WO2013175435A1 - Keramikbeschichtungs-verfahren eines metalls - Google Patents

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WO2013175435A1
WO2013175435A1 PCT/IB2013/054294 IB2013054294W WO2013175435A1 WO 2013175435 A1 WO2013175435 A1 WO 2013175435A1 IB 2013054294 W IB2013054294 W IB 2013054294W WO 2013175435 A1 WO2013175435 A1 WO 2013175435A1
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WO
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particles
enamel
ink
metal
substrate
Prior art date
Application number
PCT/IB2013/054294
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English (en)
French (fr)
Inventor
Juan Vicente Corts Ripoll
Francisco Sanmiguel Roche
Jorge Alaman Aguilar
Carmelo Albandoz Ruiz De Ocenda
Francisco Javier Ester Sola
Martin Goldaracena Jaca
Carlos MIMOSO FERNANDES
Original Assignee
BSH Bosch und Siemens Hausgeräte GmbH
Torrecid, S.A.
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Publication date
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Publication of WO2013175435A1 publication Critical patent/WO2013175435A1/de

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    • D—TEXTILES; PAPER
    • D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06F—LAUNDERING, DRYING, IRONING, PRESSING OR FOLDING TEXTILE ARTICLES
    • D06F75/00—Hand irons
    • D06F75/38—Sole plates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41M—PRINTING, DUPLICATING, MARKING, OR COPYING PROCESSES; COLOUR PRINTING
    • B41M5/00—Duplicating or marking methods; Sheet materials for use therein
    • B41M5/0041—Digital printing on surfaces other than ordinary paper
    • B41M5/0047—Digital printing on surfaces other than ordinary paper by ink-jet printing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41M—PRINTING, DUPLICATING, MARKING, OR COPYING PROCESSES; COLOUR PRINTING
    • B41M5/00—Duplicating or marking methods; Sheet materials for use therein
    • B41M5/0041—Digital printing on surfaces other than ordinary paper
    • B41M5/0058—Digital printing on surfaces other than ordinary paper on metals and oxidised metal surfaces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B41M5/0041—Digital printing on surfaces other than ordinary paper
    • B41M5/007—Digital printing on surfaces other than ordinary paper on glass, ceramic, tiles, concrete, stones, etc.
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23D—ENAMELLING OF, OR APPLYING A VITREOUS LAYER TO, METALS
    • C23D5/00—Coating with enamels or vitreous layers
    • C23D5/06—Coating with enamels or vitreous layers producing designs or letters

Definitions

  • the present invention relates to a ceramic coating method of a metal in which a substrate comprising an enamel having at least one frit is brushed and fired on the metal until a baked-enamel coating having a coating thickness is obtained.
  • the invention is particularly, but without limitation, adapted for preferred use on metallic soleplates.
  • the patent application WO 201 1/042886 A3 describes an iron sole, the surface of which is provided for application to the articles or garments to be ironed, consisting of anodized aluminum and / or coated with an anodised aluminum layer.
  • a raised enamel graphic is applied by screen printing on the anodized aluminum surface, which may preferably contain color pigments of a silicate color, in which in particular the silicon constituents have been replaced by aluminum.
  • Metal applied enamel is well known in the art, which is also referred to as a ceramic coating of metal or enameled metal. Particularly well-known is enamel applied to steel, as used in oleophobically coated frying pans.
  • metal-ceramic coatings are widely used, for example, to provide the metal with protection against corrosion, abrasion resistance, scratch resistance, hardness, high-temperature strength, and so on.
  • ceramic coatings on ironing soles to improve or reduce the sliding or friction between the soleplate and ironing.
  • the application of a ceramic coating on metal also allows to avoid the presence of stains or these easy to remove, advantageous compared to metal surfaces without ceramic coating, especially when the metal is aluminum.
  • Ironing soles are often printed for monochromatic marking and changes in surface properties during the enamelling process. This is usually done using a screen printing process. In this case, first an enamel - the substance from which the fired enamel layer is formed after firing - is applied to the soleplate, then, and after the enamel has dried, the desired marking is applied by screen printing. In a next step, the soleplate is burned together with the enamel and the imprint, so that a connection between sole, imprint and enamel arises. As a result, the printing over the plane of the enamel is raised by about 10 ⁇ to 30 ⁇ by screen printing, which often undesirable roughness of the soleplate arises. Task according to the invention
  • the invention has for its object to provide a method which allows to change the properties of a ceramic coating of a metal, in particular in a targeted manner. Moreover, the object of the invention is to produce a ceramic coating of a metal with improved properties.
  • the object is achieved by a ceramic coating method of a metal as disclosed in claim 1.
  • the solution according to the invention consists in a metal with a ceramic coating obtainable by such a method, as disclosed in claim 14, and in a household appliance comprising a metal with a ceramic coating obtainable by such a method, as disclosed in claim 15 ,
  • Inkjet printing is a widely used process, for example, for printing on paper, and a number of other materials can be inkjet printed, including, for example, plastics
  • inkjet printers are known with which enamelled tiles or tiles can be printed.
  • US Pat. No. 5,407,474 discloses an ink which is particularly suitable for printing on ceramic or glass.
  • the ink is pigmented containing colorant particles or pigments and can be used in an inkjet printer.
  • This disclosure discloses that the maximum particle size of the paint particles or the pigment is sufficiently small that the nozzles or filters of the printer are not blocked and the particle size distribution is sufficiently narrow that the ink has such low viscosity that the printer functions can.
  • substrate in the context of the invention includes the idea of a layer
  • the metal includes by interposing another layer, such as an alumina layer, in case the metal is aluminum or an aluminum alloy, or a layer with cladding between the substrate and the metal,
  • the substrate itself may be attached to the metal After the enamel has been cooked, the substrate may be substantially entirely made of enamel
  • enamel includes the idea of an at least partially metallic coating.
  • the term “enamel” or “unfired enamel” refers to the substance comprising at least one enamel frit with unrelated or fused enamel particles.
  • the enamel particles can be joined or fused together by firing or heating.
  • the term “baked enamel” means that the enamel has been heated, in particular that the enamel particles have been at least partially fused together.
  • the term “baked enamel” includes the concept of "glazed enamel” or “hardened enamel”.
  • the term “firing temperature”, analogous to "vitrification temperature”, is related to the temperature which is to be reached substantially in the enamel, so that it becomes burnt or vitrified enamel.
  • the heating is done by oven, but no other meaningful media are excluded, such as UV or laser light, which may advantageously allow locally directed to areas of the substrate heating.
  • Printing by means of an ink jet in the sense of the invention means that ink is accelerated in a printing device so that it can reach the enamel to be printed.
  • Ink is a liquid medium.
  • the ink is formed by solid ink particles such as color particles or pigments.
  • the term "printing” includes the concepts of "marking", “decor”, “graphics” or “lettering.”
  • the method according to the invention can offer the advantage over the screen printing method in the prior art in particular that in a few It is thus possible in accordance with the invention to print the substrate or the enamel in such a way that the ink can be applied to the enamel in a single printing operation penetrates into the enamel and leaves a smoother surface of the ceramic coating or the fired enamel than is conventionally obtainable by screen printing Such a smooth surface is particularly advantageous in an enamelled soleplate because it avoids friction between the soleplate and the material to be ironed n can, the abrasion of the soleplate can be reduced and thus a longer life of the iron can arise.
  • the embedded in the enamel ink components can also be protected against abrasion itself, so that the imprint is particularly resistant. Furthermore, after painting the substrate, in particular the enamel, on the metal, the drying time of the enamel frit must not be extended before the enamel can be printed. This can speed up the manufacturing process.
  • inkjet printing makes it possible to print on uneven metal surfaces, in particular with reliefs or bas-reliefs. Furthermore, the ink particles introduced by the inkjet printing can structurally reinforce the ceramic coating, in particular the fired enamel, so that a harder ceramic coating can be produced by the invention, which is characterized by lower abrasion. To do so, the ink can be selectively printed on high stress areas, such as near edges and holes, to make the ceramic coating or fired enamel locally more durable.
  • a substrate is preferably printed which comprises exclusively an enamel, particularly preferably at least one enamel frit.
  • the substrate includes other materials, e.g. Materials admixed with enamel frit, e.g. Metal oxides.
  • the substrate enamel particularly preferably with at least one enamel frit.
  • the substrate comprises sprayed moistened enamel or enamel which may be sprayed with a liquid, e.g. Water is mixed to facilitate its spreading on the metal.
  • the substrate in particular the enamel
  • the substrate is sprayed on the metal, preferably by gun or aerograph, whereby by means of this technique the substance of the substrate or enamel is sprayed and moistened on the metal.
  • the substrate may be spread on the metal by any other known methods, such as e.g. by dipping, priming, electrophoretic deposition, physical vapor deposition (PVD), etc.
  • the choice of method of painting the substrate may be determined by the coating thickness of the ceramic coating to be achieved and the weight or basis weight of the substrate coated on the metal. Thus, selecting the basis weight of the substrate according to the chosen method of painting the substrate allows the thickness of the contained ceramic coating to be controlled particularly precisely.
  • enamel particles of the substrate are enclosed in the ink as an alternative, so that the application of the substrate can take place simultaneously with the printing of the enamel, even from one single inkjet drop containing enamel particles.
  • the substrate may comprise or consist essentially of a paper with enamel particles, in particular a ceramic paper which is printed by the ink jet. Subsequently, the substrate can be brushed onto the metal by brushing the printed paper on the metal surface.
  • paper includes the concepts of "foil” or "lamella”.
  • the invention also includes that the spreading of the substrate onto the metal may include subjecting the substrate to pressure against the metal surface.
  • this allows to eliminate or reduce the presence of air bubbles in the substrate or enamel, especially bubbles in the interphase between the substrate or enamel and the metal that may otherwise result in the process.
  • compression means such as e.g. a press, a roller, in particular a hot roller, or by vacuum bag may be used.
  • the ink-jet printing according to the invention preferably takes place without the surface of the substrate being contacted. This is because the device of the ink jet printer, through which the ink is ejected, for example a printhead, does not rest on the substrate.
  • ink jet printing allows printing regardless of the properties of the substrate or metal, for example, regardless of the shape or mechanical strength of the substrate or metal, with printing of curved, hemmed or sharp surfaces and printing on substrates or metals smaller Thickness, such as sheet metal, or with a reduced mechanical strength is made possible.
  • blurring of the applied ink by the printhead is avoided.
  • an ordinarily required drying time of the enamel before printing can be shortened when printing by screen printing, since in ink-jet printing, the incompletely dried and still soft substrate can be brushed.
  • the substrate be baked after printing at a temperature below the melting point of the metal.
  • the enamel particles are preferably designed so that they are at a temperature melt, which is below the melting point of the metal.
  • reducing the size of the enamel particles entails a reduction in the glazing temperature of the enamel, and therefore, this effect can be achieved, for example, by selecting a size of the enamel particles small enough to permit the fusion of the enamel particles or the enamel particles Glazing takes place below the melting point of the metal.
  • the same effect can be achieved by incorporation into the enamel or substrate of additives having such a function.
  • the enamel may preferably be selected such that a firing temperature, in particular a glazing temperature, of the enamel below the melting point of the metal is achieved.
  • the metal comprises aluminum or an aluminum alloy.
  • Aluminum and many of its alloys are usually easy to process and advantageously have a low density.
  • Ironing soles are preferably at least partially made of aluminum or aluminum alloys.
  • the enamel is preferably at a temperature below the melting point of the metal, more preferably at a temperature in an approximate range of 40% -100%, more preferably 60% -90%, most preferably 75% -85%, of the melting point of the metal, cooked.
  • the aluminum alloy metal used in soleplates has a melting point of about 550 ° C-700 ° C, e.g. of 660 ° C, which is why in this case the enamel preferably in the approximate temperature range of 250 ° C-650 ° C, more preferably from 400 ° C-600 ° C, more preferably in the temperature range of 500 ° C-550 ° C. is cooked.
  • the ink of the ink jet is formed by solid ink particles.
  • solid ink particles is meant here any type of solid particles, in particular color particles, also referred to as pigments, and non-coloring particles or not pigments.
  • the preferred ink has a liquid medium through which the ink is particularly
  • the liquid can preferably be selected to have a suitable surface tension so that it sufficiently wets the enamel.
  • the surface tension is lower than the surface energy of the substrate, in particular of the enamel.
  • the liquid medium may be a volatile medium so that it can easily evaporate, leaving the ink particles in the enamel.
  • the ink of the ink jet allows the physical and / or chemical properties of the ceramic coating or enamel to be changed.
  • the physical and / or chemical properties of the ceramic coating can be changed by the ink particles, in particular by functional particles.
  • Particularly preferred functional particles may have advantageous stiffening or ceramic coating reinforcing, ferromagnetic, electrically conductive and / or thermally conductive properties.
  • metallic ink particles e.g. metallic nanoparticles can be used, which can grant the ceramic coating, for example, an improved thermal and electrical conductivity.
  • the use of mechanical particles may also be useful to provide a decor with a metallic appearance. As a result, a ceramic coating with special physical and / or chemical properties can be produced.
  • an enameled soleplate it may be advantageous in an enameled soleplate to produce a particularly good thermally conductive enamel.
  • By printing electrically conductive particles it is possible to dissipate electrostatic charges.
  • the physical and / or chemical properties of the enamel may be altered by the liquid medium of the ink.
  • the liquid components of the ink may contain electroconductive substances that tend to dissipate electrostatic charges of the enamel.
  • Functional particles having an antimicrobial or bactericidal function for example consisting of an antimicrobial or bactericidal substance (for example silver or titanium dioxide), may also be incorporated into the ceramic coating according to the invention.
  • the enamel thus obtained can be used in disinfection processes. If an iron sole has been provided with enamel containing an antimicrobial or bactericidal substance, ironing with the soleplate may lead to disinfection of the ironing material, as described, for example, in European patent application EP 191 1874 A1 (the contents of which are hereby incorporated by reference present disclosure) is disclosed.
  • printing with embedded or entrapped antimicrobial or bactericidal particles located near the surface of the substrate can help facilitate programmed or controlled dosing of the antimicrobial or bactericidal function, particularly in sole soles.
  • functional particles can improve the adhesion of the ceramic coating to the metal surface and increase the resistance to thermomechanical stress.
  • the term "functional particles” includes the concept of pigment or color particles
  • Functional particles are particles which differ from any particles present in the enamel in at least one property
  • Pigments are functional particles which have a different color from the enamel
  • the introduction of color particles makes it possible to achieve a desired color change in a particularly simple manner
  • the inks formed by pigments or color particles differ from inks formed by dyes in that they are not composed of particles but of completely in the liquid medium
  • the ink preferably comprises "filler particles”.
  • Filler particles are ink particles which at least partially fuse with the enamel particles of the substrate during enamel firing; in particular, filler particles are soluble throughout the enamel so that they help to embed and / or embed functional particles in the fired enamel.
  • the ink particles may be insoluble particles in at least one of the frits, soluble particles in at least one of the frits, and a combination thereof.
  • the term "embedded” refers to an ink particle applied to the particle being at least partially incorporated in the ceramic coating or the baked enamel Particles in the ceramic coating or the fired enamel is completely incorporated. It is preferred that the particles in the ink have only slight variations with each other in size comparison. That is, the size distribution of the ink particles preferably has a particularly small standard deviation.
  • the standard deviation is preferably less than 80%, more preferably less than 40%, more preferably less than 20%, most preferably less than 10%, most preferably less than 5% and most preferably less than 3% of the size of the ink particles.
  • ink is used, which is also used in the prior art in inkjet printing on enameled tiles.
  • An example of such an ink can be found in US Pat. No. 5,407,474, the content of which is incorporated herein by reference.
  • no ink needs to be developed specifically for the process of the invention, but can be printed with commercially available ink.
  • Preferred inks can also be found in European Patent Application EP 1 840 178 A1, the content of which is incorporated herein by reference.
  • Ink jet printing preferably takes place on the substrate before it is fired.
  • the particles from the ink can penetrate particularly well into the depth of the enamel through the spaces between the enamel particles, gaps or pores.
  • the enamel frit is at least partially dried before it is printed in order to give the enamel consistency. This prevents the substrate from becoming detached from the metal when the ink is applied. It is also possible to at least partially burn the substrate before an imprint is applied, so that the particles of the enamel are fused together, in particular sintered. For example, a superficial print may be created if desired.
  • the ink-jet printing method is preferably a method in which a print head moves over the substrate and emits ink droplets at desired times.
  • the discharge of pressurized ink from a nozzle may be controlled by a valve.
  • the ink droplets are produced by heating the ink in the ink jet printer, thereby expanding and exiting the nozzle in droplet form. It is also possible according to the invention that the ink is expelled through the nozzle as drops by a piezo element.
  • the ink-jet printing is done by depositing ink droplets, a particularly precise and fine distribution of the particles in the ceramic coating is possible. As a result, for example, particularly high-resolution color graphics can be generated.
  • the ink is sprayed in a continuous stream of ink which is sequentially directed to different areas of the substrate or deflected by suitable means, such as an electrostatic field, to form the desired marks on the substrate.
  • suitable means such as an electrostatic field
  • non-contact printing is particularly easy to implement.
  • the substrate is heated to a temperature between 500 ° C and 550 ° C when the metal used is aluminum including an aluminum alloy. The inventors have found that at these temperatures a particularly resistant enamel can be produced.
  • one type of ink for example, ink in a particular color, ink of a certain size of the ink particles, or ink with a certain type of functional particles, is applied in one printing operation.
  • the printer used can be structurally simple.
  • printing can be done in a multiple ink printing operation, e.g. a printhead with multiple nozzles for different colors or multiple printheads with one or more nozzles. This allows a particularly fast printing process.
  • the ink jet printer may be configured to select a drop size and / or a drop per unit printed area, which allows the weight or basis weight of the ink and / or the amount of ink particles deposited on the substrate to be controlled.
  • the ink particles penetrate into the substrate at a selectable depth through the interstices existing between the enamel particles so that the ink particles in the enamel coating are at a certain depth.
  • the enamel of the substrate and the ink each having a suitable size of the enamel particles and the ink particles can be selected.
  • an enamel and an ink having a size of the enamel particles that is substantially larger than the size of the ink particles will provide a higher penetration of the ink particles into the enamel substrate since interstices between the enamel particles will be sufficiently large.
  • an enamel and an ink having a size of the enamel particles that is substantially smaller than the size of the ink particles will provide the counteraction, preventing the ink particles from entering the substrate.
  • a basis weight of the ink may be changed to vary the degree of penetration of the ink particles into the substrate and, consequently, into the ceramic coating, in particular due to the net weight of the particles.
  • penetration coefficient (h) is defined as a numerical value representing the penetration depth of the ink particles into the ceramic coating as a percentage of the thickness of the ceramic coating
  • penetration coefficient is defined as the depth to which the particles enter the ceramic coating penetrate substantially, in particular as the depth to which most ink particles penetrate into the ceramic coating.
  • the penetration coefficient h100, h90, h80, etc. are defined as the depth to which 100%, 90%, 80%, etc., of the ink particles in the ceramic coating in percentage to the Thickness of the ceramic coating penetrate. This method allows the penetration coefficient to be calculated directly from a micrograph, e.g. obtained by scanning electron microscopy (SEM) is quantified.
  • the term "particle size", eg the enamel particle or the ink particle, includes the concept of medium size or mean diameter of the particles
  • the particle sizes D100, D90, D80, etc. are considered to be the largest 100% or 90% or 80% of the ink particles are defined
  • This method for the quantitative determination of the particle size is known to the person skilled in the art.
  • the selection of a low penetration coefficient may be preferred, in particular to achieve an improvement in the attachment of the pigments or coloring ink particles in the ceramic coating and, consequently, a decor of higher resolution or quality.
  • the penetration coefficient h90 less than or equal to about 50%, preferably less than or equal to about 30%, more preferably less than or equal to about 10% can be selected.
  • the selection of a high penetration coefficient may be advantageous, in particular to provide a ceramic coating with a particularly uniform distribution of the ink particles.
  • a reinforced ceramic coating can be obtained.
  • an improvement in the toughness of the coating and the adhesion of the coating to the metal can be expected.
  • the reason for such improvement is the damping function of increasing micro-gaps or micro-cracks on the part of the ink particles.
  • the penetration coefficient h90 higher than about 50%, preferably higher than about 80%, can be selected.
  • the ink particles are incorporated into the ceramic coating and at a selectable depth.
  • the enamel of the substrate and the ink with a suitable size of the enamel particles and the ink particles can be selected.
  • an enamel and an ink having a size of the enamel particles that is significantly larger than a size of the ink particles will provide a higher incorporation of the ink particles into the enamel substrate, since the interstices between the enamel particles will be sufficiently large.
  • an enamel and an ink having a size of the enamel particles that is substantially smaller than the size of the ink particles will provide the counteraction, preventing the ink particles from entering the substrate.
  • a basis weight of the ink may be varied to vary the degree of penetration of the ink particles into the substrate and thus into the ceramic coating, particularly due to the inherent weight of the particles.
  • incorporation coefficient (k) is defined as a numerical value representing the depth at which the ink particles are incorporated in the ceramic coating as a percentage of the thickness of the ceramic coating.
  • incorporation coefficient is defined as the depth to which the particles are substantially incorporated in the ceramic coating, in particular, the depth at which most of the ink particles are incorporated into the ceramic coating , k90, k80, etc. are defined as the depth at which 100%, 90%, 80%, etc., of the ink particles are incorporated in the ceramic coating, in percentage to the thickness of the ceramic coating the incorporation coefficient is determined quantitatively directly from a micrograph obtained, for example, by scanning electron microscopy (SEM) By definition, the incorporation coefficient is higher than the penetration coefficient.
  • a suitable selection of the incorporation coefficient (k) can contribute to improving the properties of the ceramic coating, in particular the hardness of the coating.
  • the selection of a high incorporation coefficient allows in particular the achievement of an improved hardness.
  • the incorporation coefficient k90 can be selected such that the quotient between the incorporation coefficient and the penetration coefficient h90 is higher than or equal to about 30%, preferably higher than or equal to about 50.
  • the invention provides that the penetration coefficient (h) be selected so that it is different in at least two different areas of the metal.
  • the invention provides that the intercalation coefficient (k) can be different in at least two different regions of the metal.
  • the size of the ink particles of the enamel is less than 1/30 of the size of the particles of the enamel, more preferably less than 1/100, more preferably less than 1/300, most preferably less than 1/1000, most preferably smaller than 1/3000 and most preferably less than 1/10000 the size of the particles of the enamel.
  • the ink particles it is possible for the ink particles to enter between the particles of the enamel during printing. This makes it possible that the particles do not rest on the surface of the substrate, but can penetrate to a depth in the enamel. In particular, a smooth surface of the ceramic coating can arise.
  • the application of the method according to the invention is possible for any size of ink particles suitable for use with ink jet printers.
  • ink particles can be used which are smaller than about 1 ⁇ , preferably less than 0.50 ⁇ , more preferably less than about 0.30 ⁇ .
  • sizes of the ink particles D90 of about 0.25 ⁇ m can be used.
  • sizes of the ink particles with D90 of about 0.25 ⁇ and D50 of about 0.15 ⁇ can be used.
  • the application of the method according to the invention is basically possible for any size of the enamel particles which have been used in known methods for painting the enamel substrate on metal.
  • enamel particles can be used which are smaller than about 100 ⁇ , preferably less than about 50 ⁇ and more preferably less than 10 ⁇ .
  • sizes of enamel particles D90 in the range of about 5 ⁇ -40 ⁇ can be used, especially if the spreading of the substrate is carried out on the metal by gun.
  • sizes of enamel particles with D90 in the range of about 5 ⁇ -40 ⁇ and with D50 of about 5 ⁇ can be used.
  • the basis weights of the ink or the substrate applicable to the method of the present invention are not limited.
  • the basis weight of the ink may be selected in the range of about 8. 1 g / m 2 -16.1 g / m 2 .
  • the weight per unit area of the substrate may consist of an enamel comprising at least one frit moistened with liquid, eg water, in which case the basis weight of the substrate (including the enamel and the liquid) is less than or equal to approximately 180 g / m 2 , preferably less than or equal to about 130 g / m 2 can be selected, and wherein the enamel preferably consists of about 40% liquid, in particular water.
  • the weight per unit area of the substrate can be selected such that a specific thickness of the coating is provided.
  • the thickness of the coating may be selected to be less than or equal to about 60 ⁇ m.
  • the amount of coating thickness in particular less than or equal to about 30 ⁇ can be selected.
  • the ink contains a volatile liquid medium.
  • the liquid medium preferably serves to eject the particles from the printhead and to carry them to the enamel.
  • the solid ink particles are in suspension within the liquid medium.
  • the liquid medium preferably serves to allow the particles to penetrate into the depth of the enamel by capillarity. The volatile medium can then evaporate, leaving only the particles in the enamel.
  • the preferred ink has a surface tension and viscosity that allow the ink to enter the pores of the enamel frit by capillary forces. It is particularly preferred that particles contained in the ink are sufficiently small that they can pass through the spaces between the enamel particles.
  • the average particle diameter of the particles contained in the ink is preferably less than 1/30 of the average particle diameter of the particles used in the screen printing process, particularly preferably less than 1/100, more preferably less than 1/300, particularly preferably less than 1 / 1000, more preferably less than 1/3000 and most preferably less than 1/10000 of the average particle diameter of the particles used in the screen printing process.
  • the roughness of the surface of the substrate and in particular of the surface of the ceramic coating is changed by the printing itself.
  • suitable ink particles such as functional particles, in particular dye and / or filler particles
  • a particularly favorable roughness can arise at the printed areas.
  • the roughness of the surface may be varied in different areas of the surface by printing different amounts of ink in the different areas.
  • an orange skin roughness may be generated in certain areas of the enamel so that steam expelled from the bottom of the iron through the steam outlet holes can be distributed particularly well.
  • the desired roughness can be achieved by changes in the composition and surface of the substrate or enamels, or in the surface of the metal.
  • the roughness of the surface of the substrate or enamel may be achieved by printing the enamel applied to a surface of enamel frit so as to have substantially such roughness after being brushed onto the metal.
  • This finds that Spreading the substrate on the metal is preferred by gun instead.
  • the provision of a ceramic coating with selectable or controllable thickness is made possible, wherein in particular the dimensional tolerance of the metal surface to be coated can be improved.
  • the adhesion of the enamel on the metal can be changed by the printing.
  • the adhesion of the enamel to the metal can be improved by introducing functional particles, in particular color particles, into the enamel. This can lead to improved durability of the enamel, especially in mechanically stressed areas and thin enamel layers.
  • the incorporation of ink particles such as functional particles, in particular color particles the resistance of the enamel to thermomechanical stress can be improved.
  • Such a load may be due to inhomogeneous heat distribution and / or differential thermal expansion of the metal and enamel.
  • a uniform heat distribution and an improved adhesion can be achieved by the filling and / or functional particles, in particular color particles. Especially at the edges and around the holes of soleplates, introduced particles can increase the stability of the enamel.
  • the enamel is printed with an inkjet printer and before or after it is also printed by screen printing.
  • particles can be introduced in ink jet printing, which change the hardness, adhesion or other physical properties of the ceramic coating.
  • a raised graphic can be printed by screen printing.
  • the precisely controlled physical properties of the ceramic coating may advantageously be combined with a rough surface produced by screen printing.
  • the metal coated with enamel is part of a household appliance, iron, hair straightener, curling iron, oven, oven or front panel of a device.
  • the term cooker also includes a gas stove, in the term oven is both the interior, external elements and the baking trays included.
  • the printing of the Enamels are used to achieve a particularly resistant label or mark and / or a particularly appealing and promotional design.
  • front panels can be made by the invention particularly simple markings and decorations.
  • the method according to the invention can be used so that both roughness and strength and hardness of the enamel can be precisely determined for individual regions. As a result, said devices can be made particularly durable and durable.
  • the functional particles are incorporated in the fired enamel, i. they are present as inclusions in the burned enamel.
  • the functional particles do not melt and do not become part of the resulting glass structure. This can be generated in particular by means of color particles a special color effect and particularly high-resolution graphics are generated.
  • the enamel according to the invention at least 40% of the functional particles between the surface of the substrate, in particular the enamel, and a depth of the substrate, in particular the enamel, of 50 ⁇ are present.
  • 60%, particularly preferably 80%, of the functional particles are present at a depth of the substrate, in particular of the enamel, of up to 50 ⁇ m.
  • at least 40%, particularly preferably at least 60%, particularly preferably at least 80%, of the functional particles are between the surface of the substrate, in particular the enamel, and a depth of the substrate, in particular of the enamel, of up to 10 ⁇ m, particularly preferably up to 5 ⁇ ago. In this way it is achieved, in particular, that the color particles are not covered by semitransparent layers of enamel, but are particularly good and clear to see.
  • the enamel according to the invention at least 20%, particularly preferably at least 60%, particularly preferably at least 80% of the functional particles 0, 1 ⁇ or more of the surface of the substrate, in particular the enamel, removed in the substrate, in particular in the enamel, available.
  • at least 20%, particularly preferably at least 60%, particularly preferably at least 80% of the functional particles 1 ⁇ m or more of the surface of the substrate, in particular the enamel are removed in the substrate, in particular in the enamel.
  • the inventors have surprisingly succeeded in providing an improved and at the same time simple method for producing a ceramic coating on metal, the enamel.
  • the method according to the invention makes it possible to modify the properties of a ceramic coating of a metal, in particular to produce a ceramic coating with improved properties, such as a ceramic coating with improved hardness, attachment of a decoration and / or adhesion to metal.
  • the method according to the invention makes it possible to provide a coating with controllable properties.
  • prints made by ink jet printing are particularly durable and resistant to abrasion, whereby a ceramic coating with good surface quality can be achieved.
  • the method allows a change in the roughness of the ceramic coating.
  • the advantages of the ink jet method over screen printing such as the high flexibility of its design, productivity and independence of the features of the substrate or metal, may be accommodated, whereby metal-plated decorations of high resolution and good appearance can be achieved.
  • Ceramic coating are embedded, wherein an orange peel roughness of the coating is shown.
  • FIG. 7 Comparison between screen printing and ink-jet printing according to the invention.
  • Fig. 10 steam outlet opening of an iron sole
  • Fig. 1 protective ink jet printing on an iron sole with a
  • FIG. 12 SEM micrograph for a first sample (A) of a ceramic coating.
  • FIG. 13 SEM micrograph for a second sample (B) of a ceramic coating on aluminum, which has been achieved according to a method according to the invention
  • Fig. 14 SEM micrograph for a third sample (C) of a ceramic coating
  • Fig. 15 SEM micrograph for a fourth sample (D) of a ceramic coating
  • Fig. 16 SEM micrograph for a fifth sample (E) of a ceramic coating on aluminum, which has been achieved according to a method according to the invention.
  • Figure 1 shows an ink 1 containing the ink particles, e.g. contains the functional particles 3, and which is applied to substrate 10 of enamel, which is formed from an enamel frit.
  • the ink 1 consists of a liquid, e.g. aqueous, medium 2, in which the functional particles are 3.
  • the substrate 10 also consists of enamel particles 1 1, which are much larger than the functional particles 3 in this case.
  • the particle size of the enamel particles 11 and the ink particles, e.g. Functional Part 3, the success of inkjet printing depends on email.
  • the enamel used can be any enamel that is suitable for ceramic coatings on metal.
  • an enamel having the following composition in parts by weight may be used:
  • FIG. 2 shows, in two illustrations, a substrate 10 consisting of enamel particles 11, onto which the functional particles 3 are applied.
  • the functional particles 3 are penetrated between the enamel particles 1 1 of the substrate 10, as in the Inkjet printing on enamel is desired.
  • the substrate 10 of enamel must be such that the space between its enamel particles 1 1 is sufficiently large, so that gaps arise, into which the functional particles 3 fit.
  • Figure 3 illustrates two inkjet printed substrates that do not have sufficiently large pores.
  • the functional particles 3 are only on the surface of the substrate 10 of enamel particles 1 1 and can not penetrate to any appreciable extent in the enamel frit, which can represent a decisive disadvantage.
  • FIG. 5 shows a substrate 10 which has been printed first with functional particles 3 and then with filler particles 4 in a second step. It is also possible to apply only filler particles 4 or to use an ink 1 containing both functional particles 3 and filler particles 4.
  • FIG. 6 shows a fired enamel 30 in which functional particles 3 are embedded.
  • a rough surface has formed on the baked enamel 30, similar to an orange peel. The roughness of the surface is controllable by the number and size of the functional particles 3 and / or the filler particles 4 and / or by the roughness of the surface of the substrate 10 and / or the roughness of the surface of the metal 20.
  • Figure 7 illustrates a comparison of the conventional screen printing method with the ink jet printing of the present invention. Shown is a metal 20 coated with a baked ceramic enamel enamel 30. Thereafter, a screen printed area 40 was prepared, which is about 10 ⁇ to 30 ⁇ thick, and a uneven, rough enamel surface created. On the other hand, the inkjet printed area 50 of the baked enamel 30 is substantially closed by the baked enamel 30, so that after the glazing, a substantially smooth burned enamel surface is formed.
  • Fig. 8 there is shown an embodiment in which ink-jet printing is performed on metal 20 having an uneven relief surface. This is achieved by the inkjet printing according to the invention, but it is not possible by the screen printing method of the prior art.
  • the functional particles 3 are embedded in the surface of the baked enamel 30.
  • FIG. 9 shows that special stresses occur at an edge of the metal 20 (shown by arrows). Functional particles 3 are therefore introduced into the enamel around the edge. Special loads on the baked enamel 30 may also occur on ironing soles 60 around the steam outlet holes 61. Here, the coating thickness or thickness of the baked enamel 30 is particularly thin, and the exiting steam is subjected to heavy stress.
  • Figures 10 and 11 illustrate an enameled soleplate 60 into which function particles 3 are printed around the vapor outlet holes 61 by an ink jet printer.
  • Ironing soles 60 according to the invention can be produced as follows:
  • the soleplate 60 may in particular be made of an aluminum plate with a thickness of approximately between 1 mm and 3 mm, for example of 2 mm. Subsequently, a substrate 10 of enamel frit in a layer thickness of about 50 ⁇ is first painted (for example by gun). Coating thicknesses of between 30 ⁇ and 80 ⁇ can be used, whereby areas subject to higher stress can be coated with a thicker layer. Coating thicknesses below 30 ⁇ without the ß Printing with ink particles has proven to be too thin in most cases, so the inventive ceramic coating process would advantageously allow the coating thickness to be reduced. Thereafter, a drying step takes place. The soleplate 60 may be dried in an oven at about 100 ° C for about 15 minutes or in the air at room temperature.
  • it can also be heated by means of UV light or with a laser for drying. If the soleplate 60 is already heated after a previous production step, this has a shortening effect on the required drying time. It is also possible to heat the soleplate 60 before painting the substrate 10 of enamel frit so that it dries faster.
  • the dry or almost dry enamel frit is printed by inkjet printing.
  • the soleplate 60 is heated for 30 minutes so that the enamel frit is vitrified and turned into baked enamel 30. It is important to ensure that the melting temperature of the metal 20 is not reached. A temperature between 500 ° C and 550 ° C has been proven for iron soles 60 made of aluminum.
  • the fired enamel 30 covers the functional particles 3 completely with a transparent or translucent layer, the enamel surface in the areas with applied functional particles 3 remains evenly flat and smooth. With a view to improved visibility of the color particles, it is also possible to use a completely transparent enamel, wherein it should be ensured that transparent enamel in the areas in which no functional particles 3 are introduced can often only have poor adhesion to metal 20.
  • the composition of the enamel material of the substrate After the composition of the enamel material of the substrate is prepared, it was ground until the desired granulometry for each sample was obtained.
  • the sizes of the enamel particles used in the samples were selected in the D90 range from 5 ⁇ to 38 ⁇ and in the D50 range of 5 ⁇ .
  • the enamel substrate was painted with water mixed with Aerograph (spray) until the basis weight of the substrate selected for each sample was 130g / m 2 or 180g / m 2 including enamel and water (containing about 60% enamel and 40% water). was achieved.
  • Application conditions were: viscosity 15 seconds with Ford cup # 4 and density 1.65 g / cc.
  • the metal was conventionally pretreated to improve the adhesion between the metal and the ceramic coating.
  • any known pretreatment method of metal for ceramic coating such as e.g. Sandblasting, acid attack and subsequent washing are used.
  • the substrate was painted, it was dried by heating.
  • any known method of drying the substrate such as by convection or IR, may be used.
  • the substrate has dried, it has been ink jet printed with an ink containing color particles (pigments).
  • the ink particles were in size D90 of 0.25 ⁇ and
  • any material can be used for the ink particles, in particular for color particles, for example
  • Chromium, copper, iron, cobalt nickel oxides, copper, cobalt chromates, etc. may be used.
  • the substrate was fired to a temperature of about 550 ° C.
  • the firing cycle used was an increase from room temperature to 550 ° C at a rate of 25 ° C / min, maintaining the temperature at 550 ° C for 8 minutes , and in a drop of 550 ° C to room temperature at a rate of 35 ° C / min.
  • Table I below shows the characteristics of the various substrates and inks tested (Samples A to E).
  • the resulting ceramic coatings were analyzed by scanning electron microscopy (SEM).
  • Figures 12 to 16 show the microscopy corresponding to each embodiment.
  • the basis weight of the substrate and the basis weight of the ink were obtained by weighing the metal sole before and after painting the substrate on the metal and after ink jet printing.
  • Table II shows the surprising improvement in the hardness of the ceramic coating as a consequence of ink-jet printing with an ink formed from ink particles, which is seen in Samples B and C.
  • the hardness was measured by a Vickers test using a normalized indenter with loads of 100, 200 and 300 g.
  • the table shows the value of the measured hardness of the aluminum used in the soleplate.
  • Table III shows the surprising improvement in the attachment of pigment particles of the ceramic coating, which is an unexpected one Quality improvement of the decoration provides, which is visually recognizable by the clear resolution of contours and printed lines.

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Abstract

Keramikbeschichtungs-Verfahren eines Metalls (20), in dem ein Substrat (10), das ein Email mit zumindest einer Fritte umfasst, auf das Metall (20) aufgestrichen und gebrannt wird, bis eine durch gebranntes Email (30) gebildete Beschichtung mit einer Beschichtungsdicke erzielt wird, wobei das Substrat (10) durch Tintenstrahl mit einer aus festen Tintenpartikeln (3, 4) gebildeten Tinte (1) bedruckt wird. Metall (20) mit einer Keramikbeschichtung, wobei die Beschichtung mittels eines solchen Verfahrens erzielbar ist. Haushaltsgerät, umfassend ein Metall (20) mit einer Keramikbeschichtung, wobei die Beschichtung mittels eines solchen Verfahrens erzielbar ist. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, die Eigenschaften einer Keramikbeschichtung eines Metalls zu verändern, insbesondere eine Keramikbeschichtung mit verbesserten Eigenschaften herzustellen, wie beispielsweise eine Keramikbeschichtung mit einer verbesserten Härte, Befestigung eines Dekors und/oder Haftung an Metall zu erzeugen. Insbesondere ermöglicht das Verfahren, eine Beschichtung mit steuerbaren Eigenschaften bereitzustellen. Ebenso sind durch Tintenstrahldrucken ausgeführte Aufdrucke besonders langlebig und abriebfest, wobei eine Keramikbeschichtung mit einer guten Oberflächengüte erzielt werden kann. Auch erlaubt das Verfahren eine Veränderung der Rauheit der Keramikbeschichtung.

Description

Keramikbeschichtungs-Verfahren eines Metalls
Beschreibung Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Keramikbeschichtungs-Verfahren eines Metalls, in dem ein Substrat, das ein Email mit zumindest einer Fritte umfasst, auf das Metall aufgestrichen und gebrannt wird, bis eine durch gebranntes Email gebildete Beschichtung mit einer Beschichtungsdicke erzielt wird. Die Erfindung ist insbesondere, aber ohne Einschränkung, zur bevorzugten Anwendung auf metallische Bügeleisensohlen ausgelegt.
Hintergrund der Erfindung Die Patentanmeldung WO 201 1/042886 A3 beschreibt eine Bügeleisensohle, deren zum Aufbringen auf die zu bügelnde Gegenstände oder Kleidungsstücke vorgesehene Oberfläche aus anodisiertem Aluminium besteht und/oder mit einer anodisierten Aluminiumschicht überzogen ist. Zur Verbesserung von Bügel- und Gleiteigenschaften ist auf der anodisierten Aluminiumoberfläche eine erhabene Emailgraphik durch Siebdruck aufgebracht, welche vorzugsweise Farbpigmente einer Silikatfarbe enthalten kann, bei welcher insbesondere die Silizium-Bestandteile durch Aluminium ersetzt wurden.
Auf Metall aufgebrachtes Email ist aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt, welches auch als Keramikbeschichtung von Metall oder emailliertes Metall bezeichnet wird. Besonders bekannt ist auf Stahl aufgebrachtes Email, wie es in oleophob beschichteten Bratpfannen verwendet wird. Im Allgemeinen werden Metall- Keramikbeschichtungen weit verwendet, z.B. um dem Metall Schutz vor Korrosion, Abriebfestigkeit, Kratzfestigkeit, Härte, Hochtemperaturfestigkeit, usw., zu gewähren. Zudem ist es weit verbreitet, Keramikbeschichtungen bei Bügeleisensohlen zu verwenden, um das Gleiten oder die Reibung zwischen Bügeleisensohle und Bügelgut zu verbessern bzw. zu verringern. Die Auftragung einer Keramikbeschichtung auf Metall gestattet auch, die Anwesenheit von Flecken zu vermeiden oder diese einfach zu entfernen, vorteilhaft im Vergleich zu Metalloberflächen ohne Keramikbeschichtung, insbesondere wenn das Metall Aluminium ist.
Bügeleisensohlen werden häufig zur monochromatischen Markierung und Veränderungen der Oberflächeneigenschaften während des Emailliervorgangs bedruckt. Dazu bedient man sich gewöhnlich eines Siebdruckverfahrens. Dabei wird zunächst ein Email - der Stoff, aus dem nach dem Brennen die gebrannte Emailschicht entsteht - auf die Bügeleisensohle aufgestrichen, danach, und nachdem das Email getrocknet ist, wird die gewünschte Markierung durch Siebdruck aufgebracht. In einem nächsten Schritt wird die Bügeleisensohle zusammen mit dem Email und dem Aufdruck gebrannt, sodass eine Verbindung zwischen Sohle, Aufdruck und Email entsteht. Im Ergebnis ist der Aufdruck gegenüber der Ebene des Emailles um etwa 10 μηη bis 30 μηη durch Siebdruck erhaben, wodurch eine oft unerwünschte Rauheit der Bügeleisensohle entsteht. Erfindungsgemäße Aufgabe
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bereitzustellen, welches gestattet, die Eigenschaften einer Keramikbeschichtung eines Metalls, insbesondere auf gezielte Weise, zu verändern. Darüber hinaus besteht die erfindungsgemäße Aufgabe darin, eine Keramikbeschichtung eines Metalls mit verbesserten Eigenschaften herzustellen.
Erfindungsgemäße Lösung Die Aufgabe wird gelöst durch ein Keramikbeschichtungs-Verfahren eines Metalls, wie es im Anspruch 1 offenbart ist. Weiterhin besteht die erfindungsgemäße Lösung in einem Metall mit einer durch ein solches Verfahren erzielbaren Keramikbeschichtung, wie es im Anspruch 14 offenbart ist, und in einem Haushaltsgerät, das ein Metall mit einer durch ein solches Verfahren erzielbaren Keramikbeschichtung umfasst, wie es im Anspruch 15 offenbart ist.
Der Tintenstrahldruck („inkjet") ist ein weit verbreitetes Verfahren, das zum Beispiel zum Bedrucken von Papier Anwendung findet. Eine Reihe von weiteren Materialien können im Tintenstrahlverfahren bedruckt werden, dazu zählen zum Beispiel Kunststoffe. Darüber hinaus sind Tintenstrahldrucker bekannt, mit denen emaillierte Fliesen oder Kacheln bedruckt werden können.
Die Patentschrift US 5 407 474 offenbart eine Tinte, die besonders geeignet ist, um auf Keramik oder Glas zu drucken. Die Tinte ist Farbpartikel oder Pigmente enthaltend pigmentiert und kann in einem Tintenstrahldrucker benutzt werden. Diese Offenbarung offenbart, dass die maximale Partikelgröße der Farbpartikel oder des Pigments ausreichend klein ist, dass die Düsen oder Filter des Druckers nicht blockiert werden und wobei die Korngrößenverteilung der Partikelgröße ausreichend schmal ist, dass die Tinte eine so niedrige Viskosität hat, dass der Drucker funktionieren kann.
Der Begriff „Substrat" schließt im Zusammenhang der Erfindung den Gedanke einer Schicht ein. Des Weiteren soll man unter„das Aufstreichen des Substrates auf das Metall" verstehen, dass es sowohl den Gedanke des unmittelbaren Aufstreichens des Substrates auf das Metall als auch dessen Aufstreichen auf das Metall durch Zwischenschaltung einer anderen Schicht, beispielsweise einer Tonerde Schicht im Falle, dass das Metall Aluminium oder eine Aluminiumlegierung ist, oder einer Schicht mit Verankerungsfunktion („cladding") zwischen dem Substrat und dem Metall einschließt. Bevorzugt kann das Substrat selbst an dem Metall anhaften, nachdem das Email gekocht worden ist. Das Substrat kann im Wesentlichen völlig aus Email bestehen. Der Begriff„Email" schließt den Gedanke einer mindestens teilweise metallischen Beschichtung ein.
Der Begriff „Email" oder „ungebranntes Email" bezieht sich auf denjenigen Stoff, der zumindest eine Emailfritte mit nicht miteinander verbundenen oder verschmolzenen Emailpartikeln umfasst. Die Emailpartikel können durch Brennen oder Erhitzung miteinander verbunden oder verschmolzen werden. Der Begriff „gebranntes Email" bedeutet, dass das Email erhitzt wurde, insbesondere dass die Emailpartikel zumindest teilweise miteinander verschmolzen wurden. Der Begriff „gebranntes Email" schließt das Konzept von „verglastem Email" oder „ausgehärtetem Email" ein. Der Begriff „Brennentemperatur", analog„Verglasungstemperatur", steht mit derjenigen Temperatur, die im Wesentlichen in dem Email erreicht werden soll, sodass dieses zu gebranntem oder verglastem Email wird, in Zusammenhang. Vorzugsweise erfolgt die Erhitzung durch Ofen, aber werden keine anderen sinnvollen Medien ausgeschlossen, wie zum Beispiel UV- oder Laserlicht, welches vorteilhaft eine auf Bereiche des Substrates lokal gerichtete Erhitzung erlauben kann.
Drucken mittels eines Tintenstrahls im Sinne der Erfindung bedeutet, dass Tinte in einer Druckvorrichtung beschleunigt wird, sodass sie auf das zu bedruckende Email gelangen kann. Tinte ist dabei ein flüssiges Medium. Die Tinte ist durch feste Tintenpartikel, wie z.B. Farbpartikel oder Pigmente, gebildet. Im Sinne der vorliegenden Patentschrift schließt der Begriff„Druck" die Konzepte„Markierung",„Dekor",„Graphik" oder„Beschriftung" ein. Das erfindungsgemäße Verfahren kann gegenüber dem Siebdruckverfahren im Stand der Technik insbesondere den Vorteil bieten, dass in einem einigen Arbeitsgang unterschiedliche Tinte, d.h. Tinten mit unterschiedlichen Eigenschaften - insbesondere unterschiedlichen Farben - auf das Email aufgebracht werden können. So können in einem einzigen Druckvorgang verschiedene Farbstoffen aufgedruckt werden. Zudem ist es erfindungsgemäß möglich, das Substrat oder das Email so zu bedrucken, dass die Tinte in das Email eindringt und eine glattere Oberfläche der Keramikbeschichtung oder des gebrannten Emails hinterlässt als dies konventionell mit Siebdruck erreichbar ist. Solch eine glatte Oberfläche ist insbesondere bei einer emaillierten Bügeleisensohle von Vorteil, da dadurch Reibung zwischen der Bügeleisensohle und dem Bügelgut vermieden werden kann, der Abrieb der Bügeleisensohle vermindert werden kann und so eine längere Standzeit des Bügeleisens entstehen kann. Die in das Email eingelagerten Tintenbestandteile können auch selbst vor Abrieb geschützt sein, so dass der Aufdruck besonders widerstandsfähig ist. Des Weiteren muss nach dem Aufstreichen des Substrates, insbesondere des Emailles, auf das Metall die Trockenzeit der Emailfritte nicht verlängert werden, bevor das Email bedruckt werden kann. Dadurch kann der Herstellungsprozess beschleunigt werden. Zudem wird es durch den Tintenstrahldruck erst möglich, auf unebene Metalloberflächen, insbesondere mit Reliefs oder Flachreliefs, zu drucken. Ferner können die durch den Tintenstrahldruck eingebrachten Tintenpartikel strukturell verstärkend auf die Keramikbeschichtung, insbesondere auf das gebrannte Email, wirken, sodass durch die Erfindung eine härtere Keramikbeschichtung erzeugt werden kann, das sich durch geringeren Abrieb auszeichnet. Dazu kann die Tinte selektiv auf sehr beanspruchten Bereichen wie in der Nähe von Kanten und Löchern gedruckt werden, um die Keramikbeschichtung oder das gebrannte Email örtlich besonders widerstandsfähig zu machen. Bevorzugte Ausführungsform
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird vorzugsweise ein Substrat bedruckt, das ausschließlich ein Email, besonders vorzugsweise mindestens eine Emailfritte, umfasst. Es sind aber auch Ausführungen denkbar, bei denen neben dem Email das Substrat andere Materialien einschließt, z.B. Materialien, die der Emailfritte beigemischt sind, wie z.B. Metalloxide. Jedoch ist vorzugsweise zu mindestens 20%, besonders vorzugsweise zu mindestens 50%, besonders vorzugsweise zu mindestens 70%, besonders vorzugsweise zu mindestens 80%, besonders vorzugsweise zu mindestens 90%, besonders vorzugsweise zu mindestens 95% und ganz besonders vorzugsweise zu mindestens 99% des Substrates Email, besonders vorzugsweise mit mindestens einer Emailfritte. Vorzugsweise umfasst das Substrat gesprühtes befeuchtetes Email oder Email, das mit einer Flüssigkeit wie z.B. Wasser vermischt ist, um dessen Aufstreichen auf das Metall zu vereinfachen. In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Substrat, insbesondere das Email, auf das Metall bevorzugt durch Pistole oder Aerograph aufgestrichen (spraying), wobei mittels dieser Technik der Stoff des Substrates oder Emails auf dem Metall gesprüht und befeuchtet verteilt wird. Darauffolgend, und bevorzugt nachdem das Substrat oder Email getrocknet oder nahezu getrocknet ist, findet das Bedrucken des Substrat-Emails mittels des Tintenstrahls statt. Alternativ kann das Substrat durch jegliche andere bekannte Methoden auf das Metall aufgestrichen werden, wie z.B. durch Eintauchung, Grundierung, elektrophoretische Abscheidung, physikalische Gasphasenabscheidung (PVD), usw. Die Wahl der Methode zum Aufstreichen des Substrates kann durch die Beschichtungsdicke der zu erzielenden Keramikbeschichtung und je nach Gewicht oder Flächengewicht des auf dem Metall aufgestrichenen Substrates bestimmt sein. So erlaubt das Auswählen des Flächengewichtes des Substrates gemäß der gewählten Methode zum Aufstreichen des Substrates, die Dicke der enthaltenen Keramikbeschichtung besonders präzis zu kontrollieren.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind alternativ beispielsweise Emailpartikel des Substrates in der Tinte eingeschlossen, so dass das Aufbringen des Substrates zeitgleich mit dem Bedrucken des Emailles stattfinden kann, sogar aus einem einzigen Tintenstrahltropfen, der Emailpartikel enthält. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann alternativ beispielsweise das Substrat ein Papier bevorzugt mit Emailpartikeln, insbesondere ein Keramikpapier, welches durch den Tintenstrahl bedruckt wird, umfassen oder im Wesentlichen in diesem bestehen. Anschließend kann das Substrat auf das Metall durch das Aufstreichen des bedruckten Papiers auf der Metalloberfläche aufgestrichen werden. In diesem Zusammenhang schließt der Begriff „Papier" die Konzepte„Folie" oder„Lamelle" ein.
Die Erfindung umfasst auch, dass das Aufstreichen des Substrates auf das Metall einschließen kann, dass das Substrat Druck gegen die Metalloberfläche unterzogen wird. Vorteilhaft erlaubt dies, die Anwesenheit von Luftblasen in dem Substrat oder Email, insbesondere Blasen in der Zwischenphase zwischen dem Substrat oder Email und dem Metall, welche ansonsten bei dem Verfahren entstehen können, zu beseitigen oder zu reduzieren. Dazu können Komprimierungsmittel wie z.B. eine Presse, eine Walze, insbesondere eine Warmwalze, oder durch Vakuumtüte, verwendet werden.
Das erfindungsgemäße Tintenstrahldrucken findet vorzugsweise statt, ohne dass die Oberfläche des Substrates kontaktiert wird. Dies geschieht dadurch, dass die Einrichtung des Tintenstrahldruckers, durch die die Tinte ausgeworfen wird, zum Beispiel ein Druckkopf, nicht auf dem Substrat aufliegt. Vorteilhaft gestattet das Tintenstrahldrucken unabhängig von den Eigenschaften des Substrates oder des Metalls, beispielsweise unabhängig von der Form oder der mechanischen Festigkeit des Substrates oder des Metalls, zu drucken, wobei das Bedrucken von gekrümmten, gesäumten oder scharfen Oberflächen und das Drucken auf Substraten oder Metallen kleiner Dicke, wie Metallblech, oder mit einer reduzierten mechanischen Festigkeit ermöglicht wird. Zusätzlich wird ein Verwischen der aufgebrachten Tinte durch den Druckkopf vermieden. Zudem kann eine gewöhnlich erforderliche Trockenzeit des Emailles vor dem Drucken beim Drucken durch Siebdruck verkürzt werden, da beim Tintenstrahldrucken das unvollständig getrocknete und noch weiche Substrat aufgestrichen werden kann.
Erfindungsgemäß ist es bevorzugt, dass das Substrat nach dem Drucken bei einer Temperatur unterhalb des Schmelzpunkts des Metalls gebrannt wird. Dadurch kann insbesondere erreicht werden, dass sich das Metall beim Brennen nicht verformt. Dazu sind die Emailpartikel vorzugsweise so gestaltet, dass sie bei einer Temperatur schmelzen, die unterhalb des Schmelzpunkts des Metalls liegt. In dieser Hinsicht ist bekannt, dass eine Reduzierung der Größe der Emailpartikel eine Reduzierung der Verglasungstemperatur des Emailles mit sich bringt und deshalb diese Wirkung z.B. durch das Auswählen einer Größe der Emailpartikel erzielt werden kann, welche klein genug ist, damit die Verschmelzung der Emailpartikel oder die Verglasung unterhalb des Schmelzpunktes des Metalls stattfindet. Alternativ oder zusätzlich kann der gleiche Effekt durch das Einbringen in das Email oder Substrat von Additiven mit einer solchen Funktion erzielt werden. So kann das Email vorzugsweise derart ausgewählt werden, dass eine Brennentemperatur, insbesondere eine Verglasungstemperatur, des Emailles unterhalb des Schmelzpunktes des Metalls erreicht wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst das Metall Aluminium oder eine Aluminiumlegierung. Aluminium und viele seiner Legierungen sind gewöhnlich leicht zu verarbeiten und weisen vorteilhafterweise eine niedrige Dichte auf. Bügeleisensohlen werden vorzugsweise zumindest teilweise aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen gefertigt.
Während des Emailliervorgangs wird das Email bevorzugt bei einer Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes des Metalls, besonders bevorzugt bei einer Temperatur in einem annähernden Bereich von 40%-100%, besonders bevorzugt 60%-90%, besonders bevorzugt 75%-85%, des Schmelzpunktes des Metalls, gekocht. Insbesondere weist das bei Bügeleisensohlen verwendete Metall aus Aluminiumlegierung einen Schmelzpunkt von ungefähr 550°C-700°C, z.B. von 660°C auf, weshalb in diesem Fall das Email bevorzugt in dem annähernden Temperaturbereich von 250°C-650°C, besonders bevorzugt von 400°C-600°C, besonders bevorzugt in dem Temperaturbereich von 500°C- 550°C gekocht wird.
Erfindungsgemäß ist die Tinte des Tintenstrahls durch feste Tintenpartikel gebildet. Unter „festen Tintenpartikel" soll hier jede Art von festen Partikeln, insbesondere Farbpartikeln, auch als Pigmente bezeichnet, und nicht färbenden Partikeln oder nicht Pigmenten, verstanden werden, Zusätzlich zu den Partikeln weist die bevorzugte Tinte ein flüssiges Medium auf, durch welches die Tinte besonders einfach auf das Email aufgetragen werden kann. Dazu kann die Flüssigkeit bevorzugt so ausgewählt werden, um eine geeignete Oberflächenspannung zu haben, so dass sie das Email ausreichend benetzt. Besonders bevorzugt ist die Oberflächenspannung niedriger als die Oberflächenenergie des Substrates, insbesondere des Emailles. Außerdem kann das flüssige Medium ein flüchtiges Medium sein, so dass es leicht verdampfen kann und dabei die Tintenpartikel in dem Email zurücklassen kann.
Vorteilhaft erlaubt die Tinte des Tintenstrahls, die physikalischen und/oder chemischen Eigenschaften der Keramikbeschichtung oder des Emailles zu verändern. Die physikalischen und/oder chemischen Eigenschaften der Keramikbeschichtung können durch die Tintenpartikel, insbesondere durch Funktionspartikel verändert werden. Besonders bevorzugte Funktionspartikel können vorteilhafte versteifende oder die Keramikbeschichtung verstärkende, ferromagnetische, elektrisch leitende und/oder thermisch leitende Eigenschaften haben. Insbesondere können metallische Tintenpartikel, z.B. metallische Nanopartikel, verwendet werden, welche der Keramikbeschichtung beispielsweise eine verbesserte thermische und elektrische Leitfähigkeit gewähren können. Die Verwendung von mechanischen Partikeln kann auch dazu nutzbar sein, ein Dekor mit einem metallischen Anschein bereitzustellen. Dadurch kann eine Keramikbeschichtung mit besonderen physikalischen und/oder chemischen Eigenschaften hergestellt werden. Zum Beispiel kann es bei einer emaillierten Bügeleisensohle von Vorteil sein, ein besonders gut thermisch leitfähiges Email zu erzeugen. Durch das Drucken von elektrisch leitenden Partikeln ist es möglich, elektrostatische Aufladungen abzuleiten. Zusätzlich können die physikalischen und/oder chemischen Eigenschaften des Emailles durch das flüssige Medium der Tinte verändert werden. So können die flüssigen Bestandteile der Tinte zum Beispiel elektrisch leitfähige Substanzen enthalten, die dazu führen, dass elektrostatische Aufladungen des Emailles abgeleitet werden.
Erfindungsgemäß können auch Funktionspartikel mit einer antimikrobiellen oder bakteriziden Funktion, zum Beispiel die aus einer antimikrobiellen oder bakteriziden Substanz (z.B. Silber oder Titandioxid) bestehen, in die Keramikbeschichtung eingebracht werden. Das so erhaltene Email kann in Desinfektionsvorgängen verwendet werden. Wenn eine Bügeleisensohle mit Email versehen wurde, das eine antimikrobielle oder bakterizide Substanz enthält, kann das Bügeln mit der Bügeleisensohle zu einer Desinfektion des Bügelguts führen, wie es zum Beispiel in der europäische Patentanmeldung EP 191 1874 A1 (deren diesbezüglicher Inhalt durch Verweis Teil der vorliegenden Offenbarung ist) offenbart ist. Diesbezüglich kann das Drucken mit eingebetteten oder eingeschlossenen antimikrobiellen oder bakteriziden Partikeln, die sich in der Nähe der Oberfläche des Substrates befinden, dazu beitragen, dass eine programmierte oder gesteuerte Dosierung der antimikrobiellen oder bakteriziden Funktion, insbesondere bei Bügeleisensohlen, erleichtert wird. Darüber hinaus können Funktionspartikel die Haftung der Keramikbeschichtung an der Metalloberfläche verbessern und die Widerstandsfähigkeit gegen thermomechanischen Beanspruchung erhöhen. Im Sinne der vorliegenden Patentschrift schließt der Begriff „Funktionspartikel" das Konzept von Pigment oder Farbpartikel ein. Funktionspartikel sind Partikel, die sich von gegebenenfalls in dem Email befindlichen Partikeln in mindestens einer Eigenschaft unterscheiden. Pigmente sind Funktionspartikel, die eine sich von dem Email unterscheidende Farbe aufweisen und dadurch Farbstoffe sind. Durch das Einbringen von Farbpartikeln kann auf besonders einfache Weise eine gewünschte farbliche Veränderung erzielt werden. Die durch Pigmente oder Farbpartikel gebildeten Tinten unterscheiden sich von durch Farbstoffe gebildeten Tinten darin, dass diese nicht aus Partikeln sondern aus völlig im flüssigen Medium der Tinte gelösten Farbmolekülen gebildet sind. Alternativ oder zusätzlich zu Funktionspartikeln, insbesondere Farbpartikeln, umfasst die Tinte bevorzugt„Füllpartikel". Füllpartikel sind Tintenpartikel, die während des Brennens des Emailles zumindest teilweise mit den Emailpartikeln des Substrates verschmelzen, insbesondere sind Füllpartikel während des ganzen Brennens des Emailles löslich mit demselben, so dass sie dazu beitragen, dass Funktionspartikel im gebrannten Email eingebettet und/oder eingelagert sind. Im Allgemeinen können die Tintenpartikel unlösliche Partikel bei zumindest einer der Fritten, lösliche Partikel bei zumindest einer der Fritten und eine Kombination derselben sein. Im Sinne der vorliegenden Patentschrift bezieht sich der Begriff „eingebettet" auf eine Tintenpartikel angewendet darauf, dass die Partikel zumindest teilweise in der Keramikbeschichtung oder dem gebrannten Email eingebracht ist. Andererseits schließt der Begriff „eingelagert" auf eine Tintenpartikel angewendet das Konzept ein, dass die Partikel in der Keramikbeschichtung oder dem gebrannten Email völlig eingebracht ist. Es ist bevorzugt, dass die Partikel in der Tinte im Größenvergleich untereinander lediglich geringe Schwankungen aufweisen. Das heißt, dass die Größenverteilung der Tintenpartikel vorzugsweise eine besonders geringe Standardabweichung aufweist. Die Standardabweichung beträgt vorzugsweise weniger als 80%, besonders vorzugsweise weniger als 40%, besonders vorzugsweise weniger als 20%, besonders vorzugsweise weniger als 10%, besonders vorzugsweise weniger als 5% und ganz besonders vorzugsweise weniger als 3% der Größe der Tintenpartikel. Dadurch wird mit Vorteil die Viskosität der Tinte gesenkt, wodurch ein Verstopfen des Tintenstrahldruckers vermieden und die Tinte besonders fein geeignet werden kann.
Vorzugsweise wird Tinte verwendet, die im Stand der Technik auch beim Tintenstrahldruck auf emaillierte Fliesen eingesetzt wird. Ein Beispiel für eine solche Tinte ist in der Patentschrift US 5 407 474 zu finden, deren diesbezüglicher Inhalt durch Verweis Teil der vorliegenden Offenbarung ist. So muss keine Tinte speziell für das erfindungsgemäße Verfahren entwickelt werden, vielmehr kann mit kommerziell erhältlicher Tinte gedruckt werden. Bevorzugte Tinten sind zudem in der europäischen Patentanmeldung EP 1 840 178 A1 zu finden, deren diesbezüglicher Inhalt durch Verweis Teil der vorliegenden Offenbarung ist. Das Drucken mittels Tintenstrahl findet vorzugsweise auf das Substratstatt, bevor dieses gebrannt wird. So können die Partikel aus der Tinte durch die zwischen den Emailpartikeln vorhandenen Zwischenräume, Lücken oder Poren besonders gut in die Tiefe des Emailles eintreten. Bevorzugt ist es, wenn die Emailfritte zumindest teilweise getrocknet ist, bevor sie bedruckt wird, um dem Email Konsistenz zu gewähren. Dadurch wird vermieden, dass sich das Substrat von dem Metall löst, wenn die Tinte aufgebracht wird. Es ist auch möglich, das Substrat zumindest teilweise zu brennen, bevor ein Aufdruck angebracht wird, so dass die Partikel des Emailles miteinander verschmolzen sind, insbesondere gesintert sind. So kann zum Beispiel ein oberflächlicher Aufdruck entstehen, wenn das gewünscht ist.
Das Tintenstrahldruckverfahren im Sinne der Erfindung ist vorzugsweise ein Verfahren, in dem ein Druckkopf sich über das Substrat bewegt und zu gewünschten Zeitpunkten Tintentropfen abgibt. Zum Beispiel kann der Austritt mit Druck beaufschlagter Tinte aus einer Düse mittels eines Ventils gesteuert werden. In einer anderen Ausführung der Erfindung werden die Tintentropfen dadurch hervorgebracht, dass die Tinte in dem Tintenstrahldrucker erhitzt wird, sich dadurch ausdehnt und in Tropfenform aus der Düse austritt. Es ist erfindungsgemäß ebenso möglich, dass die Tinte durch ein Piezoelement durch die Düse als Tropfen ausgetrieben wird. In der Ausführungsform, in der der Tintenstrahldruck durch ein Abscheiden von Tintentröpfchen geschieht, ist eine besonders präzise und feine Verteilung der Partikel in der Keramikbeschichtung möglich. Dadurch können zum Beispiel besonders hochauflösende farbige Grafiken erzeugt werden.
In einer alternativen Ausführungsform wird die Tinte in einem kontinuierlichen Tintenstrahl gespritzt, der nacheinander auf unterschiedliche Bereiche des Substrates gerichtet oder durch geeignete Mittel, wie zum Beispiel ein elektrostatisches Feld, so abgelenkt wird, dass die gewünschten Markierungen auf dem Substrat entstehen. In dieser Ausführungsform ist ein berührungsloser Druck besonders einfach zu realisieren. Vorzugsweise wird das Substrat nach dem Drucken auf eine Temperatur zwischen 500°C und 550°C erhitzt, wenn das verwendete Metall Aluminium einschließlich einer Aluminiumlegierung ist. Die Erfinder haben herausgefunden, dass bei diesen Temperaturen ein besonders widerstandsfähiges Email erzeugt werden kann.
Vorzugsweise wird eine Art von Tinte, zum Beispiel Tinte in einer bestimmten Farbe, Tinte mit einer bestimmten Größe der Tintenpartikel, oder Tinte mit einer bestimmten Art von Funktionspartikeln, in einem Druckvorgang aufgebracht. Zur Applikation von mehrfarbigen Drucken ist es möglich, mehrere Druckvorgänge hintereinander durchzuführen. So kann der verwendete Drucker konstruktiv einfach gestaltet werden. Alternativ kann in einem Druckvorgang mit mehreren Tinten gedruckt werden, z.B. durch einen Druckkopf mit mehreren Düsen für jeweils unterschiedliche Farben oder mehrere Druckköpfe mit einer oder mehreren Düsen. Dadurch ist ein besonders schneller Druckvorgang möglich. Der Tintenstrahldrucker kann derart ausgelegt werden, dass eine Tropfengröße und/oder eine Tropfenmenge pro Einheit bedruckter Fläche ausgewählt wird, was erlaubt, dass das Gewicht oder Flächengewicht der Tinte und/oder die beim Drucken auf das Substrat abgelagerte Menge an Tintenpartikeln kontrolliert werden.
Vorzugsweise dringen die Tintenpartikel durch die zwischen den Emailpartikeln vorhandenen Zwischenräume in einer auswählbaren Tiefe in das Substrat ein, so dass sich die Tintenpartikel in der Emailbeschichtung in einer bestimmten Tiefe befinden. Dazu können das Email des Substrates und die Tinte mit einer jeweils geeigneten Größe der Emailpartikel und der Tintenpartikel ausgewählt werden. So werden ein Email und eine Tinte mit einer Größe der Emailpartikel, die wesentlich höher als die Größe der Tintenpartikel ist, eine höhere Eindringung der Tintenpartikel in das Emailsubstrat bereitstellen, da Zwischenräume zwischen den Emailpartikeln hinreichend groß sein werden. Im Gegensatz dazu werden ein Email und eine Tinte mit einer Größe der Emailpartikel, die wesentlich kleiner als die Größe der Tintenpartikel ist, die Gegenwirkung bereitstellen, wobei verhindert wird, dass die Tintenpartikel in das Substrat eindringen. Diesbezüglich ist auch möglich, dass ein Flächengewicht der Tinte verändert werden kann, um den Eindringungsgrad der Tintenpartikel in das Substrat und folglich in die Keramikbeschichtung insbesondere aufgrund des Eigengewichtes der Partikel zu variieren.
In diesem Zusammenhang wird „Eindringungsbeiwert" (h) als ein numerischer Wert definiert, welcher die Eindringungstiefe der Tintenpartikel in die Keramikbeschichtung als Prozentsatz zu der Dicke der Keramikbeschichtung darstellt. Insbesondere wird „Eindringungsbeiwert" als die Tiefe definiert, in die die Partikel in die Keramikbeschichtung im Wesentlichen eindringen, insbesondere als die Tiefe, bis zu welcher die meisten Tintenpartikel in die Keramikbeschichtung eindringen. Um den Eindringungsbeiwert quantitativ zu bestimmen, wird beispielsweise der Eindringungsbeiwert h100, h90, h80, usw. als die Tiefe definiert, bis zu welcher 100% bzw. 90% bzw. 80%, usw., der Tintenpartikel in die Keramikbeschichtung im Prozentsatz zu der Dicke der Keramikbeschichtung eindringen. Diese Methode erlaubt, dass der Eindringungsbeiwert unmittelbar aus einer Mikrographie, die z.B. durch Rasterelektronenmikroskopie (REM) erzielt worden ist, quantitativ bestimmt wird.
Erfindungsgemäß schließt der Begriff „Partikelgröße", z.B. der Emailpartikel oder der Tintenpartikel, das Konzept von mittlerer Größe oder mittlerem Durchmesser der Partikel ein. Um die Partikelgröße quantitativ zu bestimmen, werden beispielsweise die Partikelgrößen D100, D90, D80, usw. als das Größtmaß des 100% bzw. 90% bzw. 80% der Tintenpartikel definiert. Diese Methode zur quantitativen Bestimmung der Partikelgröße ist dem Fachmann bekannt. Vorteilhaft kann die Auswahl eines niedrigen Eindringungsbeiwerts bevorzugt sein, insbesondere um eine Verbesserung der Befestigung der Pigmente oder färbenden Tintenpartikel in der Keramikbeschichtung und folglich ein Dekor höherer Auflösung oder Qualität zu erzielen. Dazu kann der Eindringungsbeiwert h90 kleiner oder gleich ca. 50%, bevorzugt kleiner oder gleich ca. 30%, weiter bevorzugt kleiner oder gleich ca. 10% ausgewählt werden.
Andererseits kann auch die Auswahl eines hohen Eindringungsbeiwerts vorteilhaft sein, insbesondere um eine Keramikbeschichtung mit einer besonders einheitlichen Verteilung der Tintenpartikel bereitzustellen. Dadurch kann insbesondere eine verstärkte Keramikbeschichtung erhalten werden. Diesbezüglich kann eine Verbesserung der Zähigkeit der Beschichtung und der Haftung der Beschichtung an dem Metall erwartet werden. Der Grund für eine solche Verbesserung ist die Dämpfungsfunktion von zunehmenden Mikrospalten oder Mikrorissen seitens der Tintenpartikel. Dazu kann der Eindringungsbeiwert h90 höher als ca. 50%, bevorzugt höher als ca. 80%, ausgewählt werden.
Bevorzugt sind die Tintenpartikel in die Keramikbeschichtung und unter einer auswählbaren Tiefe eingelagert. Dazu können das Email des Substrates und die Tinte mit einer jeweils geeigneten Größe der Emailpartikel und der Tintenpartikel ausgewählt werden. So werden ein Email und eine Tinte mit einer Größe der Emailpartikel, die wesentlich höher als eine Größe der Tintenpartikel ist, eine höhere Einlagerung der Tintenpartikel in das Emailsubstrat bereitstellen, da die Zwischenräume zwischen den Emailpartikeln hinreichend groß sein werden. Im Gegensatz dazu werden ein Email und eine Tinte mit einer Größe der Emailpartikel, die wesentlich kleiner als die Größe der Tintenpartikel ist, die Gegenwirkung bereitstellen, wobei verhindert wird, dass die Tintenpartikel in das Substrat eindringen. Diesbezüglich ist auch möglich, dass ein Flächengewicht der Tinte verändert werden kann, um den Eindringungsgrad der Tintenpartikel in das Substrat und folglich in die Keramikbeschichtung insbesondere aufgrund des Eigengewichts der Partikel zu variieren.
In diesem Zusammenhang wird „Einlagerungsbeiwert" (k) als ein numerischer Wert, welcher die Tiefe darstellt, unter welcher die Tintenpartikel in die Keramikbeschichtung eingelagert sind, als Prozentsatz zu der Dicke der Keramikbeschichtung, definiert. Insbesondere wird„Einlagerungsbeiwert" als die Tiefe definiert, in die die Partikel in die Keramikbeschichtung im Wesentlichen eingelagert sind, insbesondere als die Tiefe, unter welcher die meisten Tintenpartikel in die Keramikbeschichtung eingelagert sind. Um den Einlagerungsbeiwert quantitativ zu bestimmen, wird beispielsweise der Einlagerungsbeiwert k100, k90, k80, usw. als die Tiefe, unter welcher 100% bzw. 90% bzw. 80%, usw., der Tintenpartikel in die Keramikbeschichtung eingelagert sind, im Prozentsatz zu der Dicke der Keramikbeschichtung, definiert. Diese Methode erlaubt, dass der Einlagerungsbeiwert unmittelbar aus einer Mikrographie, die z.B. durch Rasterelektronenmikroskopie (REM) erzielt worden ist, quantitativ bestimmt wird. Definitionsgemäß ist der Einlagerungsbeiwert höher als der Eindringungsbeiwert.
Vorteilhaft kann eine geeignete Auswahl des Einlagerungsbeiwerts (k) dazu beitragen, dass die Eigenschaften der Keramikbeschichtung, insbesondere die Härte der Beschichtung, verbessert werden. Diesbezüglich hat sich erwiesen, dass die Auswahl eines hohen Einlagerungsbeiwerts insbesondere die Erzielung einer verbesserten Härte erlaubt. Dazu kann der Einlagerungsbeiwert k90 derart ausgewählt werden, dass der Quotient zwischen dem Einlagerungsbeiwert und dem Eindringungsbeiwert h90 höher oder gleich etwa 30%, bevorzugt höher oder gleich etwa 50, ist. Die Erfindung sieht vor, dass der Eindringungsbeiwert (h) so ausgewählt wird, dass er in zumindest zwei verschiedenen Bereichen des Metalls unterschiedlich ist. Des Weiteren sieht die Erfindung vor, dass der Einlagerungsbeiwert (k) in zumindest zwei verschiedenen Bereichen des Metalls unterschiedlich sein kann. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Größe der Tintenpartikel des Emailles kleiner als 1/30 der Größe der Partikel des Emailles, besonders vorzugsweise kleiner als 1/100, besonders vorzugsweise kleiner als 1/300, besonders vorzugsweise kleiner als 1/1000, besonders vorzugsweise kleiner als 1/3000 und ganz besonders vorzugsweise kleiner als 1/10000 der Größe der Partikel des Emailles. Dadurch ist es möglich, dass die Tintenpartikel bei dem Drucken zwischen die Partikel des Emailles eintreten können. Dies macht es möglich, dass die Partikel nicht auf der Oberfläche des Substrates aufliegen, sondern bis zu einer Tiefe in das Email eintreten können. So kann insbesondere eine glatte Oberfläche der Keramikbeschichtung entstehen. Grundsätzlich ist die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens für jede Größe der Tintenpartikel möglich, die für ihre Verwendung bei Tintenstrahldruckern geeignet ist. Insbesondere können Tintenpartikel verwendet werden, die kleiner als ca. 1 μηη, bevorzugt kleiner als 0,50 μηη, weiter bevorzugt kleiner als ca. 0,30 μηη sind. Bei einer bevorzugten Ausführungsform können Größen der Tintenpartikel D90 von ca. 0,25 μηη verwendet werden. Insbesondere können Größen der Tintenpartikel mit D90 von etwa 0,25 μηη und D50 von etwa 0, 15 μηη verwendet werden.
Ebenso ist die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens grundsätzlich für jede Größe der Emailpartikel möglich, die bei bekannten Methoden zum Aufstreichen des Emailsubstrats auf Metall verwendet worden sind. Insbesondere können Emailpartikel verwendet werden, die kleiner als ca. 100 μηη, bevorzugt kleiner als ca. 50 μηη und weiter bevorzugt kleiner als 10 μηη sind. Bei einer bevorzugten Ausgestaltung können Größen der Emailpartikel D90 im Bereich von ungefähr 5 μηη-40 μηη verwendet werden, insbesondere wenn das Aufstreichen des Substrates auf das Metall durch Pistole ausgeführt wird. Insbesondere können Größen der Emailpartikel mit D90 im Bereich von etwa 5 μηη-40 μηη und mit D50 von etwa 5 μηη verwendet werden.
Die auf das erfindungsgemäße Verfahren anwendbaren Flächengewichte der Tinte oder des Substrates werden auch nicht eingeschränkt. Beispielsweise kann das Flächengewicht der Tinte aus dem Bereich von ungefähr 8, 1 g/m2 -16,1 g/m2 ausgewählt werden. Das Flächengewicht des Substrates kann aus einem Email bestehen, das zumindest eine mit Flüssigkeit, z.B. Wasser, befeuchteter Fritte umfasst, wobei das Flächengewicht des Substrates (einschließlich des Emailles und der Flüssigkeit) in diesem Fall kleiner oder gleich ca. 180 g/m2, bevorzugt kleiner oder gleich ca. 130 g/m2 ausgewählt werden kann, und wobei das Email bevorzugt aus etwa 40% Flüssigkeit, insbesondere Wasser, besteht.
Erfindungsgemäß ist das Flächengewicht des Substrates derart auswählbar, dass eine bestimmte Dicke der Beschichtung bereitgestellt wird. Bevorzugt kann die Dicke der Beschichtung so ausgewählt werden, dass sie kleiner oder gleich ungefähr 60 μηη ist. Erfindungsgemäß kann der Betrag der Beschichtungsdicke insbesondere kleiner oder gleich ungefähr 30 μηη ausgewählt werden. Es ist bevorzugt, dass die Tinte ein flüchtiges, flüssiges Medium enthält. Das flüssige Medium dient vorzugsweise dazu, die Partikel aus dem Druckkopf auszuwerfen und auf das Email zu tragen. Insbesondere befinden sich die festen Tintenpartikel in Suspension innerhalb des flüssigen Mediums. Sobald es auf dem Email angekommen ist, dient das flüssige Medium vorzugsweise dazu, durch Kapillarität die Partikel in die Tiefe des Emailes eindringen zu lassen. Das flüchtige Medium kann sodann verdunsten, sodass nur die Partikel in dem Email verbleiben. Die bevorzugte Tinte weist eine Oberflächenspannung und Viskosität auf, die es möglich machen, dass die Tinte durch Kapillarkräfte in die Poren der Emailfritte eintreten kann. Besonders bevorzugt ist es, wenn in der Tinte enthaltene Partikel ausreichend klein sind, dass sie die Zwischenräume zwischen den Emailpartikeln durchtreten können. Dazu ist der mittlere Teilchendurchmesser der in der Tinte enthaltenen Partikel vorzugsweise kleiner als 1/30 des mittleren Teilchendurchmessers der Partikel, die im Siebdruckverfahren verwendet werden, besonders vorzugsweise kleiner als 1/100, besonders vorzugsweise kleiner als 1/300, besonders vorzugsweise kleiner als 1/1000, besonders vorzugsweise kleiner als 1/3000 und ganz besonders vorzugsweise kleiner als 1/10000 des mittleren Teilchendurchmessers der Partikel, die im Siebdruckverfahren verwendet werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung wird durch das Drucken selbst die Rauheit der Oberfläche des Substrates und insbesondere der Oberfläche der Keramikbeschichtung, verändert. Durch die Verwendung von geeigneten Tintenpartikeln, wie z.B. Funktionspartikeln, insbesondere Färb- und/oder Füllpartikeln, kann an den bedruckten Bereichen eine besonders günstige Rauheit entstehen. Die Rauheit der Oberfläche kann zum Beispiel in unterschiedlichen Bereichen der Oberfläche dadurch variiert werden, dass unterschiedliche Mengen an Tinte in den unterschiedlichen Bereichen aufgedruckt werden. So kann zum Beispiel bei einer Bügeleisensohle in bestimmten Bereichen des Emailes eine orangenhautartige Rauheit erzeugt werden, sodass durch die Dampfauslasslöcher aus der Sohle des Bügeleisens ausgetriebener Dampf besonders gut verteilt werden kann. Alternativ kann die gewünschte Rauheit durch Veränderungen in der Zusammensetzung und der Oberfläche des Substrates oder der Emails, oder in der Oberfläche des Metalls erreicht werden. Bevorzugt kann die Rauheit der Oberfläche des Substrates oder Emails durch das Bedrucken des auf einer Oberfläche von Emailfritte aufgebrachten Emails derart erzielt werden, dass sie im Wesentlichen eine solche Rauheit aufweist, nachdem sie auf das Metall aufgestrichen wurde. Dazu findet das Aufstreichen des Substrates auf das Metall bevorzugt durch Pistole statt. Ebenso wird die Bereitstellung einer Keramikbeschichtung mit auswählbarer oder steuerbarer Dicke ermöglicht, wobei insbesondere die Maßtoleranz der zu beschichtenden Metalloberfläche verbessert werden kann.
Es ist bevorzugt, dass durch das Drucken das Anhaften des Emailles auf dem Metall verändert werden kann. Besonders vorzugsweise kann das Anhaften des Emailles auf dem Metall durch das Einbringen von Funktionspartikeln, insbesondere Farbpartikeln in das Email verbessert werden. Dies kann insbesondere in mechanisch sehr beanspruchten Bereichen und bei dünnen Emailschichten zu einer verbesserten Haltbarkeit des Emailles führen. Vorzugsweise kann durch das Einbringen von Tintenpartikeln wie Funktionspartikeln, insbesondere Farbpartikeln, die Widerstandsfähigkeit des Emailles gegenüber thermomechanischer Belastung verbessert werden. Solch eine Belastung kann durch inhomogene Wärmeverteilung und/oder die unterschiedliche Wärmeausdehnung des Metalls und des Emailles entstehen. Des Weiteren kann durch die Füll- und/oder Funktionspartikel, insbesondere Farbpartikel, eine gleichmäßige Wärmeverteilung und eine verbesserte Anhaftung erreicht werden. Besonders an den Kanten und um die Löcher von Bügeleisensohlen können eingebrachte Partikel die Stabilität des Emailles erhöhen.
In einer Ausführung ist es bevorzugt, dass das Email mit einem Tintenstrahldrucker bedruckt wird und davor oder danach auch im Siebdruckverfahren bedruckt wird. So können zum Beispiel Partikel im Tintenstrahldruck eingebracht werden, die die Härte, Haftung oder weitere physikalische Eigenschaften der Keramikbeschichtung verändern. Darauffolgend kann dann im Siebdruckverfahren eine erhabene Grafik aufgedruckt werden. So können zum Beispiel vorteilhafterweise die genau kontrollierten physikalischen Eigenschaften der Keramikbeschichtung mit einer durch Siebdruck erzeugten rauen Oberfläche kombiniert werden. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Metall, das mit Email überzogen ist, Teil eines Haushaltsgeräts, eines Bügeleisens, Haarglätters, Lockenstabs, Herds, Ofens oder einer Frontplatte eines Geräts. Dabei umfasst der Begriff Herd auch einen Gasherd, in dem Begriff Ofen ist sowohl dessen Innenraum, äußere Elemente als auch die Backbleche eingeschlossen. Zum einen kann bei diesen Geräten das Bedrucken des Emailles zur Erzielung einer besonders widerstandsfähigen Beschriftung oder Markierung und/oder zu einer besonders ansprechenden und verkaufsfördernden Gestaltung genutzt werden. Insbesondere bei Frontplatten können durch die Erfindung besonders einfach Kennzeichnungen und Dekorationen vorgenommen werden. Zum anderen kann das erfindungsgemäße Verfahren dazu benutzt werden, dass sowohl Rauheit als auch Festigkeit und Härte des Emailles für einzelne Bereiche genau festgelegt werden können. Dadurch können besagte Geräte besonders beständig und langlebig ausgeführt werden.
Vorzugsweise sind die Funktionspartikel in dem gebrannten Email eingelagert, d.h. sie liegen als Einschlüsse in dem gebrannten Email vor. Dabei schmelzen bei dem Brennen die Funktionspartikel nicht und werden nicht Teil der entstehenden Glasstruktur. Damit kann insbesondere mittels Farbpartikel eine besondere Farbwirkung erzeugt werden und besonders hochauflösende Grafiken erzeugt werden.
Es ist bevorzugt, dass in dem erfindungsgemäßen Email mindestens 40% der Funktionspartikel zwischen der Oberfläche des Substrates, insbesondere des Emailles, und einer Tiefe des Substrates, insbesondere des Emailles, von 50 μηη vorliegen. Besonders vorzugsweise liegen 60%, besonders vorzugsweise 80% der Funktionspartikel in einer Tiefe des Substrates, insbesondere des Emailles, von bis zu 50 μηη vor. Bevorzugt liegen mindestens 40%, besonders bevorzugt mindestens 60%, besonders bevorzugt mindestens 80% der Funktionspartikel zwischen der Oberfläche des Substrates, insbesondere des Emailles, und einer Tiefe des Substrates, insbesondere des Emailles, von bis zu 10 μηη, besonders bevorzugt von bis zu 5 μηη vor. Auf diese Weise wird insbesondere erzielt, dass die Farbpartikel nicht durch semitransparente Emailschichten verdeckt, sondern sind besonders gut und klar zu sehen.
Es ist bevorzugt, dass in dem erfindungsgemäßen Email mindestens 20%, besonders vorzugsweise mindestens 60%, besonders vorzugsweise mindestens 80% der Funktionspartikel 0, 1 μηη oder mehr von der Oberfläche des Substrates, insbesondere des Emailles, entfernt im Substrat, insbesondere im Email, vorliegen. Besonders vorzugsweise liegen mindestens 20%, besonders vorzugsweise mindestens 60%, besonders vorzugsweise mindestens 80% der Funktionspartikel 1 μηη oder mehr von der Oberfläche des Substrates, insbesondere des Emailles, entfernt im Substrat, insbesondere im Email, vor. Dadurch können vorteilhaft beispielhaft mechanischen oder thermischen Beanspruchungen im Substrat, insbesondere im Email, entgegengewirkt werden.
Den Erfindern ist es in überraschender Art und Weise gelungen, ein verbessertes und zugleich einfaches Verfahren zur Erzeugung einer Keramikbeschichtung auf Metallbereitzustellen, des Emailles. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, die Eigenschaften einer Keramikbeschichtung eines Metalls zu verändern, insbesondere eine Keramikbeschichtung mit verbesserten Eigenschaften herzustellen, wie beispielsweise eine Keramikbeschichtung mit einer verbesserten Härte, Befestigung eines Dekors und/oder Haftung an Metall zu erzeugen. Insbesondere ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren, eine Beschichtung mit steuerbaren Eigenschaften bereitzustellen. Ebenso sind durch Tintenstrahldrucken ausgeführte Aufdrucke besonders langlebig und abriebfest, wobei eine Keramikbeschichtung mit guter Oberflächengüte erzielt werden kann. Auch gestattet das Verfahren eine Veränderung der Rauheit der Keramikbeschichtung. Zusätzlich wird möglich, dass die Vorteile der Tintenstrahlmethode gegenüber Siebdruck, wie beispielsweise die hohe Flexibilität ihres Designs, Produktivität und Unabhängigkeit der Merkmale des Substrates oder Metalls, aufgenommen werden, wobei auf Metall aufgebrachte Dekors hoher Auflösung und guten Erscheinungsbilds erzielt werden können.
Kurzbeschreibung der Figuren
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 : Tinte, die auf eine Emailfritte aufgebracht ist,
Fig. 2: die Partikelgröße des Emailles und der Funktionspartikel,
Fig. 3: eine weitere Darstellung der Partikelgröße des Emailles und der
Funktionspartikel,
Fig. 4: getrocknete Funktionspartikel auf dem Email vor dem Brennen, Fig. 5: optionales Aufbringen von Füllpartikeln vor dem Brennen,
Fig. 6: Funktionspartikel, die in der aus gebranntem Email gebildeten
Keramikbeschichtung eingelagert sind, wobei eine orangenhautartige Rauheit der Beschichtung dargestellt ist.
Fig. 7: Vergleich zwischen Siebdruck und erfindungsgemäßem Tintenstrahldruck,
Fig. 8: Querschnitt durch das gebrannte Email,
Fig. 9: scharfkantige Zone mit Keramikbeschichtung,
Fig. 10: Dampfauslassöffnung einer Bügeleisensohle, Fig. 1 1 : schützender Tintenstrahldruck auf einer Bügeleisensohle mit einer
Keramikbeschichtung,
Fig. 12: REM-Mikrographie für eine erste Probe (A) einer Keramikbeschichtung auf
Aluminium, die gemäß einem erfindungsgemäßen Verfahren erzielt worden ist,
Fig. 13: REM-Mikrographie für eine zweite Probe (B) einer Keramikbeschichtung auf Aluminium, die gemäß einem erfindungsgemäßen Verfahren erzielt worden ist,
Fig. 14: REM-Mikrographie für eine dritte Probe (C) einer Keramikbeschichtung auf
Aluminium, die gemäß eines erfindungsgemäßen Verfahrens erzielt worden ist, Fig. 15: REM-Mikrographie für eine vierte Probe (D) einer Keramikbeschichtung auf
Aluminium, die gemäß eines erfindungsgemäßen Verfahrens erzielt worden ist, und Fig. 16: REM-Mikrographie für eine fünfte Probe (E) einer Keramikbeschichtung auf Aluminium, die gemäß einem erfindungsgemäßen Verfahren erzielt worden ist. Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Erfindungsgemäß können die Eigenschaften einer Keramikbeschichtung oder von Email, welche auf Metall aufgetragen sind, durch Tintenstrahldruck verändert werden. Figur 1 zeigt eine Tinte 1 , die die Tintenpartikel, z.B. die Funktionspartikel 3, enthält und die auf Substrat 10 von Emailaufgebracht ist, welches aus einer Emailfritte gebildet ist. Die Tinte 1 besteht dabei aus einem flüssigen, z.B. wässrigen, Medium 2, in dem die Funktionspartikel 3 sind. Das Substrat 10 besteht ebenfalls aus Emailpartikeln 1 1 , die in diesem Fall wesentlich größer als die Funktionspartikel 3 sind. Von der Partikelgröße der Emailpartikel 1 1 und der Tintenpartikel, z.B. die Funktionspartikel 3, hängt der Erfolg des Tintenstrahldrucks auf Email ab.
Das verwendete Email kann jedes Email sein, das für Keramikbeschichtungen auf Metall geeignet ist. Beispielsweise kann ein Email mit der folgenden Zusammensetzung in Gewichtsanteilen verwendet werden:
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Figur 2 zeigt in zwei Darstellungen ein aus Emailpartikeln 1 1 bestehenden Substrat 10, auf die die Funktionspartikel 3 aufgebracht sind. Die Funktionspartikel 3 sind dabei zwischen die Emailpartikel 1 1 des Substrates 10 eingedrungen, wie dies beim Tintenstrahldruck auf Email erwünscht ist. Dazu muss das Substrat 10 von Email so beschaffen sein, dass der Zwischenraum zwischen ihren Emailpartikeln 1 1 ausreichend groß ist, damit Zwischenräume entstehen, in die die Funktionspartikel 3 hineinpassen. Figur 3 stellt zwei mit Tintenstrahl bedruckte Substrate dar, die keine ausreichend großen Poren aufweisen. Dadurch liegen die Funktionspartikel 3 lediglich auf der Oberfläche des Substrates 10 von Emailpartikeln 1 1 auf und können nicht in nennenswertem Umfang in die Emailfritte eindringen, was einen entscheidenden Nachteil darstellen kann. Nach dem Aufbringen der Tinte 1 wird das bedruckte Substrat zunächst getrocknet, so dass das flüssige Medium 2 der Tinte 1 verdunstet und lediglich die Funktionspartikel 3 zurückbleiben, dies ist in Figur 4 dargestellt. Hier sind die Funktionspartikel 3 in die Oberfläche des Substrates eingedrungen. Durch den Tintenstrahldruck können auch Füllpartikel 4 auf das Substrat aufgetragen werden. In Figur 5 ist ein Substrat 10 gezeigt, das zuerst mit Funktionspartikeln 3 und dann in einem zweiten Schritt mit Füllpartikeln 4 bedruckt wurde. Es ist ebenso möglich, ausschließlich Füllpartikel 4 aufzubringen oder eine Tinte 1 zu verwenden, die sowohl Funktionspartikel 3 als auch Füllpartikel 4 enthält.
Das bedruckte Substrat 10 von Emailfritte, das auf dem Metall 20 einer Bügeleisensohle 60 aus einer Aluminiumlegierung aufgestrichen ist, wird sodann in einem Ofen auf eine Temperatur zwischen 500 °C und 550 °C gebracht. Dadurch schmelzen die Emailpartikel 1 1 und die Verglasung findet statt, so dass ein gebranntes Email entsteht. In Figur 6 wird ein gebranntes Email 30 gezeigt, in das Funktionspartikel 3 eingelagert sind. Durch das Drucken ist auf dem gebrannten Email 30 eine raue Oberfläche entstanden, ähnlich einer Orangenhaut. Die Rauheit der Oberfläche ist dabei durch die Anzahl und Größe der Funktionspartikel 3 und/oder der Füllpartikel 4 und/oder durch die Rauheit der Oberfläche des Substrates 10 und/oder die Rauheit der Oberfläche des Metalls 20 steuerbar.
Figur 7 stellt einen Vergleich des herkömmlichen Siebdruckverfahrens mit dem erfindungsgemäßen Tintenstrahldruck dar. Gezeigt ist ein Metall 20, das mit einer aus gebranntem Email 30 Keramikbeschichtung beschichtet ist. Darauf wurde ein durch Siebdruck bedruckter Bereich 40 erstellt, der etwa 10 μηη bis 30 μηη dick ist, und eine unebene, raue Emailoberfläche erzeugt. Dahingegen ist der durch Tintenstrahl bedruckte Bereich 50 des gebrannten Emails 30 durch das gebrannte Email 30 wesentlich abgeschlossen, so dass nach der Verglasung eine im Wesentlichen glatte gebrannte Emailfläche entsteht.
In Figur 8 ist eine Ausführung gezeigt, in der der Tintenstrahldruck auf Metall 20 mit einer unebenen Reliefoberfläche durchgeführt wird. Dies wird durch das erfindungsgemäße Tintenstrahldrucken erzielt, aber es ist nicht möglich durch das Siebdruckverfahren aus dem Stand der Technik. Die Funktionspartikel 3 sind in die Oberfläche des gebrannten Emails 30 eingelagert.
Durch das Einbringen von Partikeln in das gebrannte Email 30 kann erreicht werden, dass das gebrannte Email 30 eine höhere Härte aufweist und besser am Metall 20 anhaftet. Der Tintenstrahldruck macht es möglich, dass Funktionspartikel 3 zu diesem Zweck ausschließlich oder vorwiegend an konzentriert besonders beanspruchten oder sehr dünnen Bereichen des gebrannten Emails 30, oder an scharfen Kanten appliziert werden. In Figur 9 ist dargestellt, dass an einer Kante des Metalls 20 besondere Beanspruchungen auftreten (durch Pfeile dargestellt). Um die Kante herum sind daher Funktionspartikel 3 in das Email eingebracht. Besondere Belastungen des gebrannten Emails 30 können auch auf Bügeleisensohlen 60 um die Dampfauslasslöcher 61 herum auftreten. Hier ist die Beschichtungsdicke oder Dicke desgebrannten Emails 30 besonders dünn, zudem tritt durch den austretenden Dampf eine starke Beanspruchung auf. Figur 10 und 1 1 stellen eine emaillierte Bügeleisensohle 60 dar, in die um die Dampfauslasslöcher 61 Funktionspartikel 3 durch einen Tintenstrahldrucker aufgedruckt sind.
Erfindungsgemäße Bügeleisensohlen 60 lassen sich wie folgt herstellen:
Die Bügeleisensohle 60 kann insbesondere aus einer Aluminiumplatte mit einer Stärke von ungefähr zwischen 1 mm und 3 mm, z.B. von 2 mm, erzielt werden. Daraufhin wird zunächst ein Substrat 10 von Emailfritte in einer Schichtdicke von etwa 50 μηη aufgestrichen (beispielsweise durch Pistole). Beschichtungsdicken zwischen 30 μηη und 80 μηη können verwendet werden, wobei höher beanspruchte Flächen mit einer dickeren Schicht beschichtet werden können. Beschichtungsdicken unter 30 μηη ohne das ß Drucken mit Tintenpartikeln haben sich in den meisten Fällen als zu dünn erwiesen, weshalb das erfindungsgemäße Keramikbeschichtung-Verfahren vorteilhaft erlauben würde, dass die Beschichtungsdicke reduziert wird. Danach findet ein Trockenschritt statt. Die Bügeleisensohle 60 kann in einem Ofen bei etwa 100 °C für ungefähr 15 Minuten oder an der Luft bei Raumtemperatur getrocknet werden. Alternativ kann zum Trocknen auch mittels UV-Licht oder mit einem Laser erhitzt werden. Falls die Bügeleisensohle 60 nach einem vorherigen Produktionsschritt bereits erhitzt ist, so wirkt sich das verkürzend auf die erforderliche Trockenzeit aus. Es ist ebenso möglich, die Bügeleisensohle 60 vor dem Aufstreichen des Substrates 10 von Emailfritte zu erhitzen, so dass diese schneller trocknet.
Dann wird die trockene oder fast trockene Emailfritte durch Tintenstrahldruck bedruckt. Als Nächstes wird die Bügeleisensohle 60 für 30 Minuten erhitzt, so dass die Emailfritte verglast und zu gebranntem Email 30 wird. Dabei ist darauf zu achten, dass die Schmelztemperatur des Metalls 20 nicht erreicht wird. Eine Temperatur zwischen 500 °C und 550 °C hat sich für Bügeleisensohlen 60 aus Aluminium bewährt. Das gebrannte Email 30 überdeckt die Funktionspartikel 3 komplett mit einer durchsichtigen oder durchscheinenden Schicht, wobei die Emailoberfläche in den Bereichen mit aufgebrachten Funktionspartikeln 3 gleichmäßig plan und glatt bleibt. Im Hinblick auf eine verbesserte Sichtbarkeit der Farbpartikel kann auch ein komplett durchsichtiges Email verwendet werden, wobei darauf zu achten ist, dass durchsichtiges Email in den Bereichen, in denen keine Funktionspartikel 3 eingebracht sind, häufig nur eine schlechte Haftung an Metall 20 aufweisen kann. Die in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen und den Zeichnungen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen von Bedeutung sein. Im Folgenden werden verschiedene Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Keramikbeschichtung eines Metalls bereitgestellt. Dazu wurden fünf Proben getestet (Proben ,,A" bis ,,D"), bei denen eine Keramikbeschichtung auf einem aus einer erfindungsgemäßen Aluminium-Bügeleisensohle bestehenden Metall ausgeführt wurde. Das gleiche Material des Substrates mit einer Email-Zusammensetzung aus der oben dargestellten Tabelle wurde bei allen Proben verwendet.
Nachdem die Zusammensetzung des Emailmaterials des Substrats vorbereitet ist, wurde es gemahlen, bis die gewünschte Granulometrie für jede Probe erhalten wurde. Die bei den Proben verwendeten Größen der Emailpartikel wurden im D90-Bereich von 5 μηη bis 38 μηη und im D50-Bereich von 5 μηη ausgewählt. Das Email-Substrat wurde mit Wasser vermischt mit Aerograph (spray) aufgestrichen, bis das bei jeder Probe ausgewählte Flächengewicht des Substrates von 130g/m2 oder 180 g/m2 einschließlich Emailles und Wassers (mit etwa 60% Email und 40% Wasser) erzielt wurde. Die Anwendungsbedingungen wurden: Viskosität 15 Sekunden mit Ford-Becher Nr. 4 und Dichte 1 ,65 g/cc.
Bevor das Substrat aufgestrichen wurde, wurde das Metall konventionell vorbehandelt, um die Haftung zwischen dem Metall und der Keramikbeschichtung zu verbessern. Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann jede bekannte Vorbehandlungsmethode von Metall für Keramikbeschichtung, wie z.B. Sandstrahlen, Säureangriff und nachträgliches Waschen verwendet werden. Nachdem das Substrat aufgestrichen wurde, wurde es durch Erhitzung getrocknet. Des Weiteren kann jede bekannte Methode zum Trocknen des Substrates, wie beispielsweise durch Konvektion oder IR, verwendet werden.
Sobald das Substrat getrocknet ist, wurde es mit einer Tinte mit Farbpartikeln (Pigmenten) durch Tintenstrahl bedruckt. Die Tintenpartikel wurden in der Größe D90 von 0,25 μηη und
D50 von 0, 15 μηη ausgewählt. Auch wurde das Flächengewicht der Tinte verändert, wobei ein Wert des Flächengewichts der Tinte für jede Probe im Bereich von 6,9 g/m2 bis 1 1 ,9 g/m2 ausgewählt wurde. Es wurden Farbpartikel mit einem üblichen Material verwendet.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann insbesondere jedes Material für die Tintenpartikel verwendet werden, insbesondere können für Farbpartikel beispielsweise
Chrom-, Kupfer, Eisen-, Kobalt- Nickeloxide, Kupfer-, Kobaltchromate, usw. verwendet werden. Darauffolgend wurde das Substrat bis auf eine Temperatur von etwa 550°C gebrannt Dazu bestand der verwendete Brennzyklus in einem Anstieg von Raumtemperatur auf 550°C mit einer Rate von 25°C/min, wobei die Temperatur für 8 Minuten auf 550°C aufrechterhalten wurde, und in einem Abfall von 550°C auf die Raumtemperatur mit einer Rate von 35°C/min.
Die nachfolgende Tabelle I zeigt die Merkmale der verschiedenen getesteten Substrate und Tinten (Proben A bis E). Die erhaltenen Keramikbeschichtungen wurden mit Rasterelektronenmikroskopie (REM) analysiert. Figuren 12 bis 16 zeigen die Mikroskopie, die jedem Ausführungsbeispiel entsprechen. Das Flächengewicht des Substrates und das Flächengewicht der Tinte wurden durch das Wiegen der Metallsohle vor und nach dem Aufstreichen des Substrates auf das Metall und nach dem Tintenstrahldrucken erhalten.
Tabelle I
Figure imgf000028_0001
Probe D Probe E
Größe der Tintenpartikel
0,25 Mm 0,25 Mm
(D90)
Größe der Emailpartikel 31 Mm 31 Mm (D90)
Flächengewicht des
130 g/m2 130 g/m2
Substrates
Flächengewicht der Tinte 6,9 g/m2 1 1 ,9 g/m2
Dicke des Emailles 30 μ 30 μ
Eindringungsbeiwert (h90) 85-95% 80-90%
Einlagerungsbeiwert
20-30% 20-30%
(k90)
Die folgende Tabelle II zeigt die überraschende Verbesserung bei der Härte der Keramikbeschichtung als Konsequenz des Tintenstrahldruckens mit einer aus Tintenpartikeln gebildeten Tinte, die bei Proben B und C erkennbar ist. Die Härte wurde mittels einer Vickers-Prüfung gemessen, wobei ein normalisierter Eindringkörper mit Lasten von 100, 200 und 300 g angewendet wurde. Des Weiteren zeigt die Tabelle den Wert der gemessenen Härte beim in der Bügeleisensohle verwendeten Aluminium.
Tabelle II
Figure imgf000029_0001
Figure imgf000029_0002
Die folgende Tabelle III zeigt die überraschende Verbesserung bei der Befestigung von Pigmentpartikeln der Keramikbeschichtung, welche eine unerwartete Qualitätsverbesserung der Dekoration bereitstellt, die durch die deutliche Auflösung von Konturen und aufgedruckten Linien optisch erkennbar ist.
Tabelle III
Figure imgf000030_0001
Probe D Probe E
Befestigung des
Mittlere Mittlere
Aufdruckes
Bezugszeichenliste
1 Tinte
2 Flüssiges Medium
3 Funktionspartikel
4 Füllpartikel
10 Substrat
1 1 Emailpartikel
20 Metall
30 Gebranntes Email
40 durch Siebdruck bedruckter Bereich
50 durch Tintenstrahl bedruckter Bereich
60 Bügeleisensohle
61 Dampfauslassloch

Claims

Ansprüche
Keramikbeschichtungs-Verfahren eines Metalls (20), in dem ein Substrat (10), das ein Email mit zumindest einer Fritte umfasst, auf das Metall (20) aufgestrichen und gebrannt wird, bis eine durch gebranntes Email (30) gebildete Beschichtung mit einer Beschichtungsdicke erzielt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (10) durch Tintenstrahl mit einer aus festen Tintenpartikeln (3, 4) gebildeten Tinte (1 ) bedruckt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass es die folgende Schritte umfasst:
Auswählen eines Werts eines Eindringungsbeiwerts (h), der höher oder gleich 0% und kleiner oder gleich 100% ist; und
Auswählen des Emailles und der Tinte (1 ) mit einer solchen Größe der Emailpartikel und der Tintenpartikel, und optional mit einem solchen Flächengewicht der Tinte, dass die Tintenpartikel (3, 4) in die Beschichtung im Wesentlichen bis zu einer Tiefe eindringen, die h-mal größer als die Beschichtungsdicke ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es die folgende Schritte umfasst:
Auswählen eines Werts eines Eindringungsbeiwerts (h), der höher als 0% ist; und
Auswählen des Emailles und der Tinte (1 ) mit einer solchen Größe der Emailpartikel, die wesentlich höher als eine Größe der Tintenpartikel ist.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der
Eindringungsbeiwert h90 kleiner oder gleich ca. 50%, bevorzugt kleiner oder gleich ca. 30%, weiter bevorzugt kleiner oder gleich ca. 10% ausgewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der
Eindringungsbeiwert h90 höher als ca. 50%, bevorzugt höher als ca. 80%, ausgewählt wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der
Eindringungsbeiwert (h) in zumindest zwei verschiedenen Bereichen des Metalls (20) wesentlich unterschiedlich ausgewählt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass es die folgende Schritte umfasst:
Auswählen eines Werts eines Einlagerungsbeiwerts (k), der höher oder gleich 0% und kleiner als 100% ist; und
Auswählen des Emailles und der Tinte (1 ) mit einer solchen Größe der Emailpartikel und der Tintenpartikel, und optional mit einem solchen Flächengewicht der Tinte, dass die Partikel in die Beschichtung im Wesentlichen unter einer Tiefe eingelagert sind, die kleiner oder gleich k-mal die Beschichtungsdicke ist.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der
Einlagerungsbeiwert (k) in zumindest zwei verschiedenen Bereichen des Metalls (20) wesentlich unterschiedlich ausgewählt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass es die folgende Schritte umfasst:
Auswählen eines Werts der Beschichtungsdicke, der höher als 0 μηη ist; und Auswählen des Substrates mit einem solchen Flächengewichts des Substrates, dass die Beschichtungsdicke im Wesentlichen der Wert der Beschichtungsdicke ist.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Wert der Beschichtungsdicke kleiner oder gleich ca. 30 μηη ausgewählt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Tintenpartikel (3, 4) aus der Gruppe bestehend aus: Funktionspartikeln (3), insbesondere Pigmenten (3), Füllpartikeln (4) und einer Kombination aus zwei oder mehr der vorgenannten Partikeln, ausgewählt werden.
12. Verfahren nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die
Funktionspartikel (3) aus der Gruppe bestehend aus: ferromagnetischen Partikeln, elektrisch leitfähigen Partikeln, thermisch leitfähigen Partikeln, Partikeln mit antimikrobieller oder bakterizider Funktion, und einer Kombination aus zwei oder mehr der vorgenannten Partikeln, ausgewählt werden.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall (20) Aluminium umfasst.
14. Metall (20) mit einer Keramikbeschichtung, wobei das mit Keramik beschichtete Metall (20) insbesondere Teil eines Haushaltsgeräts, Bügeleisens, Haarglätters, Lockenstabs, Herds, Ofens oder insbesondere eine Frontplatte eines Geräts ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung mittels eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 13 erzielbar ist.
15. Haushaltsgerät, insbesondere Bügeleisen, Haarglätter, Lockenstab, Herd oder Ofen; oder insbesondere Frontplatte eines Geräts, umfassend ein Metall (20) mit einer Keramikbeschichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung mittels eines Verfahrens nach jedem der Ansprüche 1 bis 13 erzielbar ist.
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