EP2699360A1 - Metallisches bauteil und verfahren zur oberflächenmodifikation eines beschichteten bauteils - Google Patents

Metallisches bauteil und verfahren zur oberflächenmodifikation eines beschichteten bauteils

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EP2699360A1
EP2699360A1 EP12716368.1A EP12716368A EP2699360A1 EP 2699360 A1 EP2699360 A1 EP 2699360A1 EP 12716368 A EP12716368 A EP 12716368A EP 2699360 A1 EP2699360 A1 EP 2699360A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
coating
metallic
intermediate layer
component
transition metal
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Withdrawn
Application number
EP12716368.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Kathrin Urban
Lars Schrubke
Willi Grigat
Arthur Krause
Harald Deppe
Friedrich Meyer
David FRIEDHOF
Lars TIEDEMANN
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.)
Paul Hettich GmbH and Co KG
Original Assignee
Paul Hettich 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.)
Filing date
Publication date
Application filed by Paul Hettich GmbH and Co KG filed Critical Paul Hettich GmbH and Co KG
Publication of EP2699360A1 publication Critical patent/EP2699360A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D7/00—Processes, other than flocking, specially adapted for applying liquids or other fluent materials to particular surfaces or for applying particular liquids or other fluent materials
    • B05D7/50—Multilayers
    • B05D7/52—Two layers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D7/00—Processes, other than flocking, specially adapted for applying liquids or other fluent materials to particular surfaces or for applying particular liquids or other fluent materials
    • B05D7/14—Processes, other than flocking, specially adapted for applying liquids or other fluent materials to particular surfaces or for applying particular liquids or other fluent materials to metal, e.g. car bodies
    • B05D7/16—Processes, other than flocking, specially adapted for applying liquids or other fluent materials to particular surfaces or for applying particular liquids or other fluent materials to metal, e.g. car bodies using synthetic lacquers or varnishes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D3/00—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials
    • B05D3/02—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials by baking
    • B05D3/0209—Multistage baking
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D3/00—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials
    • B05D3/02—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials by baking
    • B05D3/0254—After-treatment

Definitions

  • the invention relates to a metallic component according to the preamble of claim 1 and to a method for surface modification of a coated component and the use of a component.
  • a coating can be highly scratch resistant but have low adhesion to the substrate.
  • the low adhesion is often found, for example, in PTFE coatings, which flake off large areas of scratches or mechanical shocks.
  • EP 0 937 012 therefore proposes the application of compounds from the group of polydimethylsiloxanes for the protection of stainless steel surfaces in domestic appliances.
  • the excess organic components of the coating are removed and It comes to the formation of an organic material layer on the stainless steel surface.
  • the coating thus produced has a non-stick effect.
  • WO 2010/063776 A1 discloses a double-layer structure with an upper covering layer with a high silicon content and an intermediate layer underneath, which already contains transition metals, such as e.g. Have chrome. In the course of the depth profile, the chromium content within the intermediate layer rises continuously starting from the cover layer towards the metallic substrate.
  • the surface described in WO 2010/063776 A1 has basically proven itself in terms of cleanability and scratch resistance. However, if the scratch resistance of the coating is overcome in the case of improper cleaning or heavy point load and deep scratches are introduced into the coating material, constituents of the coating burst to a small extent.
  • the present invention solves this object by a component having the features of claim 1 and by a method having the features of claim 12.
  • a metallic component in particular for use in household appliances, has a metallic main body. On the metallic one
  • Body is at least partially applied a multi-layered sintered coating containing a silicon-based inorganic-organic hybrid polymer, wherein the coating at least
  • a) has a cured topcoat
  • the intermediate layer has a mass concentration of a first transition metal of more than 10%, wherein the first transition metal is not the main component of the metallic see basic body.
  • the functionality of the intermediate layer can be additionally improved by a further transition metal with a mass concentration of more than 9%.
  • a first transition metal is preferably a transition metal in question, which is also part of the metallic body.
  • the composition of the coating is approximated to the alloy character of the metallic base body, whereby advantageously a better adhesion or penetration of the phase boundary surfaces can take place.
  • Chromium can be used with particular preference as the first transition metal. This also has a passivating effect and allows secondary corrosion protection if the top layer is damaged. For a particularly high scratch resistance of the coating, it is advantageous if the cover layer has a mass concentration of silicon of more than 30%, preferably more than 50%.
  • a method for surface modification of a coated component in particular for improving its usefulness in household appliances, comprises the following steps:
  • a residual inorganic-organic hybrid polymer concentration is maintained in the altered coating composition and the concentration of at least one transition metal in the altered coating composition is increased.
  • Advantageous embodiments of the method are the subject of the dependent claims. It is advantageous for an energy-efficient operation of the process if the thermal treatment takes place with less than fifty heating cycles, preferably less than five heating cycles.
  • a heating in a heating cycle up to 500 ° C, within at least 20 minutes, preferably within at least 65 min.
  • a new heating cycle begins as soon as the coated component has cooled by 400 ° C, preferably by 300-200 ° C after the previous heating cycle.
  • An inventive component or a component which has been produced by a method according to the invention can universally in household appliances, in particular as a pull-out guide in ovens, in refrigerators, in freezers, in microwave ovens, in Dampfgarierin, in dryers, in food warmers, in Gerschirrchiprn, in Laboratory equipment, in medical devices and in washing machines or as a furniture fitting.
  • a metallic component having a coating comprising an inorganic-organic hybrid polymer has at least one cover layer and an adhesion-promoting intermediate layer, wherein the coating after carrying out a cross hatch test in accordance with DIN ISO 2409, there are no detached segments.
  • the component according to the invention can also be used in food-sensitive areas.
  • the inorganic-organic hybrid polymer-containing coating also increases the corrosion resistance during transport of the components, in particular the resistance to external climatic influences such as rain, snow, salt water, seawater spray and fog increases.
  • external climatic influences such as rain, snow, salt water, seawater spray and fog increases.
  • containers are protected against external influences, condensate can nevertheless form inside.
  • the current temperature and the moisture that is brought into the container during loading affect the current relative humidity in the container.
  • the trapped air in the container, the cargo, its packaging or the dunnage are sources of moisture. Due to its better adhesive properties on the metallic base body, a corresponding coating is also suitable as corrosion protection, in particular during sea transport of the coated components. Furthermore, a use of the coated components in seawater climate is possible.
  • the components can be used in the form of Pbe- blows in kitchen and / or laboratory furniture used for the storage of cleaning agents or chemicals.
  • made of metal furniture can be provided with a surface according to the invention. Furniture made of metal or sheet metal is frequently used in the medical sector, in the office, in kitchens, in laundries, in vehicles, on ships, in aircraft and in workshops.
  • the component according to the invention is particularly well suited for the production of a pullout guide, in particular, the rails of the pullout guide can be coated accordingly.
  • FIG. 1 shows a perspective view of a device according to the invention.
  • Fig. 2 is a schematic representation of the concentration profile of individual elements of the coating in the depth profile of the component according to the invention
  • a pull-out guide for high-temperature applications, in particular for ovens, comprising a guide rail 1 and a running rail 2 movable relative to the guide rail, between which a middle rail 3 (see FIG. 1) is mounted.
  • pullout guides are known, which have only a guide and a running rail.
  • pull-out guides are also used which have a guide rail, a running rail and more than one middle rail.
  • rolling elements in particular made of ceramic, are provided.
  • a plurality of raceways 6 are provided for the spherical rolling elements 4 on the guide rail 1, the middle rail 3 and the running rail 2.
  • the rolling elements are spaced apart in the rolling element cage, so as not to touch each other during rolling, whereby the smooth running would be hindered.
  • FIG. 2 shows an exemplary structure of a coating A1 of a component according to the invention, which was applied in this embodiment to the pullout guide described in FIG.
  • the values result from the spectroscopic determination of the profile depth by means of glow discharge or glow discharge.
  • the spectrometer carries the type designation GDA 550/750.
  • the detection was carried out as PMT detection, with a 2.5 mm anode as RF measurement in a universal measuring chamber.
  • the spectrometer was tested with certified reference materials. and calibrated according to ISO14707 and ISO / DIS16962.2 (ISO / TC 201 / SC 8).
  • the measurement conditions were RF excitation at 700 V and 2.5 hPa with a 2.5 mm anode.
  • the coating has a cover layer and an intermediate layer which have been applied to a metallic base body.
  • the cover layer particularly preferably has a layer thickness of between 0.1 and 2 ⁇ m, in particular between 0.1 and 0.7 ⁇ m, and has the following preferred mass concentration ranges for the following elements:
  • the cover layer may preferably contain iron (Fe), manganese (Mn), nickel (Ni), copper (Cu), manganese (Mn), aluminum (Al), nitrogen (N), sulfur (S), phosphorus (P). and / or hydrogen (H) in each case 0.1 to 5%.
  • the intermediate layer particularly preferably has a layer thickness of between 3 and 20 ⁇ m, in particular between 4 and 1 ⁇ m, and has the following elements in the following preferred mass concentration ranges:
  • the cover layer may preferably contain iron (Fe), manganese (Mn), nickel (Ni), copper (Cu), manganese (Mn), aluminum (Al), nitrogen (N), sulfur (S), phosphorus (P). and / or hydrogen (H) up to 12% each.
  • the cover layer may preferably contain iron (Fe), manganese (Mn), nickel (Ni), copper (Cu), manganese (Mn), aluminum (Al), nitrogen (N), sulfur (S), phosphorus (P). and / or hydrogen (H) up to 12% each.
  • the coating A1 of FIG. 2 in this case has a covering layer in the range from 0 to 0.4 ⁇ m.
  • the outer layer has the following composition at 0, 1014 m (data in mass concentration): Fe 0.57
  • the intermediate layer is followed by an intermediate layer in the range between 0.4-9.5 ⁇ m.
  • the intermediate layer has the following composition at 6.4283 pm (data in mass concentration): Fe 0.57
  • the metallic base body joins the intermediate layer.
  • the metallic base body has the following composition at 13.40 pm (data in mass concentration): Fe 83.82
  • the material of the metallic base body is an alloy steel of the class of chrome steels.
  • This cross-hatch test was carried out in accordance with DIN ISO 2409.
  • the coating is scratched crosswise and thereby divided into checkerboard-like individual segments. Then an adhesive tape is glued on and pulled off again. Based on the number of torn off segments, the adhesive strength of the coating is then determined.
  • the cross hatch test of the coating A1 did not give rise to detachment of segments of the coating by the torn off adhesive tape. It has surprisingly been found in extensive material experiments that an improved connection of a coating overall and in particular the cover layer is possible, provided that at least 20% of the depth profile of the intermediate layer has a mass concentration of a first transition metal of more than 10%, wherein the first transition metal is not the main component of the metallic body.
  • the adhesion-promoting properties of the intermediate layer can advantageously be further enhanced if 50%, preferably at least 90%, of the depth profile of the intermediate layer has a mass concentration of the first transition metal of more than 16% and preferably more than 19%.
  • a further advantageous contribution to the adhesion-promoting properties of the intermediate layer can additionally be effected by a second transition metal.
  • the first and second transition metal is not the main constituent of the metallic base body. In the case of stainless steel, the main constituent of the body would be iron.
  • the first transition metal is preferably chromium, the second transition metal is preferably copper or manganese.
  • the integrity of the layer is advantageously retained even if the component coated in this way is exposed to a welding flame of 1000-1500 ° C. for a short time, ie for about 30 seconds.
  • the coating can be at least partially applied and used on metallic components, which are welded to an uncoated surface with another metallic surface. If the welding flame comes into contact with a coated area of the fitting, the coating will not be destroyed.
  • the following table shows various test series which were undertaken as proof of the usability of the coated drawer slide with the coating A1, in particular in the area of the ovens, preferably with pyrolysis function (up to 500 ° C.).
  • the coating was individually soiled with three different components, which were then heated under oven conditions.
  • the components are substances from the food industry, which have proven to be particularly problematic in terms of cleanability. Specifically, this concerns plum jam, mayonnaise and virgin olive oil. In this case, the cleanability proved to be sufficient to ablate these baked-on soiling with household detergents without damaging the surface of the coating again.
  • the pyrolysis capability was tested. This is important to confirm the usefulness of the drawer runner in ovens with pyrolysis function.
  • the coating quality at a temperature load of 500 ° C at 2h remain unchanged.
  • a corrosion test according to ISO 9227 was carried out in a corresponding test chamber. Even after the maximum test time of 240 hours no base material corrosion was observed. Only at the cut edges of the rails of the pullout guide was red and black rust observed. The immigration resistance is further evidence of the improved adhesion of the coating to the metallic body.
  • the coated drawer slide with the coating A1 was scratched down to the substrate similar to a cross-hatch test and then stored for several weeks in a moist, warm environment. No corrosive infiltration of the cut in the area of the introduced scratches or grooves could be detected.
  • metallic components with an inorganic-organic hybrid polymer coating at 500 ° C for a long period of time are resilient, so that for such components, the use in the high temperature range and under corrosive conditions (high humidity, high salinity, scratched surface) is possible ,
  • the applied coating has a hardness that is comparable to a glassy coating, it is also tear-resistant, mechanically strong and protects the blank from corrosion. In addition, it conceals temper colors of steel-containing materials, for example as a metallic finish.
  • pigments such as, for example, carbon black, can additionally be added.
  • the layer thickness of a coating according to the invention may preferably be between 4 and 200 ⁇ m.
  • the layer thickness is particularly preferably 7-60 ⁇ m.
  • preferably more than 80% of the layer thickness is accounted for by the intermediate layer and preferably less than 10%, particularly preferably less than 5%, of the layer thickness on the cover layer.
  • the intermediate layer of the coating is more flexible than the rather hard top layer, so that the coating has an increased mechanical impact resistance over other coatings which do not have such a high proportion of an intermediate layer.
  • the running quality and noise quality of the coated drawer slide with coating A1 after 15 pyrolysis cycles (500 ° C.) at a test load of 10-16 kg were continuously assigned to running qualities 2 or 3, the curves of run quality and sound quality in FIG. 4 overlap.
  • the measurement results showed consistently good running quality (classification 1 - 7, where 1 corresponds to the highest running quality and 7 to the lowest running quality).
  • the measurement results also show a consistently low-noise mobility (classification 1 -7, where 1 is defined as no noise and 7 as the highest possible noise level.)
  • the forces which were used to pull out the coated pullout guide should preferably be in the range below 10 N, more preferably in the range below 4 N. This is the case with the coated pullout guide after evaluation of the measurement results from FIG.
  • the forces which are used for retracting the coated pullout guide should preferably be in the range below 1 1 N. This is also the case with the coated pullout guide after evaluation of the measurement results from FIG.
  • the rails 1 to 3 of the pullout guide are made of stamped and bent sheet steel for use in ovens and provided with a coating.
  • the production of the components of the pullout guide, in particular the rails 1 to 3 takes place by the following steps:
  • the metallic body of the pullout guide are made by punching and bending.
  • the main body can be machined.
  • an inorganic-organic hybrid polymer layer is applied to the surface of the base body.
  • the surface of the base body is pretreated. This pretreatment takes place only by degreasing by means of a basic cleaning agent, preferably at pH 8-10.5.
  • a roughening as it is often described in the prior art, can advantageously be omitted when applying the inorganic-organic hybrid polymer, since such a strong connection of the coating to the base body is achieved by the subsequent thermal treatment, that this additional process step is unnecessary ,
  • the coated bodies are then heated to a temperature of preferably at least 400 ° C and annealed for a predetermined period of time before being cooled back to room temperature.
  • the application of the inorganic-organic hybrid polymer layer takes place in the sol-gel process, preferably in the form of a polysiloxane coating which still has organic end groups after the coating.
  • alkoxy compounds of silicon be converted by hydrolysis with partial substitution of the alkoxy functions by hydroxy groups into reactive silanols present in the sol as colloidal particles. These particles are deposited on the application of the sol on a surface, preferably of metal, at this. Heating further enhances the interaction of silanol molecules with the surface, leading to the formation of covalent bonds. When heated, it also leads to the transformation of the sol in the gel state to form polysiloxanes. In this case, alcohols and water are formed in a condensation reaction. For example, in alkoxy compounds of silicon and other metals and semimetals, various interactions occur between the organic and inorganic components of the hybrid polymers. These are due to covalent or ionic-covalent bonds.
  • the coating sols of the inorganic-organic hybrid polymers can be applied in liquid form to a metallic component in a sol-gel process and flow and harden under mild reaction conditions.
  • TMOS tetramethoxysilane
  • the addition is in the range between 0-10 ° C, since TMOS is very flammable, toxic and corrosive.
  • TMOS tetramethoxysilane
  • the hydrolysis of the organic compound is concentrated aqueous HCl (about 1-3% by volume over the volume of TMOS) over 30 minutes with constant stirring.
  • the HCl can be cooled down to a temperature of about 0 ° C in advance.
  • the stirring is maintained for a few minutes, for example, 5-10 minutes.
  • the solvent may be protic or aprotic polar, for example isopropanol.
  • a coating based on 3-glycidyloxypropyltrimethoxysilane may also be converted to a flowable coating substance by hydrolysis under basic or acidic conditions, and then converted into an inorganic silicon dioxide layer by subsequent curing at 700-800 ° C. as a result of condensation.
  • the application of the liquid sol to the surface of the metallic component can be done by spraying, dipping, brushing or the like.
  • the coating composition in addition to the silicon-based compounds in the coating solution, other constituents, in particular also metal and particularly preferably transition metal compounds, such as, for example, copper species, may be present in the coating composition.
  • metal and particularly preferably transition metal compounds such as, for example, copper species
  • the concentration of at least one first transition metal, here in particular chromium, in the coating is further increased according to the invention by thermal treatment after the thermal compaction and cooling of the coated component.
  • This increase in transition metals in the intermediate layer of the coating gives the intermediate layer a stronger metallic character and makes it possible for the coating to be more strongly bonded or adhered to the metallic base body than if this thermal treatment were omitted.
  • the conditions of the thermal treatment with regard to the time and the temperature and the interval sequence are to be selected such that the organic constituents of the inorganic-organic hybrid polymer are not completely oxidized and the functionality thereof is retained.
  • the diffusion of chromium, manganese, but also of nickel compounds in the intermediate layer is greater than the diffusion of iron compounds in this layer, if it is the metallic base body is a stainless steel alloy.
  • the diffusion of the metal compounds through a temperature gradient during thermal treatment can advantageously be influenced with regard to the penetration depth and concentration distribution in the layer.
  • the transition metal may already be incorporated as part of the inorganic-organic hybrid polymer layer and accumulate in the center of the coating as a result of diffusion and distribution effects.
  • the thermal treatment after the actual coating of the component as described by the method according to the invention is advantageously carried out by one or more heating cycles up to 500 ° C.
  • a heating cycle is shown in more detail. This is done at the beginning of the heating cycle within 25 min, a heating by 200 ° C to 350 ° C. Later in the heating cycle, a slower rise in temperature of 150 ° C occurs within 50 minutes.
  • Fig. 6-I and II shows a cross-cut test on a pullout guide with the coating A1 described above. Already on the basis of the grid pattern with the defined groove structure, it can be seen that this coating has a low tendency to flake off.
  • Figures 6-I and II show a cross-hatch test on a comparative pull-out guide with a coating containing an inorganic-organic hybrid polymer which has not been additionally thermally treated.
  • a coating of the coating already takes place during the introduction of the grooves, and a part of the coating material remains on the adhesive tape.
  • the surface can be visually designed according to the customer's wishes. A leveling of the surface by application of the coating A leads to a better cleanability of the surface and to an attractive appearance.
  • the coatings described are preferably applied to a metallic component whose metallic base body made of steel of the material number 1 .4301 is a 18/10 chromium-nickel steel, steel of the material number 1 .4016, a ferritic 17 percent chromium steel or steel of the material number 1 .4310 a chromium nickel-alloyed steel.
  • the coating offers particular advantages in high-temperature application areas, in particular in ovens. However, it also offers advantages for components in areas with a high risk of corrosion. This includes, for example, the products of white goods, such. As refrigerators, refrigerators and freezers, steam cooking appliances, food and table warmer, combi steamers and washing machines. Also furniture fittings are exposed during transport, especially in overseas transport, higher risk of corrosion, for example, by humid climate and / or seawater. In these areas, coated hardware has a longer life compared to uncoated hardware.
  • the coating is preferably diffusion-stable after thermal treatment, i. a change in the material composition at

Abstract

Ein metallisches Bauteil, insbesondere für den Einsatz in Haushaltsgeräten, wobei das metallische Bauteil auf einem metallischen Grundkörper zumindest abschnittsweise eine mehrschichtig aufgebaute gesinterte Beschichtung aufweist, die ein siliziumbasierendes anorganisch-organisches Hybridpolymer enthält, ist so ausgebildet, dass die Beschichtung zumindest a) eine ausgehärtete Deckschicht aufweist und b) eine Zwischenschicht, zur Haftvermittlung zwischen der ausgehärteten Deckschicht und der metallischen Oberfläche aufweist, wobei zumindest 20 % des Tiefenprofils der Zwischenschicht eine Massenkonzentration eines ersten Übergangsmetalls von mehr als 10 % aufweist, wobei das erste Übergangsmetall nicht der Hauptbestandteil des metallischen Grundkörpers ist.

Description

Metallisches Bauteil und Verfahren zur Oberflächenmodifikation eines beschichteten Bauteils
Die Erfindung betrifft ein metallisches Bauteil nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Oberflächenmodifikation eines beschichteten Bauteils und die Verwendung eines Bauteils.
Bei der Bereitstellung von Bauteilen, insbesondere metallischen Beschlägen, wie z.B. Auszugsführungen, Seitengittern und Gargutträgern ist es bekannt, Bauteile aus selbst passivierenden nichtrostenden Stählen zu fertigen. Dabei müssen für die Bildung einer gleichmäßigen Passivschicht bei der Passivierung jedoch unabhängig vom Chromgehalt verschiedene Bedingungen erfüllt sein. Einerseits muss eine metallisch reine Oberfläche bereitgestellt werden und genügend Sauerstoff, um eine vollständige Oxidation entlang der Oberfläche zu gewährleisten. Sind diese Bedingungen nicht erfüllt, so kann sich bei hohen Temperaturen (Temperaturen ab 450 °C) keine spontane Oxidschicht bei selbst passivierenden nichtrostenden Stählen bilden, die Korrosionsbeständigkeit nimmt ab und es kommt zur Ausbildung einer porösen Chromoxidschicht in Folge von Verzunderung, welche nur noch geringen Korrosionsschutz ermöglicht. Daher erweist sich der Einsatz von selbst passivierenden nichtrostenden Stählen für die Fertigung von Bauteilen für Gar- und Backöfen im Anwendungsbereich ab 400 °C als unvorteilhaft.
Bei der Beurteilung der Eigenschaften einer Beschichtung ist zwischen dem Haftvermögen und der Kratzresistenz zu unterscheiden. So kann eine Beschichtung im hohen Grade kratzresistent sein, jedoch über ein geringes Haftvermögen mit dem Untergrund verfügen. Das geringe Haftvermögen zeigt sich beispielsweise oftmals bei PTFE-Beschichtungen, welche bei Kratzern oder mechanischen Stößen großflächig abplatzen.
Die EP 0 937 012 schlägt daher für den Schutz von Edelstahlflächen in Haushaltsgerätes den Auftrag von Verbindungen aus der Gruppe der Polydimethylsiloxane vor. Dabei wird in einer anschließenden pyrolytischen Zersetzung die überschüssigen organischen Anteile der Beschichtung entfernt und es kommt zur Ausbildung einer organischen Materiallage auf der Edelstahloberfläche. Die so hergestellte Beschichtung besitzt eine Antihaftwirkung.
Die WO 2010/063776 A1 offenbart demgegenüber einen doppelschichtigen Auf- bau, mit einer oberen Deckschicht mit einem hohen Siliziumgehalt und einer darunter befindlichen Zwischenschicht, welche bereits Übergangsmetalle, wie z.B. Chrom aufweisen. Dabei steigt im Verlauf des Tiefenprofils der Chromgehalt innerhalb der Zwischenschicht ausgehend von der Deckschicht hin zum metallischen Substrat kontinuierlich an. Die in der WO 2010/063776 A1 beschriebene Oberfläche hat sich grundsätzlich hinsichtlich der Reinigbarkeit und Kratzresistenz bewährt. Sofern allerdings bei unsachgemäßer Reinigung oder starker punktueller Belastung die Kratzresistenz der Beschichtung überwunden wird und tiefe Kratzer in das Beschichtungsmaterial eingebracht werden, platzen in geringem Umfang Bestandteile der Beschichtung ab.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Haftvermittlung zwischen dem metallischen Grundkörper des Bauteils und der Beschichtung zu erreichen. Die vorliegende Erfindung löst diese Aufgabe durch ein Bauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 12.
Erfindungsgemäß weist ein metallisches Bauteil, insbesondere für den Einsatz in Haushaltsgeräten, einen metallischen Grundkörper auf. Auf dem metallischen
Grundkörper ist zumindest abschnittsweise eine mehrschichtig aufgebaute gesinterte Beschichtung aufgebracht, die ein siliziumbasierendes anorganischorganisches Hybridpolymer enthält, wobei die Beschichtung zumindest
a) eine ausgehärtete Deckschicht aufweist und
b) eine Zwischenschicht, zur Haftvermittlung zwischen der ausgehärteten
Deckschicht und der metallischen Oberfläche aufweist,
wobei zumindest 20 % des Tiefenprofils der Zwischenschicht eine Massenkonzentration eines ersten Übergangsmetalls von mehr als 10 % aufweist, wobei das erste Übergangsmetall nicht der Hauptbestandteil des metalli- sehen Grundkörpers ist. Diese Zusammensetzung der Zwischenschicht ermöglicht verbessertes Anhaften der Beschichtung am metallischen Grundkörper, während die ausgehärtete Deckschicht die Kratzresistenz der Beschichtung gewährleistet. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Bauteils sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Funktionalität der Zwischenschicht kann durch ein weiteres Übergangsmetall mit einer Massenkonzentration von mehr als 9 % zusätzlich verbessert werden. Dabei kommt als erstes Übergangsmetall bevorzugt ein Übergangsmetall in Frage, welches auch Bestandteil des metallischen Grundkörpers ist. Dadurch wird die Zusammensetzung der Beschichtung dem Legierungscharakter des metallischen Grundkörpers angenähert, wodurch vorteilhaft eine bessere Anhaftung bzw. Durchdringung der Phasengrenzflächen stattfinden kann.
Als erstes Übergangsmetall kann besonders bevorzugt Chrom verwendet werden. Dieses wirkt zusätzlich passivierend und ermöglicht bei Schädigung der Deckschicht einen sekundären Korrosionsschutz. Für eine besonders hohe Kratzresistenz der Beschichtung ist es von Vorteil, wenn die Deckschicht eine Massenkonzentration an Silizium von mehr als 30 %, vorzugsweise mehr als 50 % aufweist.
Beim Laufverhalten einer Auszugsführung kann es bei überhöhter Belastung, bei- spielsweise bei einer Belastung mit einer Masse von mehr als 30 kg zu einem unruhigen Lauf kommen. Um die dabei entstehenden mechanische Stöße abzudämpfen ist es von Vorteil, wenn die Massenkonzentration an Silizium in der Zwischenschicht weniger als 50 %, vorzugsweise zwischen 20-30 % ist. Erfindungsgemäß weist ein Verfahren zur Oberflächenmodifikation eines beschichteten Bauteils, insbesondere zur Verbesserung von dessen Einsatzfähigkeit in Haushaltsgeräten, folgende Schritte auf:
A) Bereitstellen eines Bauteils mit einer ein anorganisch-organisches Hybridpolymer aufweisenden Beschichtung, hergestellt durch A.1 ) Aufbringen einer siliziumhaltigen Beschichtungsmasse auf einen metallischen Grundkörper; A.2) Thermisches Verdichten der Beschichtungsmasse zu einer Beschichtung und
A3) Abkühlen des beschichteten Bauteils, und
B) thermisches Behandeln des Bauteils mit einer ein anorganisch-organisches Hybridpolymer aufweisenden Beschichtung unter Änderung der Beschich- tungszusammensetzung, wobei
eine Restkonzentration an anorganisch-organischem Hybridpolymer in der geänderten Beschichtungszusammensetzung erhalten bleibt und die Konzentration an zumindest einem Übergangsmetall in der geänderten Be- Schichtungszusammensetzung erhöht wird.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche. Es ist für eine energieeffiziente Arbeitsweise des Verfahrens von Vorteil, wenn das thermische Behandeln mit weniger als fünfzig Aufheizzyklen, vorzugsweise weniger als 5 Aufheizzyklen erfolgt.
Dabei kann ein Aufheizen in einem Aufheizzyklus auf bis zu 500 °C, innerhalb von mindestens 20 min, vorzugsweise innerhalb von mindestens 65 min erfolgen.
Um ein zeitaufwendiges Abkühlen zu verhindern und den Herstellungsprozess effizient zu gestalten, ist es von Vorteil, wenn ein neuer Aufheizzyklus beginnt sobald sich das beschichtete Bauteil nach dem vorhergehenden Aufheizzyklus um 400 °C, vorzugsweise um 300-200 °C abgekühlt hat.
Ein erfindungsgemäßes Bauteil oder ein Bauteil, welches nach einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurde, kann universal in Haushaltsgerä- ten, insbesondere als Auszugsführung in Backöfen, in Kühlschranken, in Gefriergeräten, in Mikrowellengeräten, in Dampfgargeräten, in Trocknern, in Speisenwärmern, in Gerschirrwärmern, in Laborgeräten, in medizinischen Geräten und in Waschmaschinen oder als Möbelbeschlag eingesetzt werden. Erfindungsgemäß weist ein metallisches Bauteil mit einer ein anorganischorganisches Hybridpolymer aufweisenden Beschichtung zumindest eine Deckschicht und eine haftvermittelnde Zwischenschicht auf, wobei die Beschichtung nach Durchführung eines Gitterschnitttests nach DIN ISO 2409 keine abgelösten Segmente aufweist.
Dadurch kann das erfindungsgemäße Bauteil auch in lebensmittelsensiblen Be- reichen eingesetzt werden.
Die anorganisch-organische hybridpolymerhaltige Beschichtung erhöht zudem auch die Korrosionsbeständigkeit beim Transport der Bauteile, insbesondere die Beständigkeit gegenüber äußeren klimatischen Einflüssen wie Regen, Schnee, Salzwasser, Seewassergischt und Nebel steigt. Container sind zwar gegen äußere Einflüsse geschützt, trotzdem kann sich im Inneren Kondensat bilden. Die aktuelle Temperatur sowie die Feuchtigkeit die beim Beladen in den Container gebracht wird, beeinflussen die jeweils aktuelle relative Luftfeuchte im Container. Die eingeschlossene Luft im Container, die Ladung, deren Verpackung oder das Staumaterial sind Feuchtigkeitsquellen. Eine entsprechende Beschichtung ist aufgrund ihrer besseren Hafteigenschaften auf dem metallischen Grundkörper auch als Korrosionsschutz geeignet, insbesondere beim Seetransport der beschichteten Bauteile. Des Weiteren ist ein Einsatz der beschichteten Bauteile in Seewasserklima möglich. Weiterhin können die Bauteile, in Form von Möbelbe- Schlägen in Küchen- und/oder Labormöbeln eingesetzt werden die zur Lagerung von Reinigungsmitteln bzw. Chemikalien genutzt werden. Auch können beispielsweise aus Metall gefertigte Möbel mit einer erfindungsgemäßen Oberfläche versehen werden. Aus Metall bzw. Blech gefertigte Möbel werden häufig im medizinischen Bereich, im Büro, in Küchen, in Wäschereien, in Fahrzeugen, auf Schiffen, in Flugzeugen sowie in Werkstätten eingesetzt.
Das erfindungsgemäße Bauteil eignet sich besonders gut für die Herstellung einer Auszugsführung, insbesondere können die Schienen der Auszugsführung entsprechend beschichtet werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen
Auszugsführung Fig. 2 eine schematische Darstellung des Konzentrationsverlaufs einzelner Elemente der Beschichtung im Tiefenprofil des erfindungsgemäßen Bauteils
Fig. 3 eine schematische Darstellung von Messergebnisse von einigen vorteilhaften Eigenschaften eines erfindungsgemäßen Bauteils;
Fig. 4 einen Temperaturverlauf eines Aufheizzyklus
Fig. 5 einen Gitterschnitttest an einer erfindungsgemäßen Auszugsführung
Fig. 6 einen Gitterschnitttest an einer Vergleichs-Auszugsführung
Fig. 1 zeigt eine Auszugsführung für Hochtemperaturanwendungen, insbesondere für Backöfen, umfassend eine Führungsschiene 1 und eine relativ zur Führungsschiene bewegbare Laufschiene 2, zwischen denen eine Mittelschiene 3 (siehe Fig. 1 ) gelagert ist. Es sind auch Auszugsführungen bekannt, die nur über eine Führungs- und eine Laufschiene verfügen. Des Weiteren finden auch Auszugsführungen Verwendung die über eine Führungsschiene, eine Laufschiene und mehr als eine Mittelschiene verfügen. Für die verfahrbare Lagerung der Mittelschiene 3 und der Laufschiene 2 sind Wälzkörper, insbesondere aus Keramik, vorgesehen. Dabei sind an der Führungsschiene 1 , der Mittelschiene 3 und der Laufschiene 2 jeweils mehrere Laufbahnen 6 für die kugelförmigen Wälzkörper 4 vorgesehen. Die Wälzkörper werden im Wälzkörperkäfig beabstandet zueinander geführt, um sich beim Abwälzen nicht gegenseitig zu berühren, wodurch der Leichtlauf behindert würde.
Fig. 2 zeigt einen beispielhaften Aufbau einer Beschichtung A1 eines erfindungsgemäßen Bauteils, welche in diesem Ausführungsbeispiel auf die in Fig.1 beschriebene Auszugsführung aufgebracht wurde. Die Werte ergeben sich aus der spektroskopischen Bestimmung der Profiltiefe mittels Glühentladung oder Glimmentladung.
Das Spektrometer trägt die Typenbezeichnung GDA 550/750. Die Detektion erfolgte als PMT Detektion, mit einer 2,5 mm Anode als RF-Messung in einer Universalmesskammer. Das Spektrometer wurde mit zertifizierten Referenzmateria- lien kalibriert und die Untersuchung erfolgte nach ISO14707 und ISO/DIS16962.2 (ISO/TC 201 /SC 8).
Die Messbedingungen waren HF-Anregung bei 700 V und 2,5 hPa mit einer 2,5 mm Anode.
Sie zeigt den Verlauf der Massenkonzentrationen der Elemente Silizium (Si), Kohlenstoff (C), Sauerstoff (0), Kupfer (Cu), Eisen (Fe) und Chrom (Cr) entlang des Tiefenprofils der beschichteten Auszugsführung.
Die Beschichtung weist eine Deckschicht und eine Zwischenschicht auf, die auf einen metallischen Grundkörper aufgebracht wurden.
Dabei weist die Deckschicht besonders bevorzugt eine Schichtdicke zwischen 0, 1 -2 pm, insbesondere zwischen 0, 1 -0,7 pm auf und weist für folgende Elemente die folgenden bevorzugten Massekonzentrationsbereichen auf:
Kohlenstoff (C) 6-10 %, Sauerstoff (O) 25-30 %, Silizium(Si) 45-55 %, und vorzugsweise Chrom (Cr) 2-5 %.
Darüber hinaus kann die Deckschicht vorzugsweise Eisen (Fe), Mangan (Mn), Nickel (Ni), Kupfer (Cu), Mangan (Mn), Aluminium (AI), Stickstoff (N), Schwefel (S), Phosphor (P) und/oder Wasserstoff (H) zu jeweils 0.1 -5 % enthalten. Die Zwischenschicht weist besonders bevorzugt eine Schichtdicke zwischen 3-20 pm, insbesondere zwischen 4-1 1 pm auf und weist für folgende Elemente in folgenden bevorzugten Massekonzentrationsbereichen auf:
Kohlenstoff (C) 0, 1 -1 %, Sauerstoff (O) 33-38 %, Silizium(Si) 22-28 %, und vor- zugsweise Chrom (Cr) 17-25 %.
Darüber hinaus kann die Deckschicht vorzugsweise Eisen (Fe), Mangan (Mn), Nickel (Ni), Kupfer (Cu), Mangan (Mn), Aluminium (AI), Stickstoff (N), Schwefel (S), Phosphor (P) und/oder Wasserstoff (H) zu jeweils bis zu 12 % enthalten. Darüber hinaus kann die Deckschicht vorzugsweise Eisen (Fe), Mangan (Mn), Nickel (Ni), Kupfer (Cu), Mangan (Mn), Aluminium (AI), Stickstoff (N), Schwefel (S), Phosphor (P) und/oder Wasserstoff (H) zu jeweils bis zu 12 % enthalten.
Die Beschichtung A1 der Fig. 2 weist dabei eine Deckschicht im Bereich von 0 bis 0,4 pm auf.
Die Deckschicht weist bei 0, 1014 m folgende Zusammensetzung auf (Angaben in Massenkonzentration): Fe 0,57
C 7,42
N 3,70
Mn 0,30
Si 51 ,34
P 0,75
S 0,56
Cr 3,23
Ni 0,06
AI 0,23
Cu 3,2
H 0
0 28,65
An die Deckschicht schließt sich im Bereich zwischen 0,4-9,5 pm eine Zwischenschicht an.
Die Zwischenschicht weist bei 6,4283 pm folgende Zusammensetzung auf (Angaben in Massenkonzentration): Fe 0,57
C 0,28
N 2, 16
Mn 1 ,81
Si 25,54
P 0,02
S 0,97
Cr 21 ,4
Ni 0,03 AI 1 ,76
Cu 9,51
H 0
0 35,95
Nach 9,5 m schließt sich an die Zwischenschicht der metallische Grundkörper an.
Der metallische Grundkörper weist bei 13,40 pm folgende Zusammensetzung auf (Angaben in Massenkonzentration): Fe 83,82
C 0,01
N 0
Mn 0,35
Si 0,29
P 0,03
S 0
Cr 15,2
Ni 0, 18
AI 0
Cu 0,09
H 0
0 0,30
Somit handelt es sich bei dem Material des metallischen Grundkörpers um einen legierten Stahl aus der Klasse der Chromstähle.
Dieser Gitterschnitttest wurde nach DIN ISO 2409 durchgeführt. Dazu wird die Beschichtung kreuzweise angeritzt und dadurch in schachbrettartige Einzelsegmente unterteilt. Dann wird ein Klebeband aufgeklebt und wieder abgezogen. Anhand der Zahl der abgerissenen Segmente wird dann die Haftfestigkeit der Beschichtung ermittelt.
Demgegenüber ergab der Gitterschnitttest der Beschichtung A1 , wie sie in Fig. 2 dargestellt ist kein Ablösen von Segmenten der Beschichtung durch das abgerissene Klebeband. Es hat sich in umfangreichen Materialversuchen überraschend gezeigt, dass eine verbesserte Anbindung einer Beschichtung insgesamt und insbesondere auch der Deckschicht möglich ist, sofern zumindest 20 % des Tiefenprofils der Zwi- schenschicht eine Massenkonzentration eines ersten Übergangsmetalls von mehr als 10 % aufweist, wobei das erste Übergangsmetall nicht der Hauptbestandteil des metallischen Grundkörpers ist.
Die haftvermittelnden Eigenschaften der Zwischenschicht können vorteilhaft noch weiter verstärkt werden sofern 50 %, vorzugsweise zumindest 90 % des Tiefenprofils der Zwischenschicht eine Massekonzentration des ersten Übergangsmetalls von mehr als 16 % und bevorzugt mehr als 19 % beträgt.
Einen weiteren vorteilhaften Beitrag zu den haftvermittelnden Eigenschaften der Zwischenschicht kann zusätzlich durch ein zweites Übergangsmetall bewirkt werden.
Das erste und zweite Übergangsmetall ist nicht der Hauptbestandteil des metallischen Grundkörpers. Im Fall von Edelstahl wäre der Hauptbestandteil des Grundkörpers Eisen. Das erstes Übergangsmetall ist bevorzugt Chrom, das zweite Übergangsmetall ist bevorzugt Kupfer oder Mangan.
Die Integrität der Schicht bleibt vorteilhaft auch dann erhalten, wenn man das derart beschichtete Bauteil kurzzeitig, also ca. 30 s einer Schweißflamme von 1000-1500 °C aussetzt. Somit kann die Beschichtung auch auf metallischen Bauteilen zumindest bereichsweise aufgebracht und verwendet werden, welche an einer unbeschichteten Oberfläche mit einer anderen metallischen Oberfläche verschweißbar sind. Falls hierbei die Schweißflamme in Berührung mit einem beschichteten Bereich des Beschlags kommt, so wird die Beschichtung nicht zer- stört.
Die nachfolgende Tabelle zeigt verschiedene Versuchsreihen, welche als Beweis der Einsatzfähigkeit der beschichteten Auszugsführung mit der Beschichtung A1 insbesondere im Bereich der Backöfen, vorzugsweise mit Pyrolysefunktion (bis 500 °C) unternommen wurden. Dabei wurde die Beschichtung jeweils einzeln mit drei verschiedenen Komponenten verschmutzt, welche anschließend unter Backofenbedingungen erwärmt wurden. Bei den Komponenten handelt es sich um Substanzen aus dem Lebensmittelbereich, welche sich bei der Reinigbarkeit als besonders problematisch erwie- sen haben. Konkret betrifft dies Pflaumenmus, Mayonnaise und natives Olivenöl. Dabei erwies sich die Reinigbarkeit als ausreichend, um diese eingebrannten Verschmutzungen mit haushaltsüblichen Mitteln ohne Schädigung der Oberfläche der Beschichtung wieder abzutragen. Weiterhin wurde die Pyrolysetauglichkeit getestet. Diese ist wichtig, um die Einsatzfähigkeit der Auszugsführung in Backöfen mit Pyrolysefunktion zu bestätigen. Hierbei bleib die Beschichtungsgüte bei einer Temperaturbelastung von 500 °C bei 2h unverändert. Schließlich wurde ein Korrosionstest gemäß ISO 9227 in einer entsprechenden Prüfkammer durchgeführt. Auch nach der Maximaltestzeit von 240 h war keine Grundwerkstoffkorrosion zu beobachten. Lediglich an den Schnittkanten der Schienen der Auszugsführung war Rot- und Schwarzrost zu beobachten. Die Unterwanderungsresistenz ist ein weiterer Beleg für das verbesserte Haftvermögen der Beschichtung auf dem metallischen Grundkörper. Dabei wurde die beschichtete Auszugsführung mit der Beschichtung A1 ähnlich wie bei einem Gitterschnitttest bis auf das Substrat eingeritzt anschließend über mehrere Wochen in feucht-warmer Umgebung gelagert. Dabei konnte keine korrosive Unterwande- rung des Schnittes im Bereich der eingebrachten Kratzer bzw. Rillen festgestellt werden.
OberOberfläTempera- NSS-Test nach Unterwanderungsresisfläche chentest tur- ISO 9227 tenz
Anschmutzu belastung 240 h
ng bei 500°C
Verträglichüber 2 h
keit
Keine Unterwanderung
3 K-Test
Keine Grundwerkstoffdes Schnittes; kein Ab¬
A1 wurde beja
korrosion blättern in feuchter standen
Umgebung Wie sich anhand der Tabelle ergibt, sind metallische Bauteile mit einer anorganisch-organischen Hybridpolymerbeschichtung bei 500 °C über längeren Zeitraum belastbar, so dass für derartige Bauteile der Einsatz im Hochtemperaturbereich und unter korrosiven Bedingungen (hohe Luftfeuchte, hoher Salzgehalt, angekratzte Oberfläche) ermöglicht ist.
Die aufgetragene Beschichtung weist eine Härte auf, welche mit einer glasartigen Beschichtung vergleichbar ist, sie ist zudem reißfest, mechanisch belastbar und schützt das Rohteil vor Korrosion. Zudem kaschiert sie Anlauffarben stahlhaltiger Materialien, beispielsweise als Metalliclackierung. Optional können auch Pigmente, wie beispielsweise Russ zusätzlich zugegeben werden.
Die Schichtdicke einer erfindungsgemäßen Beschichtung kann vorzugsweise zwischen 4-200 pm betragen. Besonders bevorzugt beträgt die Schichtdicke 7- 60 pm. Dabei entfällt vorzugsweise über 80 % der Schichtdicke auf die Zwischenschicht und vorzugsweise weniger als 10 %, besonders bevorzugt weniger als 5 %, der Schichtdicke auf die Deckschicht. Die Zwischenschicht der Beschichtung ist gegenüber der eher harten Deckschicht flexibler, so dass die Beschichtung eine erhöhte mechanische Stoßfestigkeit gegenüber anderen Beschichtungen aufweist, welche nicht über einen derartig hohen Anteil an einer Zwischenschicht verfügen.
Zur Beurteilung der Funktionalität einer solchen transparenten Auszugsführung wurden 750 Laufintervalle nach den jeweiligen Pyrolysezyklen bei 500 °C durchgeführt, deren Ergebnisse in Fig. 4 dargestellt sind. Dabei wurden folgende Prüfkriterien aufgestellt: a) Kraftaufwand beim Ausziehen der Auszugsführung (Fa) in N
b) Kraftaufwand beim Einfahren der Auszugsführung (Fe) in N
c) Laufgüte, beurteilt durch eine geschulte Prüfperson mittels Ordinalskala d) Geräusche, beurteilt durch eine geschulte Prüfperson mittels Ordinalskala
Die Werte der Laufgüte und Geräuschgüte der beschichteten Auszugsführung mit der Beschichtung A1 nach 15 Pyrolysezyklen (500 °C) bei einer Prüflast von 10- 16 kg wurde durchgehend den Laufgüteklassen 2 oder 3 zugeordnet, wobei sich die Kurven der Laufgüte und Geräuschgüte in Fig. 4 überlagern. Die Messergebnisse zeigten eine gleichbleibend gute Laufgüte (Klassifizierung 1 - 7, wobei 1 der höchsten Laufgüte und 7 der niedrigsten Laufgüte entspricht). Die Messergebnisse zeigen zudem eine gleichbleibend geräuscharme Beweglichkeit (Klassifizierung 1 -7, wobei 1 als keine Geräuschentwicklung und 7 als höchst-mögliche Geräuschentwicklung definiert ist.)
Die Kräfte, welche zum Ausziehen der beschichteten Auszugsführung angewandt wurden sollten vorzugsweise im Bereich unter 10 N, besonders bevorzugt im Bereich unter 4 N liegen. Dies ist bei der beschichteten Auszugsführung nach Auswertung der Messergebnisse aus Fig.4 der Fall.
Die Kräfte, welche zum Einfahren der beschichteten Auszugsführung angewandt werden, sollten vorzugsweise im Bereich unter 1 1 N liegen. Dies ist bei der beschichteten Auszugsführung nach Auswertung der Messergebnisse aus Fig.4 ebenfalls der Fall.
Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren näher beschrieben.
Die Schienen 1 bis 3 der Auszugsführung sind für den Einsatz in Backöfen aus einem gestanzten und gebogenen Stahlblech hergestellt und mit einer Beschich- tung versehen. Die Herstellung der Bauteile der Auszugsführung, insbesondere der Schienen 1 bis 3 erfolgt durch die folgenden Schritte:
Zunächst werden die metallischen Grundkörper der Auszugsführung durch Stanzen und Biegen hergestellt. Der Grundkörper kann dabei maschinell gefertigt werden. Dann wird eine anorganisch-organische Hybridpolymerschicht auf der Oberfläche des Grundkörpers aufgebracht.
Zuvor wird die Oberfläche der Grundkörper vorbehandelt. Diese Vorbehandlung erfolgt lediglich durch ein Entfetten mittels eines basischen Reinigungsmittels vorzugsweise bei pH= 8-10,5. Ein Aufrauen, wie es vielfach im Stand der Technik beschrieben wird, kann beim Auftragen des anorganisch-organischen Hybrid- polymers vorteilhaft entfallen, da durch das nachfolgende thermische Behandeln eine derart feste Anbindung der Beschichtung an den Grundkörper erreicht wird, dass dieser zusätzliche Verfahrensschritt unnötig wird. Die beschichteten Grundkörper werden dann auf eine Temperatur von vorzugsweise mindestens 400 °C erhitzt und für eine vorbestimmte Zeitdauer getempert, bevor sie wieder auf Raumtemperatur abgekühlt werden.
Das Auftragen der anorganisch-organischen Hybridpolymerschicht erfolgt im Sol- Gel Verfahren, vorzugsweise in Form einer Polysiloxan-Beschichtung, welche nach der Beschichtung noch organische Endgruppen aufweist. Es können auch bevorzugt Alkoxyverbindungen des Siliziums durch Hydrolyse unter teilweiser Substitution der Alkoxyfunktionen durch Hydroxygruppen in reaktive Silanole umgewandelt, die im Sol als kolloide Teilchen vorliegen. Diese Teilchen lagern sich beim Auftragen des Sols auf einer Oberfläche, vorzugsweise aus Metall, an dieser an. Durch Erwärmen werden die Wechselwirkungen zwischen Silanolmolekülen mit der Oberfläche weiter verstärkt bis hin zur Ausbildung von kovalenten Bindungen. Bei einer Erwärmung kommt es zudem zur Umwandlung des Sols in den Gelzustand unter Ausbildung von Polysiloxanen. Dabei werden Alkohole und Wasser in einer Kondensationsreaktion gebildet. So treten beispielsweise in Alkoxyverbindungen des Siliziums und anderen Metallen- und Halbmetallen verschiedene Wechselwirkungen zwischen den organischen und anorganischen Bestandteilen der Hybridpolymere auf. Diese sind auf kovalente oder ionisch-kovalente Bindungen zurückzuführen.
Die Beschichtungssole der anorganisch-organischen Hybridpolymere können in einem Sol-Gel Verfahren auf ein metallisches Bauteil flüssig appliziert werden und unter milden Reaktionsbedingungen anfließen und aushärten.
Dabei erfolgt während des Aushärtens eine basisch oder sauer katalysierte Hydrolyse der Alkoxide und im Anschluss die Ausbildung eines dreidimensionalen anorganischen Netzwerkes einer Siliziumoxidschicht, infolge einer Kondensati- onsreaktion.
Dabei können beispielsweise zu einer Tetramethoxysilan (TMOS)-haltigen in Lösung (ca.1 /4 des Volumens des TMOS) zunächst bei etwa 0 °C vorsichtig unter langsamer Zugabe (ca. 2 h) gelöst bzw. suspendiert werden. Die Zugabe erfolgt im Bereich zwischen 0-10 °C, da TMOS sehr leicht entzündlich, giftig und ätzend ist. Bei Temperaturen ab circa 20 °C können sich explosive Dampfgemische bilden. Anschließend wird zur Hydrolyse der organischen Verbindung konzentrierte wässrige HCl (etwa 1 -3 Vol % gegenüber des Volumens des TMOS) über 30 min unter ständigem Rühren zugegeben. Dabei kann die HCl im Vorfeld auf eine Temperatur von etwa 0 °C heruntergekühlt werden. Anschließend wird das Rühren einige Minuten, beispielsweise 5-10 min, aufrecht erhalten. Durch Zugabe weiteren Lösungsmittels kann die Viskosität entsprechend eingestellt werden. Das Lösungsmittel kann protisch oder aprotisch polar, beispielsweise Isopropanol, sein.
Alternativ kann beispielsweise auch eine Beschichtung auf Basis von 3- Glycidyloxy-propyltrimethoxysilan (GPTS) unter basischen oder sauren Bedingungen durch Hydrolyse in eine fließfähige Beschichtungssubstanz umgewandelt, und durch anschließendes Aushärten infolge von Kondensation bei 700-800 °C in eine anorganische Siliziumdioxidschicht umgewandelt werden. Das Auftragen des flüssigen Sols auf die Oberfläche des metallischen Bauteils kann durch Sprühen, Tauchen, Bestreichen oder dergleichen erfolgen.
Zusätzlich zu den Siliziumbasierenden Verbindungen in der Beschichtungslösung können auch weitere Bestandteile, hier insbesondere auch Metall und besonders bevorzugt Übergangsmetallverbindungen, wie beispielsweise Kupferspezies, in der Beschichtungsmasse vorhanden sein.
Die Konzentration an zumindest einem ersten Übergangsmetall, hier insbesondere Chrom, in der Beschichtung wird nach dem thermischen Verdichten und Ab- kühlen des beschichteten Bauteils erfindungsgemäß durch thermisches Behandeln weiter erhöht.
Diese Erhöhung an Übergangsmetallen in der Zwischenschicht der Beschichtung verleiht der Zwischenschicht einen stärkeren metallischen Charakter und ermög- licht eine stärkere Anbindung bzw. Anhaftung der Beschichtung an den metallischen Grundkörper als wenn diese thermische Behandlung unterbleiben würde.
Zugleich sind die Bedingungen der thermischen Behandlung hinsichtlich der Zeit und der Temperatur und der Intervallabfolge so zu wählen, dass die organischen Bestandteile des anorganisch-organischen Hybridpolymers nicht vollständig oxi- diert werden und dessen Funktionalität erhalten bleibt. Die Diffusion von Chrom-, Mangan-, aber auch von Nickelverbindungen in die Zwischenschicht ist dabei größer als die Diffusion von Eisenverbindungen in diese Schicht, sofern es sich bei dem metallischen Grundkörper um eine Edelstahllegierung handelt. Dabei kann die Diffusion der Metallverbindungen durch einen Temperaturgradienten beim thermischen Behandeln vorteilhaft hinsichtlich der Eindringtiefe und Konzentrationsverteilung in der Schicht beeinflusst werden.
Dabei kann das Übergangsmetall bereits als Bestandteil der anorganischorganischen Hybridpolymerschicht eingebracht sein und sich in Folge von Diffusi- ons- und Verteilungseffekten im Zentrum der Beschichtung ansammeln.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel wurde eine Auszugsführung beschrieben. Es ist natürlich auch möglich, andere Bauteile mit einer erfindungsgemäßen Beschichtung zu versehen.
Das thermische Behandeln nach dem eigentlichen Beschichten des Bauteils wie es nach dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben wird, erfolgt vorteilhaft durch einen oder mehrere Aufheizzyklen auf bis zu 500 °C. In Fig. 4 ist ein solcher Aufheizzyklus näher dargestellt. Dabei erfolgt zu Beginn des Aufheizzyklus innerhalb von 25 min ein Aufheizen um 200 °C auf 350 °C. Im späteren Verlauf des Aufheizzyklus erfolgt ein langsamerer Temperaturanstieg von 150 °C innerhalb von 50 min. Dabei zu Beginn des Aufheizzyklusses ein bevorzugter Temperaturanstieg von durchschnittlich 400-900 °C/h gewählt und nach spätestens der Hälfte des Aufheizzyklusses eine Verminderung auf einen bevorzugten Temperaturanstieg von durchschnittlich 100-300 °C/h erfolgt. Dieses Vorgehen ist von Vorteil, da dadurch Spannungsrisse in der Beschichtung verhindert werden.
Fig. 6-I und II zeigt einen Gitterschnitttest an einer Auszugsführung mit der zuvor beschriebenen Beschichtung A1 . Bereits anhand des Gittermusters mit der definierten Rillenstruktur kann man erkennen, dass diese Beschichtung eine geringe Tendenz zum Abplatzen aufweist.
Darüber hinaus wird deutlich, dass keine Beschichtungsbestandteile auf dem Klebestreifen haften bleiben. Fig. 6-I und II zeigen einen Gitterschnitttest an einer Vergleichs-Auszugsführung mit einer ein anorganisch-organische Hybridpolymer enthaltenden Beschichtung, welche nicht zusätzlich thermisch behandelt wurde. Hier ist einerseits ein Abplat- zen der Beschichtung bereits beim Einbringen der Rillen erfolgt und ein Teil des Beschichtungsmaterials bleibt auf dem Klebeband zurück.
Durch eine optionale Einfärbung der Beschichtung A kann die Oberfläche optisch entsprechend den Kundenwünschen gestaltet werden. Eine Einebnung der Ober- fläche durch Aufbringen der Beschichtung A führt zu einer besseren Reinigbarkeit der Oberfläche und zu einer ansprechenden Optik.
Bevorzugt werden die beschriebenen Beschichtungen auf ein metallisches Bauteil aufgebracht, dessen metallischer Grundkörper aus Stahl der Werkstoffnum- mer 1 .4301 einem 18/10 Chrom-Nickel-Stahl, Stahl der Werkstoffnummer 1 .4016, einem ferritischen 17-prozentigen Chromstahl oder Stahl der Werkstoffnummer 1 .4310 einem chrom-nickellegierten Stahl umfasst.
Die Beschichtung bietet aufgrund der verbesserten Anhaftung besondere Vorteile in Hochtemperaturanwendungsbereichen, insbesondere in Backöfen. Sie bietet jedoch auch Vorteile bei Bauteilen in Bereichen mit hoher Korrosionsgefahr. Dies umfasst beispielsweise auch die Produkte der Weißen Ware, wie z. B. Kühlschränke, Kühl- und Gerfriergeräte, Dampfgargeräte, Speisen- und Geschirrwärmer, Kombidämpfer und Waschmaschinen. Auch Möbelbeschläge sind beim Transport, insbesondere beim Übersee-Transport, höherer Korrosionsgefahr beispielsweise durch humides Klima und/oder Seewasser ausgesetzt. In diesen Gebieten haben beschichtete Beschläge gegenüber unbeschichteten Beschlägen eine längere Lebensdauer. Die Beschichtung ist nach dem thermischen Behandeln vorzugsweise diffusionsstabil, d.h. eine Änderung der Materialzusammensetzung bei in
Betriebnahme des Bauteils, beispielsweise der Auszugsführung in dem Backofen erfolgt nicht mehr. Dies hat den Vorteil, dass sich die Materialeigenschaften und Oberflächencharakteristika der Beschichtung während des nicht mehr ändern. Bezugszeichenliste
1 Führungsschiene
2 Laufschiene 3 Mittelschiene
6 Laufbahnen

Claims

Ansprüche
1 . Metallisches Bauteil, insbesondere für den Einsatz in Haushaltsgeräten, wobei das metallische Bauteil auf einem metallischen Grundkörper zumindest abschnittsweise eine mehrschichtig aufgebaute gesinterte Beschichtung aufweist, die ein siliziumbasierendes anorganisch-organisches Hybridpolymer enthält, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung zumindest a) eine ausgehärtete Deckschicht aufweist und
b) eine Zwischenschicht, zur Haftvermittlung zwischen der ausgehärteten Deckschicht und der metallischen Oberfläche aufweist,
wobei zumindest 20 % des Tiefenprofils der Zwischenschicht eine Massekonzentration eines ersten Übergangsmetalls von mehr als 10 % aufweist, wobei das erste Übergangsmetall nicht der Hauptbestandteil des metallischen Grundkörpers ist.
2. Metallisches Bauteil, nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zumindest 50 %, vorzugsweise zumindest 90 % des Tiefenprofils der Zwischenschicht eine Massekonzentration des ersten Übergangsmetalls von mehr als 10 % aufweist.
3. Metallisches Bauteil, nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Massekonzentration des ersten Übergangsmetalls mehr als 16%, vorzugsweise mehr als 19 % beträgt.
4. Metallisches Bauteil, nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zumindest 20 %, vorzugsweise mindestens 60 % des Tiefenprofils der Zwischenschicht eine Massenkonzentration eines zweiten Übergangsmetalls von mehr als 9 % aufweist, wobei das zweite Übergangsmetall nicht der Hauptbestandteil des metallischen Grundkörpers ist.
5. Metallisches Bauteil, nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Übergangsmetall ebenfalls Bestandteil des metallischen Grundkörpers, vorzugsweise Chrom, ist.
6. Metallisches Bauteil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Übergangsmetall im metallischen Grundkörper in geringeren Massekonzentrationen vorliegt als in der Zwischenschicht.
7. Metallisches Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ausgehärtete Deckschicht eine höhere Massenkonzentration an Silizium als die Zwischenschicht aufweist.
8. Metallisches Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Massenkonzentration an anorganischorganischem Hybridpolymer in der Deckschicht zumindest doppelt, vorzugsweise fünfmal so hoch ist wie in der Zwischenschicht.
9. Metallisches Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Massenprozent an Kohlenstoff in der Zwischenschicht weniger als 5 %, vorzugsweise weniger als 2 % ist.
10. Metallisches Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckschicht eine Massenkonzentration an Silizium von mehr als 30 %, vorzugsweise mehr als 50 % aufweist.
1 1 . Metallisches Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht eine Massenkonzentration an Silizium von weniger als 50 %, vorzugsweise von 20-30 %, aufweist.
12. Verfahren zur Oberflächenmodifikation eines beschichteten Bauteils, insbesondere zur Verbesserung von dessen Einsatzfähigkeit in Haushaltsgeräten, mit folgenden Schritten:
A) Bereitstellen eines Bauteils mit einer ein anorganisch-organisches Hybridpolymer aufweisenden Beschichtung, hergestellt durch
A.1 ) Aufbringen einer siliziumhaltigen Beschichtungsmasse auf einen metallischen Grundkörper;
A.2) Thermisches Verdichten der Beschichtungsmasse zu einer Beschichtung und
A3) Abkühlen des beschichteten Bauteils, und B) thermisches Behandeln des Bauteils mit einer ein anorganisch-organisches Hybridpolymer aufweisenden Beschichtung unter Änderung der Beschich- tungszusammensetzung, wobei
eine Restkonzentration an anorganisch-organischem Hybridpolymer in der geänderten Beschichtungszusammensetzung erhalten bleibt und die Konzentration an zumindest einem Übergangsmetall in der geänderten Beschichtungszusammensetzung erhöht wird.
13. Verfahren nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das thermische Behandeln mit weniger als fünfzig Aufheizzyklen, vorzugsweise weniger als 5 Aufheizzyklen erfolgt.
14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Aufheizzyklus bis maximal 500 °C erfolgt.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Aufheizzyklus innerhalb von mindestens 20 min, vorzugsweise innerhalb von mindestens 65 min erfolgt.
16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein neuer Aufheizzyklus beginnt sobald sich das beschichtete Bauteil nach dem vorhergehenden Aufheizzyklus um 400 °C, vorzugsweise um 300-200 °C abgekühlt hat.
17. Metallisches Bauteil mit einer ein anorganisch-organisches Hybridpolymer aufweisenden Beschichtung aus zumindest einer Deckschicht und einer haftvermittelnden Zwischenschicht, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung nach Durchführung eines Gitterschnitttests nach DIN ISO 2409 keine abgelösten Segmente aufweist.
18. Verwendung eines Bauteils nach einem der Ansprüche 1 -10 in Haushaltsgeräten, insbesondere als Auszugsführung in Backöfen, in Kühlschränken und in Waschmaschinen oder als Möbelbeschlag.
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