WO1998021382A2 - Verfahren zum aufbringen einer anorganischen beschichtung auf einen elektrisch leitfähigen körper - Google Patents

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WO1998021382A2
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coating
coating medium
medium
coated
heating
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Horst Russmann
Thomas Singe
Thomas Kruse
Detlef Hinz
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Ewald Dörken Ag
Ema Elektro-Maschinen Schultze Gmbh & Co. Kg
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    • 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
    • C23C22/00—Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D7/00—Processes, other than flocking, specially adapted for applying liquids or other fluent materials to particular surfaces or for applying particular liquids or other fluent materials
    • B05D7/50—Multilayers
    • B05D7/51—One specific pretreatment, e.g. phosphatation, chromatation, in combination with one specific coating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C23C24/08—Coating starting from inorganic powder by application of heat or pressure and heat
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C23C26/00—Coating not provided for in groups C23C2/00 - C23C24/00

Definitions

  • the invention relates to a method for applying an inorganic coating to an electrically conductive body, in particular to a metallic workpiece.
  • a wide variety of methods for applying an inorganic coating to an electrically conductive body are known from practice.
  • the coating is built up under the action of temperature, which causes a reaction of the coating medium after its application to the body or the surface of the body.
  • the reaction leads to the formation of an essentially inorganic network.
  • different reaction temperatures are required. Such reactions differ significantly in terms of thermodynamics and kinetics from reactions with organic coating media.
  • the coating described often serves to protect the often metallic body against corrosion.
  • the reaction described above usually takes place in convection ovens after application of the coating medium.
  • the reaction temperature is, depending on the coating medium between 180 ° C and 300 ° C. At these temperatures, reacts the coating medium from the coating.
  • the present invention is therefore based on the object of specifying a method for applying an inorganic coating to an electrically conductive body, in which a precisely controllable temperature profile with short temperature change processes is made possible in an economical and energy-saving mode of operation.
  • a method for applying an inorganic coating to an electrically conductive body is characterized by the following method steps:
  • the body is made available.
  • the body is then optionally degreased and / or chemically pretreated and / or blasted, for example sandblasted.
  • the surface of the body can be prepared for the coating if necessary.
  • a coating medium is then applied to at least the surface area of the body to be coated.
  • At least the surface area of the body to be coated is then inductively heated to a reaction temperature before and / or during and / or after the application of the coating medium.
  • this inductive heating according to the invention an energetically very particularly advantageous heating of the body is achieved, since only the surface area to be coated and not necessarily the entire body is heated.
  • eddy currents are generated in the body which, due to the electrical resistance of the body material, cause the body to heat up. Energy losses due to heating a heating medium in the form of, for example, circulating air and its inevitable heat radiation are excluded.
  • the heating is consequently brought about in a targeted manner in the body or in its surface area, with a suitably controllable temperature profile with it by suitably controlling the induction device resulting short temperature change processes is enabled.
  • the body is warmed up from the inside by the inductive heating, whereby a highly efficient heating of the coating medium is also effected.
  • the heating process according to the invention can be regulated in a simple manner by means of inductive heating via the energy supply to the associated induction heating device, which in addition to a short heating phase also results in extremely short reaction times to temperature control or changing processes due to the direct inductive energy transfer principle. Due to the direct heating of the surface area to be coated, an economical and energy-saving mode of operation is realized without the need for an extensive convection oven device.
  • the surface area of the body to be coated can be heated to a reaction temperature in a simple manner before and / or during and / or after the application of the coating medium. This ensures a high degree of flexibility of the method.
  • the body After the coating medium has reacted completely for coating, the body is cooled as the last process step of the process according to the invention.
  • the body can be exposed to room temperature, which ultimately leads to an independent cooling of the body.
  • cooling can also be carried out by an active method step using a cooling medium.
  • the method according to the invention specifies a method for applying an inorganic coating to an electrically conductive body, in which a precisely controllable temperature profile with short temperature change processes in an economical and energy-saving mode of operation is realized.
  • At least the surface area of the body to be coated could be in front of the Application of the coating medium to be heated inductively to a preheating temperature.
  • the preheating temperature could be below the reaction temperature.
  • reaction medium of the coating medium for coating could take place with the participation of water.
  • a separate supply of the amount of water required for the reaction would be conceivable.
  • the water supply could also be carried out in a simple manner by automatically removing the water from the atmospheric humidity of the surrounding atmosphere.
  • the coating medium and thus the coating could have pigments of preferably zinc and / or aluminum. This would provide active corrosion protection through the coating medium.
  • the coating medium could have additives such as internal lubricants, viscosity regulators, leveling agents and / or anti-crater additives. There are no limits to the individual design options for the coating medium.
  • the coating medium could have a binder composed of at least one organic and / or inorganic metal compound.
  • Metal compounds containing titanium, zirconium, chromium, boron, aluminum, silicon, cobalt, nickel or magnesium are particularly favorable.
  • the aforementioned elements can be present individually or in combination in the metal compound.
  • a high molecular aminically crosslinked epoxy / phenoxy binder is advantageous as a binder for the coating medium.
  • the binders could be dissolved in an optionally commercially available organic solvent and / or in water.
  • the preheating temperature could be between room temperature and the Boiling temperature of the solvent or water. This would ensure that the solvent or water escapes in a controlled manner from the layer that builds up, thus achieving an optimal compaction of the layer.
  • Such preheating could take place both before the application of the coating medium and after the application. In the latter case, a gradual heating of the surface area of the body to be coated would then be realized with the coating medium already applied.
  • the heating of the body to be coated and the application of the coating medium could take place in two different parts of the system, there is sufficient time in this case - with the body preheated before the application of the coating medium - after the application of the coating medium, so that the solvent or the water to Protection of the surface below the boiling temperature can escape while moving the body into the heating area. As soon as the solvent has escaped, the temperature of the surface to be coated can be brought to the necessary reaction temperature in a few seconds in order to achieve the optimal function and quality of the coating.
  • the inductive heating of the body could only take place within partial areas.
  • Such targeted heating of only the areas to be coated makes it possible, or only slightly, to heat adjacent and / or non-electrically conductive substances or surface areas. It would then only be possible to heat these areas by conduction.
  • the targeted introduction of the heat further enables the coating of individual parts of an overall device on the one hand and complete entire devices on the other hand. For example, fully assembled bearings can be coated as a whole or only at selected locations.
  • the body could be cooled partially or entirely during and / or after the heating with a suitable cooling medium.
  • a gaseous or liquid cooling medium in the form of, for example, air, water or oil could be used as the cooling medium. This would easily protect temperature-sensitive areas from the effects of temperature. Only by using inductive heating is it possible to cool temperature-sensitive points or areas of the body to be coated at the same time as the surface areas to be coated are heated with air or liquid cooling media.
  • the method according to the invention with inductive heating requires a shortening of the reaction time with a significant increase in the crosslinking temperature in order to achieve a fully crosslinked coating which only fully exhibits its favorable properties to the full extent. Too high a temperature can, however, destroy the network or the pigments and additives embedded in it. As a result, cooling the body at the appropriate time can have different positive effects. The cooling could only be used after the reaction temperature had been reached.
  • the coating could have a cathodic effect.
  • the coating could be electrical and / or thermally conductive in addition to or as an alternative to the cathodic effect. Almost metallic conductivity could be achieved.
  • the coating could have a layer thickness of approximately 2 to 30 micrometers. If necessary, extreme corrosion protection would be achieved in the thinnest layers. In a further advantageous manner, the coating could also be weldable.
  • the coating could have no heavy metals and in particular be free of chromium VI and cadmium.
  • the control of the layer thickness could be set on the one hand via the viscosity of the coating medium and on the other hand or additionally via mechanical removal. With regard to mechanical removal, this could be done in a simple manner by spinning. All other known coating application methods can also be used.
  • an additional organic cover layer could be applied to the coating.
  • the composition of the cover layer could be matched to the composition of the coating with a view to the best possible adhesion.
  • the binder has a significant influence.
  • high-molecular aminically crosslinked epoxy / phenoxy binders of the cover layer are particularly favorable.
  • the coating medium and / or the top layer are applied in a particularly simple manner by spraying, in particular electrostatic spraying, or by an immersion process.
  • the immersion process in connection with centrifuging is particularly used for bulk goods.
  • the heating and / or cooling or cooling could be computer-controlled. This would allow a fully automated process.
  • the coating parameters could be controlled in a particularly simple manner by means of the alternating voltage frequency of the inductor and / or the induction duration and / or the reaction temperature.
  • the method according to the invention can be used with all known technologies.
  • an organic cover layer can serve the coloring, the insulation, the setting of a constant coefficient of friction and the improvement of the contact corrosion resistance.
  • transistorized converters are used as induction devices, since these particularly favor the implementation of precise computer-controlled processes.
  • the method according to the invention for applying an inorganic coating has a high protective action against chemical and electrochemical corrosion as well as contact corrosion of e.g. Steel versus aluminum. Furthermore, the coating has achieved high resistance in salt spray, condensation and kestemich tests. Hydrogen embrittlement does not occur on the coated surfaces.
  • Reference number 1 denotes the first method step in which the body is made available.
  • Process step 2 consists of an optional degreasing and / or chemical pretreatment and / or blasting of the body, for example sandblasting. If the body provided in step 1 no longer requires any further preparation, this method step 2 can be omitted.
  • a coating medium is applied to at least the surface area of the body to be coated.
  • the coating medium could also be applied to surface areas of the body that are not to be coated, which would result in the subsequent removal of the coating medium from the surface areas that are not to be coated.
  • the subsequent inductive heating, identified by reference number 4, to at least the surface area of the body to be coated to a reaction temperature could take place before and / or during and / or after the application of the coating medium.
  • preheating of at least the surface area to be coated is possible before the coating medium is applied. This could promote the escape of solvents that are not required in the crosslinking reaction of the coating medium.
  • the coating usually has a high thermal resistance up to approx. 350 ° C. Too high a temperature can destroy the coating. If the temperature is too high, especially over a long period of time, it is also detrimental to heat-sensitive areas of the body to be coated, so that short-term induction treatment is particularly advantageous. In any case, care must be taken to ensure that a maximum temperature is not exceeded. Furthermore, it is only possible to use inductive heating to cool temperature-sensitive areas of the bodies to be coated at the same time as the coated areas are heated with air or liquid media.
  • step 5 the coating medium reacts for coating.
  • Inductive heating enables a fully networked coating or protective layer to be formed quickly with less effort than conventional air-conditioning technology.
  • This rapid reaction thermodynamics and kinetics if the reaction time is shortened, requires a significant increase in the crosslinking temperature in order to achieve a fully crosslinked layer which only fully exhibits the properties mentioned.
  • Temperature control is advantageous because too high a temperature can destroy the network or the pigments and additives embedded in it.
  • the body is cooled in the last method step of an exemplary embodiment of the method according to the invention, designated by reference number 6. This can be done, on the one hand, by passive cooling in, for example, ambient air, or by active cooling using a special cooling medium such as water or oil.
  • Inductive heating is ideally suited for the reaction of the coating media on partially coated, more or less large bodies, for the reaction of bodies coated over the entire surface or for coating bulk goods.
  • the method described is advantageous in that multiple coatings are unnecessary due to defects and contact points.
  • the spraying of preheated bulk goods while moving the bed ensures a particularly uniform coating without defects when coating such bodies.
  • preheated bodies When using a dipping process to apply the coating medium, preheated bodies can also be dipped.

Abstract

Ein Verfahren zum Aufbringen einer anorganischen Beschichtung auf einen elektrisch leitfähigen Körper, insbesondere auf ein metallisches Werkstück, ist im Hinblick auf einen präzise steuerbaren Temperaturverlauf mit kurzen Temperaturwechselvorgängen bei wirtschaftlicher und energiesparender Betriebsweise dadurch gekennzeichnet, daß zunächst ein Bereitstellen des Körpers stattfindet. Danach erfolgt gegebenenfalls ein Entfetten und/oder chemisches Vorbehandeln und/oder Strahlen des Körpers. Anschließend wird ein Beschichtungsmedium auf zumindest den zu beschichtenden Oberflächenbereich des Körpers aufgebracht. Danach erfolgt ein induktives Erwärmen zumindest des zu beschichtenden Oberflächenbereichs des Körpers vor und/oder während und/oder nach dem Aufbringen des Beschichtungsmediums auf eine Reaktionstemperatur. Schließlich wird das Beschichtungsmedium zur Beschichtung ausreagiert, worauf ein Abkühlen des Körpers erfolgt.

Description

"Verfahren zum Aufbringen einer anorganischen Beschichtung auf einen elektrisch leitfähigen Körper"
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen einer anorganischen Beschichtung auf einen elektrisch leitfähigen Körper, insbesondere auf ein metallisches Werkstück.
Aus der Praxis sind die unterschiedlichsten Verfahren zum Aufbringen einer anorganischen Beschichtung auf einen elektrisch leitfähigen Körper bekannt. Der Aufbau der Beschichtung erfolgt dabei unter Einwirkung von Temperatur, wodurch eine Reaktion des Beschichtungsmediums nach dessen Aufbringen auf den Körper bzw. die Oberfläche des Körpers hervorgerufen wird. Die Reaktion führt zum Aufbau eines im wesentlichen anorganischen Netzwerks. Je nach verwendetem Beschichtungsmedium sind unterschiedlich hohe Reaktionstemperaturen erforderlich. Derartige Reaktionen unterscheiden sich hinsichtlich Thermodynamik und Kinetik entscheidend von Reaktionen mit organischen Beschichtungsmedien. Die beschriebene Beschichtung dient häufig als Schutz des oft metallischen Körpers gegen Korrosion. Die oben beschriebene Reaktion erfolgt üblicherweise in Umluftöfen nach Aufbringen des Beschichtungsmediums. Die Reaktionstemperatur liegt dabei je nach Beschichtungsmedium zwischen 180°C und 300°C. Bei diesen Temperaturen reagiert das Beschichtungsmedium zur Beschichtung aus.
Beim Einsatz derartiger Umluftöfen ist problematisch, daß der Erwärmungsvorgang des zu beschichtenden Körpers sehr träge verläuft, wobei ein Wechseln der Temperatur viel Zeit beansprucht. Aufgrund des trägen Temperaturverlaufs wird bei dem Ausreagieren des Beschichtungsmediums im Oberflächenbereich des Körpers meist der ganze Körper aufgrund von Wärmeleitung unnötigerweise mitaufgeheizt. Durch dieses Mitaufheizen des gesamten Körpers wird eine große Energiemenge ohne Beitrag zum Reaktionsvorgang benötigt.
Des weiteren ist bei Verwendung der bekannten Umluftöfen nachteilig, daß es erforderlich ist, die Umluftöfen derart voluminös auszugestalten, daß der zu beschichtende Körper vollständig im Ofen aufgenommen ist. Folglich erfordert die Durchführung des bekannten Beschichtungsverfahrens in unwirtschaftlicher Weise viel Raum.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Aufbringen einer anorganischen Beschichtung auf einen elektrisch leitfähigen Körper anzugeben, bei dem ein präzise steuerbarer Temperaturverlauf mit kurzen Temperaturwechselvorgängen bei wirtschaftlicher und energiesparender Betriebsweise ermöglicht ist.
Die zuvor aufgezeigte Aufgabe ist durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Danach ist ein Verfahren zum Aufbringen einer anorganischen Beschichtung auf einen elektrisch leitfähigen Körper durch die folgenden Verfahrensschritte gekennzeichnet:
Zunächst erfolgt ein Bereitstellen des Körpers. Anschließend wird der Körper gegebenenfalls entfettet und/oder chemisch vorbehandelt und/oder gestrahlt, bspw. sandgestrahlt. Hierdurch kann die Oberfläche des Körpers erforderlichenfalls für die Beschichtung präpariert werden. Hierauf erfolgt das Aufbringen eines Beschichtungsmediums auf zumindest den zu beschichtenden Oberflächenbereich des Körpers.
In erfindungsgemäßer Weise wird nun zumindest der zu beschichtende Oberflächenbereich des Körpers vor und/oder während und/oder nach dem Aufbringen des Beschichtungsmediums induktiv auf eine Reaktionstemperatur erwärmt. Durch dieses erfindungsgemäße induktive Erwärmen ist zunächst ein energetisch ganz besonders vorteilhaftes Erwärmen des Körpers realisiert, da lediglich der zu beschichtende Oberflächenbereich und nicht zwingend der gesamte Körper erwärmt wird. Dabei werden durch unmittelbares Ankoppeln an den elektrisch leitfähigen Körper Wirbelstörme in dem Körper generiert, die aufgrund des elektrischen Widerstandes des Körpermaterials zu einer Erwärmung des Körpers führen. Energieverluste durch Erwärmen eines Heizmediums in Form von bspw. Umluft und dessen unvermeidliche Wärmeabstrahlung sind hierbei ausgeschlossen. Die Erwärmung wird folglich gezielt in dem Körper bzw. in dessen Oberflächenbereich hervorgerufen, wobei durch ein geeignetes Steuern der Induktionsvorrichtung ein präzise steuerbarer Temperaturverlauf mit sich daraus ergebenden kurzen Temperaturwechselvorgängen ermöglicht ist. Durch das induktive Erwärmen wird der Körper quasi von innen heraus erwärmt, wobei ebenfalls ein höchst effizientes Erwärmen des Beschichtungsmediums bewirkt ist.
Zusammengefaßt ist der erfindungsgemäße Erwärmungsvorgang mittels eines induktiven Erwärmens in einfacher Weise über die Energiezufuhr zu der zugeordneten Induktionsheizvorrichtung regelbar, woraus sich dann aufgrund des direkten induktiven Energieübertragungsprinzips neben einer kurzen Aufheizphase auch äußerst kurze Reaktionszeiten auf Temperaturregelungs- bzw. Wechselvorgänge ergeben. Aufgrund des direkten Erwärmens des zu beschichtenden Oberflächenbereichs ist eine wirtschaftliche und energiesparende Betriebsweise ohne das Erfordernis einer raumgreifenden Umluftofeneinrichtung realisiert.
Je nach durch das Beschichtungsmedium vorgegebenen Erfordernissen kann der zu beschichtende Oberflächenbereich des Körpers in einfacher Weise vor und/oder während und/oder nach dem Aufbringen des Beschichtungsmediums auf eine Reaktionstemperatur erwärmt werden. Hierdurch ist eine hohe Flexibilität des Verfahrens gewährleistet.
Nach dem Ausreagieren des Beschichtungsmediums zur Beschichtung erfolgt als letzter Verfahrensschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens das Abkühlen des Körpers. Dabei kann der Körper Raumtemperatur ausgesetzt werden, was letztendlich ein selbständiges Abkühlen des Körpers zur Folge hat. Das Abkühlen kann jedoch auch durch einen aktiven Verfahrensschritt unter Verwendung eines Kühlmediums erfolgen.
Folglich ist mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Verfahren zum Aufbringen einer anorganischen Beschichtung auf einen elektrisch leitfähigen Körper angegeben, bei dem ein präzise steuerbarer Temperaturverlauf mit kurzen Temperaturwechselvorgängen bei wirtschaftlicher und energiesparender Betriebsweise realisiert ist.
Im Hinblick auf ein besonders flexibles Verfahren, welches individuellen Erfordernissen durch das verwendete Beschichtungsmedium genügt, könnte zumindest der zu beschichtende Oberflächenbereich des Körpers vor dem Aufbringen des Beschichtungsmediums induktiv auf eine Vorwärmtemperatur erwärmt werden. Die Vorwärmtemperatur könnte dabei zur Vermeidung eines vorzeitigen Einleitens der Reaktion des Beschichtungsmediums unterhalb der Reaktionstemperatur liegen.
Falls erforderlich, könnte das Ausreagieren des Beschichtungsmediums zur Beschichtung unter Beteiligung von Wasser erfolgen. Hierbei wäre ein separates Zuführen der für die Reaktion erforderlichen Wassermenge denkbar. Die Wasserzufuhr könnte jedoch auch in einfacher Weise durch ein selbständiges Entziehen des Wassers aus der Luftfeuchtigkeit der umgebenden Atmosphäre erfolgen.
Zum Schutz des Körpers gegen Korrosion könnte das Beschichtungsmedium und damit die Beschichtung Pigmente aus vorzugsweise Zink und/oder Aluminium aufweisen. Damit wäre ein aktiver Korrosionsschutz durch das Beschichtungsmedium realisiert.
In Abhängigkeit von den Anforderungen an die Beschichtung könnte das Beschichtungsmedium Additive wie bspw. interne Gleitmittel, Viskositätsregulierer, Verlaufsmittel und/oder Antikrateradditive aufweisen. Einer individuellen Gestaltungsmöglichkeit des Beschichtungsmediums sind hierdurch keine Grenzen gesetzt.
Im Hinblick auf besonders günstige Gebrauchseigenschaften könnte das Beschichtungsmedium ein Bindemittel aus zumindest einer organischen und/oder anorganischen Metallverbindung aufweisen. Dabei sind Titan, Zirkonium, Chrom, Bor, Aluminium, Silizium, Kobalt, Nickel oder Magnesium aufweisende Metallverbindungen besonders günstig. Die vorgenannten Elemente können in der Metallverbindung einzeln oder kombiniert vorliegen. Weiterhin ist als Bindemittel für das Beschichtungsmedium ein hochmolekulares aminisch vernetztes Epoxi-/Phenoxi- Bindemittel vorteilhaft.
Im Hinblick auf einen günstigen Ablauf der schichtbildenden Vernetzungsreaktion könnten die Bindemittel in einem gegebenenfalls handelsüblichen organischen Lösungsmittel und/oder in Wasser gelöst sein. Im Falle einer Vorerwärmung des Körpers könnte die Vorwärmtemperatur zwischen der Raumtemperatur und der Siedetemperatur des Lösungsmittels bzw. des Wassers liegen. Hierdurch wäre ein kontrolliertes Entweichen des Lösungsmittels bzw. des Wassers aus der sich aufbauenden Schicht gewährleistet und damit eine optimale Verdichtung der Schicht erreicht. Ein solches Vorwärmen könnte sowohl vor dem Aufbringen des Beschichtungsmediums als auch nach dem Aufbringen erfolgen. Im letztgenannten Fall wäre dann ein stufenweises Erwärmen des zu beschichtenden Oberflächenbereichs des Körpers bei bereits aufgebrachtem Beschichtungsmedium realisiert.
Da das Aufheizen des zu beschichtenden Körpers und das Aufbringen des Beschichtungsmediums in zwei unterschiedlichen Anlagenteilen erfolgen könnte, gibt es in diesem Fall - bei vor dem Aufbringen des Beschichtungsmediums vorerwärmtem Körper - nach dem Aufbringen des Beschichtungsmediums ausreichend Zeit, damit das Lösungsmittel bzw. das Wasser zum Schutz der Oberfläche unterhalb der Siedetemperatur während des Verbringens des Körpers in den Aufheizbereich entweichen kann. Sobald das Lösungsmittel entwichen ist, kann die Temperatur der zu beschichtenden Oberfläche in wenigen Sekunden auf die notwendige Reaktionstemperatur gebracht werden, um so die optimale Funktion und Qualität der Beschichtung zu erreichen.
Hinsichtlich einer besonders günstigen Energiebilanz könnte das induktive Erwärmen des Körpers lediglich innerhalb partieller Bereiche erfolgen. Durch ein derart gezieltes Erwärmen lediglich der zu beschichtenden Bereiche ist es möglich, angrenzende und/oder nicht elektrisch leitfähige Substanzen bzw. Oberflächenbereiche kaum oder nur wenig mitzuerwärmen. Eine Erwärmung dieser Bereiche wäre dann lediglich durch Wärmeleitung möglich. Das gezielte Einbringen der Wärme ermöglicht weiterhin das Beschichten einerseits von Einzelteilen einer Gesamtvorrichtung und andererseits von vollständigen Gesamtvorrichtungen. Dabei könnten z.B. fertig montierte Lager insgesamt oder auch nur an ausgewählten Stellen beschichtet werden.
In besonders energiesparender Weise könnte die Erwärmung in einem Oberflächenbereich mit einer Tiefe von max. 0,5 mm erfolgen. Bei entsprechend kurzzeitiger Erwärmung wäre hierbei eine Wärmeleitung in verbleibende Bereiche des zu beschichtenden Körpers zu vernachlässigen. Zur Vermeidung des Erwärmens nicht zu beschichtender oder temperaturempfindlicher Bereiche könnte der Körper partiell oder insgesamt während und/oder nach dem Erwärmen mit einem geeigneten Kühlmedium gekühlt werden. Als Kühlmedium könnte ein gasförmiges oder flüssiges Kühlmedium in Form von bspw. Luft, Wasser oder Öl verwendet werden. Damit wären temperaturempfindliche Bereiche in einfacher Weise vor Temperatureinwirkung geschützt. Nur unter Verwendung der induktiven Erwärmung ist es möglich, temperaturempfindliche Stellen bzw. Bereiche der zu beschichtenden Körper zugleich mit der Erwärmung der zu beschichtenden Oberflächenbereiche mit Luft oder flüssigen Kühlmedien zu kühlen.
Bei einem solchen Kühlen kann berücksichtigt werden, daß das erfindungsgemäße Verfahren mit induktiver Erwärmung eine Verkürzung der Reaktionszeit bei deutlicher Erhöhung der Vernetzungstemperatur zur Erzielung einer voll vernetzten Beschichtung bedingt, die erst in voll vernetztem Umfang ihre günstigen Eigenschaften in vollem Maße aufweist. Eine zu hohe Temperatur kann jedoch zur Zerstörung des Netzwerks bzw. der darin eingebetteten Pigmente und Additive führen. Folglich kann ein Kühlen des Körpers zur geeigneten Zeit unterschiedliche positive Effekte mit sich bringen. Die Kühlung könnte dabei erst nach Erreichen der Reaktionstemperatur eingesetzt werden.
Hinsichtlich einer besonders hohen Schutzwirkung könnte die Beschichtung eine kathodische Wirkung aufweisen. Je nach Erfordernis könnte die Beschichtung zusätzlich oder alternativ zu der kathodischen Wirkung elektrisch und/oder wär- meleitfähig sein. Dabei könnte eine nahezu metallische Leitfähigkeit erreicht sein.
Hinsichtlich einer möglichst geringen Veränderung der Dimension des Körpers durch das Aufbringen der Beschichtung könnte die Beschichtung eine Schichtdicke von etwa 2 bis 30 Mikrometern aufweisen. Gegebenenfalls wäre hierdurch ein extremer Korrosionsschutz in dünnsten Schichten erreicht. In weiter vorteilhafter Weise könnte die Beschichtung auch schweißbar sein.
Zur Vermeidung einer übermäßigen Umweltbelastung könnte die Beschichtung keine Schwermetalle aufweisen und insbesondere chrom-VI- und cadmiumfrei sein. Die Steuerung der Schichtdicke könnte einerseits über die Viskosität des Beschichtungsmediums und andererseits oder zusätzlich über einen mechanischen Abtrag eingestellt sein. Im Hinblick auf einen mechanischen Abtrag könnte dieser in einfacher Weise durch ein Schleudern erfolgen. Alle anderen bekannten Lackapplikationsverfahren sind ebenfalls anwendbar.
Falls erforderlich, könnte auf die Beschichtung eine zusätzliche organische Deckschicht aufgebracht sein. Die Zusammensetzung der Deckschicht könnte im Hinblick auf eine möglichst gute Haftung auf die Zusammensetzung der Beschichtung abgestimmt sein. Dabei hat das Bindemittel einen wesentlichen Einfluß. Im Zusammenhang mit der Aufbringung von organischen Deckschichten sind hochmolekulare aminisch vernetzte Epoxi-/Phenoxi-Bindemittel der Deckschicht besonders günstig.
Das Aufbringen des Beschichtungsmediums und/oder der Deckschicht erfolgt in besonders einfacher Weise über ein Besprühen, insbesondere elektrostatisches Besprühen, oder einen Tauchprozeß. Das Tauchverfahren in Verbindung mit Abschleudern findet dabei insbesondere bei Schüttgut Anwendung.
Im Hinblick auf einen besonders präzise steuerbaren Temperaturverlauf könnte das Erwärmen und/oder das Abkühlen bzw. Kühlen rechnergesteuert erfolgen. Damit wäre ein vollautomatischer Verfahrensablauf ermöglicht.
Eine Steuerung der Beschichtungsparameter könnte in besonders einfacher Weise durch die Wechselspannungsfrequenz des Induktors und/oder die Induktionsdauer und/oder die Reaktionstemperatur erfolgen.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist bei allen bekannten Technologien anwendbar.
Das Aufbringen einer organischen Deckschicht kann der Farbgebung, der Isolation, der Einstellung einer konstanten Reibungszahl und der Verbesserung der Kontaktkorrosionbeständigkeit dienen. Als Induktionseinrichtungen finden insbesondere transistorisierte Umrichter Anwendung, da diese die Durchführung präziser rechnergesteuerter Prozesse besonders begünstigen.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Aufbringen einer anorganischen Beschichtung hat eine hohe Schutzwirkung gegen die chemische und elektrochemische Korrosion wie auch die Kontaktkorrosion von z.B. Stahl gegen Aluminium zur Folge. Des weiteren ist eine hohe Beständigkeit der Beschichtung in Salzsprüh-, Schwitzwasser- und Kestemichtests erreicht. Eine Wasserstoffversprödung an den beschichteten Oberflächen tritt nicht auf.
Während der Durchführung des Verfahrens sind kurze Taktzeiten von Sekunden möglich. Eine Minderung der Bauteilfestigkeit ist in Folge der kurzen Temperatureinwirkung weitaus weniger kritisch als bei konventioneller Erwärmung.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist ein aufgrund der geringen Energiekosten und Entsorgungskosten äußerst umweltfreundliches Verfahren realisiert, wobei der Aufbau einer kleinen und kompakten Anlage möglich ist.
Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die nachgeordneten Ansprüche, andererseits auf die nachfolgende Erläuterung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand der Zeichnung zu verweisen. In Verbindung mit der Erläuterung des bevorzugten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand der Zeichnung werden auch im allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert. In der Zeichnung zeigt die
einzige Figur im Rahmen eines Blockdiagramms schematisch den Ablauf eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Aufbringen einer anorganischen Beschichtung auf einen elektrisch leitfähigen Körper. Die einzige Figur zeigt in schematischer Darstellung den Ablauf eines beispielhaften erfindungsgemäßen Verfahrens zum Aufbringen einer anorganischen Beschichtung auf einen elektrisch leitfähigen Körper. Dabei sind die einzelnen Verfahrensschritte durch die Bezugsziffern 1 bis 6 unterschieden.
Mit der Bezugsziffer 1 ist der erste Verfahrensschritt gekennzeichnet, bei dem ein Bereitstellen des Körpers erfolgt. Der Verfahrensschritt 2 besteht aus einem fakultativen Entfetten und/oder chemischen Vorbehandeln und/oder Strahlen des Körpers, bspw. Sandstrahlen. Falls der im Schritt 1 bereitgestellte Körper keiner weiteren Präparation mehr bedarf, kann dieser Verfahrensschritt 2 entfallen.
Im nächsten, mit der Bezugsziffer 3 gekennzeichneten Verfahrensschritt erfolgt das Aufbringen eines Beschichtungsmediums auf zumindest den zu beschichtenden Oberflächenbereich des Körpers. Dabei könnte das Beschichtungsmedium auch auf nicht zu beschichtende Oberflächenbereiche des Körpers aufgebracht werden, was ein anschließendes Entfernen des Beschichtungsmediums von den nicht zu beschichtenden Oberflächenbereichen zur Folge hätte.
Das nachfolgende, mit der Bezugsziffer 4 gekennzeichnete induktive Erwärmen zumindest des zu beschichtenden Oberflächenbereichs des Körpers auf eine Reaktionstemperatur könnte vor und/oder während und/oder nach dem Aufbringen des Beschichtungsmediums erfolgen. Je nach Erfordernis ist dabei ein Vorwärmen zumindest des zu beschichtenden Oberflächenbereichs vor dem Aufbringen des Beschichtungsmediums möglich. Dies könnte ein Entweichen von bei der Vemetzungsreaktion des Beschichtungsmediums nicht erforderlichen Lösungsmitteln begünstigen.
Die Beschichtung weist üblicherweise eine hohe thermische Beständigkeit bis zu ca. 350°C auf. Eine zu hohe Temperatur kann die Beschichtung zerstören. Eine zu hohe Temperatur, insbesondere über längere Zeit, ist weiterhin auch für wärmeempfindliche Bereiche des zu beschichtenden Körpers schädlich, so daß die Kurzzeitbehandlung mittels Induktion hier besonders vorteilhaft zum Tragen kommt. In jedem Falle muß darauf geachtet werden, daß eine Maximaltemperatur nicht überschritten wird. Des weiteren ist es nur unter Verwendung der induktiven Erwärmung möglich, temperaturempfindliche Bereiche der zu beschichtenden Körper gleichzeitig mit der Erwärmung der beschichteten Bereiche mit Luft oder flüssigen Medien zu kühlen.
Nach dem induktiven Erwärmen erfolgt im Verfahrensschritt 5 ein Ausreagieren des Beschichtungsmediums zur Beschichtung. Die induktive Erwärmung ermöglicht dabei mit im Vergleich zu konventioneller Umlufttechnik geringerem Aufwand eine schnelle Ausbildung einer voll vernetzten Beschichtung bzw. Schutzschicht. Diese schnelle Reaktions-Thermodynamik und -Kinetik bedingt bei Verkürzung der Reaktionszeit eine deutliche Erhöhung der Vernetzungstemperatur zur Erzielung einer voll vernetzten Schicht, die erst in vollem Umfang die genannten Eigenschaften aufweist. Da eine zu hohe Temperatur zur Zerstörung des Netzwerks bzw. darin eingebetteter Pigmente und Additive führen kann, ist eine Temperatursteuerung vorteilhaft.
Im mit der Bezugsziffer 6 bezeichneten letzten Verfahrensschritt eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Körper abgekühlt. Dies kann einerseits durch ein passives Abkühlenlassen an bspw. Umgebungsluft oder mittels eines aktiven Abkühlens durch ein besonderes Kühlmedium wie Wasser oder Öl erfolgen.
Die induktive Erwärmung ist bestens geeignet zur Ausreaktion der Beschichtungs- medien auf partiell beschichteten, mehr oder weniger großen Körpern, zur Ausreaktion ganzflächig beschichteter Körper oder auch zur Beschichtung von Massengütern. Dabei ist das geschilderte Verfahren insofern von Vorteil, als sich Mehrfachbeschichtungen aufgrund von Fehl- und Kontaktstellen erübrigen. Das Besprühen vorerwärmter Schüttgüter unter Bewegung der Schüttung gewährleistet bei Beschichtung derartiger Körper eine besonders gleichmäßige Beschichtung ohne Fehlstellen.
Bei Einsatz eines Tauchverfahrens zum Aufbringen des Beschichtungsmediums können insbesondere auch vorgewärmte Körper getaucht werden. Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf den allgemeinen Teil der Beschreibung sowie auf die beigefügten Patentansprüche verwiesen.
Schließlich sei ausdrücklich darauf hingewiesen, daß das voranstehend erörterte Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens lediglich zur Erörterung der beanspruchten Lehre dient, diese jedoch nicht auf das Ausführungsbeispiel einschränkt.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Verfahren zum Aufbringen einer anorganischen Beschichtung auf einen elektrisch leitfähigen Körper, insbesondere auf ein metallisches Werkstück, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h die folgenden Verfahrensschritte:
- Bereitstellen des Körpers;
- ggf. Entfetten und/oder chemisches Vorbehandeln und/oder Strahlen des Körpers;
- Aufbringen eines Beschichtungsmediums auf zumindest den zu beschichtenden Oberflächenbereich des Körpers;
- induktives Erwärmen zumindest des zu beschichtenden Oberflächenbereichs des Körpers vor und/oder während und/oder nach dem Aufbringen des Beschichtungsmediums auf eine Reaktionstemperatur;
- Ausreagieren des Beschichtungsmediums zur Beschichtung;
- Abkühlen des Körpers.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß zumindest der zu beschichtende Oberflächenbereich des Körpers vor dem Aufbringen des Beschichtungsmediums induktiv auf eine Vorwärmtemperatur erwärmt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorwärmtemperatur unterhalb der Reaktionstemperatur liegt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausreagieren des Beschichtungsmediums zur Beschichtung unter Beteiligung von Wasser erfolgt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser der Luftfeuchtigkeit der umgebenden Atmosphäre entzogen wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Beschichtungsmedium Pigmente aus vorzugsweise Zink und/oder Aluminium aufweist.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Beschichtungsmedium Additive wie bspw. interne Gleitmittel, Viskositätsregulierer, Verlaufsmittel und/oder Antikrateradditive aufweist.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Beschichtungsmedium ein Bindemittel aus zumindest einer organischen und/oder anorganischen Metallverbindung aufweist.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallverbindung Titan, Zirkonium, Chrom, Bor, Aluminium, Silizium, Kobalt, Nickel oder Magnesium aufweist.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel in einem organischen Lösungsmittel und/oder in Wasser gelöst ist.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorwärmtemperatur zwischen der Raumtemperatur und der Siedetemperatur des Lösungsmittels bzw. des Wassers liegt.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, daß das induktive Erwärmen des Körpers lediglich innerhalb partieller Bereiche erfolgt.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Erwärmung in einem Oberflächenbereich mit einer Tiefe von maximal 0,5 mm erfolgt.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper partiell oder insgesamt während und/oder nach dem Erwärmen mit einem Kühlmedium gekühlt wird.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmedium gasförmig oder flüssig in Form von bspw. Luft, Wasser oder Öl ist.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung eine kathodische Korrosionsschutzwirkung aufweist.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung elektrisch und/oder wärmeleitfähig ist.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung eine Schichtdicke von etwa 2 - 30 Mikrometern aufweist.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung keine Schwermetalle aufweist und insbesondere chrom-VI- und cadmiumfrei ist.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtdicke über die Viskosität des Beschichtungsmediums eingestellt ist.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtdicke über einen mechanischen Abtrag eingestellt ist.
22. Verfahren nach Anspruch 21 , dadurch gekennzeichnet, daß der mechanische Abtrag durch ein Schleudern erfolgt.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Beschichtung eine zusätzliche organische Deckschicht aufgebracht wird.
24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammensetzung der Deckschicht im Hinblick auf eine möglichst gute Haftung auf die Zusammensetzung der Beschichtung abgestimmt ist.
25. Verfahren nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel der Deckschicht ein hochmolekulares aminisch vernetztes Epoxi- /Phenoxi-Bindemittel ist.
26. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufbringen des Beschichtungsmediums und/oder der Deckschicht über ein Besprühen, insbesondere elektrostatisches Besprühen, oder einen Tauchprozeß erfolgt.
27. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß das Erwärmen und/oder das Abkühlen bzw. Kühlen rechnergesteuert erfolgt.
28. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuerung der Beschichtungsparameter durch die Wechselspannungsfrequenz des Induktors und/oder die Induktionsdauer und/oder die Reaktionstemperatur erfolgt.
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