EP1725342A1 - Beschichtungsverfahren - Google Patents

Beschichtungsverfahren

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EP1725342A1
EP1725342A1 EP05729127A EP05729127A EP1725342A1 EP 1725342 A1 EP1725342 A1 EP 1725342A1 EP 05729127 A EP05729127 A EP 05729127A EP 05729127 A EP05729127 A EP 05729127A EP 1725342 A1 EP1725342 A1 EP 1725342A1
Authority
EP
European Patent Office
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plasma
layer
mbar
layers
corrosion
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP05729127A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Alfred Baalmann
Snjezana Boger
Peter Englert
Rüdiger Jilg
Matthias Pfitzer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Mahle Behr GmbH and Co KG
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Behr GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV, Behr GmbH and Co KG filed Critical Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Publication of EP1725342A1 publication Critical patent/EP1725342A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/02—Pretreatment of the material to be coated
    • C23C16/0272—Deposition of sub-layers, e.g. to promote the adhesion of the main coating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/02—Pretreatment of the material to be coated, e.g. for coating on selected surface areas
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F19/00—Preventing the formation of deposits or corrosion, e.g. by using filters or scrapers
    • F28F19/02—Preventing the formation of deposits or corrosion, e.g. by using filters or scrapers by using coatings, e.g. vitreous or enamel coatings

Definitions

  • Organic coatings on metals have two main tasks: They give the workpieces made from the metals a decorative appearance and protect them against corrosion. There are two cases of corrosion: the so-called cosmetic corrosion, which only gives the workpiece an unattractive appearance, and the so-called functional corrosion, which can completely destroy a workpiece.
  • the organic coating offers effective protection against both types of corrosion, for example with a varnish combined with chemical pretreatment. During the corrosion treatment, thin conversion layers are created that represent barrier layers for corrosive media.
  • wet-chemical passivation processes such as yellow chromating, green chromating or chromium-free passivation processes, as well as the painting processes mentioned above, are usually used.
  • These wet chemical passivation processes are associated with relatively long treatment times, since the process sequence consists of several successive steps such as pickling, rinsing, coating, rinsing, drying.
  • the coating process further steps for waste water and waste air treatment are necessary.
  • the painting processes usually also require pretreatment steps that create an adhesion between the paint and the base material.
  • the object is achieved according to the invention by a method for producing a corrosion-resistant and functional surface on a metallic workpiece, in which a plurality of layers are applied to the surface of the workpiece by means of plasma coating, at least one of which is a corrosion-protective layer.
  • the invention is based on the idea of providing an inexpensive method which makes it possible to reduce the production costs, for example for heat exchangers, by saving post-treatment and logistics costs (water and chemical savings).
  • a one-step process for producing a surface coating by means of multi-plasma coating is provided, which does not require any dipping, spraying or flooding application.
  • the single-stage multi-plasma coating process enables simplified process control, which is also a time-efficient coating technology.
  • the residual heat stored in the heat exchanger after the soldering process can also be used. It is with the drive possible, a plasma or flame device separate from the soldering furnace with optional heating of the soldered workpiece possible.
  • the single-stage multi-plasma coating creates thin, firmly adhering layers that have anti-corrosion, hydrophobic, hydrophilic, catalytic and / or antimicrobial properties. These layers with different properties can be deposited one after the other.
  • At least one layer is formed as a corrosion-protective layer.
  • Improved corrosion protection can be achieved by creating one or more hydrophobic layers.
  • Corrosion protection can also be achieved by incorporating corrosion-inhibiting substances (inhibitors) into the layer or layers.
  • corrosion protection can also be achieved by creating one or more hydrophobic layers and by incorporating corrosion-inhibiting substances into the layer or layers.
  • At least one of the layers applied by means of the method can have hydrophilic properties.
  • the hydrophilic layer can preferably be the upper layer or, if there are several hydrophilic layers, the upper layers.
  • At least one of the layers applied by means of the method can be an antimicrobial layer.
  • the antimicrobial The layer can preferably be the upper layer or, if there are several antimicrobial layers, the upper layers.
  • the antimicrobial layer can contain antimicrobial agents which, by their action against bacteria and fungi, protect textiles from attack and destruction by these organisms. Antimicrobial agents are to be understood as means for controlling microorganisms.
  • At least one of the layers applied by means of the multi-plasma coating method can have catalytic properties.
  • the catalytically active layer can preferably be the upper layer or, if there are several hydrophilic layers, the upper layers.
  • All suitable gases can be used as plasma gases.
  • Noble gases such as argon and helium, or air, oxygen, nitrogen and / or nitrogen oxides, hydrocarbons, halogenated hydrocarbons, SF 6 , hydrogen or ammonia are preferably used.
  • the gases can also be used in a mixture.
  • Process gases can be supplied to the plasma, for example. These can be gaseous chemicals and / or vaporizable chemicals. Furthermore, finely sprayed chemicals (aerosols) can be added to the plasma. The process gases and the aerosols can also be present in the mixture in the plasma.
  • finely divided dusts can be fed to the plasma.
  • the size of the dust particles is between 1 nm and 5000 nm.
  • the dusts can be metals, metal mixtures and / or their compounds or compound mixtures. Such dusts are particularly preferably miscible with plasma process gases, in particular with the formation of aerosols.
  • the process gas or process gas mixture and / or the aerosol or aerosol mixture can include the following chemicals:
  • organic or organometallic compounds of the elements of main group III-VII of the PSE such as compounds:
  • borate-based for example trimethyl borate, alkyl borate or mixtures thereof
  • SiOx for example silanes, siloxanes, silazanes, silica or mixtures thereof,
  • Halogen compounds of the sub-group elements preferably the sub-group IV-VI of the PSE, for example titanium (IV) fluoride or oxide, titanium (IV) chloride, zirconium (IV) chloride or fluoride or oxide, vanadium (V) fluoride or oxide or mixtures thereof;
  • Halogen compounds of the elements of the main group III-VI of the PSE for example tetrafluorocarbon, boron (III) fluoride, silicon (VI) fluoride or
  • elements of main group VII for example fluorine, bromine, iodine or mixtures thereof;
  • Metal dust and / or metal dust mixtures for example tin, zirconium, titanium and / or dust from metal alloys.
  • the chemicals which are not in the form of a gas and cannot be converted into the gas phase by evaporation or sublimation, can be dissolved in an organic and / or inorganic solvent and introduced into the plasma as an aerosol.
  • These aerosols can contain one or more of the gaseous or vaporizable chemicals.
  • the dusts are distributed finely, in particular in an appropriate protective gas, which can also be the plasma gas, supplied to the plasma.
  • the surface can be cleaned or activated before the actual coating.
  • the gases used here are preferably oxygen, nitrogen oxide, carbon monoxide and carbon dioxide, water, air, noble gases, nitrogen or hydrogen.
  • the gases can also be used in a mixture.
  • the multi-plasma coating is carried out with a process gas or process gas mixture pressure between 10 mbar and 1000 mbar, preferably are between 20 mbar and 800 mbar, particularly preferably between 50 mbar and 500 mbar.
  • the plasma used in the process can operate in the range from low-pressure plasma to the range from atmospheric plasma. This includes ranges between 10 "5 mbar and 1.01325 bar, preferably between 10 " 3 mbar and 500 mbar, particularly preferably between 10 ⁇ 2 mbar and 100 mbar.
  • the total thickness of the surface layers of the workpiece, e.g. of a heat exchanger can be between 0.05 ⁇ m and 5 ⁇ m, preferably between 0.1 ⁇ m and 4 ⁇ m and particularly preferably between 0.3 ⁇ m and 2 ⁇ m.
  • the object temperature of the workpiece to be coated e.g. a heat exchanger can be between 15 ° C and 700 ° C, preferably between 20 ° C and 650 ° C and particularly preferably between 25 ° C and 450 ° C.
  • the multi-plasma coating can be used to produce oxygen-containing (oxidic) layers on the workpiece.
  • the respective layer can consist of reaction products of a chemical supplied to the plasma and / or a chemical mixture supplied to the plasma.
  • oxides, fluorides or mixtures thereof of the base material can be contained in the surface layer.
  • a multi-plasma coating of an aluminum heat exchanger is shown below as an example.
  • the plasma process gas mixture is excited in a 2500 ml reactor with a high frequency in the range from 10 MHz to 20 MHz under a pressure of 0.02 mbar to 0.1 mbar and an output of 700 to 1500 watts.
  • the surface of the aluminum heat exchanger is cleaned or activated with 50 sccm to 200 sccm oxygen and 300 sccm to 1000 sccm hydrogen.
  • the main coating of the surface of the aluminum heat exchanger is then carried out in a second step with a plasma process gas mixture of 20 sccm to 100 sccm HMDSO and 50 to 300 sccm oxygen.
  • the layer for the hydrophilic effect of the coating is finished with a plasma process gas mixture of 2 sccm to 30 sccm HMDSO and 300 to 1000 sccm oxygen.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erzeugung von korrosionsbeständigen und funktionellen Oberflächen auf metallischen Werkstücken, bei dem mehrere Schichten auf das Werkstück aufgetragen werden und mindestens eine Schicht eine korrosionsschützende Schicht ist. Die Schich­ten werden mittels Plasmabeschichtung in einem einstufigen Verfahren auf die Oberfläche aufgetragen werden, wobei das Plasma ein Gemisch aus Chemikalien umfasst.

Description

Beschichtungsverfahren
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erzeugung einer korrosionsbeständigen und funktionellen Oberfläche auf einem metallischen Werkstück, z.B. einem Wärmetauscher für eine Klimaanlage in einem Fahrzeug.
Organische Beschichtungen auf Metallen haben zwei wesentliche Aufgaben: Sie geben den aus den Metallen gefertigten Werkstücke ein dekoratives Aussehen und schützen sie vor Korrosion. Bei der Korrosion sind zwei Fälle zu unterscheiden: die so genannte kosmetische Korrosion, durch die das Werkstück lediglich ein unschönes Aussehen erhält, und die so genannte funktioneile Korrosion, die ein Werkstück vollständig zerstören kann. Gegen beide Korrosionsarten bietet die organische Beschichtung, beispielsweise mit einem Lack in Verbindung mit einer chemischen Vorbehandlung einen wirksamen Schutz. Während der Korrosionsbehandlung werden dünne Kon- versionsschichten erzeugt, die Barrierschichten für korrosive Medien darstellen.
Besonders bei Wärmeüberträgern besteht häufig das Problem, dass sich an der äußeren Oberfläche des Wärmeübertragers Feuchtigkeit, beispielsweise aus einem vorbeiströmenden Luftstrom, niederschlägt und sich neben Kor- rosion auf der feuchten Oberfläche auch Bakterien ansiedeln, die eine unerwünschte Geruchsbildung zur Folge haben. Als Abhilfe ist es bereits bekannt, beispielsweise die Aluminiumoberfläche eines Aluminumwärmetau- schers, wie die eines Verdampfers zu chromatieren und/oder mit einer Ober- flächenlackschicht aus Epoxidharz oder Polyurethan zu versehen. Hierbei ist es bekannt, die Lackschicht durch ein Tauchlackierverfahren aufzubringen, wobei letztendlich Schichtdicken im Bereich von etwa 500 nm bis 1500 nm erzielt werden. Zwar können mit einer solchen Beschichtung, die eine bakterizide Wirkung zeigt, der Bakterienbewuchs und damit die Geruchsentwick- lung deutlich vermindert werden, jedoch ergeben sich Schwierigkeiten hinsichtlich höherer Wasserspeicherung und damit geringerer Wärmeübertragungsleistung.
Zur Erhöhung der Korrosionsbeständigkeit von Aluminiumwärmetauschern werden üblicherweise nasschemische Passivierungsverfahren wie Gelb- chromatierung, Grünchromatierung oder chromfreie Passivierungsverfahren, sowie die zuvor genannten Lackierungsverfahren eingesetzt. Diese nasschemischen Passivierungsverfahren sind mit relativ hohen Behandlungszeiten verbunden, da der Prozessablauf aus mehreren aufeinanderfolgenden Schritten wie Beizen, Spülen, Beschichten, Spülen, Trocknen besteht. Neben dem Beschichtungsprozess sind weitere Schritte zur Abwasser- und Abluftbehandlung notwendig. Bei den Lackierungsverfahren sind in der Regel ebenfalls Vorbehandlungsschritte notwendig, die eine Haftvermittlung zwischen dem Lack und dem Grundmaterial erzeugen.
Es ist andererseits bekannt, polymere Schichten als Haftvermittelschicht auf ein Grundmaterial mittels einer sogenannten Niedertemperaturplasmapoly- merisationstechnik aufzubringen, um für eine anschließend aufzutragende Lackschicht eine verbesserte Haftung zu erzielen. Bei dieser Beschich- tungstechnik wird ein Monomer in das Plasma eingebracht, das sich dann unter Polymerisation als Polymer an der zu beschichteten Oberfläche abscheidet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von korrosionsbeständigen Oberflächen auf metallischen Werkstücken bereitzustellen, das zu verbesserten Eigenschaften der Oberflächen führt.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Erzeugung einer korrosionsbeständigen und funktionellen Oberfläche auf einem metallischen Werkstück, bei dem mittels Plasmabeschichtung in einem einstufigen Verfahren auf die Oberfläche des Werkstücks mehrere Schichten aufgetragen werden, von denen mindestens eine eine korrosionsschützende Schicht ist.
Ferner betrifft die Erfindung einen Wärmetauscher, der eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren beschichtete Oberfläche aufweist.
Die Erfindung beruht auf dem Gedanken, ein kostengünstiges Verfahren bereitzustellen, das es erlaubt die Herstellungskosten beispielsweise für Wär- metauscher durch die Einsparung von Nachbehandlungs- und Logistikkosten (Wasser- und Chemikalieneinsparung) zu senken. Hierzu ist ein einstufiges Verfahren zur Erzeugung einer Oberflächenbeschichtung mittels Multi-Plas- mabeschichtung vorgesehen, das keine Tauch-, Spritz- oder Flutapplikation erfordert. Durch das einstufige Multi-Plasmabeschichtungsverfahren ist eine vereinfachte Prozessführung ermöglicht, die gleichzeitig eine zeiteffiziente Beschichtungstechnologie darstellt. Es besteht ferner die Möglichkeit der Integration einer erforderlichen Beflammungs- bzw. Plasmavorrichtung in einen bestehenden Lötöfen sowohl beim so genannten Batch- als auch bei Durchlauflötöfen zu einer so genannten Inline-Produktveredelung (Vakuum- bzw. CAB-Löten). Dabei kann die nach dem Lötprozess im Wärmetauscher gespeicherte Restwärme zusätzlich ausgenutzt werden. Es ist mit dem Ver- fahren ferner möglich, eine vom Lötofen getrennte Plasma- bzw. Be- flammungsvorrichtung mit wahlweise Erhitzen des gelöteten Werkstücks möglich.
Durch die einstufige Multi-Plasmabeschichtung werden dünne, fest haftende Schichten, die korrosionsschützende, hydrophobe, hydrophile, katalytische und/oder antimikrobielle Eigenschaften aufweisen, erzeugt. Dabei können diese Schichten mit unterschiedlichen Eigenschaften hintereinander abgeschieden werden.
Unter einem metallischen Werkstück im Sinne der Erfindung ist insbesondere ein Wärmetauscher zu verstehen, vorzugsweise ein Aluminiumwärmetauscher und besonders bevorzugt ein Verdampfer.
Beim Auftrag von mehreren Schichten auf die Werkstückoberfläche mittels Multi-Plasmabeschichtung ist mindestens eine Schicht eine korrosionsschützende Schicht gebildet. Ein verbesserter Korrosionsschutz kann durch die Erzeugung einer oder mehrerer hydrophoben Schichten erreicht werden. Der Korrosionsschutz kann ferner durch den Einbau korrosionsinhibierender Stoffe (Inhibitor) in die Schicht oder die Schichten erreicht werden. Beispielsweise kann der Korrosionsschutz auch durch die Erzeugung einer oder mehrerer hydrophoben Schichten und durch den Einbau korrosionsinhibierender Stoffe in die Schicht oder die Schichten erreicht werden.
Mindestens eine der mittels des Verfahrens aufgetragenen Schichten kann hydrophile Eigenschaften aufweisen. Die hydrophile Schicht kann dabei vorzugsweise die obere Schicht oder wenn es mehrere hydrophile Schichten sind die oberen Schichten sein.
Mindestens eine der mittels des Verfahrens aufgetragenen Schichten kann eine antimikrobiell wirkende Schicht sein. Die antimikrobiell wirkende Schicht kann dabei vorzugsweise die obere Schicht oder wenn es mehrere antimikrobiell wirkende Schichten sind die oberen Schichten sein.
Die antimikrobiell wirkende Schicht kann antimikrobielle Wirkstoffe enthalten, die durch ihre Wirkung gegen Bakterien und Pilze Textilien vor Befall und Zerstörung durch diese Organismen schützen. Unter antimikrobiellen Wirkstoffen sind Mittel zur Bekämpfung von Mikroorganismen zu verstehen.
Mindestens eine der mittels des Multi-Plasmabeschichtungsverfahrens auf- getragenen Schichten kann katalytische Eigenschaften aufweisen. Die kata- lytisch wirkende Schicht kann dabei vorzugsweise die obere Schicht oder wenn es mehrere hydrophile Schichten sind die oberen Schichten sein.
Als Plasmagase können alle geeigneten Gase verwendet werden. Vorzugs- weise werden Edelgase, wie beispielsweise Argon und Helium, oder Luft, Sauerstoff, Stickstoff und/oder Stickstoffoxide, Kohlenwasserstoffe, haloge- nierte Kohlenwasserstoffe, SF6, Wasserstoff oder Ammoniak verwendet. Die Gase könne auch im Gemisch verwendet werden.
Dem Plasma können beispielsweise Prozessgase zugeführt werden. Dies können gasförmige Chemikalien und/oder verdampfbare Chemikalien sein. Des weiteren können dem Plasma fein versprühte Chemikalien (Aerosole) zugeführt werden. Die Prozessgase und die Aerosole können auch im Gemisch im Plasma vorhanden sein.
Dem Plasma sind gemäß einer bevorzugten Ausführung fein verteilte Stäube zuführbar. Die Größe der Staubteilchen liegt dabei zwischen 1 nm und 5000 nm. Die Stäube können Metalle, Metallgemische und/oder deren Verbindungen beziehungsweise Verbindungsgemische sein. Solche Stäube sind be- sonders bevorzugt mit Plasma-Prozeßgasen mischbar, insbesondere unter Bildung von Aerosolen. Das Prozessgas oder Prozessgasgemisch und/oder das Aerosol oder Aerosolgemisch kann folgende Chemikalien umfassen:
1) metallorganische Verbindungen der Nebengruppenelemente, vorzugsweise der Nebengruppe IV-VI des PSE (PSE = Periodensystem der Elemente), wie Tetraisopropyl-Ortotitanat oder Zirkonium(IV)-Propylat oder ha- logenierte Derivate oder Carbonyle der vorstehend genannten Verbindungen oder Gemische hiervon;
2) organische bzw. metallorganische Verbindungen der Elemente der Hauptgruppe lll-VII des PSE, wie Verbindungen:
a) auf Boratbasis, beispielsweise Trimethylborat, Borsäure-Alkylester oder Gemische davon,
b) auf SiOx-Basis, beispielsweise Silane, Siloxane, Silazane, Kieselsäure oder Gemische davon,
c) auf Aluminiumbasis, beispielsweise Trimethylaluminium,
d) auf Phosphorbasis, beispielsweise Phosphorsäuretrimethylester,
e) auf Basis einer oder mehrerer Fullerenverbindungen,
e) und/oder halogenierte Derivate der Verbindungen a) bis d);
3) Halogenverbindungen der Nebengruppenelemente, vorzugsweise der Nebengruppe IV-VI des PSE, beispielsweise Titan(IV)-Fluorid beziehungsweise -Oxid, Titan(IV)-Chlorid, Zirkonium(IV)-Chlorid beziehungsweise -Fluorid oder -Oxid, Vanadium(V)-Fluorid beziehungsweise -Oxid oder Gemische davon;
4) Halogenverbindungen der Elemente der Hauptgruppe lll-VI des PSE, bei- spielsweise Tetrafluorkohlenstoff, Bor(lll)-Fluorid, Silizium(VI)-Fluorid oder
Gemische davon;
5) Elemente der Hauptgruppe VII, beispielsweise Fluor, Brom, lod oder Gemische davon;
6) Metallstaub und/oder Metallstaubgemische, zum Beispiel Zinn, Zirkonium, Titan und/oder Staub aus Metallegierungen.
Die Chemikalien, die nicht als Gas vorliegen und durch das Verdampfen bzw. Sublimieren nicht in die Gasphase überführt werden können, können in einem organischen und/oder anorganischen Lösungsmittel aufgelöst und als Aerosol in das Plasma eingeführt werden. Diese Aerosole können eine oder mehrere von den gasförmigen bzw. verdampfbaren Chemikalien enthalten. Die Stäube werden fein verteilt, insbesondere in entsprechendem Schutzgas, welches gleichzeitig das Plasmagas sein kann, dem Plasma zugeführt.
Vor der eigentlichen Beschichtung kann eine Reinigung bzw. eine Aktivierung der Oberfläche erfolgen. Als Gase können hier bevorzugt Sauerstoff, Stickstoffoxid, Kohlenmonoxid und Kohlendioxid, Wasser, Luft, Edelgase, Stickstoff oder Wasserstoff eingesetzt werden. Die Gase können auch im Gemisch verwendet werden.
Die Multi-Plasmabeschichtung erfolgt dabei mit einem Prozessgas- oder Prozessgasgemischdruck zwischen 10 mbar und 1000 mbar, vorzugsweise zwischen 20 mbar und 800 mbar, besonders bevorzugt zwischen 50 mbar und 500 mbar liegen.
Das im Verfahren eingesetzte Plasma kann im Bereich von Niederdruck- plasma bis zum Bereich von Atmosphärenplasma arbeiten. Dies schließt Bereiche zwischen 10"5 mbar und 1 ,01325 bar ein, vorzugsweise zwischen 10"3 mbar und 500 mbar, besonders bevorzugt zwischen 10~2 mbar und 100 mbar.
Die Gesamtdicke der Oberflächenschichten des Werkstücks, z.B. eines Wärmetauschers, kann zwischen 0,05 μm und 5 μm, vorzugsweise zwischen 0,1 μm und 4 μm und besonders bevorzugt zwischen 0,3 μm und 2 μm liegen.
Die Objekttemperatur des zu beschichtenden Werkstücks, z.B. eines Wärmetauschers kann zwischen 15 °C und 700 °C, vorzugsweise zwischen 20 °C und 650 °C und besonders bevorzugt zwischen 25 °C und 450 °C liegen.
Durch die Multi-Plasmabeschichtung können auf dem Werkstück vorzugs- weise sauerstoffhaltige (oxidische) Schichten erzeugt werden. Die jeweilige Schicht kann aus Reaktionsprodukten einer dem Plasma zugeführten Che- mikalie und/oder einer dem Plasma zugeführten Chemikalienmischung bestehen. Zusätzlich können in der Oberflächenschicht anteilsmäßig Oxide, Fluoride oder Gemische davon des Grundwerkstoff enthalten sein.
Nachfolgend wird beispielhaft eine Multi-Plasmabeschichtung eines Aluminiumwärmetauschers aufgezeigt.
In einem 2500-ml-Reaktor wird das Plasmaprozessgasgemisch mit Hochfre- quenz im Bereich von 10 MHz bis 20 MHz unter einem Druck von 0,02 mbar bis 0,1 mbar und einer Leistung von 700 bis 1500 Watt angeregt. Im ersten Schritt wird die Oberfläche des Aluminiumwärmetauschers mit 50 sccm bis 200 sccm Sauerstoff und 300 sccm bis 1000 sccm Wasserstoff gereinigt bzw. aktiviert.
Die Hauptbeschichtung der Oberfläche des Aluminiumwärmetauschers erfolgt danach in einem zweiten Schritt mit einem Plasmaprozessgasgemisch aus 20 sccm bis 100 sccm HMDSO und 50 bis 300 sccm Sauerstoff.
Der Schichtabschluss für die hydrophile Wirkung der Beschichtung erfolgt mit einem Plasmaprozessgasgemisch aus 2 sccm bis 30 sccm HMDSO und 300 bis 1000 sccm Sauerstoff.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Verfahren zur Erzeugung einer korrosionsbeständigen und funktionellen Oberfläche auf einem metallischen Werkstück, bei dem mittels Plasma- beschichtung in einem einstufigen Verfahren auf die Oberfläche des Werkstücks mehrere Schichten aufgetragen werden, von denen mindestens eine eine korrosionsschützende Schicht ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die korrosi- onsschützende Schicht eine hydrophobe Schicht ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die korrosionsschützende Schicht korrosionsinhibierende Stoffe umfaßt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Schicht eine hydrophile Schicht ist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Schicht eine antimikrobiell wirkende Schicht ist.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Schicht eine katalytisch wirkende Schicht ist.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass dem Plasma mindestens einer der Schichten eine gasförmige Che- mikalie, insbesondere eine metallorganische Verbindung der Nebengruppenelemente zugeführt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass dem Plasma mindestens einer der Schichten verdampfbare Chemikalien zugeführt werden.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass dem Plasma mindestens einer der Schichten fein versprühte Che- mikalien zugeführt werden.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass dem Plasma mindestens einer der Schichten Stäube, insbesondere fein verteilte Stäube zugeführt werden.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Plasmabeschichtung bei einem Prozessgas- oder Prozessgasgemischdruck zwischen 10 und 1000 mbar, insbesondere zwischen 20 und 800 mbar oder 50 und 500 mbar erfolgt.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass zur Verbindungsaktivierung das Plasma in einem Druckbereich zwischen 10"5 mbar bis 1 bar, insbesondere zwischen 10"3 mbar und 500 mbar oder zwischen 10"2 mbar und 100 mbar arbeitet.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtdicke der Schichten 0,05 μm bis 5 μm, insbesondere 0,1 μm bis 4 μm oder 0,3 μm bis 2 μm beträgt.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Objekttemperatur des zu beschichtenden Werkstücks zwischen 15 °C und 700 °C, insbesondere zwischen 20 °C bis 650 °C oder zwischen 25 °C bis 450 °C beträgt.
15. Wärmetauscher, insbesondere Aluminiumwärmetauscher, dessen Ober- fläche nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13 beschichtet ist.
16. Wärmetauscher nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher ein Aluminiumwärmetauscher ist.
EP05729127A 2004-03-17 2005-03-17 Beschichtungsverfahren Withdrawn EP1725342A1 (de)

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