EP1979506A1 - Chrom (vi)-frei zusammensetzung zum schutz einer verzinkte metalloberfläche vor korrosion, verfahren zu dessen herstellung sowie riemenscheibe - Google Patents

Chrom (vi)-frei zusammensetzung zum schutz einer verzinkte metalloberfläche vor korrosion, verfahren zu dessen herstellung sowie riemenscheibe

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EP1979506A1
EP1979506A1 EP06830602A EP06830602A EP1979506A1 EP 1979506 A1 EP1979506 A1 EP 1979506A1 EP 06830602 A EP06830602 A EP 06830602A EP 06830602 A EP06830602 A EP 06830602A EP 1979506 A1 EP1979506 A1 EP 1979506A1
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EP
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hard material
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passivation layer
passivation
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EP06830602A
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Bertram Haag
Sergej Vogelsang
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    • Y10T428/12611—Oxide-containing component

Definitions

  • the present invention relates to an arrangement for protecting a substrate from corrosion, a method for producing such an arrangement and a pulley.
  • Steel or alloy steel components are typically subject to corrosion especially in an elevated temperature environment, such as in the engine compartment.
  • a corrosion protection layer of zinc or a zinc alloy is usually coated with a corrosion protection layer of zinc or a zinc alloy. Since this zinc-containing layer can also corrode, a so-called passivation layer or conversion layer is applied for further passivation on the surface of this zinc layer or zinc alloy.
  • This usually consists of a chromate coating, which may contain, for example, chromium (III) or chromium (VI).
  • chromate coating which may contain, for example, chromium (III) or chromium (VI).
  • the passivation layer may be coated with a so-called topcoat, a polymer compound, for example polyacrylate or polyethylene, or an organic or inorganic paint.
  • the coatings usually applied to improve the corrosion protection or the frictional resistance are electrically nonconductive and thus can not dissipate electrical charges.
  • the use of all-plastic components as an alternative does not allow discharge of the charges.
  • the present invention relates to an arrangement for protecting a substrate against corrosion, comprising a substrate, in particular a metallic substrate, with an applied on the substrate, electrically conductive corrosion protection layer for protecting the substrate from corrosion, the one on the substrate having deposited zinc containing layer having a passivation layer provided on the zinc containing layer for passivating the zinc containing layer having a plurality of hard material particles arranged such that by the hard material particles frictional resistance on a free surface of the passivation layer in the Compared to a passivation layer is increased without hard particles, but the electrical conductivity of the passivation layer is substantially retained.
  • a zinc-containing layer or a zinc-containing material is understood to mean a layer or a material of zinc or a zinc alloy. Also, when referring to a zinc layer, a layer of a zinc alloy should be included.
  • passivation layer and conversion layer are used in the same application in this application.
  • the idea underlying the present invention is to increase the frictional resistance of the passivation layer to polymer materials such as V-belts or rubber rollers by the use of hard material particles in a passivation layer.
  • the wear of both the passivation layer and the contacting polymer materials can be reduced.
  • the electrical conductivity of the surface, in particular of the passivation layer can be maintained in order to be able to dissipate electrostatic charging occurring in the friction between the passivation layer and the polymer material.
  • the use of hard material particles in the passivation layer accordingly does not affect the electrical properties of the surface or at least negligibly, but improves the stability and in particular the frictional resistance to other materials.
  • the present invention relates to a pulley having a metallic body having a hub for snugly receiving a shaft with an outer surface its circumference for receiving a belt made of a polymer material, with an arrangement according to the first aspect of the invention, wherein the substrate of the arrangement is at least in the region of the outer surface of the metallic body.
  • the application of the passivation layer containing hard material particles makes it possible to provide a pulley which exhibits less or no electrostatic charge.
  • the pulley shows due to the increased frictional resistance better entrainment behavior.
  • the power transmission is increased at the same belt tension or a lower belt tension can be selected in order to achieve the same force transmission as in a passivation layer without hard material particles.
  • the present invention relates to a method for producing a passivation layer, in particular for an arrangement according to the first aspect of the present invention, comprising the steps:
  • the hard material particles integrated in the conversion layer are incorporated into the conversion layer during the production thereof. Due to the size of the hard material particles, these easily remain suspended in the passivation bath and are integrated into this conversion layer when the conversion layer fails. By means of the method according to the invention, a preferably homogeneous incorporation of the hard material particles into the conversion layer takes place.
  • the hard material particles are formed as nanoparticles.
  • the size of the nanoparticles is in the range of 1 to 1000 nm, preferably in the range of 2 to 100 nm, more preferably in the range of 8 to 50 nm and in particular in the range of 10 to 20 nm.
  • the size of the particles is preferably less than the thickness of the passivation layer that is to be produced. Thus, a good particle distribution is achieved in the passivation layer.
  • the size of the particles is chosen so that they protrude slightly from the passivation layer. As a result, the surface of the passivation layer is changed in such a way that a better adhesion behavior is produced.
  • the hard material particles consist of an inorganic hard material.
  • the hard material particles have a Mohs hardness of at least 5.
  • Preferred materials for the hard material particles are inorganic carbides, oxides, diamonds and / or nitrides, in particular SiO 2 , SiC, WC, Al 2 O 3 and / or BN , or mixtures thereof.
  • SiO 2 , SiC, WC, Al 2 O 3 and / or BN or mixtures thereof.
  • the passivation layer has a thickness of at most 800 nm, preferably in the range of 50 to 500 nm and in particular of 100 to 200 nm.
  • the zinc-containing layer may have a thickness of more than 0.5 ⁇ m, preferably more than 100 ⁇ m be.
  • the passivation layer is formed as a chromium-containing passivation layer, which therefore contains chromium.
  • the pulley is designed as a V-ribbed disk or as a flat disk.
  • the substrate is made of steel or a steel alloy.
  • hard material particles are introduced into a passivation solution in order to produce the passivation bath.
  • the passivation layer is rinsed in a further step (d).
  • the rinsing may take place before or after a drying step according to another preferred development of the present invention. It is also possible to rinse them both before and after a drying step of the passivation layer.
  • the passivation bath contains a chromium-containing passivation solution.
  • the chromating bath is essentially chromium (VI) -free.
  • chromium (III) in the passivation bath, it is possible to produce a conversion layer which is essentially chromium (VI) -free.
  • Other possibilities are, for example, by using passivations based on Zr or Ti.
  • FIG. 1 shows a first general embodiment of an inventive arrangement for protecting a substrate from corrosion.
  • FIG. 2 shows in the partial figures a) to d) a method for producing a corrosion protection layer according to the invention
  • FIG. 3 is a perspective view of a generator freewheel pulley.
  • Fig. 4 is a cross-sectional view of the generator freewheel pulley
  • Fig. 1 shows a first general embodiment of an inventive arrangement for corrosion protection of a substrate.
  • the arrangement is designated by reference numeral 14 here.
  • the assembly 14 includes a substrate 10 having a corrosion protection layer 16 applied thereon.
  • the substrate 10 may be steel or a steel alloy.
  • a zinc-containing layer 1 1 is applied as part of the corrosion protection layer 16.
  • the zinc-containing layer 11 can be deposited galvanically or by hot dip galvanizing, for example.
  • the thickness of the layer 1 1 can be chosen more or less freely.
  • the layer thickness of the layer 11 is more than 0.5 ⁇ m and preferably a few ⁇ m.
  • a passivation layer 12 is also applied as part of the corrosion protection layer 16.
  • the passivation layer 12 may contain Zr, Ti, chromium (III) or else chromium (VI).
  • the passivation layer 12 contains nanoparticles 13, which may be formed, for example, as SiO 2 nanoparticles.
  • the nanoparticles 13 can consist, for example, of Al 2 O 3 or SiC.
  • FIG. 2 shows a method for producing a passivation layer 16 according to the invention.
  • a substrate 10 is provided (FIG. 2a).
  • a zinc-containing layer 1 1 is applied (Fig. 2b).
  • the assembly thus prepared is immersed in a passivation bath 17.
  • the Passivitationsbad 17 can be heated, for example, to 30 ° C.
  • the passivation bath 17 contains nanoparticles 13. These are incorporated in the conversion layer 12 during the deposition of the conversion layer 12 on the zinc-containing layer 11 in the passivation bath 17 (FIG. 2c).
  • a concrete example for generating the conversion layer 12 is shown below.
  • FIG. 3 shows a perspective view of a generator freewheeling pulley 21, to the disk body 22 of which V-ribs 23 are attached.
  • the V-ribs 23 are designed such that a V-ribbed belt can be deflected over the outer circumference of the generator freewheeling pulley 21.
  • the surface of the V-ribs 23 of the outer periphery of the generator freewheel pulley is provided with a corrosion protection layer 16 according to the present invention.
  • FIG. 4 shows the generator freewheeling pulley from FIG. 3 in a cross-sectional view.
  • the mounted on the disk body 22 V-ribs 23 are provided with a corrosion protection layer 16.

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zum Schutz eines Substrates vor Korrosion, mit einem Substrat, insbesondere einem metallischen Substrat, mit einer auf dem Substrat aufgebrachten, elektrisch leitfähigen Korrosionsschutzschicht zum Schutz des Substrates vor Korrosion, die eine auf das Substrat aufgebrachte, Zink enthaltende Schicht aufweist, die eine auf der Zink enthaltenden Schicht aufgebrachte Passivierungsschicht zum Passivieren der Zink enthaltenden Schicht aufweist, welche eine Vielzahl von Hartstoffteilchen aufweist, die derart beschaffen sind, dass durch die Hartstoffteilchen der Reibwiderstand an einer freien Oberfläche der Passivierungsschicht im Vergleich zu einer Konversionsschicht ohne Hartstoffteilchen erhöht ist, jedoch die elektrische Leitfähigkeit der Passivierungsschicht im Wesentlichen beibehalten bleibt. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Anordnung sowie eine Riemenscheibe.

Description

Anordnung zum Schutz eines Substrates vor Korrosion, Verfahren zu dessen Herstellung sowie Riemenscheibe
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zum Schutz eines Substrates vor Korrosion, ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Anordnung sowie eine Riemenscheibe.
Bauteile aus Stahl oder einer Stahllegierung unterliegen insbesondere in einer Umgebung erhöhter Temperatur, wie beispielsweise im Motorraum, typischerweise der Korrosion. Zum Schutz vor Korrosion werden solche Bauteile aus Stahl oder Stahllegierung daher üblicherweise mit einer Korrosionsschutzschicht aus Zink oder einer Zinklegierung beschichtet. Da auch diese Zink ent- haltende Schicht korrodieren kann, wird zur weiteren Passivierung auf die Oberfläche dieser Zinkschicht oder Zinklegierung eine so genannte Passivierungs- schicht oder Konversionsschicht aufgebracht. Diese besteht meist aus einem Chromatüberzug, der beispielsweise Chrom (III) oder Chrom (VI) enthalten kann. Es können jedoch auch Korrosionsschutzschichten auf der Basis von zum Beispiel Zr oder Ti eingesetzt werden.
Zum weiteren Schutz der Passivierungsschicht kann diese mit einem so genannten Topcoat, einer Polymerverbindung, beispielsweise Polyacrylat oder Polyethylen, oder einem organischen oder anorganischen Lack beschichtet sein.
Im Folgenden wird die Erfindung sowie die der Erfindung zugrunde liegende Problematik mit Bezug auf eine Generatorfreilaufriemenscheibe erläutert, ohne jedoch die Erfindung darauf zu beschränken. Beim Betrieb eines Generators über eine Generatorfreilaufriemenscheibe läuft ein Riemen aus einem Polymermaterial über die Generatorfreilaufriemenscheibe und treibt diese an. Bei diesem Vorgang kann es durch den Reibkontakt zwischen Riemen und Riemenscheibe zu einer elektrostatischen Aufladung kommen. Diese Ladung kann bei einer mehr oder weniger spontanen, unkontrollierten Entladung in der Nähe befindliche, elektrische oder elektronische Teile beschädigen. Es besteht daher der Bedarf, diese elektrostatische Ladung kontrolliert abzuführen. Ein Abführen der elektrostatischen Ladung ist jedoch nur über elektrisch leitende Bereiche der Generatorfreilaufriemenscheibe möglich, so dass die Generatorfreilaufriemenscheibe möglichst im Bereich der mit dem Riemen in Reibkontakt stehenden Oberfläche elektrisch leitfähig ist.
Beim Betrieb einer Generatorfreilaufriemenscheibe ist es zusätzlich wichtig, dass eine relativ hohe Reibwirkung zwischen Generatorfreilaufriemenscheibe und dem entsprechenden Riemen vorhanden ist. Dadurch ist es möglich, den Schlupf zwischen der Riemenscheibe und dem Riemen zu verringern und somit ein besseres Mitnahmeverhalten des Riemens bei gleichbleibender Riemensspannung bzw. ein gleiches Mitnahmeverhalten bei reduzierter Rie- mensspannung zu erreichen. Eine reduzierte Riemensspannung bei gleichem Mitnahmeverhalten resultiert in einer längeren Lebensdauer des Riemens. Dies führt insgesamt zu einer geringeren Kosten bei der Bereitstellung und dem Betrieb der Generatorfreilaufriemenscheibe.
Problematisch ist allerdings, dass die zur Verbesserung des Korrosionsschutzes oder des Reibwiderstandes üblicherweise aufgebrachten Beschichtungen, wie Topcoat oder Lackbeschichtung, elektrisch nicht leitfähig sind und dadurch elektrische Ladungen nicht abführen können. Auch die Verwendung von Vollkunststoffbauteilen als Alternative erlaubt keine Abführung der Ladungen.
Es besteht daher der Bedarf einer Oberflächenbeschichtung für eine Generatorfreilaufriemenscheibe, die sowohl elektrisch leitfähig ist und gleichzeitig auch einen guten Reibwiderstand an der Oberfläche aufweist.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Beschichtung bereitzustellen, die elektrisch leitfähig ist und einen erhöhten Reibwiderstand aufweist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Beschichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 , durch eine Riemenscheibe mit den Merkmalen des Anspruchs 10 und/oder durch ein Verfahren zur Erzeugung einer solchen Beschichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst. Gemäß einem ersten Aspekt (Patentanspruch 1 ) betrifft die vorliegende Erfindung eine Anordnung zum Schutz eines Substrats vor Korrosion, mit einem Substrat, insbesondere einem metallischen Substrat, mit einer auf dem Substrat aufgebrachten, elektrisch leitfähigen Korrosionsschutzschicht zum Schutz des Substrates vor Korrosion, die eine auf das Substrat aufgebrachte Zink enthaltende Schicht aufweist, die eine auf der Zink enthaltenden Schicht aufgebrachte Passivierungsschicht zum Passivieren der Zink enthaltenden Schicht aufweist, welche eine Vielzahl von Hartstoffteilchen aufweist, die derart beschaffen sind, dass durch die Hartstoffteilchen der Reibwiderstand an einer freien Oberfläche der Passivierungsschicht im Vergleich zu einer Passivierungsschicht ohne Hartstoffteilchen erhöht ist, jedoch die elektrische Leitfähigkeit der Passivierungsschicht im Wesentlichen beibehalten bleibt.
Im Folgenden soll unter einer Zink enthaltenden Schicht oder unter einem Zink enthaltendem Material eine Schicht beziehungsweise ein Material aus Zink oder einer Zinklegierung verstanden werden. Auch bei Bezug auf eine Zinkschicht soll eine Schicht aus einer Zinklegierung mit umfasst sein. Die Begriffe Passivierungsschicht und Konversionsschicht werden in dieser Anmeldung sinngleich verwendet.
Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, durch die Verwendung von Hartstoffteilchen in einer Passivierungsschicht den Reibwiderstand der Passivierungsschicht gegenüber Polymermaterialien, wie beispielsweise Keilriemen oder Gummirollen, zu erhöhen. Gleichzeitig kann die Abnut- zung sowohl der Passivierungsschicht, als auch der in Kontakt tretenden Polymermaterialien verringert werden. Daneben kann die elektrische Leitfähigkeit der Oberfläche, insbesondere der Passivierungsschicht, beibehalten werden, um bei der Reibung zwischen Passivierungsschicht und Polymermaterial auftretende elektrostatische Aufladung abführen zu können. Durch die Verwendung von Hartstoffteilchen in der Passivierungsschicht werden demnach die elektrischen Eigenschaften der Oberfläche nicht oder höchstens unwesentlich beeinflußt, die Stabilität und insbesondere der Reibwiderstand gegenüber anderen Materialien jedoch verbessert.
Gemäß einem zweiten Aspekt (Patentanspruch 10) betrifft die vorliegende Erfindung eine Riemenscheibe mit einem metallischen Körper, der eine Nabe zur passgenauen Aufnahme einer Welle aufweist, mit einer äußeren Oberfläche an ihrem Umfang zur Aufnahme eines Riemens aus einem Polymermaterial, mit einer Anordnung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung, wobei das Substrat der Anordnung zumindest im Bereich der äußeren Oberfläche Bestandteil des metallischen Körpers ist.
Die Aufbringung der Hartstoffteilchen enthaltenden Passivierungsschicht ermöglicht die Bereitstellung einer Riemenscheibe, die eine geringere oder keine elektrostatische Aufladung zeigt. Dabei zeigt die Riemenscheibe aufgrund des erhöhten Reibwiderstandes ein besseres Mitnahmeverhalten. Dadurch wird die Kraftübertragung bei gleicher Riemenspannung erhöht bzw. kann eine geringere Riemenspannung gewählt werden, um die gleiche Kraftübertragung zu erreichen wie bei einer Passivierungsschicht ohne Hartstoffteilchen.
Gemäß einem weiteren Aspekt (Patentanspruch 12) betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Erzeugen einer Passivierungsschicht, insbesondere für eine Anordnung gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung, mit den Schritten:
(a) Bereitstellen eines Passivierungsbades, das Hartstoffteilchen aufweist;
(b) Bereitstellen eines Substrates, auf dessen Oberfläche eine Zink enthal- tende Schicht aufgebracht ist;
(c) Eintauchen des Substrates in das Passivierungsbad, wodurch auf der Oberfläche der Schicht eine Passivierungsschicht gebildet wird, welche eine Vielzahl von Hartstoffteilchen aufweist, wobei die so gebildete Passivierungsschicht derart beschaffen ist, dass durch die Hartstoffteil- chen der Reibwiderstand an einer freien Oberfläche der Passivierungsschicht im Vergleich zu einer Passivierungsschicht ohne Hartstoffteilchen erhöht ist, jedoch die elektrische Leitfähigkeit der Konversionsschicht im Wesentlichen beibehalten bleibt.
Die in die Konversionsschicht integrierten Hartstoffteilchen werden beim Erzeugen der Konversionsschicht in diese eingebaut. Durch die Größe der Hartstoffteilchen bleiben diese leicht in dem Passivierungsbad suspendiert und werden bei Ausfällen der Konversionsschicht mit in diese Konversionsschicht integriert. Durch das erfindungsgemäße Verfahren erfolgt ein vorzugsweise homogener Einbau der Hartstoffteilchen in die Konversionsschicht.
Vorteilhafte Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Verbesserungen des Erfin- dungsgedankens ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung sind die Hartstoffteilchen als Nanopar- tikel ausgebildet. Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist die Größe der Nanopartikel im Bereich von 1 bis 1000 nm, bevorzugt im Bereich von 2 bis 100 nm, bevorzugter im Bereich von 8 bis 50 nm und insbesondere im Bereich von 10 bis 20 nm. Durch die Größe der Nanopartikel lassen sich diese leicht in das Passivierungsbad einbringen und bilden eine Suspension. Die Größe der Partikel ist bevorzugt geringer als die Dicke der Passivierungs- schicht, die erzeugt werden soll. Somit wird eine gute Partikelverteilung in der Passivierungsschicht erreicht. Die Größe der Partikel ist derart gewählt, dass diese etwas aus der Passivierungsschicht herausragen. Dadurch wird die Oberfläche der Passivierungsschicht derart verändert, dass ein besseres Adhäsi- onsverhalten erzeugt wird.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung bestehen die Hartstoffteilchen aus einem anorganischen Hartstoff. Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Weiterbildung besitzen die Hartstoffteilchen eine Mohshärte von mindes- tens 5. Bevorzugte Materialien für die Hartstoffteilchen sind anorganische Carbide, Oxide, Diamant und/oder Nitride, insbesondere SiO2, SiC, WC, AI2O3 und/oder BN, oder auch deren Mischungen. Es sind jedoch noch viele weitere Materialen mit gleicher oder ähnlicher Härte und diesen Eigenschaften denkbar.
Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Weiterbildung besitzt die Passivierungsschicht eine Dicke von höchstens 800 nm, bevorzugt im Bereich von 50 bis 500 nm und insbesondere von 100 bis 200 nm. Die Zink enthaltende Schicht kann eine Dicke von über 0,5 μm, bevorzugt über 100 μm betragen.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Passivierungsschicht als chromhaltige Passivierungsschicht, die also Chrom enthält, ausgebildet.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung ist die Riemenscheibe als Keilrippenscheibe oder als Flachscheibe ausgebildet.
Gemäß einer anderen bevorzugten Weiterbildung ist das Substrat aus Stahl oder einer Stahllegierung hergestellt.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des dritten Aspekts der vorliegenden Erfindung werden zur Erzeugung des Passivierungsbades Hartstoffteilchen in eine Passivierungslösung eingebracht.
Gemäß einer anderen bevorzugten Weiterbildung wird die Passivierungsschicht nach dem Erzeugen der Passivierungsschicht in dem Passivierungsbad in einem weiteren Schritt (d) gespült. Das Spülen kann gemäß einer anderen bevor- zugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung vor oder nach einem Trocknungsschritt erfolgen. Es ist auch möglich, sowohl vor als auch nach einem Trocknungsschritt der Passivierungsschicht diese zu spülen.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung enthält das Passivierungsbad eine Chrom e nthaltende Passivierungslösung.
Gemäß einer anderen bevorzugten Weiterbildung ist das Chromatierungsbad im wesentlichen Chrom (Vl)-frei ausgebildet. Durch die Verwendung von Chrom (III) im Passivierungsbad kann eine Konversionsschicht hergestellt werden, die im wesentlichen Chrom (Vl)-frei ausgebildet sind. Weitere Möglichkeiten sind zum Beispiel durch Verwendung von Passivierungen auf Basis von Zr oder Ti.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren der Zeichnungen näher erläutert. Von den Figuren zeigen:
Fig. 1 ein erstes allgemeines Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäße Anordnung zum Schutz eines Substrats vor Korrosion;
Fig. 2 in den Teilfiguren a) bis d) ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Korrosionsschutzschicht;
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht einer Generatorfreilaufriemenscheibe;
Fig. 4 eine Querschnittansicht der Generatorfreilaufriemenscheibe aus
Fig. 3 mit einer erfindungsgemäßen Korrosionsschutzschicht. In den Figuren der Zeichnung sind gleiche und funktionsgleiche Elemente und Merkmale - sofern nichts Anderes ausgeführt ist - mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
Fig. 1 zeigt ein erstes allgemeines Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung zum Korrosionsschutz eines Substrats. Die Anordnung ist hier mit Bezugszeichen 14 bezeichnet. Die Anordnung 14 umfasst ein Substrat 10 mit darauf aufgebrachter Korrossionsschutzschicht 16. Das Substrat 10 kann Stahl oder eine Stahllegierung sein.
Auf dem Substrat 10 ist eine Zink enthaltende Schicht 1 1 als Bestandteil der Korrosionsschutzschicht 16 aufgebracht. Die Zink enthaltende Schicht 11 kann galvanisch oder zum Beispiel durch Feuerverzinkung abgeschieden werden. Die Dicke der Schicht 1 1 kann mehr oder weniger frei gewählt werden. Beispielsweise beträgt die Schichtdicke der Schicht 1 1 mehr als 0,5 μm und vorzugsweise einige μm.
Auf die Schicht 1 1 ist eine Passivierungsschicht 12 ebenfalls als Bestandteil der Korrosionsschutzschicht 16 aufgebracht. Die Passivierungsschicht 12 kann Zr, Ti, Chrom (III) oder auch Chrom (VI) enthalten. Die Passivierungsschicht 12 enthält erfindungsgemäß Nanopartikel 13, die zum Beispiel als SiO2- Nanopartikel ausgebildet sein können. In weiteren Ausführungsbeispielen können die Nanopartikel 13 beispielsweise aus AI2O3 oder SiC bestehen. Einige der Nanopartikel 13 treten an einer Oberfläche 15 der Chromatierungsschicht 12 und damit der Korrosionsschutzschicht 16 etwas aus dieser Oberfläche 15 heraus, wodurch eine etwas aufgeraute Oberfläche 15 gebildet ist. Dadurch wird die Oberfläche 15 der Korrosionsschutzschicht 16 derart verändert, dass eine erhöhte Reibung und damit einhergehend ein verbesserter Mitnahmeeffekt gegenüber einem Polymermaterial eines Riemens erzielt wird.
In Fig. 2 ist ein Verfahren zur Erzeugung einer erfindungsgemäßen Passivierungsschicht 16 dargestellt.
- Zunächst wird ein Substrat 10 bereitgestellt (Fig. 2a).
- Auf dieses Substrat 10 wird eine Zink enthaltende Schicht 1 1 aufgebracht (Fig. 2b). Die derart hergestellte Anordnung wird in ein Passivierungsbad 17 eingetaucht. Das Passivierungsbad 17 kann beispielsweise auf 30°C erwärmt werden. Das Passivierungsbad 17 enthält Nanopartikel 13. Diese werden beim Abscheiden der Konversionsschicht 12 auf der Zink enthaltenden Schicht 1 1 in dem Passivierungsbad 17 in die Konversionsschicht 12 eingebaut (Fig. 2c).
- Anschließend wird die so hergestellte Anordnung 14 aus dem Passivierungsbad 17 herausgenommen, gespült und getrocknet (Fig. 2d).
Im Folgenden ist ein konkretes Beispiel zur Erzeugung der Konversionsschicht 12 dargestellt.
In einem 5 Liter Becherglas werden 150ml/l der Passivierungslösung Lanthane TR 175 Teil A und 90ml/l der Nanopartikel enthaltenden Lösung Lanthane TR 175 Teil B des handelsüblichen Produktes der Fa. Coventya GmbH& Co. KG in deionisiertem Wasser angesetzt. Der pH-Wert der Lösung wurde mit HNO3 auf pH=2,0 eingestellt. Die Temperatur der Lösung betrug 309C. In diese Lösung wird eine mit einer ZnFe-Legierung galvanisch beschichtete Freilaufriemenscheibe unter Rühren der Lösung für 75s eingetaucht. Nach mehrmaligem Tauchen in demineralisiertem Wasser wird das Bauteil bei 70°C getrocknet. Dabei wird eine mit Nanopartikeln versehene Korrosionsschutzschicht 16 erzeugt.
Fig. 3 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Generatorfreilaufriemenscheibe 21 , an dessen Scheibenkörper 22 Keilrippen 23 angebracht sind. Die Keilrippen 23 sind derart ausgestaltet, dass ein Keilrippenriemen über den äußeren Umfang der Generatorfreilaufriemenscheibe 21 umgelenkt werden kann. Die Oberfläche der Keilrippen 23 des äußeren Umfangs der Generatorfreilaufriemenscheibe ist mit einer Korrosionsschutzschicht 16 gemäß der vorliegenden Erfindung versehen.
Fig. 4 zeigt die Generatorfreilaufriemenscheibe aus Fig. 3 in einer Querschnittansicht. Die auf dem Scheibenkörper 22 angebrachten Keilrippen 23 sind mit einer Korrosionsschutzschicht 16 versehen.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorstehend beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar. In dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel wurde die Erfindung anhand einer Generatorfreilaufriemenscheibe illustriert. Die vorliegende Erfindung soll jedoch nicht darauf beschränkt sein, sondern ist in vielerlei Hinsicht modifizierbar und kann selbstverständlich auch auf andere Systeme und Anwendungen übertragen werden.
Es versteht sich von selbst, dass auch die angegebenen Größen, Mengen, Temperaturen, PH-Werte, etc. variiert werden können, ohne dass vom Wesen der Erfindung abgewichen wird. Auch versteht es sich von selbst, dass beliebige im Stand der Technik bekannte Passivierungsbäder verwendet werden können. So kann beispielsweise Cobalt der Elektrolytlösung zugesetzt werden. Weiterhin ist es möglich, beispielsweise Tenside oder Schutzkolloide dem Pas- sivierungsbad zuzusetzen, ohne die Erfindung zu beeinflussen.
Bezugszeichenliste
10 Substrat 11 Zink enthaltende Schicht
12 Passivierungsschicht, Korrosionsschicht
13 Nanopartikel
14 Anordnung zum Schutz eines Substrats vor Korrosion
15 Oberfläche der Anordnung 14 16 Korrosionsschutzschicht
17 Passivierungsbad
21 Generatorfreilaufriemenscheibe
22 Scheibenkörper
23 Keilrippe

Claims

Patentansprüche
1. Anordnung (14) zum Schutz eines Substrates (10) vor Korrosion, mit einem Substrat (10), insbesondere einem metallischen Substrat, mit einer auf dem Substrat (10) aufgebrachten, elektrisch leitfähigen Korrosionsschutzschicht (16) zum Schutz des Substrates vor Korrosion, die eine auf das Substrat (10) aufgebrachte Zink enthaltende Schicht (1 1 ) aufweist, die eine auf der Zink enthaltenden Schicht aufgebrachte Passivierungs- Schicht (12) zum Passivieren der Zink enthaltenden Schicht (1 1 ) aufweist, welche eine Vielzahl von Hartstoffteilchen (13) aufweist, die derart beschaffen sind, dass durch die Hartstoffteilchen (13) der Reibwiderstand an einer freien Oberfläche (15) der Passivierungsschicht (12) im Vergleich zu einer Konversionsschicht (12) ohne Hartstoffteilchen (13) erhöht ist, jedoch die elektrische Leitfähigkeit der Passivierungsschicht (12) im Wesentlichen beibehalten bleibt.
2. Anordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Hartstoffteilchen (13) als Nanopartikel ausgebildet sind.
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Nanopartikel eine Größe von 1 -1000 nm, bevorzugt 2-100 nm, bevorzugter 8-50 nm und insbesondere 10-20 nm aufweist.
4. Anordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hartstoffteilchen (13) aus anorganischem Hartstoff bestehen.
5. Anordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hartstoffteilchen (13) eine Mohshärte von mindestens 5 besitzen.
6. Anordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hartstoffteilchen (13) als anorganische Carbide, Oxide und/oder Nitride ausgebildet sind, insbesondere als SiO2, SiC, WC, AI2O3, Diamant und/oder BN, oder deren Mischungen.
7. Anordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Passivierungsschicht (12) eine Dicke von höchstens 800 nm, bevorzugt von 50-500 nm und insbesondere von 100 bis 200 nm aufweist.
8. Anordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Passivierungsschicht (12) als chromhaltige Passivierungsschicht (12) ausgebildet ist.
9. Anordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (10) Stahl oder eine Stahllegie- rung aufweist.
10. Riemenscheibe (21 )
- mit einem metallischen Körper (22), der eine Nabe zur passgenauen Aufnahme einer Welle aufweist, - mit einer äußeren Oberfläche an ihrem Umfang zur Aufnahme eines Riemens aus einem Polymermaterial,
- mit einer Anordnung (16) nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, wobei das Substrat der Anordnung (16) zumindest im Bereich der äußeren Oberfläche der Riemenscheibe Bestandteil des metallischen Körpers (22) ist.
11. Riemenscheibe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Riemenscheibe als Keilrippenscheibe oder als Flachscheibe ausgebildet ist.
12. Verfahren zum Erzeugen einer Passivierungsschicht (12), insbesondere für eine Anordnung (16) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 -9, mit den Schritten:
(a) Bereitstellen eines Passivierungsbades (17), das Hartstoffteilchen (13) aufweist; (b) Bereitstellen eines Substrates (10), auf dessen Oberfläche eine Zink enthaltende Schicht (11 ) aufgebracht ist;
(c) Eintauchen des Substrates (10) in das Passivierungsbad (17), wodurch auf der Oberfläche der Zink enthaltenden Schicht (1 1 ) eine Passivie- rungsschicht (12) gebildet wird, welche eine Vielzahl von Hartstoffteilchen (13) aufweist, wobei die so gebildete Passivierungsschicht (12) derart beschaffen ist, dass durch die Hartstoffteilchen (13) der Reibwiderstand an einer freien Oberfläche (15) der Passivierungsschicht (12) im Vergleich zu einer Passivierungsschicht (12) ohne Hartstoffteilchen (13) erhöht ist, jedoch die elektrische Leitfähigkeit der Passivierungsschicht (12) im Wesentlichen beibehalten bleibt.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Schritt (a) eine Passivierungslösung bereitgestellt wird, in welche zur Er- zeugung des Passivierungsbades (17) Hartstoffteilchen (13) eingebracht werden.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die im Schritt (c) erzeugte Passivierungsschicht anschließend in einem wei- teren Schritt (d) gespült wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Passivierungsschicht (12) nach dem Schritt (c) und/oder nach dem Schritt (d) getrocknet wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Passivierungsbad (17) eine Chrom enthaltende Passivierungslösung enthält.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Passivierungsbad (17) im Wesentlichen Chrom(VI)-frei ausgebildet ist.
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