EP2904131A1 - Verfahren zum herstellen einer sol-gel-beschichtung auf einer zu beschichtenden oberfläche eines bauteils sowie entsprechendes bauteil - Google Patents

Verfahren zum herstellen einer sol-gel-beschichtung auf einer zu beschichtenden oberfläche eines bauteils sowie entsprechendes bauteil

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Publication number
EP2904131A1
EP2904131A1 EP12794994.9A EP12794994A EP2904131A1 EP 2904131 A1 EP2904131 A1 EP 2904131A1 EP 12794994 A EP12794994 A EP 12794994A EP 2904131 A1 EP2904131 A1 EP 2904131A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
voltage
period
anodization
sol
dispersion
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Withdrawn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
EP12794994.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hans Binder
Ottmar Binder
Markus KREITMEIER
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.)
Sam Automotive GmbH
Original Assignee
Sueddeutsche Aluminium Manufaktur GmbH
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 Sueddeutsche Aluminium Manufaktur GmbH filed Critical Sueddeutsche Aluminium Manufaktur GmbH
Publication of EP2904131A1 publication Critical patent/EP2904131A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D11/00—Electrolytic coating by surface reaction, i.e. forming conversion layers
    • C25D11/02—Anodisation
    • C25D11/024—Anodisation under pulsed or modulated current or potential
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C18/00—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating
    • C23C18/02—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by thermal decomposition
    • C23C18/12—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by thermal decomposition characterised by the deposition of inorganic material other than metallic material
    • C23C18/1204—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by thermal decomposition characterised by the deposition of inorganic material other than metallic material inorganic material, e.g. non-oxide and non-metallic such as sulfides, nitrides based compounds
    • C23C18/1208—Oxides, e.g. ceramics
    • C23C18/1212—Zeolites, glasses
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
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    • C23C18/12—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by thermal decomposition characterised by the deposition of inorganic material other than metallic material
    • C23C18/125—Process of deposition of the inorganic material
    • C23C18/1254—Sol or sol-gel processing
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D11/00—Electrolytic coating by surface reaction, i.e. forming conversion layers
    • C25D11/02—Anodisation
    • C25D11/04—Anodisation of aluminium or alloys based thereon
    • C25D11/18—After-treatment, e.g. pore-sealing
    • C25D11/24—Chemical after-treatment
    • C25D11/246—Chemical after-treatment for sealing layers

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a sol-gel coating on a surface to be coated of an aluminum or aluminum alloy component, comprising the steps of: anodizing the surface by applying an electrical voltage for a given anodizing period to form an anodization layer on the surface; and forming the sol-gel coating on the surface.
  • the invention further relates to a component made of aluminum or an aluminum alloy.
  • Both the anodization and the application of a sol-gel coating on the surface of a component consisting of aluminum or an aluminum alloy for protecting the surface against environmental influences are basically known from the prior art. By means of both procedures can be achieved, in particular against oxidation insensitive, but still easy to clean and visually handsome surface.
  • the layer adhesion of the sol-gel coating is based on the one hand by a chemical and on the other hand by a mechanical bond.
  • the mechanical connection is influenced by the structure or topography of the anodized surface.
  • the corrosion resistance of the surface should be further increased.
  • the voltage applied for anodizing is increased continuously at the beginning of the anodization period with a certain voltage gradient in the direction of a holding voltage maintained over the remainder of the anodization period, in particular to the holding voltage.
  • the voltage gradient is at most 0.5 V / s.
  • the material present in the region of the surface is selectively oxidized or converted in such a way that an oxidic layer is present.
  • Anodization therefore forms an anodization layer on the surface, in particular an oxide layer, which protects deeper layers of the component from corrosion.
  • the anodization layer may also be referred to as a protective layer.
  • the component is at least partially, but in particular completely immersed in a bath of an electrolyte. Subsequently, an electrical voltage is applied to the component over the determined anodization period, the component preferably being used as the anode and an electrode arranged in the bath container accommodating the electrolyte being used as the cathode.
  • the bath container itself or at least a portion of the bath container can be used as a cathode.
  • Anodizing may also be referred to as anodizing.
  • the electrical voltage is now set to the holding voltage at the beginning of the anodization period, so that there is a sudden jump in voltage or the voltage is applied to the holding chip at least within a very short period of time. is set.
  • the applied voltage is preferably increased continuously in the direction of the holding voltage, in particular starting from a voltage of 0V at the beginning of Anodisierzeitraums. This is particularly preferably carried out with the specific voltage gradient, which is constant, for example.
  • the voltage gradient is finite in particular at any time, so there is no voltage jump as in known from the prior art method. It can either be provided to initially only increase the voltage in the direction of the holding voltage or to increase it to the holding voltage with the specific voltage gradient.
  • the voltage gradient is, for example, at most 20V / s, at most 10V / s, at most 7.5V / s, at most 5V / s, at most 3V / s or at most 2V / s, but preferably at most 1V / s, at most 0.5V / s, at most 0.25V / s, at most 0.1V / s, at most 0.075V / s, at most 0.05V / s, at most 0.025V / s or at most 0.01V / s.
  • the holding voltage is that voltage which is maintained over the remainder of the anodizing period.
  • This remainder of the anodizing period has a duration of more than zero seconds.
  • the remainder of the anodization period - which may also be referred to as a voltage hold period - is at least as long as the period from the beginning of the anodization period to a first time reaching the hold voltage.
  • the latter period can also be referred to as a build-up period.
  • the anodization period is composed of a total of two areas, namely the voltage buildup period and the voltage hold period.
  • the duration of the voltage holding period is a multiple of the duration of the voltage build-up period, that is, for example, at least twice, at least three times, at least four times or at least five times as long.
  • the voltage gradient is averaged over the voltage build-up period, for example. It does not have to be constant over the buildup period. However, this is exactly what can be provided. However, as already explained, the voltage gradient is preferably finite at all times; the course of the electrical voltage over time so steadily.
  • the voltage applied for the anodization is preferably understood to mean a setpoint voltage which is set on an anodization device used for anodizing.
  • An actually present actual voltage can now either correspond to the nominal voltage or run after it with a time delay.
  • the actual voltage constantly corresponds to the target voltage; However, it may at least slightly differ from this at times.
  • the applied voltage can also be considered as the actual actual voltage.
  • the voltage is set, whereupon the current intensity adjusts accordingly. The current runs after the voltage so in this case.
  • Changing, in particular increasing the voltage at the beginning of the anodizing period may be referred to as "ramping up" of the voltage
  • This ramping up is performed during the voltage build-up period after which the holding voltage is reached and then maintained during the voltage hold period a duration of at least one second, at least two seconds, at least three seconds, at least four seconds, at least five seconds, at least 7.5 seconds, or at least 10 seconds, but preferably at least 15 seconds, at least 30 seconds, at least 45 seconds, at least 60 seconds, at least 120 seconds, at least 180 seconds, at least 240 seconds, at least 300 seconds, at least 450 seconds, or at least 600 seconds.
  • the lower the electrical voltage applied to anodize the surface the smaller are the cells formed at the beginning of the anodization period. Consequently, at lower voltage, more cells per unit area of the surface and, correspondingly, a larger number of pores are formed. This increased number of pores favors the mechanical bonding of the sol-gel coating to the anodized surface.
  • the current density can be selected as a parameter. Also, according to an alternative embodiment of the method, this can also be increased in the direction of a holding current density or up to the holding current density during the specific period of time which has a certain length.
  • forming the sol-gel coating on the surface comprises the steps of: applying a dispersion to the surface, wherein a coating material is colloidally dispersed in the dispersion; Drying the dispersion to form a gel film on the surface; and curing the gel film to form the sol-gel coating.
  • the dispersion is applied to the surface, for example, immediately after the anodization.
  • a Be Anlagenungsmatenal is present as a colloid.
  • the coating material is formed for example by hydrolysis and condensation of at least one precursor or a precursor compound of the dispersion.
  • the hydrolysis and the condensation take place partly concurrently and competitively.
  • the coating material may also be added to prepare the dispersion.
  • the dispersion can be prepared as a colloidal solution.
  • this is preferably not only the coating material, in particular in the form of particles, but also a particle network at least partially crosslinking polymer network.
  • This polymer network is formed, for example, by silanes.
  • Alcoholates of metals or non-metals can be used as precursors for the dispersion.
  • a silicon precursor is used, for example tetramethyl orthosilicate (TMOS), tetraethyl orthosilicate (TEOS) or tetraisopropyl orthosilicate (TPOT).
  • TMOS tetramethyl orthosilicate
  • TEOS tetraethyl orthosilicate
  • TPOT tetraisopropyl orthosilicate
  • alkoxides of other metals, transition metals or non-metals for example alkoxides of aluminum or titanium.
  • a solvent for example, ethanol and / or water.
  • a catalyst in particular an acidic or basic catalyst may be provided.
  • the acidic catalyst used is, for example, hydrogen chloride or hydrochloric acid. Additionally or alternatively, nitric acid, acetic acid or sulfuric acid or a mixture of said acids can be used.
  • the basic catalyst used is, for example, sodium hydroxide or sodium hydroxide solution.
  • the hydrolysis can, for example, by the reaction equation
  • M is a metal or semimetal, for example silicon.
  • the dispersion is in the form of a sol.
  • a sol ethanol is used as solvent
  • a hydrosol water is used as solvent
  • the coating material which is subsequently colloidal that is to say in the form of colloids, is formed by the reactions taking place, in particular therefore the hydrolysis and the condensation.
  • the dispersion After the dispersion has been applied, it is dried so that a gel film, in particular xerogel film, forms on the surface. Drying is to be understood as meaning at least partial, in particular complete, application or removal of the solvent used from the dispersion.
  • drying may already result from the application because the layer thickness of the dispersion is usually low, at least when the viscosity of the dispersion is low, compared with the extent or surface area. Accordingly, the solvent can evaporate quickly even under normal ambient conditions.
  • the drying of the dispersion is initiated, for example, immediately after the application of the dispersion or results automatically.
  • the gel film is formed on the surface or the anodization layer, in which there is a loose network of the coating material.
  • the network can not yet be fully linked and have a correspondingly high porosity of, for example, at least 50%. This means in particular that in at least part of the particles of the coating material there is no bond, for example via oxygen, to a further particle.
  • the gel film can be cured to finally form the sol-gel coating.
  • This curing is usually carried out at a high temperature of at least 100 ° C, at least 1 10 ° C, at least 120 ° C, at least 130 ° C, at least 140 ° C, at least 150 ° C, at least 200 ° C, at least 250 ° C, at least 300 ° C, at least 350 ° C or at least 400 ° C.
  • the gel film is preferably converted into a solid ceramic layer with low porosity, namely in the sol-gel coating.
  • the temperatures mentioned are hereby preferably indicated as the so-called “peak metal temperature” (PMT), which occurs during the curing in the component, ie as the component maximum temperature.
  • PMT peak metal temperature
  • the resulting layer thickness of the sol-gel coating is, for example, 0.5 ⁇ m to 10 ⁇ m, in particular 1 ⁇ m to 5 ⁇ m, particularly preferably 1 ⁇ m to 2 ⁇ m.
  • the layer thickness is at least 1 ⁇ , at least 2 ⁇ , at least 5 ⁇ or at least 10 ⁇ .
  • the dispersion is applied correspondingly with a layer thickness with which the desired resulting layer thickness is achieved. Drying and curing are also carried out with parameters with which the desired layer thickness of the sol-gel coating can be achieved. Particularly preferably, the curing of the gel film takes place immediately after the drying of the dispersion, in which the gel film is formed.
  • the voltage is increased in the successive periods at the beginning of the Anodisierzeitraums with certain voltage gradients to the holding voltage, wherein the voltage gradients are different for immediately consecutive periods of time.
  • the said periods of time are parts of the build-up period which begins at the beginning of the anodization period and continues until the first time the holding voltage is reached by the applied voltage.
  • the holding voltage is thus not reached during a single period during which the voltage is continuously increased. Rather, several such periods are provided, in each of which the voltage is increased with a respective, particular voltage gradient.
  • the voltage gradient is preferably finite and, moreover, can be constant at least during the respective period, but alternatively can also be variable.
  • the voltage gradient is to be understood, in particular in the latter case, for example as a mean voltage gradient during the respective period. Nevertheless, the voltage gradient is preferably finite at any time within the respective period, so that the course of the voltage over time is continuous. At the beginning of the first period, which is at the beginning of the anodization period, the voltage is zero. At the end of the last of the consecutive periods, it corresponds to the holding voltage. Additionally or alternatively, however, at least one period of constant or even declining voltage may also be provided.
  • the periods preferably follow one another directly.
  • the voltage gradient here too is, for example, at most 20 V / s, at most 10 V / s, at most 7.5 V / s, at most 5 V / s, at most 3 V / s or at most 2 V / s, but preferably at most 1 V / s, at most 0.5 V / s, at most 0.25V / s, at most 0.1V / s, at most 0.075V / s, at most 0.05V / s, at most 0.025V / s or at most 0.01V / s.
  • the voltage gradient is selected smaller in a first of the time periods than in an immediately following second one of the time periods. This is the case in particular when the voltage gradient of the respective one of the two periods is constant. As already explained above, it can be achieved by means of a lower or lower voltage present at the beginning of the anodization period that the cells or pores formed by the anodization have smaller dimensions than with a larger voltage. If, for example, the first of the time periods, which has the smaller voltage gradient, is located at the beginning of the anodization period, then a large number of pores are formed on the surface because the voltage rises only slowly.
  • the number of pores is no longer reduced, but only the rate of growth of the anodization layer formed by the anodization is increased. It may be provided that the voltage is increased to the holding voltage only in the first and second of the periods, so that no further periods are provided and in the second of the periods the voltage reaches the holding voltage.
  • the anodization layer is compacted after the anodization and before the dispersion is applied at a specific compression temperature, in particular only partially compressed.
  • a specific compression temperature in particular only partially compressed.
  • the dispersion immediately after the anodization on the surface or the anodization is applied.
  • the compression or partial compression is carried out in order to at least partially close the pores, at least on a side facing an environment of the component, or to reduce the dimensions of their opening facing the environment.
  • the compacting is carried out, for example, as hot compacting in demineralized water or as cold compacting.
  • the anodization layer After densification, active hydroxyl groups are present on the anodization layer, which are produced by compaction and promote chemical bonding of the sol-gel coating, in particular silanes contained in it. For this reason, the compression is always beneficial. However, if the anodization layer is completely densified, drying of the dispersion or hardening of the gel film can lead to the formation of layer cracks in the anodization layer. These reduce the advantageous visual impression of the component provided with the sol-gel coating. For this reason, the anodization layer is preferably only partially compressed.
  • a total compression period is determined according to which experience shows that complete compaction is present, and for partial compaction compression is only over a part of the total compaction period, in particular at most 90%, at most 75% maximum 50%, maximum 25% or maximum 10%. It is particularly advantageous to compress only over at most 5%, at most 4%, at most 3%, at most 2%, at most 1%, at most 0.5%, not more than 0.25%, not more than 0.1%, not more than 0.05% or not more than 0.01% of the total compaction period.
  • the overall compaction period is usually chosen to be longer, the greater the layer thickness of the anodization layer. It designates the period of time after which a certain proportion of the pores are completely compressed for the first time, ie closed to an environment.
  • the proportion is for example at least 90%, at least 95%, at least 99% or 100%.
  • the duration n of the total compression period may be considered
  • the component or at least the anodization layer is treated only over the specified part of the total compression period, ie in the case of hot compression, for example by immersion in demineralized water, which has a temperature greater than 60 ° C.
  • the coating material particles in particular polymer particles, for example silicon dioxide particles having a particle size of at most 30 nm, in particular at most 20 nm, preferably at most 10 nm, particularly preferably at most 6 nm or 4nm at the most.
  • the particles are formed, for example, as explained above, by the reactions taking place in the dispersion or in the sol, namely the hydrolysis and the condensation. If a silicon alkoxide is used as the precursor, the particles are present as polysilicate particles, in particular silicon dioxide particles. Additionally or alternatively, the particles can of course be added to produce the dispersion, in particular additionally added.
  • the particle size is defined, for example, as an extent in the direction of the greatest extent of the particles or alternatively as a particle diameter in the case of round or spherical particles.
  • the particle size may alternatively be understood as mean particle diameter.
  • all particles of the coating material ie all particles contained in the dispersion, have the stated particle sizes. Alternatively, however, this may also be provided for only a part of the coating material, so that particles with the specified particle size can be used. However, for example, larger particles may be present.
  • the particle size is understood as mean particle size or mean particle diameter of all particles contained in the dispersion. This average particle size should meet the conditions mentioned.
  • the particles are limited in size by the values given above, for example, they have a particle size of at least 2 nm, preferably at least 4 nm. In a particularly preferred embodiment, all particles of the coating material have particle sizes between 4 nm and 6 nm.
  • the dispersion is prepared by mixing a plurality of starting dispersions with particles having different particle sizes. Depending on the precursor and the concentration, different particle sizes are established in different dispersions. These dispersions are referred to as starting dispersions.
  • the dispersion used to prepare the sol-gel coating should now be prepared by mixing several of these starting dispersions. be prepared so that in the dispersion particles with different particle sizes.
  • both “small” and “large” particles may be present in the dispersion, with the “small” particles having, for example, particle sizes of 2 nm to 10 nm, preferably from 4 nm to 6 nm, and the “large” particle particle sizes of 10nm to 30nm, for example from 15nm to 20nm.
  • the starting dispersions are mixed together to form the dispersion in a certain mixing ratio.
  • provision may be made for the voltage gradient, in particular the voltage gradient at the beginning of the anodization period, to be determined as a function of the particle size, the voltage gradient being selected smaller for smaller particle sizes. It has already been stated above that the pores formed by the anodization have smaller dimensions at lower voltages than at larger voltages.
  • the dispersion is a fluorosilane and / or a Fluorsilanzurung with a certain volume fraction, preferably at most 10% by volume, at most 7.5% by volume, at most 5% by volume, at most 4% by volume, at most 3 vol -%, not more than 2% by volume, not more than 1% by volume or not more than 0,5% by volume, is added as an additive. Also higher volume fractions, for example of at most 25% by volume, at most 20% by volume, at most 15% by volume, may be provided. Fluorine-containing substances are hydrophobic.
  • the fluorosilane preparation or a fluorosilane after curing is applied to the sol-gel coating in the form of a topcoat in order to achieve this property.
  • this is disadvantageous because the fluorosilane or the preparation is removed over time from the surface, for example by abrasion, and may also be harmful to health under certain circumstances.
  • These disadvantages are avoided by incorporating the fluorosilane or fluorosilane preparation in the dispersion.
  • the fluorosilane or the preparation is added directly to the dispersion, so that it is present directly after curing in the sol-gel coating. Also in this way the hydrophobic effect can be achieved.
  • the disadvantage is that the fluorosilane or the preparation may adversely affect the bonding of the sol-gel coating to the surface. This is also due to its hydrophobic
  • experiments have surprisingly shown that the use of particles having a small particle size as described above can reduce this negative effect of the fluorosilane or of the preparation.
  • the particles displace the fluorosilane or the preparation of the anodized surface, so that it is no longer present in an adjacent to the anodization layer boundary layer of the sol-gel coating below. Rather, it is shifted in the direction of the environment.
  • This also causes a very advantageous increase in the concentration of the fluorosilane or the preparation on the side facing the environment of the sol-gel coating, whereby the hydrophobic effect is still improved there.
  • the addition of the fluorosilane or the preparation thus provides a very easy-to-clean surface, without having to accept disadvantages in the connection of the sol-gel coating to the surface. This is the case in particular when small particle sizes according to the above statements, in particular particle sizes of at most 10 nm, at most 8 nm, at most 6 nm or at most 4 nm are used.
  • the fluorosilane preparation may be a fluoroalkyl silane,
  • a fluoroalkyl-functional silane in particular 3,3,4,4,5,5,6,6,7, 7,8,8,8-tridecafluorooctyltriethoxysilane containing. This is available, for example, from Evonik under the name "Dynasylan® F 8261.”
  • the fluorosilane preparation may contain at least one solvent, for example isopropanol and / or water.
  • the invention also relates to a component made of aluminum or an aluminum alloy, in particular a motor vehicle component, having a sol-gel coating applied to a surface of the component, produced by the method according to the preceding statements.
  • a component made of aluminum or an aluminum alloy in particular a motor vehicle component, having a sol-gel coating applied to a surface of the component, produced by the method according to the preceding statements.
  • the advantages of the process have already been discussed.
  • the component and the method can be developed according to the above statements, so that reference is made to this extent.
  • the invention relates, for example, to a component made of aluminum or an aluminum alloy, in particular a motor vehicle component, with a sol-gel coating applied to a surface of the component, preferably produced by the method according to the preceding embodiments, wherein an anodization layer formed by anodization is formed on the surface is present with a pore structure and the anodization is carried out by applying an electrical voltage over a certain Anodisierzeitraum to form the anodization at the surface.
  • the component is present, for example, as a motor vehicle component, in particular as an outboard motor vehicle component.
  • the component may represent a decorative automotive component.
  • the sol-gel coating is particularly preferably outboard, so is subjected to environmental conditions.
  • the pore structure is formed by continuously increasing the voltage applied for anodization at the beginning of the anodization period with a certain voltage gradient in the direction of a holding voltage maintained over the remainder of the anodization period, in particular to the holding voltage.
  • the voltage gradient is, for example, at most 0.5 V / s, although the above-mentioned voltage gradients can also be used.
  • the component is preferably produced by means of the method explained. The component and the method can be developed according to the above statements, so that reference is made to this extent.
  • the special implementation of the anodization results in a pore structure which has a very high pore density. It is suitably well suited to achieve an excellent bonding of the sol-gel coating.
  • the invention relates to a device for producing a sol-gel coating on a surface to be coated of a component made of aluminum or an aluminum alloy, in particular for carrying out the method according to the preceding embodiments, wherein the device is designed to carry out the following steps: Anodizing the surface by applying an electrical voltage for a given anodization period to form an anodization layer on the surface; and forming the sol-gel coating on the surface.
  • the device is furthermore designed to continuously adjust the voltage applied for anodization at the beginning of the a-nodalizing period with a specific voltage. gradient in the direction of a maintained over the remainder of the Anodisierzeitraums holding voltage, in particular to increase the holding voltage.
  • the voltage gradient is, for example, at most 0.5 V / s or selected according to the above statements.
  • the device described above is preferably designed for carrying out the method according to the invention.
  • the above statements, in particular the embodiments relating to the method can be used analogously for the device, which can be designed or developed accordingly for implementation.
  • each possible embodiment of the method can be assigned a corresponding configuration of the device.
  • Figures 1 to 7 are diagrams in which in each case the course of the voltage applied for anodizing voltage over time for various embodiments of the inventive method is plotted.
  • a profile of a voltage U over time t is plotted for at least part of an anodization period.
  • the voltage U is applied to anodize a surface of a member made of aluminum or an aluminum alloy during an anodization period of duration At E to form an anodization layer on the surface.
  • it is now planned to release the voltage continuously increase with a certain voltage gradient in the direction of a holding voltage UH ZU maintained over a remainder of the Anodisierzeitraums with the duration At H , in particular to increase to this.
  • the current flow is interrupted, ie the voltage U is set equal to zero.
  • the period from the beginning of the anodizing period, in which the voltage is preferably equal to zero, until the first reaching of the holding voltage U H may be referred to as a voltage build-up period.
  • This is composed of the successive periods with the durations At-i, At 2 and so on.
  • the buildup period is immediately followed by the remainder of the anodization period, which may also be referred to as the voltage hold period.
  • the duration of the voltage hold period is at least equal to or more than the duration of the buildup period.
  • the voltage hold period is at least twice, three times, four times, or five times as long as the build up period. In the exemplary embodiment illustrated in FIG.
  • the voltage build-up period only extends over the single period of duration At-i, during which the voltage is continuously increased with a constant voltage gradient up to the holding voltage UH. Subsequently, the voltage is constant over the voltage holding period.
  • two time periods are provided, namely with the durations At- 1 and At 2 , which form the voltage build-up period together.
  • the voltage build-up period is followed by the voltage build-up period.
  • the first period is shorter than the second period (Ati ⁇ At 2 ), while for the embodiments of Figures 4, 5 and 7 is reversed (At-i> At 2 ).
  • the voltage gradient in the first period is greater than in the second period. This is in turn reversed in the embodiments of Figures 4, 5 and 7.
  • the voltage build-up period extends in all embodiments, for example over a period of at least 15 seconds, at least 30 seconds, at least 45 seconds, at least 60 seconds, at least 120 seconds, at least 180 seconds, at least 240 seconds or (as shown in the figures) at least 300 seconds , However, it lasts at most 1200 seconds, at most 900 seconds, at most 600 seconds or at most 450 seconds.
  • the holding voltage is for example 10 volts to 20 volts, in particular 15 volts.
  • the anodization of the surface is preferably followed by partial compression of the anodization layer produced by the anodization at.
  • This partial compression takes place over a specific compression period, which forms part of a total compression period.
  • This total compaction period is determined as a function of the layer thickness of the anodization layer on the basis of suitable relationships.
  • the total compression period describes the period over which compression must be carried out in order to completely densify the anodization layer, ie the time until which time a majority, ie at least 90%, at least 95% or at least 99% of the pores of the Anodization completely closed for the first time against an environment of the component.
  • the partial compression takes place over a compression period of 30 seconds at a temperature of a fluid used for compression, for example demineralized water, of 70 ° C.
  • a fluid used for compression for example demineralized water
  • the compression times are 30 seconds, 80 seconds, 60 seconds, 180 seconds, 60 seconds and 200 seconds, respectively, while the temperatures are 65 ° C, 70 ° C, 98 ° C, 95 ° C, 90 ° ° C or 80 ° C.
  • a dispersion is applied to the surface or the anodization layer present thereon.
  • a coating material is colloidally dispersed, with particles, in particular silicon dioxide particles, having a specific particle size being used as the coating material.
  • the preferred particle size is for the embodiments of Figures 1 to 3, 6 and 7 10nm to 20nm and for the embodiments of Figures 4 and 5 4nm to 6nm.
  • the dispersion is subsequently applied to the application to Forming a gel film dried and cured the gel film to produce the sol-gel coating.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Sol-Gel- Beschichtung auf einer zu beschichtende Oberfläche eines Bauteils aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, mit den Schritten: Anodisieren der Oberfläche durch Anlegen einer elektrischen Spannung über einen bestimmten Anodisierzeitraum zum Ausbilden einer Anodisationsschicht an der Oberfläche; und Ausbilden der Sol-Gel-Beschichtung auf der Oberfläche. Dabei ist vorgesehen, dass die zum Anodisieren angelegte Spannung zu Beginn des Anodisierzeitraums kontinuierlich mit einem bestimmten Spannungsgradient in Richtung einer über den Rest des Anodisierzeitraums beibehaltenen Haltespannung, insbesondere bis auf die Haltespannung, erhöht wird. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Bauteil aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung.

Description

Verfahren zum Herstellen einer Sol-Gel-Beschichtung auf einer zu beschichtenden Oberfläche eines Bauteils sowie entsprechendes Bauteil
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Sol-Gel- Beschichtung auf einer zu beschichtenden Oberfläche eines Bauteils aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, mit den Schritten: Anodisieren der Oberfläche durch Anlegen einer elektrischen Spannung über einen bestimmten Anodisierzeitraum zum Ausbilden einer Anodisationsschicht an der Oberfläche; und Ausbilden der Sol-Gel- Beschichtung auf der Oberfläche. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Bauteil aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung. Sowohl das Anodisieren als auch das Aufbringen einer Sol-Gel- Beschichtung auf die Oberfläche eines aus Aluminium beziehungsweise einer Aluminiumlegierung bestehenden Bauteils zum Schutz der Oberfläche vor Umgebungseinflüssen sind grundsätzlich aus dem Stand der Technik bekannt. Mittels beiden Vorgehensweisen kann eine, insbesondere gegenüber Oxidation unempfindliche, aber dennoch reinigungsfreundliche und optisch ansehnliche Oberfläche erzielt werden. Die Schichthaftung der Sol-Gel-Beschichtung wird einerseits durch eine chemische und andererseits durch eine mechanische Bindung begründet. Die mechanische Anbindung wird durch die Struktur beziehungsweise Topographie der anodisierten Oberfläche beeinflusst.
Es nun Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen einer Sol-Gel-Beschichtung vorzuschlagen, welches den Vorteil aufweist, dass die Sol-Gel-Beschichtung besser auf der Oberfläche haftet. Zudem soll eine die Korrosionsbeständigkeit der Oberfläche weiter erhöht werden. Dies wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Dabei ist vorgesehen, dass die zum Anodisieren angelegte Spannung zu Beginn des Anodisierzeitraums kontinuierlich mit einem bestimmten Spannungsgradient in Richtung ei- ner über den Rest des Anodisierzeitraums beibehaltenen Haltespannung, insbesondere bis auf die Haltespannung, erhöht wird. Beispielsweise beträgt dabei der Spannungsgradient höchstens 0,5V/s. Mit Hilfe des Anodisierens wird das im Bereich der Oberfläche vorliegende Material gezielt oxidiert beziehungsweise derart umgewan- delt, dass eine oxidische Schicht vorliegt. Durch das Anodisieren bildet sich mithin an der Oberfläche eine Anodisationsschicht, insbesondere eine Oxidschicht, aus, welche tiefere Schichten des Bauteils vor Korrosion schützt. Die Anodisationsschicht kann auch als Schutzschicht bezeichnet werden. Zum Anodisieren wird das Bauteil wenigstens bereichsweise, insbesondere jedoch vollständig, in ein Bad aus einem Elektrolyt eingetaucht. Anschließend wird an das Bauteil über den bestimmten Ano- disierzeitraum hinweg eine elektrische Spannung angelegt, wobei bevorzugt das Bauteil als Anode und eine in dem den Elektrolyt auf- nehmenden Badbehälter angeordnete Elektrode als Kathode verwendet wird. Alternativ kann auch der Badbehälter selbst oder zumindest ein Bereich des Badbehälters als Kathode herangezogen werden. Das Anodisieren kann auch als anodisches Oxidieren bezeichnet werden. Bei herkömmlichen Verfahren wird nun die elektrische Spannung zu Beginn des Anodisierzeitraums auf die Haltespannung eingestellt, sodass ein plötzlicher Spannungssprung vorliegt oder die Spannung zumindest innerhalb eines sehr kurzen Zeitraums auf die Haltespan- nung eingestellt wird. Erfindungsgemäß soll dagegen die angelegte Spannung bevorzugt kontinuierlich in Richtung der Haltespannung erhöht werden, insbesondere ausgehend von einer Spannung von 0V zu Beginn des Anodisierzeitraums. Dies erfolgt besonders bevor- zugt mit dem bestimmten Spannungsgradient, welcher beispielsweise konstant ist. Der Spannungsgradient ist insbesondere zu jedem Zeitpunkt endlich, es liegt also kein Spannungssprung wie bei aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren vor. Es kann entweder vorgesehen sein, die Spannung zunächst lediglich in Richtung der Haltespannung zu erhöhen oder mit dem bestimmten Spannungsgradient bis auf die Haltespannung zu vergrößern. Der Spannungsgradient beträgt beispielsweise höchstens 20V/s, höchstens 10V/s, höchstens 7,5V/s, höchstens 5V/s, höchstens 3V/s oder höchstens 2V/s, bevorzugt jedoch höchstens 1V/s, höchstens 0,5V/s, höchs- tens 0,25V/s, höchstens 0,1 V/s, höchstens 0,075V/s, höchstens 0,05V/s, höchstens 0,025V/s oder höchstens 0,01 V/s.
Die Haltespannung ist dabei diejenige Spannung, welche über den Rest des Anodisierzeitraums beibehalten wird. Dieser Rest des Anodisierzeitraums weist eine Dauer von länger als null Sekunden auf. Beispielsweise ist der Rest des Anodisierzeitraums - der auch als Spannungshaltezeitraum bezeichnet werden kann - mindestens so lang wie der Zeitraum von dem Beginn des Anodisierzeitraums bis zu einem erstmaligen Erreichen der Haltespannung. Der letztere Zeitraum kann auch als Spannungsaufbauzeitraum bezeichnet wer- den. Der Anodisierzeitraum setzt sich also insgesamt aus zwei Bereichen, nämlich dem Spannungsaufbauzeitraum und dem Spannungshaltezeitraum zusammen. Bevorzugt beträgt die Dauer des Spannungshaltezeitraums ein Mehrfaches der Dauer des Spannungsaufbauzeitraums, ist also beispielsweise mindestens doppelt, mindestens dreimal, mindestens viermal oder mindestens fünfmal so lang. Der Spannungsgradient wird beispielsweise über den Spannungsaufbauzeitraum gemittelt. Er muss über den Spannungsaufbauzeitraum hinweg nicht konstant sein. Genau dies kann jedoch vorgesehen sein. Bevorzugt ist der Spannungsgradient jedoch, wie bereits erläutert, zu jedem Zeitpunkt endlich; der Verlauf der elektrischen Spannung über der Zeit also stetig.
Unter der zum Anodisieren angelegten Spannung wird bevorzugt eine Sollspannung verstanden, welche an einer zum Anodisieren verwendeten Anodisiereinrichtung eingestellt wird. Eine tatsächlich vorliegende Istspannung kann nun entweder der Sollspannung entsprechen oder dieser zeitverzögert hinterherlaufen. Bevorzugt entspricht also die Istspannung ständig der Sollspannung; sie kann jedoch zeitweise zumindest geringfügig von dieser abweichen. Alterna- tiv kann die angelegte Spannung jedoch auch als die tatsächlich vorliegende Istspannung angesehen werden. Während des Eloxierens wird zum Beispiel die Spannung vorgegeben, worauf sich die Stromstärke entsprechend einstellt. Die Stromstärke läuft der Spannung in diesem Fall also hinterher. Das Verändern, insbesondere das Erhöhen der Spannung zu Beginn des Anodisierzeitraums kann als „Auframpen" der Spannung bezeichnet werden. Dieses Auframpen wird während des Spannungsaufbauzeitraums durchgeführt, nach welchem die Haltespannung erreicht ist und anschließend während des Spannungshaltezeit- raums beibehalten wird. Der Spannungsaufbauzeitraum weist beispielsweise eine Dauer von wenigstens einer Sekunde, wenigstens zwei Sekunden, wenigstens drei Sekunden, wenigstens vier Sekunden, wenigstens fünf Sekunden, wenigstens 7,5 Sekunden oder we- nigstens 10 Sekunden, bevorzugt jedoch wenigstens 15 Sekunden, wenigstens 30 Sekunden, wenigstens 45 Sekunden, wenigstens 60 Sekunden, wenigstens 120 Sekunden, wenigstens 180 Sekunden, wenigstens 240 Sekunden, wenigstens 300 Sekunden, wenigstens 450 Sekunden oder wenigstens 600 Sekunden, auf.
Je geringer die zum Anodisieren der Oberfläche angelegte elektrische Spannung ist, umso kleiner sind die zu Beginn des Anodisier- zeitraums ausgebildeten Zellen. Folglich entstehen bei geringerer Spannung mehr Zellen je Flächeneinheit der Oberfläche und ent- sprechend auch eine größere Anzahl Poren. Diese vergrößerte Porenanzahl begünstigt die mechanische Anbindung der Sol-Gel- Beschichtung an die anodisierte Oberfläche. Durch eine Variation der zum Anodisieren der Oberfläche verwendeten Parameter, insbesondere also der Spannung, werden mithin topographisch unter- schiedliche Anodisationsschichten an der Oberfläche ausgebildet. Zusätzlich oder alternativ kann als Parameter die Stromdichte gewählt werden. Auch diese kann also gemäß einer alternativen Ausführung des Verfahrens während des bestimmten Zeitraums, welcher eine gewisse Länge aufweist, in Richtung einer Haltestromdich- te beziehungsweise bis auf die Haltestromdichte erhöht werden.
Bevorzugt ist es vorgesehen, die Oberfläche des Bauteils vor dem Anodisieren mechanisch zu bearbeiten und/oder zu reinigen beziehungsweise zu entfetten. Das mechanische Bearbeiten kann beispielsweise in Form von Polieren, Schleifen und/oder Bürsten vorge- sehen sein. Zum Reinigen beziehungsweise Entfetten kann insbesondere Beizen oder ein chemisches Reinigen vorgesehen sein. Bevorzugt erfolgt das Bearbeiten und/oder Reinigen unmittelbar vor dem Anodisieren. Beispielsweise umfasst das Ausbilden der Sol-Gel-Beschichtung auf der Oberfläche die folgenden Schritte: Aufbringen einer Dispersion auf die Oberfläche, wobei in der Dispersion ein Beschichtungsmatenal kolloidal dispergiert vorliegt; Trocknen der Dispersion zum Aus- bilden eines Gelfilms auf der Oberfläche; und Aushärten des Gelfilms zum Ausbilden der Sol-Gel-Beschichtung. Das Aufbringen der Dispersion auf die Oberfläche erfolgt beispielsweise unmittelbar nach dem Anodisieren. In der Dispersion liegt ein Beschichtungsmatenal als Kolloid vor. Das Beschichtungsmaterial wird beispielsweise durch Hydrolyse und Kondensation aus wenigstens einem Präkursor beziehungsweise einer Vorläuferverbindung der Dispersion ausgebildet. Die Hydrolyse und die Kondensation laufen dabei beispielsweise teilweise gleichzeitig und konkurrierend ab. Alternativ oder zusätzlich kann das Beschichtungsmaterial auch zum Herstellen der Dispersion zugegeben werden.
Die Dispersion kann als kolloidale Lösung hergestellt sein. In dieser liegt vorzugsweise nicht nur das Beschichtungsmaterial vor, insbesondere in Form von Partikeln, sondern zudem ein die Partikel zumindest teilweise vernetzendes Polymernetzwerk. Dieses Polymer- netzwerk wird zum Beispiel von Silanen gebildet.
Als Präkursor für die Dispersion können beispielsweise Alkoholate von Metallen beziehungsweise Nichtmetallen verwendet werden. Insbesondere kommt ein Silizium-Präkursor zum Einsatz, beispielsweise Tetramethylorthosilikat (TMOS), Tetraethylorthosilikat (TEOS) oder Tetraisopropylorthosilikat (TPOT). Alternativ oder zusätzlich können jedoch auch Alkoholate von anderen Metallen, Übergangsmetallen oder Nichtmetallen eingesetzt werden, beispielsweise Alkoholate von Aluminium oder Titan. Neben dem Alkoholat weist die Dispersion ein Lösungsmittel auf, beispielsweise Ethanol und/oder Wasser. Als weiterer Bestandteil kann ein Katalysator, insbesondere ein saurer oder basischer Katalysator, vorgesehen sein. Als saurer Katalysator wird beispielsweise Chlorwasserstoff beziehungsweise Salzsäure eingesetzt. Zusätzlich oder alternativ können auch Salpetersäure, Essigsäure oder Schwefelsäure oder eine Mischung aus den genannten Säuren verwendet werden. Als basischer Katalysator wird beispielsweise Natriumhydroxid beziehungsweise Natronlauge eingesetzt. Die Hydrolyse kann beispielsweise durch die Reaktionsgleichung
M(OR)n + H2O -> M(OR)n-iOH + ROH beschrieben werden, während die Kondensation durch
(RO)mM - OH + HO - M(OR)m -> (RO)mM - O - M(OR)m + H2O angegeben wird. Hierbei ist M ein Metall beziehungsweise Halbme- tall, beispielsweise Silizium.
Die Dispersion liegt in Form eines Sols vor. Je nach verwendetem Lösungsmittel kann zwischen einem alkoholischen Sol (als Lösungsmittel kommt Ethanol zum Einsatz) und einem Hydrosol (es wird Wasser als Lösungsmittel verwendet) unterschieden werden. In der Dispersion beziehungsweise in dem Sol wird durch die ablaufenden Reaktionen, insbesondere also die Hydrolyse und die Kondensation, das Beschichtungsmaterial ausgebildet, welches nachfolgend kolloidal, das heißt in Form von Kolloiden, vorliegt. Nach dem Aufbringen der Dispersion wird diese getrocknet, sodass sich ein Gelfilm, insbesondere Xerogelfilm, auf der Oberfläche ausbildet. Unter dem Trocknen ist dabei ein zumindest teilweises, insbesondere vollständiges, Ausbringen beziehungsweise Entfernen des verwendeten Lösungsmittels aus der Dispersion zu verstehen. In Abhängigkeit von dem zum Aufbringen verwendeten Verfahren kann sich bereits durch das Aufbringen ein Trocknen der Dispersion ergeben, weil die Schichtdicke der Dispersion üblicherweise, zumindest bei geringer Viskosität der Dispersion, im Vergleich zu der Erstre- ckung beziehungsweise Größe der Oberfläche gering ist. Entsprechend kann das Lösungsmittel auch bei normalen Umgebungsbedingungen rasch verdunsten.
Das Trocknen der Dispersion wird beispielsweise unmittelbar nach dem Aufbringen der Dispersion eingeleitet beziehungsweise ergibt sich automatisch. Bei dem Trocknen der Dispersion entsteht der Gelfilm auf der Oberfläche beziehungsweise der Anodisationsschicht, in welchem ein loses Netzwerk aus dem Beschichtungsmaterial vorliegt. Das Netzwerk kann dabei noch nicht vollständig verknüpft sein und eine entsprechend hohe Porosität von beispielsweise mindes- tens 50% aufweisen. Das bedeutet insbesondere, dass bei zumindest einem Teil der Partikel des Beschichtungsmaterials keine An- bindung, beispielsweise über Sauerstoff, zu einem weiteren Partikel vorliegt.
Aus diesem Grund kann der Gelfilm zum endgültigen Ausbilden der Sol-Gel-Beschichtung ausgehärtet werden. Dieses Aushärten erfolgt üblicherweise bei einer hohen Temperatur von mindestens 100°C, mindestens 1 10°C, mindestens 120°C, mindestens 130°C, mindestens 140°C, mindestens 150°C, mindestens 200°C, mindestens 250°C, mindestens 300°C, mindestens 350°C oder mindestens 400°C. Durch dieses Aushärten wird der Gelfilm bevorzugt in eine massive Keramikschicht mit geringer Porosität, nämlich in die Sol- Gel-Beschichtung, überführt. Die genannten Temperaturen sind da- bei vorzugsweise als sogenannte„Peak Metal Temperature" (PMT) angegeben, welche bei dem Aushärten in dem Bauteil auftritt, also als Bauteilmaximaltemperatur.
Die resultierende Schichtdicke der Sol-Gel-Beschichtung soll beispielsweise 0,5 μηη bis 10 μητι, insbesondere 1 μηη bis 5 μητι, beson- ders bevorzugt 1 μηη bis 2 μητι, betragen. Vorzugsweise beträgt die Schichtdicke mindestens 1 μιτι, mindestens 2 μιτι, mindestens 5μηη oder mindestens 10 μιτι. Das Aufbringen der Dispersion erfolgt entsprechend mit einer Schichtdicke, mit welcher die gewünschte resultierende Schichtdicke erzielt wird. Auch das Trocknen und das Aus- härten werden mit Parametern durchgeführt, mit welchen die gewünschte Schichtdicke der Sol-Gel-Beschichtung erzielt werden kann. Besonders bevorzugt erfolgt das Aushärten des Gelfilms unmittelbar nach dem Trocknen der Dispersion, bei welchem der Gelfilm ausgebildet wird. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Spannung in zu Beginn des Anodisierzeitraums aufeinander folgenden Zeiträumen mit bestimmten Spannungsgradienten bis auf die Haltespannung erhöht wird, wobei die Spannungsgradienten für unmittelbar aufeinanderfolgende Zeiträume voneinander verschieden sind. Die genannten Zeiträume sind Teile des Spannungsaufbauzeitraums, der an dem Beginn des Anodisierzeitraums beginnt und bis zum erstmaligen Erreichen der Haltespannung durch die angelegte Spannung andauert. Die Haltespannung wird also nicht während eines einzigen Zeitraums erreicht, während welchen die Spannung kontinuierlich erhöht wird. Vielmehr sind mehrere derartige Zeiträume vorgesehen, wobei in jedem die Spannung mit einem jeweiligen, bestimmten Spannungs- gradient erhöht wird. Wie bereits vorstehend ausgeführt, ist der Spannungsgradient bevorzugt endlich und kann zudem zumindest während des jeweiligen Zeitraums konstant, alternativ aber auch variabel sein. Der Spannungsgradient ist insbesondere in letzterem Fall beispielsweise als mittlerer Spannungsgradient während des jeweiligen Zeitraums zu verstehen. Dennoch ist bevorzugt der Spannungsgradient zu jedem Zeitpunkt innerhalb des jeweiligen Zeitraums endlich, sodass der Verlauf der Spannung über der Zeit stetig ist. Zu Beginn des ersten Zeitraums, welcher am Anfang des Anodi- sierzeitraums liegt, ist die Spannung gleich Null. Am Ende des letz- ten der aufeinanderfolgenden Zeiträume entspricht sie der Haltespannung. Zusätzlich oder alternativ kann jedoch auch wenigstens ein Zeitraum mit konstanter oder sogar rückläufiger Spannung vorgesehen sein.
Die Zeiträume folgen bevorzugt unmittelbar aufeinander. Grundsätz- lieh ist dabei vorgesehen, dass die Spannungsgradienten für aufeinanderfolgende, insbesondere unmittelbar aufeinanderfolgende, Zeiträume voneinander verschieden sind. Der Spannungsgradient beträgt auch hier beispielsweise höchstens 20V/s, höchstens 10V/s, höchstens 7,5V/s, höchstens 5V/s, höchstens 3V/s oder höchstens 2V/s, vorzugsweise jedoch höchstens 1V/s, höchstens 0,5V/s, höchstens 0,25V/s, höchstens 0,1 V/s, höchstens 0,075V/s, höchstens 0,05V/s, höchstens 0,025V/s oder höchstens 0,01 V/s. Es kann vorgesehen sein, das der Spannungsgradient in einem ersten der Zeiträume kleiner als in einem unmittelbar folgenden zweiten der Zeiträume gewählt wird. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn der Spannungsgradient des jeweiligen der beiden Zeiträume konstant ist. Wie bereits vorstehend erläutert, kann durch eine zu Beginn des Anodisierzeitraums vorliegende niedrige beziehungsweise niedrigere Spannung erreicht werden, dass die durch das Anodisieren ausgebildeten Zellen beziehungsweise Poren geringere Abmessungen aufweisen als bei einer größeren Spannung. Liegt nun beispielsweise der erste der Zeiträume, welcher den kleineren Spannungsgradient aufweist, am Anfang des Anodisierzeitraums, so bildet sich auf der Oberfläche eine große Anzahl von Poren aus, weil die Spannung lediglich langsam ansteigt.
Auch durch das während des zweiten der Zeiträume schnellere An- steigen der Spannung wird die Anzahl der Poren nun nicht mehr reduziert, vielmehr wird lediglich die Geschwindigkeit des Wachstums der durch das Anodisieren ausgebildeten Anodisationsschicht erhöht. Es kann vorgesehen sein, dass das Erhöhen der Spannung auf die Haltespannung lediglich in dem ersten und dem zweiten der Zeiträume erfolgt, sodass also keine weiteren Zeiträume vorgesehen sind und in dem zweiten der Zeiträume die Spannung die Haltespannung erreicht.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Anodisationsschicht nach dem Anodisieren und vor dem Aufbringen der Dispersion bei einer bestimmten Verdichtungstemperatur verdichtet, insbesondere nur teilverdichtet, wird. Selbstverständlich kann es vorgesehen sein, dass die Dispersion unmittelbar nach dem Anodisieren auf die Oberfläche beziehungsweise die Anodisationsschicht aufgebracht wird. Vorteilhafterweise wird jedoch zunächst das Verdichten beziehungsweise Teilverdichten vorgenommen, um die Poren zumindest auf einer, einer Umgebung des Bauteils zugewandten Seite wenigstens teilweise zu verschließen beziehungsweise die Abmessungen ihrer der Umgebung zugewandten Öffnung zu verkleinern. Das Verdichten wird beispielsweise als Heißverdichten in vollentsalztem Wasser oder als Kaltverdichten durchgeführt.
Nach dem Verdichten liegen an der Anodisationsschicht aktive Hydroxylgruppen vor, welche durch das Verdichten erzeugt werden und eine chemische Anbindung der Sol-Gel-Beschichtung, insbesondere von in dieser enthaltenen Silanen, begünstigen. Aus diesem Grund ist das Verdichten grundsätzlich von Vorteil. Wird die Anodisationsschicht jedoch vollständig verdichtet, so kann es bei dem Trocknen der Dispersion beziehungsweise dem Aushärten des Gel- films zur Entstehung von Schichtrissen in der Anodisationsschicht kommen. Diese verringern den vorteilhaften visuellen Eindruck des mit der Sol-Gel-Beschichtung versehenen Bauteils. Aus diesem Grund wird die Anodisationsschicht bevorzugt lediglich teilverdichtet.
Dies kann beispielsweise derart erfolgen, dass in Abhängigkeit von der Schichtdicke der Anodisationsschicht ein Gesamtverdichtungs- zeitraum bestimmt wird, nach welchem erfahrungsgemäß ein vollständiges Verdichten vorliegt, und für das Teilverdichten das Verdichten lediglich über einen Teil des Gesamtverdichtungszeitraums, insbesondere höchstens 90%, höchstens 75%, höchstens 50%, höchstens 25% oder höchstens 10%, vorgenommen wird. Besonders vorteilhaft wird das Verdichten nur über höchstens 5%, höchstens 4%, höchstens 3%, höchstens 2%, höchstens 1 %, höchstens 0,5%, höchstens 0,25%, höchstens 0,1 %, höchstens 0,05% oder höchstens 0,01 % des Gesamtverdichtungszeitraums durchgeführt.
Der Gesamtverdichtungszeitraum wird üblicherweise umso länger gewählt, je größer die Schichtdicke der Anodisationsschicht ist. Er bezeichnet den Zeitraum, nach welchem erstmalig ein bestimmter Anteil der Poren vollständig verdichtet, also gegenüber einer Umgebung verschlossen ist. Der Anteil beträgt beispielsweise wenigstens 90%, wenigstens 95%, wenigstens 99% oder 100%.
Wird das Verdichten als Heißverdichten durchgeführt, also bei- spielsweise in Wasser, insbesondere vollentsalztem Wasser, mit einer Temperatur von mehr als 60°C, insbesondere einer Temperatur von mehr als 70°C, mehr als 80°C, mehr als 90°C oder mehr als 95°C, vorzugsweise von höchstens 100°C, so berechnet sich die Dauer tv des Gesamtverdichtungszeitraum beispielsweise gemäß der Beziehung tv=3 min/μηη · d, wobei d die Schichtdicke der Anodisationsschicht bezeichnet. Alternativ kann die Dauer n des Gesamtverdichtungszeitraums als
2,0 min/μηη · d < tv ^ 3,2 min/μηη · d angegeben werden. Wird das Verdichten als Kaltverdichten, beispielsweise bei Temperaturen zwischen 20°C und 40°C, vorgenommen, so beträgt die Dauer tv des Gesamtverdichtungszeitraums beispielsweise
0,8 min/μηη · d < tv ^ 1 ,2 min/μηη · d. Für das Teilverdichten wird das Bauteil oder zumindest die Anodisa- tionsschicht lediglich über den angegebenen Teil des Gesamtver- dichtungszeitraums behandelt, also im Falle des Heißverdichtens beispielsweise durch Eintauchen in vollentsalztes Wasser, welches eine Temperatur von größer als 60°C aufweist.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass als Beschichtungsmaterial oder als Teil des Be- schichtungsmaterials Partikel, insbesondere Polymerpartikel, beispielsweise Siliziumdioxidpartikel, mit einer Partikelgröße von höchs- tens 30nm, insbesondere höchstens 20nm, bevorzugt höchstens 10nm, besonders bevorzugt höchstens 6nm oder höchstens 4nm, verwendet werden. Die Partikel entstehen beispielsweise, wie vorstehend erläutert, durch die in der Dispersion beziehungsweise in dem Sol ablaufenden Reaktionen, nämlich der Hydrolyse und der Kondensation. Wird als Präkursor ein Siliziumalkoholat verwendet, so liegen die Partikel als Polysilikatpartikel, insbesondere Siliziumdioxidpartikel, vor. Zusätzlich oder alternativ können die Partikel selbstverständlich zum Herstellen der Dispersion zugegeben, insbesondere zusätzlich zugegeben, werden. Die Partikelgröße ist dabei beispielsweise als Ausdehnung in der Richtung der größten Erstreckung der Partikel definiert oder alternativ als Partikeldurchmesser im Falle von runden beziehungsweise kugelförmigen Partikeln. Die Partikelgröße kann alternativ als mittlerer Partikeldurchmesser verstanden werden. Beispielsweise weisen alle Partikel des Beschichtungsmaterials, also alle in der Dispersion enthaltenen Partikel die angegebenen Partikelgrößen auf. Alternativ kann dies jedoch auch für lediglich einen Teil des Beschichtungsmaterials vorgesehen sein, sodass Partikel mit den angegebenen Parti- kelgrößen, jedoch auch beispielsweise größere Partikel vorliegen können. In diesem Fall wird die Partikelgröße als mittlere Partikelgröße beziehungsweise mittlerer Partikeldurchmesser aller in der Dispersion enthaltener Partikel verstanden. Diese mittlere Partikel- große soll die genannten Bedingungen erfüllen.
Während die Partikel durch die vorstehend angegebenen Werte in ihrer Größe nach oben begrenzt sind, weisen sie beispielsweise eine Partikelgröße von wenigstens 2nm, bevorzugt wenigstens 4nm auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weisen alle Parti- kel des Beschichtungsmaterials Partikelgrößen zwischen 4nm und 6nm auf.
Es hat sich gezeigt, dass die hergestellten Dispersionen beziehungsweise Sole umso stabiler sind, je kleiner die Partikelgröße ist. Bei größeren Partikeln neigt die Dispersion dagegen zu Ausfällun- gen. Zudem nimmt die Korrosionsbeständigkeit der hergestellten Sol-Gel-Beschichtung mit sinkender Partikelgröße zu. Dies wird beispielsweise beim Durchführen eines Kesternichtests des Bauteils beziehungsweise der Oberfläche deutlich.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Dispersion durch Mischen mehrerer Ausgangsdispersionen mit verschiedene Partikelgrößen aufweisenden Partikeln hergestellt wird. In Abhängigkeit von dem Präkursor und der Konzentration stellen sich in unterschiedlichen Dispersionen unterschiedliche Partikelgrößen ein. Diese Dispersionen werden als Ausgangsdispersionen bezeichnet. Die zum Herstellen der Sol-Gel-Beschichtung verwendete Dispersion soll nun durch Mischen mehrerer dieser Ausgangsdis- persionen hergestellt werden, sodass in der Dispersion Partikel mit unterschiedlichen Partikelgrößen vorliegen.
Das bedeutet also, dass in der Dispersion sowohl„kleine" als auch „große" Partikel vorliegen können, wobei die„kleinen" Partikel bei- spielsweise Partikelgrößen von 2nm bis 10nm, bevorzugt von 4nm bis 6nm, und die „großen" Partikel Partikelgrößen von 10nm bis 30nm, beispielsweise von 15nm bis 20nm, aufweisen. Die Ausgangsdispersionen werden zum Herstellen der Dispersion in einem bestimmten Mischungsverhältnis miteinander vermischt. Weiterhin kann es vorgesehen sein, dass der Spannungsgradient, insbesondere der Spannungsgradient zu Beginn des Anodisierzeitraums, in Abhängigkeit von der Partikelgröße bestimmt wird, wobei der Spannungsgradient für kleinere Partikelgrößen kleiner gewählt wird. Vorstehend wurde bereits ausgeführt, dass die durch das Anodisieren ausgebildeten Poren bei geringeren Spannungen kleinere Abmessungen aufweisen als bei größeren Spannungen. Dies gilt analog für einen kleineren Spannungsgradient, welcher ab Beginn des Anodisierzeitraums vorliegt, weil die Spannung vergleichsweise langsam ansteigt. Je kleiner die Partikelgrößen der in der Dispersion enthaltenen Partikel sind, umso kleiner sollen auch die Poren sein, um die Anbindung der Sol-Gel-Beschichtung zu verbessern, weil sich kleinere Partikel bevorzugt unmittelbar benachbart zu der anodisierten Oberfläche ansammeln und somit die Anbindung der Sol-Gel-Beschichtung an die Oberfläche verschlechtern. Dieser Effekt wird durch die kleineren Poren, die durch die niedrigere Spannung beziehungsweise den langsameren Spannungsanstieg erzielt werden, zumindest teilweise ausgeglichen. Insgesamt wird daher durch die kleineren Partikelgrößen die Korrosionsbeständigkeit des Bauteils verbessert, ohne dass dadurch jedoch eine verschlechterte Anbindung der Sol-Gel- Beschichtung an die Oberfläche in Kauf genommen werden muss. Schließlich kann vorgesehen sein, dass der Dispersion ein Fluorsilan und/oder eine Fluorsilanzubereitung mit einem bestimmten Volumenanteil, bevorzugt höchstens 10 Vol-%, höchstens 7,5 Vol-%, höchstens 5 Vol-%, höchstens 4 Vol-%, höchstens 3 Vol-%, höchstens 2 Vol-%, höchstens 1 Vol-% oder höchstens 0,5 Vol-%, als Ad- ditiv beigemengt wird. Auch höhere Volumenanteile, beispielsweise von höchstens 25 Vol-%, höchstens 20 Vol-%, höchstens 15 Vol-%, können vorgesehen sein. Fluorhaltige Substanzen wirken hydrophob. Bei bekannten Verfahren wird die Fluorsilanzubereitung beziehungsweise ein Fluorsilan nach dem Aushärten auf die Sol-Gel- Beschichtung in Form eines Top-Coats aufgetragen, um diese Eigenschaft zu erzielen. Dies ist jedoch von Nachteil, weil das Fluorsilan beziehungsweise die Zubereitung mit der Zeit von der Oberfläche abgetragen wird, beispielsweise durch Abrasion, und zudem unter Umständen gesundheitsschädigend wirken kann. Diese Nachteile werden durch das Beimengen des Fluorsilans beziehungsweise der Fluorsilanzubereitung in die Dispersion vermieden.
Aus diesem Grund wird das Fluorsilan beziehungsweise die Zubereitung unmittelbar der Dispersion zugegeben, sodass es auch nach dem Aushärten direkt in der Sol-Gel-Beschichtung vorliegt. Auch auf diese Weise kann die hydrophobe Wirkung erzielt werden. Nachteilig ist jedoch, dass sich das Fluorsilan beziehungsweise die Zubereitung negativ auf die Anbindung der Sol-Gel-Beschichtung an die Oberfläche auswirken kann. Dies ist ebenfalls durch seine hydrophobe be- ziehungsweise„abstoßende" Wirkung bedingt. Versuche haben nun jedoch überraschend gezeigt, dass durch die Verwendung von Partikeln mit einer geringen Partikelgröße gemäß den vorstehenden Ausführungen dieser negative Effekt des Fluorsilans beziehungsweise der Zubereitung reduziert werden kann.
Scheinbar verdrängen die Partikel das Fluorsilan beziehungsweise die Zubereitung von der anodisierten Oberfläche, sodass es nachfolgend nicht mehr in einer an die Anodisationsschicht grenzenden Grenzschicht der Sol-Gel-Beschichtung vorliegt. Vielmehr wird es in Richtung der Umgebung verlagert. Dies bewirkt zudem eine äußerst vorteilhafte Erhöhung der Konzentration des Fluorsilans beziehungsweise der Zubereitung auf der der Umgebung zugewandten Seite der Sol-Gel-Beschichtung, wodurch die hydrophobe Wirkung dort noch verbessert wird. Insgesamt wird durch die Zugabe des Fluorsilans beziehungsweise der Zubereitung somit eine sehr reinigungsfreundliche Oberfläche geschaffen, ohne dass Nachteile bei der Anbindung der Sol-Gel- Beschichtung an die Oberfläche in Kauf genommen werden müssen. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn geringe Partikelgrößen gemäß den vorstehenden Ausführungen, insbesondere Partikelgrößen von höchstens 10nm, höchstens 8nm, höchstens 6nm oder höchstens 4nm verwendet werden.
Besonders vorteilhaft wird ein Volumenanteil des Fluorsilans beziehungsweise der Zubereitung von 1 Vol-% bis 5 Vol-%, insbesondere von 1 ,25 Vol-% bis 2,75 Vol-%, von 1 ,5 Vol-% bis 2,5 Vol-% oder von 1 ,75 Vol-% bis 2,25 Vol-%, bevorzugt von 2 Vol-%, der Dispersion beigemengt. Die Fluorsilanzubereitung kann ein Fluoralkylsilan, also ein fluoralkylfunktionelles Silan, insbesondere 3,3,4,4,5,5,6,6,7, 7,8,8,8-tridecafluorooctyltriethoxysilan, enthalten. Dieses ist beispielsweise unter der Bezeichnung„Dynasylan® F 8261 " von Evonik erhältlich. Neben dem Silan kann die Fluorsilanzubereitung zumin- dest ein Lösungsmittel, beispielsweise Isopropanol und/oder Wasser, aufweisen.
Die Erfindung betrifft zudem ein Bauteil aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, insbesondere ein Kraftfahrzeugbauteil, mit einer auf einer Oberfläche des Bauteils aufgebrachten Sol-Gel- Beschichtung, hergestellt nach dem Verfahren gemäß den vorstehenden Ausführungen. Auf die Vorteile des Verfahrens wurde bereits eingegangen. Das Bauteil und das Verfahren können gemäß den vorstehenden Ausführungen weitergebildet sein, sodass insoweit auf diese verwiesen wird. Die Erfindung betrifft insoweit beispielsweise ein Bauteil aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, insbesondere ein Kraftfahrzeugbauteil, mit einer auf einer Oberfläche des Bauteils aufgebrachten Sol-Gel-Beschichtung, bevorzugt hergestellt nach dem Verfahren gemäß den vorstehenden Ausführungen, wobei an der Oberfläche eine durch Anodisieren ausgebildete Anodisationsschicht mit einer Porenstruktur vorliegt und das Anodisieren durch Anlegen einer elektrischen Spannung über einen bestimmten Anodisierzeitraum zum Ausbilden der Anodisationsschicht an der Oberfläche erfolgt. Das Bauteil liegt beispielsweise als Kraftfahrzeugbauteil, insbeson- dere als außenliegendes Kraftfahrzeugbauteil vor. Insoweit kann das Bauteil ein dekoratives Kraftfahrzeugbauteil darstellen. Die Sol-Gel- Beschichtung ist besonders bevorzugt außenliegend, ist also mit Umgebungsbedingungen beaufschlagt. Es ist bevorzugt vorgesehen, dass die Porenstruktur ausgebildet ist, indem die zum Anodisieren angelegte Spannung zu Beginn des Anodisierzeitraums kontinuierlich mit einem bestimmten Spannungsgradient in Richtung einer über den Rest des Anodisierzeitraums beibehaltenen Haltespannung, insbesondere bis auf die Haltespannung, erhöht wird. Der Spannungsgradient beträgt dabei beispielsweise höchstens 0,5V/s, auch die vorstehend genannten Spannungsgradienten können jedoch herangezogen werden. Das Bauteil wird bevorzugt mittels des erläuterten Verfahrens hergestellt. Das Bauteil und das Verfahren können gemäß den vorstehenden Ausführungen weitergebildet sein, sodass insoweit auf diese verwiesen wird.
Durch die spezielle Durchführung des Anodisierens ergibt sich eine Porenstruktur, die eine sehr hohe Porendichte aufweist. Sie ist ent- sprechend gut dazu geeignet, eine hervorragende Anbindung der Sol-Gel-Beschichtung zu erzielen.
Die Erfindung betrifft schließlich eine Einrichtung zur Herstellung einer Sol-Gel-Beschichtung auf einer zu beschichtende Oberfläche eines Bauteils aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, insbe- sondere zur Durchführung des Verfahrens gemäß den vorstehenden Ausführungen, wobei die Einrichtung dazu ausgebildet ist die folgenden Schritte durchzuführen: Anodisieren der Oberfläche durch Anlegen einer elektrischen Spannung über einen bestimmten Anodisier- zeitraum zum Ausbilden einer Anodisationsschicht an der Oberflä- che; und Ausbilden der Sol-Gel-Beschichtung auf der Oberfläche. Dabei ist vorgesehen, dass die Einrichtung weiterhin dazu ausgebildet ist, die zum Anodisieren angelegte Spannung zu Beginn des A- nodisierzeitraums kontinuierlich mit einem bestimmten Spannungs- gradient in Richtung einer über den Rest des Anodisierzeitraums beibehaltenen Haltespannung, insbesondere bis auf die Haltespannung, zu erhöhen. Der Spannungsgradient beträgt dabei beispielsweise höchstens 0,5V/s oder ist gemäß den vorstehenden Ausfüh- rungen gewählt.
Die vorstehend beschriebene Einrichtung ist vorzugsweise zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet. Entsprechend können die vorstehenden Ausführungen, insbesondere die das Verfahren betreffenden Ausführungen, analog für die Ein- richtung herangezogen werden, welche zur Durchführung entsprechend ausgebildet oder weitergebildet sein kann. Dabei kann jeder möglichen Ausführungsform des Verfahrens eine entsprechende Ausgestaltung der Einrichtung zugeordnet werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung darge- stellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dass eine Beschränkung der Erfindung erfolgt. Dabei zeigen die
Figuren 1 bis 7 Diagramme, in welchen jeweils der Verlauf der zum Anodisieren angelegten Spannung über der Zeit für verschiedene Ausführungsformen des er- findungsgemäßen Verfahrens aufgetragen ist.
In jeder der Figuren 1 bis 7 ist ein Verlauf einer Spannung U über der Zeit t für zumindest einen Teil eines Anodisierzeitraums aufgetragen. Die Spannung U wird zum Anodisieren einer Oberfläche eines aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bestehenden Bauteils während eines Anodisierzeitraums mit der Dauer AtE angelegt, um eine Anodisationsschicht an der Oberfläche auszubilden. Zu Beginn des Anodisierzeitraums ist es nun vorgesehen, die Spannung kontinuierlich mit einem bestimmten Spannungsgradient in Richtung einer über einen Rest des Anodisierzeitraums mit der Dauer AtH beibehaltenen Haltespannung UH ZU erhöhen, insbesondere bis auf diese zu erhöhen. Am Ende des Anodisierzeitraums, wird der Strom- fluss unterbrochen, die Spannung U also gleich Null eingestellt.
Dabei kann es nun vorgesehen sein, dass zu Beginn des Anodisierzeitraums mehrere aufeinanderfolgende Zeiträume mit den Dauern At-i , At2 und so weiter vorgesehen sind, in welchen die Spannung U einem bestimmten Verlauf folgt, also beispielsweise mit einem be- stimmten Spannungsgradienten in Richtung der Haltespannung UH beziehungsweise bis auf die Haltespannung UH erhöht wird. Ebenso kann es selbstverständlich vorgesehen sein, dass die Spannung in wenigstens einem der Zeiträume konstant oder sogar rückläufig ist.
Der Zeitraum von dem Beginn des Anodisierzeitraums, bei welchem die Spannung bevorzugt gleich Null ist, bis zum erstmaligen Erreichen der Haltespannung UH, kann als Spannungsaufbauzeitraum bezeichnet werden. Dieser setzt sich aus den aufeinanderfolgenden Zeiträumen mit den Dauern At-i , At2 und so weiter zusammen. An den Spannungsaufbauzeitraum schließt sich unmittelbar der Rest des Anodisierzeitraums an, der auch als Spannungshaltezeitraum bezeichnet werden kann. Die Dauer des Spannungshaltezeitraums entspricht beispielsweise mindestens der Dauer des Spannungsaufbauzeitraums oder stellt sogar ein Mehrfaches von dieser dar. Beispielsweise ist der Spannungshaltezeitraum wenigstens doppelt, dreimal, viermal oder fünfmal solang wie der Spannungsaufbauzeitraum. In dem in der Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel erstreckt sich der Spannungsaufbauzeitraum lediglich über den einzigen Zeitraum mit der Dauer At-i, während welchem die Spannung mit einem konstanten Spannungsgradient kontinuierlich bis auf die Haltespan- nung UH erhöht wird. Nachfolgend ist die Spannung über den Span- nungshaltezeitraum konstant. In den Ausführungsbeispielen der Figuren 2 bis 7 sind jeweils zwei Zeiträume, nämlich mit den Dauern At-ι und At2 vorgesehen, welche den Spannungsaufbauzeitraum gemeinsam ausbilden. Auch hier schließt sich an den Spannungsauf- bauzeitraum der Spannungshaltezeitraum an.
Für die Ausführungsbeispiele der Figuren 2 und 6 ist der erste Zeitraum kürzer als der zweite Zeitraum (Ati < At2), während dies für die Ausführungsbeispiele der Figuren 4, 5 und 7 umgekehrt ist (At-i > At2). Für die Ausführungsbeispiele der Figuren 2, 3 und 6 ist der Spannungsgradient in dem ersten Zeitraum größer als in dem zweiten Zeitraum. Dies ist wiederum in den Ausführungsbeispielen der Figuren 4, 5 und 7 umgekehrt. Der Spannungsaufbauzeitraum erstreckt sich in allen Ausführungsbeispielen beispielsweise über einen Zeitraum von mindestens 15 Sekunden, mindestens 30 Sekunden, mindestens 45 Sekunden, mindestens 60 Sekunden, mindestens 120 Sekunden, mindestens 180 Sekunden, mindestens 240 Sekunden oder (wie in den Figuren dargestellt) mindestens 300 Sekunden. Er dauert jedoch höchstens 1200 Sekunden, höchstens 900 Sekunden, höchstens 600 Sekunden oder höchstens 450 Sekunden. Die Haltespannung beträgt beispielsweise 10 Volt bis 20 Volt, insbesondere 15 Volt.
An das Anodisieren der Oberfläche schließt sich bevorzugt ein Teilverdichten der durch das Anodisieren erzeugten Anodisationsschicht an. Dieses Teilverdichten erfolgt über einen bestimmten Verdichtungszeitraum, welcher einen Teil eines Gesamtverdichtungszeit- raums darstellt. Dieser Gesamtverdichtungszeitraum wird in Abhängigkeit der Schichtdicke der Anodisationsschicht anhand von dazu geeigneten Beziehungen bestimmt. Der Gesamtverdichtungszeitraum beschreibt dabei den Zeitraum, über welchen ein Verdichten durchgeführt werden muss, um die Anodisationsschicht vollständig zu verdichten, also die Zeitdauer bis zu demjenigen Zeitpunkt, bei welcher ein Großteil, also mindestens 90%, mindestens 95% oder mindestens 99% der Poren der Anodisationsschicht erstmalig vollständig gegenüber einer Umgebung des Bauteils verschlossen sind.
Für das Ausführungsbeispiel der Figur 1 erfolgt das Teilverdichten über einen Verdichtungszeitraum von 30 Sekunden bei einer Temperatur eines zum Verdichten verwendeten Fluids, beispielsweise voll- entsalztem Wasser, von 70°C. Für die Ausführungsbeispiele der Figuren 2 bis 7 betragen die Verdichtungszeiten jeweils 30 Sekunden, 80 Sekunden, 60 Sekunden, 180 Sekunden, 60 Sekunden beziehungsweise 200 Sekunden, während die Temperaturen 65°C, 70°C, 98°C, 95°C, 90°C beziehungsweise 80°C betragen. Nach dem Teilverdichten wird eine Dispersion auf die Oberfläche beziehungsweise die auf dieser vorliegende Anodisationsschicht aufgebracht. In der Dispersion liegt ein Beschichtungsmaterial kolloidal dispergiert vor, wobei als Beschichtungsmaterial Partikel, insbesondere Siliziumdioxidpartikel, mit einer bestimmten Partikelgröße verwendet werden. Die bevorzugte Partikelgröße beträgt für die Ausführungsbeispiele der Figuren 1 bis 3, 6 und 7 10nm bis 20nm und für die Ausführungsbeispiele der Figuren 4 und 5 4nm bis 6nm. Vorzugsweise wird die Dispersion anschließend an das Aufbringen zum Ausbilden eines Gelfilms getrocknet und der Gelfilm zum Herstellen der Sol-Gel-Beschichtung ausgehärtet.

Claims

Ansprüche
1 . Verfahren zum Herstellen einer Sol-Gel-Beschichtung auf einer zu beschichtende Oberfläche eines Bauteils aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, mit den Schritten: - Anodisieren der Oberfläche durch Anlegen einer elektrischen Spannung über einen bestimmten Anodisier- zeitraum zum Ausbilden einer Anodisationsschicht an der Oberfläche, und
- Ausbilden der Sol-Gel-Beschichtung auf der Oberfläche, dadurch gekennzeichnet, dass die zum Anodisieren angelegte Spannung zu Beginn des Anodisierzeitraums kontinuierlich mit einem bestimmten Spannungsgradient in Richtung einer über den Rest des Anodisierzeitraums beibehaltenen Haltespannung, insbesondere bis auf die Haltespannung, erhöht wird. 2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Ausbilden der Sol-Gel-Beschichtung die folgenden Schritte um- fasst:
- Aufbringen einer Dispersion auf die Oberfläche, wobei in der Dispersion ein Beschichtungsmaterial kolloidal disper- giert vorliegt,
- Trocknen der Dispersion zum Ausbilden eines Gelfilms auf der Oberfläche, und - Aushärten des Gelfilms zum Ausbilden der Sol-Gel- Beschichtung.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannung in zu Beginn des Anodi- sierzeitraums aufeinanderfolgenden Zeiträumen mit bestimmten Spannungsgradienten bis auf die Haltespannung erhöht wird, wobei die Spannungsgradienten für unmittelbar aufeinanderfolgende Zeiträume voneinander verschieden sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungsgradient in einem ersten der Zeiträume kleiner als in einem unmittelbar folgenden zweiten der Zeiträume gewählt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anodisationsschicht nach dem Anodi- sieren und vor dem Aufbringen der Dispersion bei einer bestimmten Verdichtungstemperatur verdichtet, insbesondere nur teilverdichtet, wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von der Schichtdicke der Anodisationsschicht ein Gesamtverdichtungszeitraum bestimmt wird, nach welchem ein vollständiges Verdichten vorliegt, und für das Teilverdichten das Verdichten lediglich über einen Teil des Gesamtverdichtungszeitraums, insbesondere höchstens 90%, höchstens 75%, höchstens 50%, höchstens 25% oder höchstens 10%, vorgenommen wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Beschichtungsmatehal oder als Teil des Beschichtungsmatehals Partikel, insbesondere Polysilikatpar- tikel, mit einer Partikelgröße von höchstens 30nm, insbesondere höchstens 20nm, bevorzugt höchstens 10nm, besonders bevorzugt höchstens 6nm, verwendet werden.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungsgradient, insbesondere der Spannungsgradient zu Beginn des Anodisierzeitraums, in Abhängigkeit von der Partikelgröße bestimmt wird, wobei der Spannungsgradient für kleinere Partikelgrößen kleiner gewählt wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Dispersion ein Fluorsilan und/oder ei- ne Fluorsilanzubereitung mit einem bestimmten Volumenanteil, bevorzugt höchstens 10 Vol-%, höchstens 7,5 Vol-%, höchstens 5 Vol-%, höchstens 4 Vol-%, höchstens 3 Vol-%, höchstens 2 Vol-%, höchstens 1 Vol-% oder höchstens 0,5 Vol-% als Additiv beigemengt wird. 10. Bauteil aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, insbesondere Kraftfahrzeugbauteil, mit einer auf einer Oberfläche des Bauteils aufgebrachten Sol-Gel-Beschichtung hergestellt nach dem Verfahren gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche.
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