EP2904132A1 - 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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EP2904132A1
EP2904132A1 EP13776454.4A EP13776454A EP2904132A1 EP 2904132 A1 EP2904132 A1 EP 2904132A1 EP 13776454 A EP13776454 A EP 13776454A EP 2904132 A1 EP2904132 A1 EP 2904132A1
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EP
European Patent Office
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voltage
sol
gel coating
component
period
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP13776454.4A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Hans Binder
Ottmar Binder
Markus KREITMEIER
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Sam Automotive GmbH
Hans und Ottmar Binder GbR
Original Assignee
Hans und Ottmar Binder GbR
Sueddeutsche Aluminium Manufaktur GmbH
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Filing date
Publication date
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Priority claimed from DE201220009726 external-priority patent/DE202012009726U1/de
Application filed by Hans und Ottmar Binder GbR, Sueddeutsche Aluminium Manufaktur GmbH filed Critical Hans und Ottmar Binder GbR
Priority to EP13776454.4A priority Critical patent/EP2904132A1/de
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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 anodization period to form an anodization layer on the surface; and forming the sol-gel coating on the surface.
  • the invention further relates to manufacturable components made of aluminum or an aluminum alloy.
  • the invention further relates to particularly easy to clean sol-gel coated components made of aluminum or an aluminum alloy.
  • the corrosion resistance and / or the ease of cleaning of the surface should be further increased.
  • the applied voltage for anodizing at the beginning of Anodisierzeitraums continuously with a certain Voltage gradient is increased in the direction of a maintained over the remainder of the Anodisierzeitraums holding voltage, in particular to the holding voltage is increased.
  • 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 specific anodization period, the component preferably being used as the anode and an electrode arranged in the bath container accommodating the electrolyte as the cathode.
  • the bath container itself or at least an area of the
  • 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 voltage jump to the holding voltage.
  • 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 done with the determined 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.
  • the voltage gradient is for example at most 20V / s, not more than 10V / s, not more than 7,5V / s, not more than 5 V / s, not more than 3V / s or not more than 2 V / s, but preferably not more than 1V / s, not more than 0,5V / s, not more than 0,25V / s, at most 0.1 V / s, at most 0.075 V / s, at most 0.05 V / s, at most 0.025 V / s or at most 0.01 V / 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 the 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 anodizing period is altogether composed of two areas, namely the voltage build-up period and the voltage holding period.
  • the duration of the voltage-holding period is preferably a multiple of the duration of the voltage build-up period, that is to say 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 anodizing 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 may also be considered as the actual actual voltage present.
  • the voltage is given 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 anodization period may be referred to as “ramping up” the voltage.
  • This ramping up is done during the voltage build-up period after which the hold voltage is reached and subsequently maintained during the voltage hold period 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 parameters used to anodize the surface, in particular the voltage topographically different anodization layers are thus formed on the surface.
  • the porous structure of the sol-gel coating can be produced reproducibly by the method according to the invention.
  • the current density can be selected as a parameter. This can also be increased in the direction of a holding current density or up to the holding current density according to an alternative embodiment of the method during the specific period of time, which has a certain length. It is preferably provided to mechanically process the surface of the component prior to anodizing and / or to clean or degrease it.
  • the mechanical processing can be provided for example in the form of polishing, grinding and / or brushing.
  • pickling or chemical cleaning may be provided.
  • the processing and / or cleaning takes place immediately before the anodizing.
  • forming the sol-gel coating on the surface comprises the following steps: applying a dispersion to the surface, wherein in the dispersion a coating material is colloidally dispersed; 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 coating material 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. For example, the hydrolysis and the condensation take place partly concurrently and concurrently. Alternatively or additionally, 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 may also be used, for example alcoholates of aluminum or titanium.
  • the dispersion comprises 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
  • 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 to the extent or size of the surface. 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 may 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 binding, for example via oxygen, to a further particle.
  • the gel film can be cured to finally form the sol-gel coating.
  • This curing usually takes place at a high temperature of at least 100 ° C., at least 110 ° 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 into the sol-gel coating.
  • the temperatures mentioned are preferably specified as the so-called “peak metal temperature” (PMT), which occurs during the curing in the component, ie as the component maximum 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.
  • the drying and the curing are also carried out with parameters with which the desired layer thickness of the sol-gel coating can be achieved.
  • 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, wherein in each the voltage is increased with a respective, certain 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. To Beginning of the first period, which is at the beginning of the anodizing 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 IOV / 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 IV / s, at most 0.5 V. / s, not more than 0,25V / s, not more than 0, lV / s, not more than 0,075V / s, not more than 0,05V / s, not more than 0,025V / s or not more than 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 anodization layer is compacted after the anodization and before the dispersion is applied at a specific compression temperature, in particular only partially compressed.
  • the dispersion is applied to the surface or the anodization layer immediately after the anodization.
  • 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, the drying of the dispersion or the curing 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 compression is present, and for partial compression only over a portion of the total compression period, in particular at most 90%, at most 75%, not more than 50%, not more than 25% or not more than 10%. It is particularly advantageous to compress only over a maximum of 5%, a maximum of 4%, a maximum of 3%, a maximum of 2%, a maximum of 1%, a maximum of 0.5%, a maximum of 0.25%, a maximum of 0.1%, a maximum of 0.05%. or at most 0.01% of the total compression period.
  • the total deterioration 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 t v of the total compression period is calculated, for example, according to the relationship
  • the component or at least the anodization layer is treated only over the specified part of the total compaction period, ie in the case of hot compression, for example by immersion in demineralized water, which has a temperature greater than 60 ° C.
  • 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 at most 4 nm.
  • 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, or spherical, or globular, 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.
  • this may also be provided for only a part of the coating material, so that particles with the specified particle sizes, but also, 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 produce the sol-gel coating should now be prepared by mixing a plurality of these starting dispersions so that particles having different particle sizes are present in the dispersion.
  • both “small” and “large” particles can be present in the dispersion, with the “small” particles being, for example, particle sizes of 2 nm to 10 nm, preferably 4 nm to 6 nm, and the “large” particles Particle sizes of 10 nm to 30 nm, for example from 15 nm to 20 nm.
  • the starting dispersions are mixed together to form the dispersion in a certain mixing ratio.
  • the voltage gradient in particular the voltage gradient at the beginning of the anodization period, depending on the Particle size is determined, the voltage gradient is chosen 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. This applies analogously to a smaller voltage gradient, which is present from the beginning of the anodization period, because the voltage increases comparatively slowly.
  • 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.
  • 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, however, is that the fluorosilane or the preparation may adversely affect the bonding of the sol-gel coating to the surface.
  • the addition of the fluorosilane or the preparation thus creates a surface which is very easy to clean, without having to accept disadvantages in the connection of the sol-gel coating to the surface.
  • This is the case in particular if 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.
  • Particularly advantageous is a volume fraction of the fluorosilane or the preparation of 1% by volume to 5% by volume, in particular from 1, 25% by volume to 2.75% by volume. %, from 1.5% by volume to 2.5% by volume or from 1.75% by volume to 2.25% by volume, preferably from 2% by volume, of the dispersion.
  • the fluorosilane preparation can contain a fluoroalkylsilane, ie a fluoroalkyl-functional silane, in particular 3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8-tridecafluorooctyltriethoxysilane. This is obtainable, for example, from Evonik under the name "Dynasylan® F 8261.”
  • the fluorosilane preparation may comprise 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, with a sol-gel coating applied to a surface of the component, producible or manufactured by the method according to the preceding statements.
  • a component made of aluminum or an aluminum alloy in particular a motor vehicle component
  • a sol-gel coating applied to a surface of the component, producible or manufactured by the method according to the preceding statements.
  • the invention also 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 a surface formed by anodization Anodization layer having a pore structure is present and the anodization is performed by applying an electric voltage over a certain anodization period to form the anodization layer on the surface.
  • the component is present, for example, as a motor vehicle component, in particular as an applied 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, idem the applied voltage for anodizing continuously at the beginning of Anodisierzeitraums is increased with a certain voltage gradient in the direction of a holding voltage maintained over the remainder of the anodizing period, in particular up 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 correspondingly well suited to achieve an excellent bonding of the sol-gel coating.
  • the invention also relates to a component made of aluminum or an aluminum alloy, in particular a motor vehicle component, with an anodization layer formed on a surface of the component, on the surface of which in turn a sol-gel coating is applied, wherein the sol-gel coating comprises particles having a particle size of at most 30 nm and in the sol-gel coating, a fluorosilane is dispersed.
  • a component made of aluminum or an aluminum alloy in particular a motor vehicle component
  • an anodization layer formed on a surface of the component, on the surface of which in turn a sol-gel coating is applied, wherein the sol-gel coating comprises particles having a particle size of at most 30 nm and in the sol-gel coating, a fluorosilane is dispersed.
  • 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
  • the device is adapted to perform the following steps: anodizing the surface by applying an electrical voltage over a certain Anodisierzeitraum to form an anodization on the surface; and forming the sol-gel coating on the surface. It is provided that the device is further adapted to the voltage applied for anodizing voltage at the beginning of Anodisierzeitraums continuously with a certain 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 is selected according to the above statements.
  • FIGS. 1 to 7 show diagrams in which the course of the voltage applied for anodizing is plotted over time for various embodiments of the method according to the invention.
  • a profile of a voltage U over time t is plotted for at least part of an anodization period.
  • the voltage U is applied for anodizing a surface of a group consisting of aluminum or an aluminum alloy member during a Anodisierzeitraums with the duration ⁇ t ß to form an anodization layer on the surface.
  • the anodizing period it is now provided to increase the voltage continuously with a certain voltage gradient in the direction of a holding voltage U H ZU maintained over a remainder of the anodizing period of duration At, in particular to increase it to this.
  • the current flow is interrupted, ie the voltage U is set equal to zero.
  • 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 the duration of the build up period or even multiple thereof.
  • the voltage hold period is at least twice, three times, four times or five times as long as the build up period.
  • the voltage build-up period only extends over the single period of duration Ati, during which the voltage is continuously increased with a constant voltage gradient up to the holding voltage U H.
  • the following is the voltage over the voltage holding period
  • two time periods each are provided, namely with the durations Ati, and At 2 , which together form the voltage build-up period.
  • the voltage build-up period is followed by the voltage holding 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 (Ati> 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 takes a maximum of 1200 seconds, a maximum of 900 seconds, a maximum of 600 seconds, or a maximum of 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. 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 each 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 and 80 ° C, respectively.
  • 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 dispersion is dried after the application to form a gel film and cured the gel film for producing 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 Aiuminiumlegierung.

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 weiter so herstellbare Bauteile aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung. Die Erfindung betrifft weiter auch besonders reinigungsfreundliche sol-gel-beschichtete Bauteile aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung.
Sowohl das Anodisieren als such das Aufbringen einer Sol-Gel-Beschichtung auf die Oberfläche eines aus Aluminium beziehungsweise einer Aluminiumlegierung bestehenden Bauteils zum Schutz der Oberfläche vor Umgebungseinflüssen sind grundsätztlich aus dem Stand der Technik bekannt. Bei beiden Vorgehensweisen kann eine, insbesondere gegenüber Oxidation unempfindliche, aber dennoch reinigungsfreundliche und optisch attraktive Oberfläche erzielt werden.
Es ist nun Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen einer Sol-Gel- Beschichtung und daraus herstellbare Bauteile bereitzustellen, welche den Vorteil aufweisen, dass die Sol-Gel-Beschichtung besser auf der Oberfläche des Bauteils haftet. Zudem soll die Korrosionsbeständigkeit und/oder die Reinigungsfreundlichkeit 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 einer 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 umgewandelt, 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 Anodisierzeitraum hinweg eine elektrische Spannung angelegt, wobei bevorzugt das Bauteil als Anode and eine in dem den Elektrolyt aufnehmenden 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, so dass ein plötzlicher Spannungssprung auf die Haltespannung vorliegt. 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 bevorzugt 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 5 V/s, höchstens 3V/s oder höchstens 2 V/s, bevorzugt jedoch höchstens lV/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 0,01V/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 biszu einem erstmaligen Erreichen der Haltespannung. Der letztere Zeitraum kann auch als Spannungsaufbauzeitraum bezeichnet werden. Der Anodisierzeitraum setzt sich also insgesamt aus zwei Bereichen, nämlich dem Spannungsaufbauzeitraum and 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, weiche 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. Alternativ 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 and anschließend während des Spannungshaltezeitraums 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 wenigstens 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 Anodisierzeitraums ausgebildeten Zeilen. Folglich entstehen bei geringerer Spannung mehr Zellen je Flächeneinheit der Oberfläche und entsprechend auch eine größere Anzahl Poren. Es wird angenommen, dass diese vergrößerte Porenanzahl die mechanische Anbindung der Sol-Gel-Beschichtung an die anodisierte Oberfläche begünstigt. Durch eine Variation der zum Anodisieren der Oberfläche verwendeten Parameter, insbesondere also der Spannung, werden mithin topographisch unterschiedliche Anodisationsschichten an der Oberfläche ausgebildet. Die porige Struktur der Sol-Gel-Beschichtung kann reproduzierbar durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellt werden.
Zusätzlich oder alternativ kann als Parameter die Stromdichte gewählt werden. Auch diese kann gemäß einer alternativen Ausführung des Verfahrens während des bestimmten Zeitraums, welcher eine gewisse Länge aufweist, in Richtung einer Haltestromdichte beziehungsweise bis auf die Haltestromdichte erhöht werden. Bevorzugt ist es vorgesehen, die Oberfläche des Bauteils vor dem Anodisieren mechanisch zu bearbeiten and/oder zu reinigen beziehungsweise zu entfetten. Das mechanische Bearbeiten kann beispielsweise in Form von Polieren, Schleifen und/oder Bürsten vorgesehen 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 Beschichtungsmaterial kolloidal dispergiert vorliegt; Trocknen der Dispersion zum Ausbilden 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 Beschichtungsmaterial als Kolloid vor. Das Beschichtungsmaterial wird beispielsweise durch Hydrolyse and Kondensation aus wenigstens einem Präkursor beziehungsweise einer Vorlauferverbindung der Dispersion ausgebildet. Die Hydrolyse and die Kondensation laufen dabei beispielsweise teilweise gleichzeitig and 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 Polymernetzwerk 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)„ + H20 -»· M(OR)„_iOH + ROH beschrieben werden, während die Kondensation durch
(RO)mM - OH + HO - M(OR)m -»· (RO)mM - O - M(OR)m + H20 angegeben wird. Hierbei ist M ein Metall beziehungsweise Halbmetall,
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) and einem Hydrosol (es wird Wasser als Lösungsmittel verwendet) unterschieden werden. In der Dispersion ziehungsweise in dem Sol wird durch die ablaufenden Reaktionen, insbesondere also die Hydrolyse and die Kondensation, das Beschichtungsmaterial ausgebildet, welches nachfolgend kolloidal, das heißt in Form von Kolloiden, vorliegt. Nach dem Aufbringen der Dispersion wird diese getrocknet, so dass 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 Erstreckung 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 mindestens 50% aufweisen. Das bedeutet insbesondere, dass bei zumindest einem Teil der Partikel des Beschichtungsmaterials keine Anbindung, 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 dabei 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 μηι bis 10 μηι, insbesondere 1 μηι bis 5 μηι, besonders bevorzugt 1 μηι bis 2 μηι, betragen. Vorzugsweise beträgt die Schichtdicke mindestens 1 μηι, mindestens 2 μηι, mindestens 5 μηι oder mindestens 10 μηι. Das Aufbringen der Dispersion erfolgt entsprechend mit einer Schichtdicke, mit welcher die gewünschte resultierende Schichtdicke erzielt wird. Auch das Trocknen und das Aushärten 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 Spannungsgradient 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, so dass der Verlauf der Spannung über der Zeit stetig ist. Zu Beginn des ersten Zeitraums, welcher am Anfang des Anodisierzeitraums liegt, ist die Spannung gleich Null. Am Ende des letzten 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. Grundsätzlich 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 lOV/s, höchstens 7,5V/s, höchstens 5V/s, höchstens 3V/s oder höchstens 2 V/s, vorzugsweise jedoch höchstens lV/s, höchstens 0,5V/s, höchstens 0,25V/s, höchstens 0,lV/s, höchstens 0,075V/s, höchstens 0,05V/s, höchstens 0,025V/s oder höchstens 0,01V/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 Ansteigen 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, so dass 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 Gelfilms 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 Gesamtverdichtungszeitraum 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 Gesamtverdi chtungszeitraum 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 beispielsweise 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
wobei d die Schichtdicke der Anodisationsschicht bezeichnet. Alternativ kann die Dauer tv des Gesamtverdichtungszeitraums als
2,0 ηήη/μηι · d < tv < 3,2 min/μηι · d, oder
2,2 min/μηι · d < tv < 3,2 min/μηι · 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/ μηι · d < tv < 1 ,2 ηήη/μηι · d. Für das Teilverdichten wird das Bauteil oder zumindest die Anodisationsschicht lediglich über den angegebenen Teil des Gesamtverdichtungszeitraums 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 Beschichtungsmaterials Partikel, insbesondere Polymerpartikel, beispielsweise Siliziumdioxidpartikel, mit einer Partikelgröße von höchstens 30 nm, insbesondere höchstens 20 nm, bevorzugt höchstens 10 nm, besonders bevorzugt höchstens 6 nm oder höchstens 4 nm, 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, oder sphärischen, beziehungsweise kugelförmigen, oder globulären, 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 Partikelgrößen, 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 Partikelgröße 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 2 nm, bevorzugt wenigstens 4 nm auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weisen alle Partikel des Beschichtungsmaterials Partikelgrößen zwischen 4 nm und 6 nm 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 Ausfällungen. 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 Ausgangsdispersionen 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 beispielsweise Partikelgrößen von 2 nm bis 10 nm, bevorzugt von 4 nm bis 6 nm, und die „großen" Partikel Partikelgrößen von 10 nm bis 30 nm, beispielsweise von 15 nm bis 20 nm, 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 Additiv 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 beziehungsweise „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 lOnm, 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-tridecafiuorooctyltriethoxysilan, enthalten. Dieses ist beispielsweise unter der Bezeichnung„Dynasylan® F 8261 " von Evonik erhaltlich. Neben dem Silan kann die Fluorsilanzubereitung zumindest 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, herstellbar oder 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 auch 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 and 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, insbesondere als auf anliegendes 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, idem 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 entsprechend gut dazu geeignet, eine hervorragende Anbindung der Sol-Gel-Beschichtung zu erzielen.
Insbesondere betrifft die Erfindung auch ein Bauteil aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, insbesondere Kraftfahrzeugbauteil, mit einer auf einer Oberfläche des Bauteils ausgebildeten Anodisationsschicht, auf deren Oberfläche wiederum eine Sol-Gel-Beschichtung aufgebracht ist, wobei die Sol-Gel- Beschichtung Partikel mit einer Partikelgröße von höchstens 30 nm umfasst und in der Sol-Gel-Beschichtung ein Fluorsilan dispergiert ist. Diese Ausführungsform ist in den Ansprüchen 12 bis 15 weiter beschrieben.
Die Erfindung betrifft schließlich eine Einrichtung zur Herstellung einer Sol-Gel- Beschichtung auf einer zu beschichtende Oberfläche eines Bauteils aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, insbesondere 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 Anodisierzeitraum zum Ausbilden einer Anodisationsschicht an der Oberfläche; 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 Anodisierzeitraums kontinuierlich mit einem bestimmten Spannungsgradient 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 Ausführungen 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 Einrichtung 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 dargestellten 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 Ausführungsforrnen des erfindungsgemäßen 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 Ätß 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 Atn beibehaltenen Haltespannung UH ZU erhöhen, insbesondere bis auf diese zu erhöhen. Am Ende des Anodisierzeitraums, wird der Stromfluss 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 Ati, At2 und so weiter vorgesehen sind, in welchen die Spannung U einem bestimmten Verlauf folgt, also beispielsweise mit einem bestimmten 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 Ati, 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 solange wie der Spannungsaufbauzeitraum.
In dem in der Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel erstreckt sich der Spannungsaufbauzeitraum lediglich über den einzigen Zeitraum mit der Dauer Ati, während welchem die Spannung mit einem konstanten Spannungsgradient kontinuierlich bis auf die Haltespannung UH erhöht wird. Nachfolgend ist die Spannung über den Spannungshaltezeitraum
konstant. In den Ausführungsbeispielen der Figuren 2 bis 7 sind jeweils zwei Zeiträume, nämlich mit den Dauern Ati, und At2 vorgesehen, welche den Spannungsaufbauzeitraum gemeinsam ausbilden. Auch hier schließt sich an den Spannungsaufbauzeitraum 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 (Ati > 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. Es 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 Gesamtverdichtungszeitraums 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 I erfolgt das Teilverdichten über einen Verdichtungszeitraum von 30 Sekunden bei einer Temperatur eines zum Verdichten verwendeten Fluids, beispielsweise vollentsalztem 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 diese 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 10 nm bis 20 nm und für die Ausführungsbeispiele der Figuren 4 und 5 4 nm bis 6 nm. 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
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,
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.
Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Ausbilden der Sol-Gel- Beschichtung die folgenden Schritte umfasst:
Aufbringen einer Dispersion auf die Oberfläche, wobei in der Dispersion ein Beschichtungsmaterial kolloidal dispergiert 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 Anodisierzeitraums aufeinanderfolgenden Zeiträumen mit bestimmten Spannungsgradienten bis auf die Haltespannung erhöht wird, wobei die Spannungsgradienten für unmittelbar aufeinanderfolgende Zeiträume voneinander verschieden sind.
4. 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.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anodisationsschicht nach dem Anodisieren und vor dem Aufbringen der Dispersion bei einer bestimmten Verdichtungstemperatur verdichtet, insbesondere nur teilverdichtet, wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von der Schichtdicke der Anodisationsschicht ein Gesamtverdichtungs- zeitraum 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 Beschichtungsmaterial oder als Teil des Beschichtungsmaterials Partikel, insbesondere Polysilikatpartikel, mit einer Partikelgröße von höchstens 30 nm, insbesondere höchstens 20 nm, bevorzugt höchstens 10 nm, besonders bevorzugt höchstens 6 nm, verwendet werden.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch dass der Spannungsgradient, insbesondere der Spannungsgradient zu Beginn des Anodisierzeitraums, in Abhängigkeit von der Partikelgröße bestimmt wird, wobei der Spannungsgradient für kleiner Partikelgrößen kleiner gewählt wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, 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 Additiv beigemengt wird.
10. Bauteil aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, insbesondere Kraftfahrzeugbauteil, mit einer auf einer Oberfläche des Bauteils aufgebrachten Sol-Gel-Beschichtung, wobei die Beschichtung durch das Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche herstellbar ist.
1 1. Bauteil aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, insbesondere Kraftfahrzeugbauteil, mit einer auf einer Oberfläche des Bauteils ausgebildeten Anodisationsschicht, auf deren Oberfläche wiederum eine Sol-Gel-Beschichtung aufgebracht ist, wobei die Sol-Gel-Beschichtung Partikel mit einer Partikelgröße von höchstens 30 nm umfasst und in der Sol-Gel-Beschichtung ein Fluorsilan dispergiert ist.
12. Bauteil gemäß Anspruch 11 , wobei die Sol-Gel-Beschichtung Partikel mit einer Partikelgröße von höchstens 10 nm, bevorzugt höchstens 6 nm, und besonders bevorzugt höchstens 4 nm, umfasst.
13. Bauteil gemäß Anspruch 11 oder 12, wobei die in der Sol-Gel-Beschichtung umfassten Partikel Polysilikatpartikel, insbesondere Siliciumdioxidpartikel, sind.
14. Bauteil gemäß einem der Ansprüche 1 1 bis 13, wobei die Sol-Gel-Beschichtung ausgehärtet ist.
15. Bauteil gemäß Anspruch 14, wobei die ausgehärtete Sol-Gel-Beschichtung eine Schichtdicke von 0,5 μηι Μβ 10 μηι aufweist.
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