlen. Die Mahlung dieser Partikel oder dieses Partikelgemisches ist vorzugsweise besonders stark, insbesondere unter Einsatz von speziellen Mahlaggregaten. Hierbei kann es von Interesse sein, ein Mahlaggregat auszuwählen, das in der Lackindustrie normalerweise nicht eingesetzt wird, weil in der Lackindustrie meistens nur relativ schwach, nämlich üblicherweise nur ein Gemisch aus weichen oder/und harten Stoffen bzw. ein Gemisch aus polymeren oder/und anorganischen Stoffen, die nicht unbedingt in Partikelform vorliegen, gemahlen wird und die Mahlbedingungen für harte Partikel schon von daher relativ schwach sind. Falls mehr als jeweils eine Pulverqualität pro Pigmentkategorie insbesondere bei den elektrisch leitfähigen Partikeln oder bei anderen Pigmentkategorien vorliegen sollte, weist die einzelne Pulverqualität vorzugsweise eine mittlere Partikelgröße auf, die etwa in der Größenordnung der mittleren Partikelgröße dso in Volumendarstellung des bzw. aller Arten der elektrisch leitfähigen Partikel liegt (dso ± 1 μm) oder geringfügig kleiner ist (bis dso - 1 μm). Vorzugsweise weist das ggf. vorhandene mindestens eine Korrosionsschutzpigment eine mittlere Partikelgröße auf, die ebenfalls etwa in der Größe der mittleren Partikelgröße dso der elektrisch leitfähigen Partikel (dso ± 1 μm) oder geringfügig darunter liegt (bis dso- 1 μm). Auch diese Eigenschaften können wesentlich zur Einstellung einer gleichmäßigen Partikelverteilung innerhalb der fertigen Beschichtung beitragen.
Bei dem erfindungsgemäßen Gemisch kann vorzugsweise der Anteil an elektrisch leitfähigen Partikeln im Gemisch 12 bis 80 Gew.-% oder/und der Anteil an gleitfähigen, sehr weichen oder weichen Partikeln im Gemisch 0,1 bis 30 Gew.-% jeweils bezogen auf das Gewicht des Feststoffs im Naßlack (alle Feststoffe = 100 Gew.-%) betragen. Vorzugsweise beträgt der Anteil an elektrisch leitfähigen Partikeln hierbei mindestens 15 Gew.-% bzw. höchstens 70 Gew.-% bezogen auf das Gewicht des Feststoffs im Naßlack, besonders bevorzugt mindestens 18 Gew.- % bzw. höchstens 65 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt mindestens 24 Gew.-% bzw. höchstens 60 Gew.-%. Bei einem hohen Anteil an elektrisch leitfähigen Partikeln im Gemisch wird ein härterer, festerer, elektrisch leitfähigerer und meistens auch chemisch stabilerer Überzug erreicht, während mit einem niedrigen Anteil an elektrisch leitfähigen Partikeln im Gemisch eher ein weicherer, weniger fester, u.U. schwächer elektrisch leitfähiger Überzug erzielt wird.
Vorzugsweise beträgt der Anteil an gleitfähigen, sehr weichen oder weichen Partikeln, soweit überhaupt vorhanden, hierbei mindestens 0,2 Gew.-% bzw. höchstens 30 Gew.-% bezogen auf das Gewicht des Feststoffs im Naßlack, besonders bevorzugt mindestens 0,3 Gew.-% bzw. höchstens 24 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt mindestens 0,5 Gew.-% bzw. höchstens 18 Gew.-%. Vorzugsweise beträgt der Gehalt an Sulfiden, Seleniden und Telluriden im Gemisch nicht mehr als 5 Gew.-% bzw. besonders bevorzugt nicht mehr als 3,5 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt nicht mehr als 2,5 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Feststoffs im Naßlack. Falls diese Substanzen weniger korrosionsbeständig sein sollten, sollte ihr Gehalt nicht zu hoch sein. Bei einem hohen Anteil an gleitfähigen, sehr weichen oder weichen Partikeln im Gemisch wird ein sehr gut gleitfähiger, flexibler, weicherer Überzug gebildet, während mit einem besonders niedrigen Anteil an gleitfähigen, sehr weichen oder weichen Partikeln im Gemisch ein härterer, festerer und meistens besser elektrisch leitfähiger Überzug eingestellt wird.
Die gleitfähigen, sehr weichen oder weichen Partikel sind vorzugsweise solche mit sehr guten Gleiteigenschaften. Sie sind wasserunlöslich oder schwer wasserlöslich. Sie weisen vorzugsweise Partikel mit im wesentlichen flächiger (Plättchen) oder länglicher Ausdehnung (Nadeln, Lineale) oder/und im wesentlichen entsprechende Aggregate auf. Insbesondere sind es solche auf Basis von Graphit oder/und Chalkogenid wie Sulfid, Selenid bzw. Tellurid, besonders von Graphit, Antimon- haltigem, Mangan-haltigem, Molybdän-haltigem, Wismut-haltigem, Wolfram- haltigem oder/und Zinn-haltigem Chalkogenid, vor allem von Mangansulfid, Molybdändisulfid, Wolframdisulfid oder/und Zinnsulfid bevorzugt. Sie können auch z.B. mit Kohlenstoff bzw. Graphit beschichtet sein. Bei dem erfindungsgemäßen Gemisch können sie vorwiegend oder gänzlich aus Graphit, Sulfid, Selenid oder/und Tellurid bestehen, insbesondere aus Graphit, Antimon-haltigem Sulfid, Zinn-haltigem Sulfid, Molybdänsulfid oder/und Wolframsulfid.
Bei dem erfindungsgemäßen Gemisch kann die Mischung aus allen Arten von gleitfähigen, sehr weichen oder weichen Partikeln bei der Zugabe zu dem Gemisch einen Partikelgrößendurchgangswert dgg in einem Bereich von 2 bis 36 μm aufweisen, insbesondere in einem Bereich von mindestens 6 μm bzw. bis 32 μm, vorzugsweise in einem Bereich bis 28 μm, besonders bevorzugt in einem Bereich bis 24 μm bzw. vorzugsweise in einem Bereich von mindestens 10 μm, besonders bevorzugt in einem Bereich von mindestens 14 μm. Vorzugsweise ist der Durchgangswert dgg der gleitfähigen, sehr weichen oder weichen Partikel deutlich größer als der Durchgangswert dg9 der elektrisch leitfähigen Partikel, insbesondere um den Faktor 1 ,2 bis 10 größer, vorzugsweise um den Faktor 1 ,5 bis 8, besonders bevorzugt um den Faktor 2 bis 7. Vielfach schauen die elektrisch leitfähigen Partikel, wenn Sie bis zum Auftragen der Beschichtung nicht stärker mechanisch beansprucht werden, zu einem gewissen Anteil aus der Beschichtung heraus und können bei der mechanischen Beanspruchung der Beschichtung wie z.B. beim Reiben oder Umformen schnell zerkleinert werden, wobei diese Partikel als Schmiermittel allein für sich oder in Kombination mit gegebenenfalls vorhandenen Anteilen an Öl wie z.B. Tiefziehöl helfen.
Bei dem erfindungsgemäßen Gemisch kann die Mischung aus allen Arten von gleitfähigen, sehr weichen oder weichen Partikeln bei der Zugabe zu dem Gemisch eine mittlere Partikelgröße dso im Bereich von 0,1 bis 20 μm aufweisen, vorzugsweise in einem Bereich bis 18 μm, besonders bevorzugt in einem Bereich bis 15 μm, ganz besonders bevorzugt in einem Bereich bis 12 μm bzw. vorzugsweise in einem Bereich von mindestens 1 μm, besonders bevorzugt in einem Bereich von mindestens 3 μm, ganz besonders bevorzugt in einem Bereich von mindestens 5 μm. Als Teilchenform der gleitfähigen, sehr weichen oder weichen Partikel sind Plättchen bevorzugt. Bei dem erfindungsgemäßen Gemisch kann die mittlere Partikelgröße dso der gleitfähigen, sehr weichen oder weichen
Partikel bei der Zugabe zu dem Gemisch um den Faktor 1 ,5 bis 7 größer sein als die mittlere Partikelgröße dso der elektrisch leitfähigen Partikel, vorzugsweise um den Faktor 2 bis 6 größer, besonders bevorzugt um den Faktor 3 bis 5 größer.
Besonders bevorzugt ist auch ein Gehalt an Partikeln von mindestens einer Zinkreichen Legierung, insbesondere einer mit einer deutlich höheren Korrosionsbeständigkeit als technisch reines Zink wie z.B. mit einem Gehalt an AI, Mg oder/und anderen Legierungsbestandteilen.
Darüber hinaus kann das Gemisch ggf. auch andere Partikel enthalten, die weder zu den elektrisch leitfähigen Partikeln, noch zu den gleitfähigen, sehr weichen oder weichen Partikeln, noch zu den Korrosionsschutzpigmenten gehören. Das können beispielsweise metallische Partikel, Legierungspartikel oder Oxidpartikel mit geringer elektrischer Leitfähigkeit, halbleitenden bzw. elektrisch isolierenden Eigenschaften sein. Vorzugsweise sind 0,5 bis 15 Gew.-% mindestens eines Korrosionsschutzpigments bezogen auf die Feststoffgehalte des Gemisches enthalten.
Vorteilhafterweise sind keine oder keine großen Mengen (< 12 Gew.-%) an Partikeln aus Metallen oder/und Legierungen oder/und gegebenenfalls auch an Ruß vorhanden. Vorzugsweise ist der. Anteil an gleitfähigen, sehr weichen oder weichen Partikeln in dem Gemisch gleich groß oder größer als der Anteil an Metallen bzw. Legierungen oder/und Ruß. Daneben können auch andere Arten von Partikeln, z.B. farblose Pigmente bzw. Farbpigmente, bzw. elektrisch leitfähige Polymere enthalten sein.
Im Vergleich hierzu können Korrosionsschutzpigmente, soweit überhaupt vorhanden, eine begrenzte Wasserlöslichkeit oder/und wasserlösliche Anteile aufweisen. Außerdem ist es bevorzugt, daß insbesondere bei Anwesenheit von Phosphid auch mindestens ein anorganischer oder/und organischer Korrosionsinhibitor eingesetzt wird, wobei aber auch mindestens ein Korrosionsschutzpigment hierfür ausreichend sein kann. Besonders bevorzugt ist ein Korrosionsschutzpigment auf Basis von Phosphaten wie z.B. Aluminium-, Erdalkali- oder Zinkphosphat, oder/und auf Basis von Erdalkalicarbonat, Erdalkalisilicat oder/und Erdalkaliphosphosilicat. Besonders bevorzugt ist ein Korrosionsinhibitor auf Basis von Amiden, Aminen, Butansäurederivaten oder/und Iminen. Die Korrosionsschutzpigmente und die Korrosionsinhibitoren sind grundsätzlich bekannt.
Bei dem erfindungsgemäßen Gemisch kann die Mischung aus allen Arten von Korrosionsschutzpartikeln bei der Zugabe zu dem Gemisch einen Partikelgrößendurchgangswert dgg im Bereich von 0,03 bis 10 μm aufweisen, vorzugsweise in einem Bereich bis 8 μm, besonders bevorzugt in einem Bereich bis 6 μm, ganz besonders bevorzugt in einem Bereich bis 5 μm bzw. vorzugsweise in einem Bereich von mindestens 0,1 μm, besonders bevorzugt in einem Bereich von mindestens 0,3 μm, ganz besonders bevorzugt in einem Bereich von mindestens 0,5 μm. Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn der Partikelgrößendurchgangswert dgg der Korrosionsschutzpartikel nicht größer oder nicht wesentlich größer ist als der Partikelgrößendurchgangswert dgg der elektrisch leitfähigen Partikel.
Bei dem erfindungsgemäßen Gemisch kann die Mischung aus allen Arten von Korrosionsschutzpartikeln bei der Zugabe zu dem Gemisch eine mittlere Partikelgröße dso im Bereich von 0,01 bis 5 μm aufweisen, vorzugsweise in einem Bereich bis 4 μm, besonders bevorzugt in einem Bereich bis 3 μm, ganz besonders bevorzugt in einem Bereich bis 2 μm bzw. vorzugsweise in einem Bereich von mindestens 0,05 μm, besonders bevorzugt in einem Bereich von mindestens 0,1 μm, ganz besonders bevorzugt in einem Bereich von mindestens 0,3 μm. Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn die mittlere Korngröße aller Arten von Korrosionsschutzpartikeln genau so groß oder nicht wesentlich kleiner ist als die mittlere Korngröße der elektrisch leitfähigen Partikel. Es ist bevorzugt, die Korrosionsschutzpartikel fein und homogen in dem Gemisch und dem daraus entstehenden Überzug zu verteilen. Die Korrosionsschutzpartikel können eine Barrierewirkung für z.B. Wasserstoffionen aufbauen und verbrauchen sich bei der Korrosion nicht anders als sich opfernde Korrosionsmittel wie z.B. metallisches Mangan oder Zink. Als Teilchenform der Korrosionsschutzpigmentpartikel sind Plättchen bevorzugt.
Hierbei ist es vorteilhaft, wenn bei dem Gemisch die Summe der Gewichtsanteile der wasserunlöslichen bzw. schwer wasserlöslichen Pigmentierung zur Summe der gesamten Pigmentierung 30 bis 99 Gew.-% beträgt. Vorzugsweise beträgt sie 50 bis 98 Gew.-%, besonders bevorzugt mindestens 70 Gew.-% bzw. bis zu 97 Gew.- %, ganz besonders bevorzugt mindestens 90 Gew.-% bzw. bis zu 96 Gew.-%.
Ganz besonders bevorzugt ist ein Gemisch, bei dem der Anteil an elektrisch leitfähigen Partikeln 38 bis 68 Gew.-%, der Anteil an gleitfähigen, sehr weichen oder weichen Partikeln 0,1 bis 8 Gew.-% und der Anteil an Korrosionsschutzpigment 1 bis 15 Gew.-% beträgt, jeweils bezogen auf das Gewicht des Feststoffs im Naßlack. Insbesondere bevorzugt ist ein Gemisch, bei dem der Anteil an elektrisch leitfähigen Partikeln 44 bis 62 Gew.-%, der Anteil an gleitfähigen, sehr weichen oder weichen Partikeln 0,5 bis 5 Gew.-% oder/und der Anteil an Korrosionsschutzpigment 2 bis 8 Gew.-% beträgt, jeweils bezogen auf das Gewicht des Feststoffs im Naßlack.
Das erfindungsgemäße Gemisch kann vorzugsweise zusätzlich zu den anorganischen Partikeln mindestens ein Harz sowie ggf. mindestens einen Härter, mindestens einen Photoinitiator, mindestens ein Additiv, Wasser oder/und organisches Lösemittel enthalten. Vorzugsweise wird der mindestens eine Härter zur thermischen Vernetzung, z.B. auf Basis von Isocyanat(en), im Überschuß zur Menge der hiermit zu vernetzenden Bindemittel des Gemisches zugesetzt. Dadurch ist es möglich, chemische Reaktionen zwischen dem Härter und organischen Verbindungen der darunter liegenden Beschichtung einzugehen.
Die Feststoffanteile des flüssigen Gemisches bleiben vom Naßlack über den trockenen Film bis zum fertigen, daraus hergestellten vernetzten Überzugs praktisch identisch. Daher können die Feststoffanteile, des Gemisches als gleich groß angesehen werden wie im fertigen Überzug. Falls Carbonat oder ähnliche Substanzen mit gegebenenfalls flüchtigen Anteilen verwendet werden sollten, ist dies entsprechend zu berücksichtigen.
Bei dem erfindungsgemäßen Gemisch kann es vorteilhaft sein, daß ein Gehalt an organischem Gleitmittel wie z.B. Polyethylenwachs zugesetzt wird. Vorzugsweise wird das erfindungsgemäße Gemisch nicht mehr als 0,5 Gew.-% an Wachs oder/und an Substanzen mit wachsartigen Eigenschaften enthalten, insbesondere nicht mehr als 0,2 Gew.-%, bezogen auf das Trockengewicht des Naßlacks, besonders bevorzugt kein Wachs und keine Substanzen mit wachsartigen Eigenschaften. Diese Substanzen führen oft bereits bei Gehalten zwischen 0,1 und 0,5 Gew.-% zu einer Beeinträchtigung der Adhäsion bzw. Kohäsion mit nachträglich aufgebrachten Beschichtungen wie z.B. weiteren Lackschichten bzw. Klebstoffen wie z.B. Epoxidharzklebstoffen bzw. Klebstoffen von Klebefolien. Insbesondere dann, wenn nicht geklebt werden sollte, kann der Anteil an organischem Gleitmittel auch erhöht sein. Die Aufgabe wird außerdem gelöst mit einem Verfahren zum Herstellen eines polymeren, korrosionsbeständigen, verschleißarm umformbaren, elektrisch leitfähigen und elektrisch schweißbaren, anorganische Partikel enthaltenden Überzugs auf einer Unterlage, das dadurch gekennzeichnet sein ist, daß ein erfindungsgemäßes Gemisch auf eine gegebenenfalls vorbeschichtete Unterlage aufgebracht, gegebenenfalls getrocknet und zumindest teilweise vernetzt wird.
Vorzugsweise sind alle Komponenten des Gemisches nach dem Trocknen im teilweise oder/und vollständig ausgehärteten Zustand gegenüber Wasser und schwache alkalische Medien beständig.
Der Auftrag des erfindungsgemäßen Gemisches kann insbesondere durch Aufrakeln, Aufwalzen, Sprühen oder/und Spritzen erfolgen. Ein derartiger Auftrag erfolgt vorzugsweise auf einem Band, das vorbeschichtet sein kann. Bei einem Auftrag auf Teile bzw. Bleche ist das Spritzen besonders bevorzugt. Der Auftrag soll möglichst gleichmäßig aufgetragen werden und von möglichst gleicher Dicke erfolgen.
Das Gemisch kann vorzugsweise im Temperaturbereich von 20 bis 320 °C getrocknet werden, wobei auch eine Lufttrocknung bei Raumtemperaturen oder nur wenig erhöhten Temperaturen genutzt werden kann. Soweit die Vernetzung bei relativ niedrigen Temperaturen ein Bindemittelgemisch für einen ausreichend chemisch stabilen Überzug gewährleistet, ist ein Einbrennen bei meistens hoher Temperatur nicht unbedingt erforderlich. Das Einbrennen eines thermisch vernetzenden Polymersystems kann vorzugsweise im Temperaturbereich von 100 bis 320 °C durchgeführt werden. Bei empfindlichen metallischen Werkstoffen wie z.B. bake-hardening-empfindlichen Stählen kann es bevorzugt sein, nur oder vorwiegend radikalisch zu härten oder vorzugsweise nur bei Temperaturen bis 160 °C, insbesondere nur bis 150 °C, thermisch zu härten. Es kann auch eine thermische Vernetzung mit einer radikalisch initiierten Vernetzung kombiniert werden, was insbesondere hilft, besonders hohe Vernetzungsgrade zu erzeugen. Insbesondere eine thermische Nachvernetzung nach der radikalisch initiierten Vernetzung ist hierbei vorteilhaft, um eine besonders weitgehende Vernetzung und besonders beständige Überzüge zu erzielen. Darüber hinaus ist es bevorzugt, wenn der Vernetzungsgrad der polymeren Matrix mindestens 70 % beträgt, vorzugsweise mindestens 80 %, besonders bevorzugt mindestens 90 %. Der Vernetzungsgrad kann bei thermisch härtenden Polymersystemen zum Teil auch über die Einbrenntemperatur und -dauer oder/und über den Gehalt an Katalysatoren eingestellt werden. Die Wärme kann ggf. auch z.B. durch NIR- Strahlung (near infrared) eingebracht werden. Dem Fachmann sind die Vernetzungsarten, ihre Kombination und die ihr zugrundeliegenden Polymersysteme ausreichend bekannt.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren können die gleitfähigen, sehr weichen oder weichen Partikel wie z.B. Graphit vor der Zugabe zum Gemisch bzw. im Gemisch oder/und in einem Teil des Gemisches jeweils nicht oder nur schwach gemahlen werden. Denn es ist vorteilhaft, wenn die Partikel des Graphits oder/und die Aggregate aus vielen zusammenhängenden bzw. zusammengebackenen Einzelteilchen in ihrer Größe, die vorzugsweise deutlich größer ist als die der elektrisch leitfähigen Partikel, halbwegs, weitgehend oder gänzlich erhalten bleiben und möglichst nur zum Untermischen geringfügig an Größe verlieren. Vorteilhaft ist, wenn auch diese Partikel möglichst homogen insbesondere im organischen Bindemittelsystem verteilt werden. Der Auftrag des erfindungsgemäßen Gemisches kann auf Bändern, Blechen, Teilen und Verbundkomponenten aus mindestens zwei Teilen, die z.B. durch Clinchen, Kleben oder/und Schweißen verbunden sind, erfolgen. Der Auftrag des erfindungsgemäßen Gemisches kann insbesondere auf den schnell laufenden Bandanlagen wie z.B. Verzinkungsanlagen oder/und Coil- Coating-Anlagen, auf Tafelblechanlagen bzw. in der Teilefertigung, in der Montage bzw. im Reparaturbereich erfolgen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann ein Überzug mit einer Dicke von weniger als 10 μm, insbesondere von weniger als 8 μm, vorzugsweise von weniger als 6 μm und besonders bevorzugt von weniger als 4 μm hergestellt werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann das Gemisch frei oder im wesentlichen frei sein von organischen Schmiermitteln wie z.B. auf Basis von PTFE, Silicon oder/und Öl, frei sein von anorganischen oder/und organischen Säuren oder/und Schwermetallen und anderen Kationen wie z.B. Arsen, Blei, Cadmium, Chrom, Kobalt, Kupfer oder/und Nickel. Vor allem ist es bevorzugt, daß dem erfindungsgemäßen Gemisch keine Chromverbindung zugegeben wird. Vorzugsweise werden alle oder die meisten dieser Substanzen nicht absichtlich zugegeben. Säuren könnten u.U. die Wasseraufnahme des Überzugs erhöhen. Organische Korrosionsinhibitoren sollten nicht überdosiert zugesetzt werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die Unterlage aus mindestens einem Metall oder/und mindestens einer Legierung bestehen und gegebenenfalls vorbeschichtet sein. Insbesondere kann sie im wesentlichen aus einem Band oder Blech aus Aluminium, aus einer Aluminium-, Eisen- oder Magnesiumlegierung oder aus Stahl wie z.B. Automobilstählen bestehen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann das erfindungsgemäße Gemisch unmittelbar auf eine Vorbehandlungsbeschichtung aufgebracht werden. Die mindestens eine Vorbehandlungsbeschichtung kann hierbei insbesondere eine sein auf Basis von oder mit einem Gehalt an jeweils mindestens einer Phosphor-, Silicium-, Titan- oder/und Zirkoniumverbindung, auf Basis einer Komplexfluoridverbindung wie z.B. auf Basis TiFβ, auf Basis einer Phosphatierung, auf Basis einer alkalischen Passivierung wie mit einem Gehalt an mindestens einem Metalloxid wie z.B. eine Passivierung auf Basis von Aluminium- Eisen-, Kobalt-, Mangan-, Nickel- oder/und Zinkoxid oder/und auf Basis einer Polymer, feinste Partikel und gegebenenfalls mindestens eine Verbindung von mindestens einem IIIB/IVB-Element wie z.B. La, Y, Lanthanide wie Ce usw., Ti, Zr, Hf oder/und Phosphat enthaltenden Vorbehandlungsbeschichtung.
Ferner wird die Aufgabe gelöst mit einem Polymere und anorganische Partikel enthaltenden, elektrisch leitfähigen Überzug hergestellt mit einem erfindungsgemäßen Gemisch oder/und hergestellt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren. Der erfindungsgemäße Überzug kann als Schweißprimer, als Schutzbeschichtung beim Umformen oder/und Fügen, als Korrosionsschutz insbesondere von Flächen bzw. im Kanten-, Naht- oder/und Schweißnahtbereich, als Schutz anstelle einer Hohlraumversiegelung oder/und einer Nahtabdichtung, insbesondere für den Fahrzeugbau oder Flugzeugbau, verwendet werden.
Als Figur 1 wird ein Meßprotokoll gemessen mit einem Mastersizer 2000 mit Meßkopf Hydro 2000S der Fa. Malvern Instruments von der Auswertung einer Partikelgrößenverteilung von elektrisch leitfähigen Partikeln beigefügt, bei dem die Hüllkurve in Gauß'sche Verteilungskurven untergliedert wurde. Der Haupt-Peak, der in diesem Fall eigentlich zweigipfelig ist, ist aber entsprechend der hierzu gewählten Auswertemethodik als eingipfelig zu bewerten, da die Maxima der zugrundeliegenden Gauß'schen Verteilungskurven zu nahe beieinander liegen.
Es war überraschend, daß es wesentlich ist, daß nur ein sehr begrenzter, aber notwendiger kleiner Anteil an Überkorn an elektrisch leitfähigen Partikeln, die aus dem gehärteten polymeren Überzug wie Antennen herausstehen können, geeignet ist, um bei einem Schweißprimer das sehr kleine Arbeitsfenster aus Verschleißarmut, Schweißeignung und Korrosionsbeständigkeit einzustellen, da diese Eigenschaften teilweise gegenläufig sind.
Dieser Anteil an Überkorn kann in dieser Feinheitsklasse teilweise erst mit neuester und bester Meßtechnik ermittelt werden, um gleichzeitig die feinsten und die größten Partikel möglichst präzise zu bestimmen. Dadurch daß üblicherweise nur Partikelzahlverteilungen ermittelt werden - und noch schlechter, wenn hierbei die Partikelgrößen nur linear wiedergeben - werden die Uberkornanteile kaum oder gar nicht dargestellt. Erst bei den jetzt gewählten Partikelvolumenverteilungen, insbesondere in logarithmischer Darstellung, werden die Uberkornanteile aufgrund der kubischen Beziehung sensibel analysierbar und deutlich erkennbar.
Es war außerdem überraschend, daß es sich besonders bewährt, wenn die weicheren anorganischen Partikel aufgrund noch gröberen Überkorns als bei den elektrisch leitfähigen Partikeln jene überdecken und bei mechanischem Angriff vor Abrieb schützen können. Dadurch und aufgrund der Begrenzung des größten
Kornes und der Anteile an Überkorn können die erfindungsgemäßen
Schweißprimer-Überzüge der 2. Generation sehr viel verschleißärmer gestaltet werden.
Es war darüber hinaus überraschend, daß die übergroßen weichen Partikel, die elektrisch halbleitend oder/und eher elektrisch isolierend sind, die Schweißeignung nicht beeinträchtigen, obwohl sie offenbar die elektrisch leitfähigen Partikel an ihrer Oberfläche partiell überdecken.
Es war weiterhin überraschend, daß der Verschleiß und der Abrieb um bis zu etwa 95 % für den Einsatz in großen Pressen mit Beölung bzw. analog beim Näpfchenpressen reduziert werden konnte, was nur untergeordnet auf die Beölung zurückzuführen ist.
Bei den heute in der Praxis eingesetzten Schweißprimer-Beschichtungen der 1. Generation, die nur eine Trockenfilmdicke von etwa 3 μm eines Zink-Partikel reichen Gemisches aufweisen, sind die Preßwerkzeuge aufgrund des Abriebs bereits nach etwa 300 Pressungen zu säubern. Bei diesem relativ starken Abrieb wird das Öl zur Beölung relativ stark insbesondere mit Zink verschmutzt. Bei den erfindungsgemäßen Überzügen der 2. Generation ist der Abrieb im Werkzeug einer großen Presse um das Drei- bis Vierfache geringer, denn die Preßwerkzeuge sind erst nach etwa 900 bis 1200 Pressungen zu säubern.
Bei den erfindungsgemäßen Überzügen mit einer Trockenfilmdicke im Bereich von 5 bis 6 μm konnte die Schweißeignung im Vergleich zu den Schweißprimer- Überzügen der 1. Generation mit ca. 3 μm Trockenfilmdicke in gleicher Qualität gehalten werden, obwohl deutlich dickere, relativ viel elektrisch isolierende Organik enthaltende Beschichtungen eingesetzt werden. Das große Volumen an Organik steht der elektrischen Leitfähigkeit des Überzugs entgegen. Mit dem erfindungsgemäßen Gemisch gelang es, ausreichend viele Pfade der elektrischen Leitfähigkeit durch die Beschichtung bereitzustellen. Beim Widerstandspunktschweißen werden unter Standardbedingungen jeweils zwei 0,8 mm dicke Stahlbleche, die jeweils beidseitig mit je einer Schicht von elektrolytischem Zink und einer Vorbehandlung vorbeschichtet und mit einem erfindungsgemäßen Überzug versehen sind, durchkontaktiert, so daß insgesamt 2 Bleche mit insgesamt 12 Einzelschichten elektrisch durchkontaktiert werden. Bei den erfindungsgemäßen Überzügen der 2. Generation konnten unter diesen Bedingungen mindestens 1000 Schweißpunkte, insbesondere mindestens 1100 Schweißpunkte bzw. mindestens 12 Schweißpunkte unter schwierigsten Schweißbedingungen wie im Automobilbereich heute üblich ohne Austausch bzw. Nacharbeit der Schweißelektroden und ohne störende Schmauchspuren gesetzt werden.
Wenn jedoch Bleche mit stark schmauchenden Überzügen beim Schweißen eingesetzt werden, können u.U. nur 100 bis 200 Schweißpunkte erreicht werden, wobei die starken Schmauchspuren (Fähnchenbildung) außerdem mühevoll entfernt werden müssen, da sie sonst nach dem Überlackieren noch sichtbar sind, und wobei die Neigung zu Spritzern stark zunimmt, die überall auf der Oberfläche zu Ablagerungen führen und möglichst auch entfernt werden sollten. Diese Verunreinigungen können jedoch nicht durch eine alkalische Reinigung entfernt werden. Im Vergleich zu diesen erfindungsgemäßen Überzügen würden Schweißprimer-Uberzüge der 1. Generation, wenn sie eine Trockenfilmdicke im Bereich von 5 bis 6 μm aufweisen würden, um den Faktor 2 bis 3 weniger Schweißpunkte als die erfindungsgemäßen Überzüge der 2. Generation bei dieser Trockenfilmdicke erreichen.
Darüber hinaus haben die erfindungsgemäßen Schweißprimer-Uberzüge der 2. Generation bei 5 bis 6 μm Trockenfilmdicke eine etwa doppelt so hohe Korrosionsbeständigkeit und eine etwa gleich hohe Haftfestigkeit und Klebefestigkeit im Vergleich zu den Schweißprimer-Überzügen der 1. Generation mit ca. 3 μm Trockenfilmdicke, wobei zu berücksichtigen ist, daß dickere Überzüge typischerweise eine geringere Haftfestigkeit und Klebefestigkeit aufweisen als dünnere Überzüge. Die sehr hohe Korrosionsbeständigkeit der Schweißprimer- Uberzüge der 2. Generation ist jedoch nur teilweise durch die höhere Schichtdicke bedingt. Denn die Materialqualität der erfindungsgemäßen Schweißprimer- Uberzüge der 2. Generation wurde auch bezüglich dieser Eigenschaften wesentlich gesteigert.
Es gelang hierbei erstmalig, daß ein Stahlblech zur Verwendung in der Automobilindustrie beschichtet mit einer sehr dünnen Vorbehandlungsschicht und einer hierauf aufgebrachten dünnen Schweißprimerschicht einerseits unter härtesten Bedingungen unter Serienbedingungen in ausreichend großer Stückzahl fehlerfrei umgeformt, wartungsarm und fehlerfrei abgepreßt bzw. unter härtesten Bedingungen unter Serienfertigung fehlerfrei und wartungsarm geschweißt werden konnte.
Beispiele und Vergleichsbeispiele:
Die folgenden erfindungsgemäßen Beispiele (B) und Vergleichsbeispiele (VB), die in den Tabellen wiedergegeben sind, erläutern bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Gemisches, Verfahrens und Überzuges bzw. vergleichende Proben.
Die Versuche für die erfindungsgemäßen Beispiele und für die Vergleichsbeispiele wurden weitgehend mit den in der Lackindustrie üblichen Rohstoffen, Aggregaten und Verfahrensschritten durchgeführt, wenn von einzelnen Mahlverfahren abgesehen wird.
Bei der Herstellung der Gemische wurden alle Bindemittel vorgelegt, mit organischem Lösemittel oder/und Wasser verdünnt, anschließend die Additive und die Korrosionsschutzpigmente zugesetzt und das vorliegende Gemisch vermählen. Danach wurden die elektrisch leitfähigen Partikel gesondert gemahlen von den übrigen anorganischen Partikeln und jeweils dem Gemisch gesondert zugegeben und gründlich mit einem Dissolver dispergiert. Die Partikelgrößenverteilung der übrigen anorganischen Partikel wurde dem größten Korn der elektrisch leitenden Partikel angepaßt. Mit Wasser und organischem Lösemittel wurde schließlich die Viskosität auf eine geeignete Durchlaufzeit eingestellt. Der Auftrag dieses Gemisch erfolgte mittels Laborcoater auf elektrolytisch verzinkte und danach vorbehandelte Stahlbleche von 0,8 mm Dicke. Die derart beschichteten Bleche wurden bei 80 °C getrocknet und bei Temperaturen von etwa 220 °C eingebrannt.
Die Tabellen zeigen die Vielfalt unterschiedlich gemahlener bzw. ggf. spezifisch gemischter Mahlchargen der elektrisch leitfähigen bzw. der übrigen anorganischen Partikel bei dem gleichen Bindersystem und bei den gleichen Pigmentarten und - anfeilen auf. Sie gibt ferner die Eigenschaften der mit den verschiedenen Gemischen hergestellten Überzüge wieder.
Die Partikelgrößenverteilungen wurden mit einem Mastersizer 2000 mit Meßkopf Hydro 2000S der Fa. Malvern Instruments gemessen, wobei unter Zugabe einer Stichprobe der zu messenden Partikel zu deionisiertem Wasser eine Suspension eingestellt wurde, wobei diese Suspension zusätzlich unter Ultaschalleinwirkung mit der im Gerät eingebauten Ultraschallquelle zuerst von ca. 80 % Intensität über ca. 5 s und danach von ca. 30 % Intensität über ca. 25 s dispergiert wurde. Zur Einstellung der Suspension und zur Messung wurde eine Pumpeneinstellung von ca. 50 % und eine Rührereinstellung von ca. 40 % gewählt, und die Messung erfolgte in der Einstellung "obscuration" (ca. 19 %) und bei verstärkter Sensibilität. Es wurde mit dem Berechnungsmodell Fraunhofer ausgewertet.
Das Gemisch enthielt bezogen auf den Gesamtfeststoffgehalt:
48,10 Gew.-% Eisenphosphid, 20,40 Gew.-% Zink,
8,10 Gew.-% Korrosionsschutzpigmente,
2,05 Gew.-% Graphit, 21 ,00 Gew.-% Binder auf Basis von Epoxidharzen und Isocyanaten,
0,35 Gew.-% Wasser einschließlich organischem Lösemittel.
Nur die Partikelgrößenverteilungen des elektrisch leitfähigen Eisenphosphids bzw. der übrigen anorganischen Partikel als Gemisch aus Zink, Korrosionsschutzpigmenten und Graphit wurden durch Mahlungen und ggf. durch Vermischung einzelner Mahlchargen variiert. Darüber hinaus wurden in mehreren Parallelversuchen ähnliche thermisch härtende Bindersysteme bzw. zwei radikalisch härtende Bindersysteme mit einzelnen Mahlchargen wie in den Tabelle 1 , 2 und 4 aufgezeigt an elektrisch leitfähigem Eisenphosphid bzw. der übrigen anorganischen Partikel vorbereitet und untersucht. Hierbei ergaben sich keine signifikanten Unterschiede in der Schweißbarkeit und nur geringe tendenzielle Verschiebungen im mechanischen und elastischen Verhalten der Überzüge im Vergleich zu den Eigenschaften der Tabellen 1 , 2, 4 und 5.
Die Versuche zeigten, daß die Optimierung der erfindungsgemäßen Beschichtung zwischen Umformbarkeit, Abpreßbarkeit, Verschleißarmut beim Umformen, chemischer Stabilität, Korrosionsbeständigkeit und Schweißbarkeit beim
Widerstandspunktschweißen keineswegs einfach ist. Die elektrisch leitfähigen
Partikel müssen überraschenderweise mit einem vergleichsweise hohen
Volumenanteil an übergroßem Korn, das aus dem ausgehärteten Überzug heraussteht, versehen sein. Dieser Anteil darf jedoch nicht zu groß und die
Überkompartikelgrößen dürfen nicht zu groß sein. Insbesondere ist darauf zu achten, daß vor allem bei mindestens dreigipfeligen Partikelgrößenverteilungen der gröbste Kornanteil nicht zu hohe Anteile und zu große Partikel großen ausmacht.
Hierbei ist es vorteilhaft, wenn insbesondere die weicheren Partikelanteile im Grobkornbereich oder/und deren Kornanteile größer sind als die elektrisch leitfähigen Partikel.
Tabelle 3 gibt Gemische unter Verwendung von Wolframpulver wieder. Wolfram zeigte typischerweise einen elektrischen Widerstand, der - bei vergleichbarer Reinheit - in der Größenordnung von mindestens etwa 5 % geringer ist als der von Zink. Die Mohs'sche Härte betrug deutlich mehr als 4. Bei den Beispielen 21 bis 32 wurde eine Wolfram-Partikelqualität eingesetzt von technischer Reinheit, die noch weiter herunter gemahlen wurde. Dabei zeigte sich, dass sich das Wolframpulver sehr gut mahlen ließ und sich sehr weich anfühlte. Es wurde - entgegen den erwarteten Eigenschaften - gefunden, dass die Kombination von Wolframpulver mit z.B. Zinkpulver oder/und Pulver einer Aluminiumlegierung oder/und Zinklegierung eine unerwartet hohe gute Schweißeignung und eine gute Flexibilität der gehärteten Beschichtung ergab. Eine Mischung mit elektrisch leitfähigen Partikeln aus Zink und Wolfram im Gewichtsverhältnis von etwa 1 : 1 bis etwa 1 : 2 ergab dabei eine Schweißeignung ähnlich wie stattdessen von Eisenphosphid allein. Das zugesetzte gemahlene Wolframpulver hatte eine Partikelgrößenverteilung mit einer mittleren Partikelgröße d5o von 2,4 μm, mit d8o von 5,5 μm und mit dgg von 9,0 μm. Das zugesetzte Zinkpulver hatte eine Partikelgrößenverteilung mit einer mittleren Partikelgröße dso von 3,7 μm, mit d80 von 5,7 μm und mit dgg von 10,5 μm. Das zugesetzte Pulver der besonders korrosionsbeständigen Magnesium-haltigen Zinklegierung hatte eine Partikelgrößenverteilung mit einer mittleren Partikelgröße d5o von 4,2 μm, mit dso von 5,6 μm und mit dgg von 9,2 μm. Das zugesetzte Pulver der korrosionsbeständigen Aluminiumlegierung hatte eine Partikelgrößenverteilung mit einer mittleren Partikelgröße dso von 3,9 μm, mit dso von 5,6 μm und mit dg9 von 10,2 μm. Das zugesetzte Eisenphosphid-Pulver hatte eine Partikelgrößenverteilung mit einer mittleren Partikelgröße dso von 3,8 μm, mit dso von 5,1 μm und mit dgg von 8,8 μm. Statt des Wolframpulvers konnte auch Pulver von Molybdän, Tantal oder/und Niob mit ähnlich gutem Erfolg eingesetzt werden.
Tabelle 1 : Trockenfilmdicke und Partikeleigenschaften der erfindungsgemäßen Beispiele bzw. der Vergleichsbeispiele
Tabelle 4: Partikeleigenschaften der erfindungsgemäßen Beispiele je nach Trockenfilmdicke
Tabelle 5: Eigenschaften der gehärteten Beschichtung der erfindungsgemäßen Beispiele je nach Trockenfilmdicke

Claims

Patentansprüche
1. Lackartiges, Harz und anorganische Partikel enthaltendes Gemisch zum Aufbringen eines polymeren, korrosionsbeständigen, verschleißarm umformbaren, elektrisch leitfähigen und elektrisch schweißbaren Überzugs auf eine Unterlage, insbesondere auf eine metallische Unterlage wie z.B. ein
Stahlblech, wobei die Unterlage gegebenenfalls z.B. mit mindestens einer Zinkschicht oder/und einer Zink-haltigen Legierungsschicht oder/und mit mindestens einer Vorbehandlungschicht auf mindestens einer Seite der Unterlage vorbeschichtet sein kann, wobei das Gemisch mindestens 10 Gew.- % elektrisch leitfähige Partikel mit einer elektrischen Leitfähigkeit besser als
Partikel von reinem Zink und mit einer Mohs'schen Härte größer als 4 bezogen auf die Feststoffgehalte des Gemisches aufweist und wobei diese elektrisch leitfähigen Partikel eine Partikelgrößenverteilung aufweisen, bei der 3 bis 22 Vol.-% der elektrisch leitfähigen Partikel gemessen mit einem Mastersizer 2000 mit Meßkopf Hydro 2000S der Fa. Malvern Instruments in einer
Volumendarstellung größer sind als die mittlere Schichtdicke des getrockneten und ggf. auch gehärteten Überzugs bestimmt an rasterelektronen- mikroskopischen Aufnahmen.
2. Lackartiges, Harz und anorganische Partikel enthaltendes Gemisch zum Aufbringen eines polymeren, korrosionsbeständigen, verschleißarm umformbaren, elektrisch leitfähigen und elektrisch schweißbaren Überzugs auf eine Unterlage, insbesondere auf eine metallische Unterlage wie z.B. ein Stahlblech, wobei die Unterlage gegebenenfalls z.B. mit mindestens einer Zinkschicht oder/und einer Zink-haltigen Legierungsschicht oder/und mit mindestens einer Vorbehandlungschicht auf mindestens einer Seite der
Unterlage vorbeschichtet sein kann, wobei das Gemisch mindestens 10 Gew.- % elektrisch leitfähige Partikel mit einer elektrischen Leitfähigkeit besser als Partikel von reinem Zink und mit einer Mohs'schen Härte größer als 4 bezogen auf die Feststoffgehalte des Gemisches aufweist und wobei die Hüllkurve der Partikelgrößenverteilung für diese elektrisch leitfähigen Partikel gemessen mit einem Mastersizer 2000 mit Meßkopf Hydro 2000S der Fa. Malvern Instruments bei logarithmischer Auftragung in Volumendarstellung mindestens zweigipfelig ist und in einzelne Gauß'sche Verteilungskurven aufgegliedert wird, wobei ein erstes Minimum der einzelnen Gauß'schen Verteilungskurven zwischen dem Haupt-Peak und dem nächst größeren Peak dieser Verteilungskurven bestimmt in μm um den Faktor 0,9 bis 1 ,8 mal so groß ist wie die mittlere Trockenfilmdicke des getrockneten und ggf. auch gehärteten Überzugs bestimmt an rasterelektronenmikroskopischen Aufnahmen, wobei jedoch nicht mehr als 22 Vol.-% der Partikelgrößenverteilung dieser elektrisch leitfähigen Partikel größer sind als die mittlere Trockenfilmdicke.
3. Gemisch nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Partikelgrößenverteilung der übrigen anorganischen Partikel, d.h. aller anorganischen Partikel ohne die elektrisch leitfähigen Partikel, gemessen mit einem Mastersizer 2000 mit Meßkopf Hydro 2000S der Fa. Malvern Instruments einen höheren Volumenanteil der größten Partikel beim Partikelvolumendurchgangswert dg8 oder bei der Gauß'schen Verteilungskurve mit den größten Partikelvolumina aufweist als bei dem Partikelvolumendurchgangswert d s oder bei der entsprechenden Gauß'schen Verteilungskurve der elektrisch leitfähigen Partikel.
4. Gemisch nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es keine elektrisch leitfähigen Partikel enthält mit einem
Partikelgrößendurchmesser größer als der fünffache Wert der mittleren Trockenfilmdicke des getrockneten und ggf. auch gehärteten Überzugs.
5. Gemisch nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es 20 bis 80 Gew.-% elektrisch leitfähige Partikel mit einer elektrischen Leitfähigkeit besser als Partikel von Zink und mit einer Mohs'schen Härte größer als 4 bezogen auf die Feststoffgehalte des Gemisches aufweist.
6. Gemisch nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es zusätzlich gleitfähige, sehr weiche oder weiche Partikel wie z.B. Graphit, Molybdändisulfid, Ruß oder/und Zink bzw. Korrosionsschutz- pigment(e) enthält.
7. Gemisch nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitfähigen Partikel ausgewählt sind aus Partikeln auf Basis von Legierungen, Borid, Carbid, Oxid, Phosphid, Phosphat, Silicat und Silicid, vorzugsweise ausgewählt aus Legierungen, Carbiden, Oxiden und Phosphiden.
8. Gemisch nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es zusätzlich mindestens ein Harz sowie ggf. mindestens einen Härter, mindestens einen Photoinitiator, mindestens ein Additiv, Wasser oder/und organisches Lösemittel sowie gegebenenfalls 0,5 bis 15 Gew.-% Korrosionsschutzpigment(e) enthält.
9. Verfahren zum Herstellen eines polymeren, korrosionsbeständigen, verschleißarm umformbaren, elektrisch leitfähigen und elektrisch schweißbaren, anorganische Partikel enthaltenden Überzugs auf einer
Unterlage, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gemisch nach einem der Ansprüche 1 bis 8 auf eine gegebenenfalls vorbeschichtete Unterlage aufgebracht, gegebenenfalls getrocknet und zumindest teilweise vernetzt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die gleitfähigen sehr weichen oder weichen Partikel wie z.B. Graphit vor der Zugabe zum
Gemisch bzw. im Gemisch oder/und in einem Teil des Gemisches jeweils nicht oder nur schwach gemahlen werden.
1 1 . Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitfähigen Partikel gesondert vermählen und ggf. mit ähnlichen Chargen elektrisch leitfähiger Partikel gemischt werden.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, daß beim Mahlen der elektrisch leitfähigen Partikel vorwiegend das Überkorn zerkleinert wird, so daß eine engere Partikelgrößenverteilung entsteht.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Härter im Überschuß zur Menge der hiermit zu vernetzenden Bindemittel des Gemisches zugesetzt wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das auf die Unterlage aufgetragene Gemisch getrocknet, eingebrannt, radikalisch bestrahlt oder/und erhitzt wird, um einen gut vernetzten, korrosionsbeständigen, zähelastischen Überzug auszubilden.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß ein Überzug mit einer Dicke von weniger als 10 μm, insbesondere weniger als 8 μm, vorzugsweise weniger als 6 μm und besonders bevorzugt von weniger als 4 μm hergestellt wird, gemessen im trockenen Zustand an rasterelektronenmikroskopischen Aufnahmen.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch frei oder im wesentlichen frei ist von organischen Schmiermitteln wie z.B. auf Basis von PTFE, Silicon oder Öl, anorganischen oder/und organischen Säuren oder/und Schwermetallen und anderen Kationen wie Arsen, Blei, Cadmium, Chrom, Kobalt, Kupfer oder/und Nickel.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterlage aus mindestens einem Metall oder/und mindestens einer Legierung besteht und ggf. vorbeschichtet ist, insbesondere aus einem Band oder Blech bestehend aus Aluminium, aus einer Aluminium-, Eisen- oder Magnesiumlegierung oder aus Stahl wie z.B. Automobilstählen.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das erfindungsgemäße Gemisch unmittelbar auf eine Vorbehandlungs- beschichtung aufgebracht wird.
19. Polymerer, korrosionsbeständiger, verschleißarm umformbarer, elektrisch leitfähiger und elektrisch schweißbarer, anorganische Partikel enthaltender Überzug auf einem dünnen Band, auf einem metallischen Blech oder auf einem andersartigen metallischen Körper als Substrat, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch zur Herstellung des Überzugs mindestens 10 Gew.-% elektrisch leitfähige Partikel mit einer elektrischen Leitfähigkeit besser als Partikel von reinem Zink und mit einer Mohs'schen Härte größer als 4 bezogen auf die Feststoffgehalte des Gemisches enthält und daß das derart beschichtete Substrat beim starken Umformen bzw. starken Abpressen im Werkzeug einer großen Presse nur zu einem Abrieb von weniger als 2 g je m2, insbesondere von weniger als 1 g je m2, führt.
20. Polymerer, korrosionsbeständiger, verschleißarm umformbarer, elektrisch leitfähiger und elektrisch schweißbarer, anorganische Partikel enthaltender
Überzug von mindestens 4 μm mittlerer Trockenfilmdicke auf einem dünnen metallischen Band, auf einem metallischen Blech oder auf einem andersartigen metallischen Körper als Substrat, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch zur Herstellung des Überzugs mindestens 10 Gew.-% elektrisch leitfähige Partikel mit einer elektrischen Leitfähigkeit besser als Partikel von reinem Zink und mit einer Mohs'schen Härte größer als 4 bezogen auf die Feststoffgehalte des Gemisches enthält und daß beim Widerstandspunktschweißen durch zwei derart beschichtete Substrate mindestens 1000 Schweißpunkte, insbesondere mindestens 1 100 Schweißpunkte, unter schwierigsten Schweißbedingungen wie in der Automobilindustrie heute üblich ohne Austausch bzw. Nacharbeit der
Schweißelektroden und ohne störende Schmauchspuren gesetzt werden können.
21 . Polymerer, korrosionsbeständiger, verschleißarm umformbarer, elektrisch leitfähiger und elektrisch schweißbarer, anorganische Partikel enthaltender Überzug von mindestens 4 μm mittlerer Trockenfilmdicke auf einem Band oder einem Blech aus Stahl von 0,8 mm Dicke, beidseitig jeweils mit mindestens einer Schicht aus Zink oder aus einer Zink-haltigen Legierung sowie ggf. mit mindestens einer Vorbehandlungsbeschichtung vorbeschichtet, dadurch gekennzeichnet, daß beim Widerstandspunktschweißen durch zwei derart beschichtete Substrate mindestens 1000 Schweißpunkte, insbesondere mindestens 1 100 Schweißpunkte, unter schwierigsten Schweißbedingungen wie in der Automobilindustrie heute üblich ohne Austausch bzw. Nacharbeit der Schweißelektroden und ohne störende Schmauchspuren gesetzt werden können, wobei der Überzug mit einem Gemisch hergestellt wurde, das mindestens 10 Gew.-% elektrisch leitfähige Partikel mit einer elektrischen Leitfähigkeit besser als Partikel von reinem Zink und mit einer Mohs'schen
Härte größer als 4 bezogen auf die Feststoffgehalte des Gemisches enthält.
22. Polymerer, korrosionsbeständiger, verschleißarm umformbarer, elektrisch leitfähiger und elektrisch schweißbarer, anorganische Partikel enthaltender Überzug von mindestens 2 μm mittlerer Trockenfilmdicke auf einem Band oder einem Blech von 0,8 mm Dicke aus Stahl, beidseitig jeweils mit mindestens einer Schicht aus Zink oder aus einer Zink-haltigen Legierung sowie ggf. mit mindestens einer Vorbehandlungsbeschichtung vorbeschichtet, dadurch gekennzeichnet, daß beim Widerstandspunktschweißen durch zwei derart beschichtete Substrate mindestens 1800 Schweißpunkte, insbesondere mindestens 2000 Schweißpunkte, unter schwierigsten Schweißbedingungen wie in der Automobilindustrie heute üblich ohne Austausch bzw. Nacharbeit der Schweißelektroden und ohne störende Schmauchspuren gesetzt werden können, wobei der Überzug mit einem Gemisch hergestellt wurde, das mindestens 10 Gew.-% elektrisch leitfähige Partikel mit einer elektrischen Leitfähigkeit besser als Partikel von reinem Zink und mit einer Mohs'schen
Härte größer als 4 bezogen auf die Feststoffgehalte des Gemisches enthält.
23. Polymere und anorganische Partikel enthaltender, verschleißarm umformbarer, elektrisch leitfähiger und elektrisch schweißbarer Überzug auf einer Unterlage hergestellt mit einem Gemisch nach einem der Ansprüche 1 bis 8 oder/und hergestellt mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 18.
24. Bake-hardening-empfindlicher Stahl mit mindestens einem Überzug hergestellt nach einem der Ansprüche 9 bis 18 unter thermischer Härtung bei Temperaturen nicht über 160 °C.
5. Verwendung des Überzugs hergestellt nach einem der Ansprüche 9 bis 18 als
Schweißprimer, als Schutzbeschichtung beim Umformen oder/und Fügen, als
Korrosionsschutz insbesondere von Flächen bzw. im Kanten-, Naht- oder/und
Schweißnahtbereich, als Schutz anstelle einer Hohlraumversiegelung oder/und einer Nahtabdichtung, insbesondere für den Fahrzeugbau oder Flugzeugbau.
EP03722507A 2002-04-20 2003-04-17 Gemisch zum aufbringen eines polymeren korrosionsbest ndigen elektrisch schweissbaren berzugs und verfahren zum herstel len dieses berzugs Withdrawn EP1499687A1 (de)

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DE2002147691 DE10247691A1 (de) 2002-10-12 2002-10-12 Gemisch zum Aufbringen eines dünnen polymeren korrosionsbeständigen verschleißarm umformbaren Überzugs und Verfahren zum Herstellen dieses Überzugs
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