EP1813441B2 - Büro- oder Kosmetikartikel aus einem Magnesiumwerkstoff - Google Patents
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- A45D34/00—Containers or accessories specially adapted for handling liquid toiletry or cosmetic substances, e.g. perfumes
Definitions
- the invention relates to an office or cosmetic article made of a magnesium material.
- the invention relates to a sharpener body, a ruler or a cosmetic container made of a magnesium material.
- Office supplies and cosmetics such as in particular a sharpener body, a ruler or a cosmetic container made of a magnesium material are known in principle.
- a magnesium material is used as a material due to its easy machinability and low density.
- a magnesium material is understood here to mean both a magnesium alloy and pure magnesium.
- magnesium alloys as alloying components usually contain small additions of aluminum, manganese, zinc, copper and / or nickel.
- a cosmetic container made of a magnesium alloy containing preferably 9% aluminum, 2% zinc and 0.2% manganese is known.
- the proposed magnesium alloy is intended to enable a shape-consuming design of the cosmetic container with a simultaneously thin-walled design.
- a ruler with a recessed edge is indicated. Due to the recessed edge, in particular abrasion of a pencil lead, which moves away from the edge of the ruler for the purpose of line management, is avoided.
- the proposed ruler is preferably made of a light metal, such as a magnesium or aluminum alloy.
- a magnesium material shows an undesirable tendency to oxidize. Over time, this leads to undesirable color changes and, in particular, unsightly efflorescence in office articles made from a magnesium material. In order to prevent this it is known, for example, to seal the surface of such office products made of a magnesium material with a lacquer. (see. DE-A-10127770 ).
- Protective layers for magnesium materials are also in the publication "Protective Coatings on Magnesium and Its Alloys - a Critical Review" - Journal of Alloys and Compounds, 336, 2002, pages 88 ff ., Elseview Science Verlag.
- An aluminum alloy does not represent an equivalent alternative to a magnesium material in a mass-produced article such as an office article, since an aluminum alloy can be machined much less easily. This leads to intolerable additional costs.
- the use of an alloy suitable for a casting process, for example of iron, instead of a magnesium material is not a cheap alternative, since the necessary molds are expensive and also have only a limited life. For deburring and surface finishing, castings also require a reworking process.
- an office or cosmetics article of a magnesium material such as in particular a sharpener body or a ruler, which has an inorganic and chemical tethered protective layer comprising at least one element which is selected from the group comprising the metals of the main groups III, IV, V and VI and the subgroups Ib, IVb, Vb, VIb, VIIb and VIIIb of the Periodic Table of the Elements and oxides, ceramics, nitrides, carbides, silicides and borides thereof.
- the magnesium material office supplies as. Metal an aluminum, a titanium or a vanadium and applied as metal oxide, an aluminum oxide, a titanium oxide or a vanadium oxide.
- a protective layer makes it possible to produce an office article in the usual way by machining a magnesium material and then giving it the appearance of a metal oxide, matt, glossy surface.
- the corrosion protection of the magnesium material is controlled by a defined adjustment of the thickness of the metal oxide layer.
- the applied metal layer can be anodized, whereby a certain color is possible.
- the surface of the office article generally needs to be cleaned from the oxide layer formed by the magnesium material. This can be done, for example, by dipping the office article in a suitable acid, such as in particular acetic acid or nitric acid. Subsequently, the office or cosmetic articles can be rinsed and the metallic surface applied, for example, by reductive or electrolytic deposition of metal cations. Instead of an acid, the oxide layer can also be removed by a solution of a suitable metal salt.
- a suitable acid such as in particular acetic acid or nitric acid.
- a protective layer comprising a first layer of metal and a second layer of metal oxide is applied in one operation by immersing the office or cosmetics article in a solution of a metal salt of a suitable pH. It has been found that in a first step by an appropriate acid, an existing oxide layer is removed from the magnesium material: As soon as magnesium is exposed, the metal precipitates thereon from the solution. The applied metal is then oxidized again in the sense of an anodization by a suitable oxidizing agent or by an oxidizing counteranion. Thus, it is possible in a single step to provide the made of a magnesium material office supplies with a permanent protective layer of a metal and a metal oxide.
- the invention is based on the consideration that a lacquer for sealing the surface of an office article made of a magnesium material does not have sufficient bonding to the magnesium material. Especially in an office use in constant use, this leads in particular to heavily used areas to rapid abrasion or bursting of the paint layer, so that the office article is overall unsightly and also the now exposed magnesium material in turn tends to oxidation.
- the invention now proceeds in a further step from the recognition that a chemical attachment is associated with stronger binding forces than a physical attachment.
- a lacquer layer adheres to a body in particular by adhesion and / or by microscopic positive connection.
- the disadvantages associated with this physical connection are overcome by the fact that the office article made of a magnesium material obtains a protective layer of an inorganic composition that is chemically connectable to the magnesium material.
- the invention has the further advantage that the chemically bonded protective layer of the same effect is substantially thinner than a known lacquer. Thus, less material is used overall, which is associated with a cost advantage. Also, the materials used can easily be recycled.
- the protective layer is connected via a metallic bond with the office / cosmetics.
- a mixed phase can occur in particular between the metal alloy and the metal applied as a protective layer.
- Suitable metal layers can be obtained, for example, by reductive-electrodeposition of metal cations, Metallates and / or metal complexes are produced on the surface of the office / cosmetic article.
- suitable reaction media such as complexing agents or solvents such metal layers can be deposited on the magnesium material independently of the electrochemical series of voltages. The application is done here, for example, by a simple dipping process.
- a metal oxide or a mixed metal oxide of the metals mentioned can be produced here by the simultaneous addition of a suitable oxidizing agent or by the selection of suitable counteranions on the surface of the office or cosmetic article from the magnesium material.
- nitrides, carbides, silicides, and borides are understood to mean those chemical compositions or compounds of the mentioned metals which contain nitrogen, carbon, silicon or boron. It does not have to be a stoichiometric composition.
- Both the protective layer as such and any transition phase present between the protective layer and the magnesium material may be of stoichiometric or non-stoichiometric composition.
- a chemical linkage can be made by occupying the lattice sites with foreign atoms or by incorporating them into the volume of existing lattice structures.
- the magnesium material is chemically bonded to a first layer of a metal and a second layer of a metal oxide.
- the metal oxide layer may be, for example, a passivation layer for the underlying metal layer, while the metal implements the chemical bond.
- FIG. 1 a sharpener body 1 with a pin guide channel 2 and a sharpener blade 3 mounted thereon is shown.
- the sharpener body 1 which was massively produced from a magnesium alloy by machining, was then immersed in an acetic acid aluminum nitrate solution.
- an aluminum layer 12 is deposited on the exposed magnesium of the magnesium alloy in a reductive manner.
- the deposited aluminum layer 12 is further anodized in one operation by the nitrate, so that an aluminum oxide layer 13 is formed on the aluminum layer 12.
- The comprising the aluminum layer 12 and the aluminum oxide layer 13.
- Protective layer 9 provides lasting protection against corrosion of the magnesium alloy.
- the layer thickness can be adjusted by the pH of the acetic aluminum nitrate solution and by the duration of the coating process.
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Description
- Die Erfindung betrifft einen Büro- oder Kosmetikartikel aus einem Magnesiumwerkstoff. Insbesondere betrifft die Erfindung einen Spitzerkörper, ein Lineal oder ein Kosmetikbehältnis aus einem Magnesiumwerkstoff.
- Büroartikel und Kosmetikartikel wie insbesondere ein Spitzerkörper, ein Lineal oder ein Kosmetikbehältnis aus einem Magnesiumwerkstoff sind grundsätzlich bekannt. Ein Magnesiumwerkstoff kommt dabei als Werkstoff auf Grund seiner leichten spanenden Bearbeitbarkeit und seiner geringen Dichte zum Einsatz. Unter einem Magnesiumwerkstoff wird hierbei sowohl eine Magnesiumlegierung als auch reines Magnesium verstanden. Zur Verbesserung der mechanischen Verarbeitbarkeit, der Härte und der Oxidationsneigung des Magnesiums enthalten Magnesiumlegierungen als Legierungskomponenten üblicherweise geringe Zusätze an Aluminium, Mangan, Zink, Kupfer und/oder Nickel.
- Aus der
JP 2000 201728 A - In der
US-A-2 562 348 ist zur Verringerung der Abnutzung eines Schreibinstruments, z.B. eines Bleistifts, ein Lineal mit einer zurückversetzten Kante angegeben. Durch die zurückversetzte Kante wird insbesondere ein Abrieb einer Bleistiftmine, welche zur Linienführung die Kante des Lineals abfährt, vermieden. Das vorgeschlagene Lineal ist dabei vorzugsweise aus einem Leichtmetall, wie einer Magnesium- oder Aluminium-Legierung gefertigt. - Nachteiligerweise zeigt ein Magnesiumwerkstoff eine unerwünschte Oxidationsneigung. Dies führt bei Büroartikeln aus einem Magnesiumwerkstoff im Laufe der Zeit zu unerwünschten Farbveränderungen und insbesondere unschönen Ausblühungen. Um dies zu verhindern ist es beispielsweise bekannt, die Oberfläche derartiger aus einem Magnesiumwerkstoff gefertigter Büroartikel mit einem Lack zu versiegeln. (vgl.
DE-A-10127770 ). Schutzschichten für Magnesiumwerkstoffe sind darüberhinaus in der Veröffentlichung "Protective coatings" on magnesium and its alloys - a critical review" - Journal of Alloys and Compounds, 336, 2002, Seiten 88 ff., Elseview Science Verlag beschrieben. Durch den häufigen Gebrauch eines Büroartikels findet jedoch ein rascher Verschleiß eines derartigen auf organischen Substanzen beruhenden Lackes statt, so dass auch ein lackierter Büroartikel rasch unansehnlich wird. Eine Aluminiumlegierung stellt bei einer Massenware wie bei einem Büroartikel keine gleichwertige Alternative zu einem Magnesiumwerkstoff dar, da sich eine Aluminiumlegierung wesentlich schlechter spanend bearbeiten lässt. Dies führt zu nicht tolerierbaren Mehrkosten. Auch der Einsatz einer für ein Gussverfahren geeigneten Legierung, z.B. des Eisens, anstelle eines Magnesiumwerkstoffs stellt keine günstige Alternative dar, da die notwendigen Gussformen teuer sind und zudem nur eine begrenzte Lebensdauer aufweisen. Zum Entgraten und zur Oberflächenveredelung bedürfen Gussteile zudem eines Nachbearbeitungsvorganges. - Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Büro- oder Kosmetikartikel aus einem Magnesiumwerkstoff anzugeben, der eine möglichst lange Lebensdauer ohne unschöne Veränderungen auf seiner Oberfläche aufweist.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Büro- oder Kosmetikartikel aus einem Magnesiumwerkstoff, wie insbesondere einem Spitzerkörper oder einem Lineal, der eine anorganische und chemische angebundene Schutzschicht aufweist, die wenigstens ein Element umfasst, welches ausgewählt ist aus der Gruppe, die die Metalle der Hauptgruppen III, IV, V und VI und der Nebengruppen Ib, IVb, Vb, VIb, Vllb und VIIIb des Periodensystems der Elemente sowie Oxide, Keramiken, Nitride, Carbide, Silizide und Boride hiervon enthält.
- Es ist dem aus dem Magnesiumwerkstoff gefertigten Büroartikel als. Metall ein Aluminium, ein Titan oder ein Vanadium und als Metalloxid ein Aluminiumoxid, ein Titanoxid bzw. ein Vanadiumoxid aufgebracht. Durch eine derartige Schutzschicht wird es ermöglicht, einen Büroartikel in gewohnter Weise durch spanendes Bearbeiten eines Magnesiumwerkstoffs herzustellen und ihm anschließend den Anschein einer metalloxidischen mattglänzenden Oberfläche zu vermitteln. Dabei wird der Korrosionsschutz des Magnesiumwerkstoff durch eine definierte Einstellung der Dicke der Metalloxidschicht kontrolliert. Mit anderen Worten kann die aufgebrachte Metallschicht eloxiert werden, wobei auch eine gewisse Farbgebung möglich ist.
- Zum Aufbringen einer Metallschicht muss in der Regel die Oberfläche des Büroartikels von der Oxidschicht, die der Magnesiumwerkstoff ausgebildet hat, gereinigt werden. Dies kann beispielsweise durch Eintauchen des Büroartikels in eine geeignete Säure, wie insbesondere Essigsäure oder Salpetersäure geschehen. Anschließend kann der Büro- oder Kosmetikartikel gespült und die metallische Oberfläche beispielsweise durch reduktive oder elektrolytische Abscheidung von Metallkationen aufgebracht werden. Anstelle einer Säure kann die Oxidschicht auch durch eine Lösung eines geeigneten Metallsalzes entfernt werden.
- Es wird eine Schutzschicht umfassend eine erste Schicht aus Metall und eine zweite Schicht aus Metalloxid jedoch in einem Arbeitsschritt dadurch aufgebracht, dass der Büro- oder Kosmetikartikel in eine Lösung eines Metallsalzes mit einem angepaßten pH-Wert eingetaucht wird. Es hat sich nämlich gezeigt, dass in einem ersten Schritt durch eine geeignete Säure eine vorhandene Oxidschicht von dem Magnesiumwerkstoff entfernt wird: Sobald Magnesium frei liegt, schlägt sich darauf das Metall aus der Lösung nieder. Das aufgetragene Metall wird anschließend im Sinne einer Eloxierung durch ein geeignetes Oxidationsmittel oder durch ein oxidierendes Gegenanion wiederum oxidiert. Somit gelingt es in einem einzigen Arbeitsschritt den aus einem Magnesiumwerkstoff gefertigten Büroartikel mit einer dauerhaften Schutzschicht aus einem Metall und einem Metalloxid zu versehen.
- Im Falle des Aluminiums gelingt dies durch eine essigsaure AluminumnitratLösung. Die Essigsäure entfernt die Oxidschichten auf dem Magnesiumwerkstoff. Das Nitrat oxidiert das aufgebrachte Aluminium. Gleichzeitig ist eine essigsauere Aluminiumnitrat-Lösung in weiten Bereichen gepuffert, so dass wenig Prozessparameter gesteuert werden müssen. Der Magnesiumwerkstoff kann insbesondere unbehandelt eingetaucht werden. Zusätzlich kann auch hierbei ein Reinigungsschritt vorangestellt werden. Es hat sich insbesondere gezeigt, dass sich durch ein Vorbehandeln in Salpetersäure eine gleichmäßigere Oberfläche erzielen lässt. Durch das Einstellen des pH-Wertes der essigsauren Aluminumnitrat-Lösung lassen sich wahlweise unterschiedliche Matt- und Hochglanzbeschichtungen erreichen.
- Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass ein Lack zur Versiegelung der Oberfläche eines aus einem Magnesiumwerkstoff gefertigten Büroartikels keine genügende Anbindung an den Magnesiumwerkstoff aufweist. Gerade bei einem sich in ständigem Gebrauch befindlichen Büroartikel führt dies insbesondere an stark beanspruchten Stellen zu einem raschen Abrieb oder Aufplatzen der Lackschicht, so dass der Büroartikel insgesamt unansehnlich wird und zudem der nun freiliegende Magnesiumwerkstoff wiederum zu einer Oxidierung neigt.
- Die Erfindung geht nun in einem weiteren Schritt von der Erkenntnis aus, dass eine chemische Anbindung gegenüber einer physikalischen Anbindung mit stärkeren Bindungskräften verbunden ist. Eine Lackschicht haftet jedoch einem Körper insbesondere durch Adhäsion und/oder durch mikroskopischen Formschluss an. Die mit dieser physikalischen Anbindung verbundenen erkannten Nachteile werden dadurch überwunden, dass der aus einem Magnesiumwerkstoff gefertigte Büroartikel eine Schutzschicht aus einer anorganischen Zusammensetzung erhält, die mit dem Magnesiumwerkstoff chemisch verbindbar ist.
- Die Erfindung hat den weiteren Vorteil, dass die chemisch angebundene Schutzschicht der gleichen Wirkung wesentlich dünner als ein bekannter Lack ist. Somit wird insgesamt weniger Material eingesetzt, was mit einem Kostenvorteil verbunden ist. Auch können die eingesetzten Materialien leicht einem Recycling-Prozess zugeführt werden.
- Die Schutzschicht ist über eine metallische Bindung mit dem Büro/Kosmetikartikel verbunden. Dabei kann insbesondere zwischen der Metall-Legierung und dem als Schutzschicht aufgebrachten Metall auch eine Mischphase auftreten. Geeignete Metallschichten können beispielsweise durch reduktive-galvanische Abscheidungen von Metallkationen, Metallaten und/oder Metallkomplexen auf der Oberfläche des Büro/Kosmetikartikels hergestellt werden. Durch die Wahl geeigneter Reaktionsmedien wie Komplexbildnern oder Lösungsmitteln könnenderartige Metallschichten unabhängig von der elektrochemischen Spannungsreihe auf dem Magnesiumwerkstoff abgeschieden werden. Das Aufbringen geschieht hierbei beispielsweise durch ein einfaches Tauchverfahren.
- Ein Metalloxid oder ein Metallmischoxid der erwähnten Metalle kann hierbei durch die gleichzeitige Zugabe eines geeigneten Oxidationsmittels oder durch die Wahl geeigneter Gegenanionen auf der Oberfläche des Büro- oder Kosmetikartikels aus dem Magnesiumwerkstoff erzeugt werden.
- Unter der Bezeichnung Nitride, Carbide, Silizide, und Boride werden solche chemischen Zusammensetzungen oder Verbindungen der erwähnten Metallen verstanden, die Stickstoff, Kohlenstoff, Silizium bzw. Bor enthalten. Es muss sich dabei nicht um eine stöchiometrische Zusammensetzung handeln.
- Sowohl die Schutzschicht als solche als auch eine ggf. zwischen der Schutzschicht und dem Magnesiumwerkstoff vorhandene Übergangsphase kann stöchiometrischer oder nicht-stöchiometrischer Zusammensetzung sein. Somit kann eine chemische Anbindung durch Besetzen der Gitterplätze mit Fremdatomen oder durch Einbau derselben in das Volumen vorhandener Gitterstrukturen erfolgen.
- Durch die chemische Anbindung der Schutzschicht an den Magnesiumwerkstoff des Büroartikels wird ein dauerhafter Korrosionsschutz erzielt. Das Magnesium ist vor einer Oxidation geschützt.
- Ferner ist dem Magnesiumwerkstoff als eine Schutzschicht eine erste Schicht aus einem Metall und eine zweite Schicht aus einem Metalloxid chemisch angebunden. Dabei kann die Metalloxidschicht beispielsweise eine Passivierungsschicht für die darunter liegende Metallschicht sein, während das Metall die chemische Anbindung realisiert.
- Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigt
- Fig 1
- einen Spitzerkörper mit einer Schutzschicht aus Aluminium und einem Aluminiumoxid.
- In
Figur 1 ist ein Spitzerkörper 1 mit einem Stiftführungskanal 2 und einer darauf angebrachten Spitzerklinge 3 gezeigt. Der durch spanendes Bearbeiten massiv aus einer Magnesiumlegierung gefertigte Spitzerkörper 1 wurde anschließend in eine essigsauere Aluminumnitrat-Lösung getaucht. - Die Art der sich ergebenden Beschichtung ist in der vergrößerten Darstellung 7 gezeigt. Nach Entfernen der sich auf dem Spitzerkörper 1 befindlichen Oxidschicht durch die in der Lösung enthaltene Essigsäure wird auf das freiliegende Magnesium der Magnesiumlegierung eine Aluminiumschicht 12 reduktiv abgeschieden. Die abgeschiedene Aluminiumschicht 12 wird in einem Arbeitsgang weiter durch das Nitrat eloxiert, so dass auf der Aluminiumschicht 12 eine Aluminiumoxidschicht 13 entsteht.
- Die die Aluminiumschicht 12 und die Aluminiumoxidschicht 13 umfassende. Schutzschicht 9 bietet einen dauerhaften Schutz gegen eine Korrosion der Magnesiumlegierung. Die Schichtdicke kann durch den pH-Wert der essigsauren Aluminiumnitrat-Lösung sowie durch die Dauer des Beschichtungsvorganges eingestellt werden.
Claims (2)
- Büro- oder Kosmetikartikel aus einem Magnesiumwerkstoff, insbesondere Spitzerkörper (1), Lineal oder Kosmetikbehältnis, mit einer chemisch angebundenen anorganischen Schutzschicht (9) umfassend wenigstens ein Element ausgewählt aus der Gruppe, die die Metalle der Hauptgruppen III, IV, V und VI und der Nebengruppen Ib, IVb, Vb, VIb, VIIb und VIIIb des Periodensystems der Elemente sowie Oxide, Keramiken, Nitride, Carbide, Silizide und Boride hiervon enthält, wobei die Schutzschicht (9) eine Kombination von Schichten unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung enthält, wobei dem Magnesiumwerkstoff als eine erste Schicht ein Metall und als eine zweite Schicht ein Metalloxid chemisch angebunden ist, wobei dieses Metall Aluminium, Titan oder Vanadium und das Metalloxid ein Aluminiumoxid, ein Titanoxid oder ein Vanadiumoxid ist und wobei das Metall und das Metalloxid dem Magnesiumwerkstoff durch Eintauchen in eine Lösung eines zugehörigen Metallsalzes mit angepasstem pH-Wert gemeinsam aufgebracht sind.
- Büro- oder Kosmetikartikel nach Anspruch 1,
wobei das Aluminium und das Aluminiumoxid dem Magnesiumwerkstoff durch Eintauchen in eine essigsaure Aluminiumnitrat-Lösung gemeinsam aufgebracht ist.
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