WO2003033779A2 - Beschichtungsverfahren für leichtmetalllegierungen - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a coating method for light metal alloy surfaces.
- the invention is therefore based on the technical problem of specifying a favorable coating method for light metal alloy surfaces.
- a method for coating light metal alloy surfaces is provided for this, which contains the steps: electrophoretic painting of the light metal alloy surface and galvanic coating of the electrophoretically painted surface.
- the knowledge on which the invention is based initially consists in the fact that the defective properties of galvanic layers on light metal alloys can be dramatically improved with regard to the optical quality and durability as well as the corrosion protection by applying the galvanic layers on an electrophoretic lacquer layer. It has surprisingly been found that the electrophoretic lacquer layer does not fundamentally stand in the way of the subsequent galvanic coating of the light metal alloy parts and the advantages of these processes can therefore be combined with one another.
- electrophoretic painting has the advantage of producing very dense and stable layers, which thus offer good corrosion protection.
- electrophoretic lacquer layers have a good leveling effect Effect and thus provide a smooth base for the subsequent galvanic layer even with comparatively rough original surfaces of the light metal alloy. This benefits the optical quality.
- the galvanic coating has the advantage of outstanding flexibility with regard to layer structure, material selection and layer thickness, so that the most varied of technical requirements, such as roughness, abrasion resistance, hardness, conductivity, and also aesthetic requirements, can be addressed.
- the method according to the invention is also very flexible with regard to the size and geometry of the parts to be treated.
- the layer properties also improve if the electrophoretic lacquer layer is chemically metallized, for example provided with a chemical Ni layer or a chemical Cu layer. If surface activation and chemical metallization are used simultaneously, the metallization takes place after activation.
- chemical metallization can be preceded by metal germination, in particular Pd activation, for example treatment in PdCI solution.
- Pd activation for example treatment in PdCI solution.
- This step also follows the optional activation of the painted surface.
- a reduction step for producing metallic Pd can be provided between the Pd activation and the chemical metallization.
- the electrophoretic coating which is characteristic of the invention can be a cathodic or anodic dip coating, the cathodic dip coating being particularly preferred when high demands are placed on the corrosion resistance.
- the electrophoretic painting step is conventional per se and is carried out using the usual materials and processes.
- an adhesion-promoting layer between the electrophoretic lacquer layer and the light metal alloy surface, that is to say to send a corresponding coating step ahead of the electrophoretic lacquer.
- chromate layers, treatments with Zr fluoride solutions or ZrTi fluoride solutions or other conversion layers are suitable as adhesion-promoting layers.
- oxidic layers are particularly preferred here, the oxidic layers also containing phosphates or consisting of phosphates.
- the voltage used in the electrophoretic coating is selected to be higher than the voltage used in the anodic adhesion promoter layer.
- the voltage can in particular be 10% or more above the voltage in the anodic adhesion-promoting coating.
- the invention is preferably used for light metal alloy castings, for which the electrophoretic coating produces a high leveling and smoothing when required, so that a high degree of gloss can be achieved in the subsequent galvanic coating. If this smooth surface is chrome-plated, for example, there is a very high-quality optical effect.
- Preferred areas of application are housing parts of mobile telephones and other portable electronic devices such as laptops, PDAs and the like, or of cameras, binoculars or other optical devices.
- light metal alloys are increasingly used in the motor vehicle sector. A classic chrome plating or other high-quality metal surface-like appearance is often desired. Examples are door handles and other fittings as well as rims.
- the invention is particularly advantageous in the case of light metal alloys with a high Mg content, because they have particularly severe corrosion problems.
- these alloys are technically very interesting because of their particularly low specific weight.
- Light metal alloys with a Mg content of 50% by weight and above are therefore a preferred application.
- a housing part of a mobile phone made of a magnesium alloy can be used, which forms the frame between two plastic shells and is responsible for the mechanical stability of the mobile phone housing.
- This is a cast part that initially shows a rough surface with unfavorable optical properties.
- This housing part is initially provided with an anodic oxidation / phosphating layer of 3-5 ⁇ m thickness, which is offered under the trade name "Anomag", which is offered by Magnesium Technology Licensing Ltd. (Auckland, New Zealand) and its contractual partners. However, it can also A conventional Zr fluoride treatment or chromating is carried out (for example of 0.5-2 ⁇ m).
- the telephone housing part is then provided with a conventional cathodic dip coating with a layer thickness of approximately 10 ⁇ m in a reactor, which is activated in an S0 3 atmosphere The surface of the casting is leveled, the varnish used is Freiotherm KTL special.
- the telephone housing part of the mobile telephone has an extremely low weight and good mechanical strength. In tests such parts have shown corrosion resistance with values over 500 hours of salt spray test.
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Abstract
Die Erfindung richtet sich auf ein neues Beschichtungsverfahren für Leichtmetalllegierungen, bei dem eine elektrophoretische Lackierung und eine galvanische Beschichtung kombiniert werden. Damit lassen sich korrosionsfeste Oberflächen mit sehr guten optischen Eigenschaften erzielen, wobei eine vorteilhafte Flexibilität im Hinblick auf die Materialauswahl und die Schichtdicken erhalten bleibt.
Description
Beschichtungsverfahren für Leichtmetalllegierungen
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Beschichtungsverfahren für Leichtmetalllegierungsoberflächen. Hiermit sind Legierungen mit AI, Mg oder beiden Metallen als für die Oberflächeneigenschaften wesentlichen Bestandteilen gemeint.
Die Oberflächenbehandlung solcher Leichtmetalllegierungen stellt ein besonde- res Problem dar, weil diese Legierungen infolge ihres Gehalts an AI oder Mg relativ reaktionsfreudig und insbesondere oxidationsempfindlich sind. Andererseits werden Leichtmetalllegierungen in sehr vielen Gebieten der Technik zunehmend verwendet. Dies betrifft nicht nur klassische Anwendungen wie beispielsweise den Flugzeugbau, sondern auch neuere Anwendungen wie Kraft- fahrzeugteile oder Gehäuseteile von hochwertigen Geräten. Zum einen sind diese Leichtmetalllegierungen wegen ihres geringen spezifischen Gewichts bei gleichzeitig guten mechanischen Eigenschaften kaum zu ersetzen, wenn die Gesamtmasse bei der Anwendung eine kritische Rolle spielt. Ein aktuelles Beispiel sind Gehäuse von Mobiltelefonen. Andererseits werden diese technischen Anwendungen durch die Probleme mit der Konservierung und dauerhaften optischen Veredlung solcher Leichtmetalllegierungsteile begrenzt oder zumindest behindert.
Zum Teil werden technisch sehr aufwendige und damit teure Verfahren einge- setzt, wie beispielsweise Sputterbeschichtungsverfahren. Solche Verfahren sind außerdem häufig mit zusätzlichen Beschränkungen versehen; beispielsweise ist die Sputterbeschichtung größerer Teile außerordentlich teuer oder unmöglich und können ferner nur vergleichsweise „offene" Teilegeometrien verwendet werden.
Im übrigen bestehen bei vielen Beschichtungsverfahren erhebliche Probleme im Hinblick auf die Hafteigenschaften, die Korrosionsfestigkeit und die optische Qualität der resultierenden Oberflächen.
Der Erfindung liegt somit das technische Problem zugrunde, ein günstiges Beschichtungsverfahren für Leichtmetalllegierungsoberflächen anzugeben. Erfindungsgemäß ist hierzu ein Verfahren zum Beschichten von Leichtmetalllegierungsoberflächen vorgesehen, das die Schritte enthält: elektrophoretische Lackierung der Leichtmetalllegierungsoberfläche und - galvanische Beschichtung der elektrophoretisch lackierten Oberfläche.
Bevorzugte Ausgestaltungen dieses Verfahrens sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Im übrigen wird vorsorglich darauf hingewiesen, dass sich die Erfindung nicht nur auf die Verfahrensschritte sondern auch auf die dementsprechend beschichteten Teile richtet. Die Anmelderin behält sich also auch die Aufstellung von Ansprüchen der Produktkategorie vor. Die folgende Beschreibung ist also sowohl im Hinblick auf die Verfahrensmerkmale als auch im Hinblick auf die damit verbundenen Produktmerkmale der so beschichteten Teile zu verstehen.
Die der Erfindung zugrundeliegende Erkenntnis besteht zunächst darin, dass sich die mangelhaften Eigenschaften galvanischer Schichten auf Leichtmetalllegierungen im Hinblick auf die optische Qualität und die Dauerhaftigkeit sowie den Korrosionsschutz dadurch dramatisch verbessern lässt, dass die galvanischen Schichten auf einer elektrophoretischen Lackschicht aufgebracht werden. Es hat sich überraschenderweise herausgestellt, dass die elektrophoretische Lackschicht der späteren galvanischen Beschichtung der Leichtmetalllegierungsteile nicht grundsätzlich im Wege steht und die Vorteile dieser Verfahren daher miteinander kombiniert werden können.
Insbesondere hat die elektrophoretische Lackierung den Vorteil, sehr dichte und stabile Schichten zu erzeugen, die damit einen guten Korrosionsschutz bieten. Außerdem haben die elektrophoretischen Lackschichten eine gute einebnende
Wirkung und stellen damit auch bei vergleichsweise rauhen Originaloberflächen der Leichtmetalllegierung eine geglättete Unterlage für die nachfolgende galvanische Schicht zur Verfügung. Dies kommt der optischen Qualität zugute.
Andererseits hat die galvanische Beschichtung den Vorteil einer überragenden Flexibilität im Hinblick auf Schichtaufbau, Materialauswahl und Schichtdicke, so dass auf die unterschiedlichsten Anforderungen in technischer Hinsicht, wie Rauhigkeit, Abriebfestigkeit, Härte, Leitfähigkeit, und auch ästhetischen Anforderungen eingegangen werden kann.
Im übrigen ist das erfindungsgemäße Verfahren auch im Hinblick auf Größe und Geometrie der zu behandelnden Teile sehr flexibel.
Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, die elektrophoretisch lackierte Oberflä- ehe vor der galvanischen Beschichtung zu aktivieren. Dazu können die klassischen Aktivierungsschritte aus der Kunststoffgalvanik verwendet werden. Vorzugsweise kommen eine Sulfonierung (S03-Atmosphäre) oder eine Behandlung mit Chromsäure oder einer anderen Lösung von sechswertigem Chrom in Frage. Beide Behandlungen führen zu einer chemischen Veränderung der lackier- ten Oberfläche, die die Möglichkeiten der Abscheidung der galvanischen Schicht verbessern.
Außerdem verbessern sich die Schichteigenschaften, wenn die elektrophoretische Lackschicht chemisch metallisiert wird, beispielsweise mit einer chemi- sehen Ni-Schicht oder einer chemischen Cu-Schicht versehen wird. Bei gleichzeitiger Verwendung der Oberflächenaktivierung und der chemischen Metallisierung erfolgt die Metallisierung nach der Aktivierung.
Ferner kann der chemischen Metallisierung eine Metallbekeimung, insbesonde- re Pd-Aktivierung, vorausgehen, etwa eine Behandlung in PdCI-Lösung. Auch dieser Schritt schließt sich an die optionale Aktivierung der lackierten Oberfläche an. Zwischen der Pd-Aktivierung und der chemischen Metallisierung kann ein Reduktionsschritt zur Erzeugung von metallischem Pd vorgesehen sein.
Die für die Erfindung charakteristische elektrophoretische Lackierung kann eine kathodische oder anodische Tauchlackierung sein, wobei die kathodische Tauchlackierung bei hohen Anforderungen an die Korrosionsfestigkeit besonders bevorzugt ist. Im Übrigen ist der Schritt der elektrophoretischen Lackierung an sich betrachtet konventionell und wird mit den üblichen Materialien und Verfahren durchgeführt.
Bei der Erfindung ist es jedoch bevorzugt, zwischen der elektrophoretischen Lackschicht und der Leichtmetalllegierungsoberfläche eine haftvermittelnde Schicht vorzusehen, der elektrophoretischen Lackierung also einen entsprechenden Beschichtungsschritt vorauszuschicken. Als Haftvermittlungsschichten kommen insbesondere Chromatschichten, Behandlungen mit Zr-Fluorid- lösungen oder ZrTi-Fluoridlösungen oder andere Konversionsschichten in Betracht. Besonders bevorzugt sind hier allerdings oxidische Schichten, wobei die oxidischen Schichten auch Phosphate enthalten oder aus Phosphaten bestehen können. Insbesondere ist vorgesehen, die elektrophoretische Lackierung auf einer anodischen Schicht auf der Leichtmetalllegierungsoberfläche vorzusehen, die Oxide und/oder Phosphate der Legierungskomponenten, also insbesondere von AI und/oder Mg, aufweist.
Besonders gute Ergebnisse lassen sich erzielen, wenn die bei der elektrophoretischen Lackierung verwendete Spannung höher gewählt wird als die bei der anodischen Haftvermittlungsschicht verwendete Spannung. Die Spannung kann insbesondere um 10% oder mehr über der Spannung bei der anodischen Haftvermittlungsbeschichtung liegen.
Bevorzugte Anwendung findet die Erfindung bei Leichtmetalllegierungsgusstei- len, denen die elektrophoretische Lackierung bei Bedarf eine hohe Einebnung und Glättung erzeugt, so dass bei der nachfolgenden galvanischen Beschich- tung ein hoher Glanzgrad erzielt werden kann. Wenn diese glatte Oberfläche beispielsweise verchromt ist, ergibt sich eine sehr hochwertige optische Wirkung.
Bevorzugte Anwendungsgebiete sind Gehäuseteile von Mobiltelefonen und anderen tragbaren elektronischen Geräten wie Laptops, PDAs und dergleichen, oder von Kameras, Ferngläsern oder anderen optischen Geräten. Außerdem finden Leichtmetalllegierungen zunehmend im Kraftfahrzeugbereich Anwen- düng. Häufig ist dabei eine klassischen Verchromungen oder anderen hochwertigen Metalloberflächen ähnelnde Optik erwünscht. Beispiele sind Türgriffe und andere Beschlagteile sowie Felgen.
Die Erfindung ist von besonderem Vorteil bei Leichtmetalllegierungen mit höhe- rem Mg-Anteil, weil bei diesen besonders starke Korrosionsprobleme auftreten. Andererseits sind diese Legierungen wegen ihres besonders niedrigen spezifischen Gewichts technisch sehr interessant. Einen bevorzugten Anwendungsfall bilden somit Leichtmetalllegierungen mit einem Mg-Anteil von 50 Gew.-% und darüber.
Als Ausführungsbeispiel kann ein Gehäuseteil eines Mobiltelefons aus einer Mg-Legierung dienen, welches den Rahmen zwischen zwei Kunststoffschalen bildet und für die mechanische Stabilität des Mobiltelefongehäuses verantwortlich ist. Dabei handelt sich um ein Gussteil, das an sich zunächst eine rauhe Oberfläche mit ungünstigen optischen Eigenschaften zeigt.
Dieses Gehäuseteil wird zunächst mit einer unter dem Handelsnamen „Ano- mag" angebotenen anodischen Oxidations-/Phosphatierungsschicht von 3-5μm Stärke versehen, die von der Magnesium Technology Licensing Ltd. (Auckland, Neuseeland) und deren Vertragspartnern angeboten wird. Es kann aber auch eine konventionelle Zr-Fluoridbehandlung oder Chromatierung erfolgen (z.B. von 0,5-2μm). Daraufhin wird das Telefongehäuseteil mit einer üblichen kathodischen Tauchlackierung mit etwa 10 μm Schichtdicke in einem Reaktor versehen, die in einer S03-Atmosphäre aktiviert wird. Damit ist die Oberfläche des Gussteils eingeebnet. Der verwendete Lack ist Freiotherm KTL spezial.
Nach einer Pd-Bekeimung, einem Reduktionsschritt in Aminoboran und der Abscheidung einer konventionellen chemischen Ni-Schicht von 0,5-1 μm Stärke erfolgt eine galvanische Vernickelung (10μm) und dann Verchromung (1 μm),
die eine mit verchromten Stahlteilen direkt vergleichbare Oberflächenqualität und Dauerhaftigkeit ergibt.
Andererseits hat das Telefongehäuseteil des Mobiltelefons infolge der Verwendung der Mg-Legierung ein außerordentlich geringes Gewicht und eine gute mechanische Belastbarkeit. Bei Tests haben solche Teile Korrosionsfestigkeiten mit Werten über 500 Stunden Salzsprühtest gezeigt.
Claims
1. Verfahren zum Beschichten von Leichtmetalllegierungsoberflächen mit den Schritten: - elektrophoretische Lackierung der Leichtmetalllegierungsoberfläche und - galvanische Beschichtung der elektrophoretisch lackierten Oberfläche.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die elektrophoretisch lackierte
Oberfläche vor der galvanischen Beschichtung aktiviert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die Aktivierung einen Sulfo- nierschritt aufweist.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, bei dem die Aktivierung eine Behandlung mit sechswertigem Chrom aufweist.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die elektrophoretisch lackierte Oberfläche, ggfs. nach der Aktivierung, chemisch metallisiert wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem die Oberfläche vor der chemischen Metallisierung und ggfs. nach der Aktivierung metallbekeimt wird.
7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die elektrophoretische Lackierung eine kathodische Tauchlackierung ist.
8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Leichtmetalllegierungsoberfläche vor der elektrophoretischen Lackierung mit einer Haftvermittlungsschicht beschichtet wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem die Haftvermittlungsschicht eine anodische Oxid- und/oder Phosphatschicht ist.
10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem bei dem Aufbringen der elektrophoretischen Lackierung eine höhere Spannung als bei dem Aufbringen der anodischen Oxid- und/oder Phosphatschicht eingesetzt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem die Spannung beim Aufbringen der elektrophoretischen Lackierung um mindestens 10% höher als die
Spannung beim Aufbringen der anodischen Oxid- und/oder Phosphatschicht ist.
12. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Leichtmetalllegierungsoberfläche die Oberfläche eines Leichtmetallgussteils ist.
13. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem eine Legierung mit einem Mg-Anteil von über 50 Gew.-% beschichtet wird.
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