DE102013006317A1

DE102013006317A1 - Verfahren zur Erzeugung einer tiefschwarzen Optik

Info

Publication number: DE102013006317A1
Application number: DE102013006317.5A
Authority: DE
Inventors: Manfred Bergmann; Tobias Heine; Daniel Reckers
Original assignee: Hella KGaA Huek and Co
Current assignee: Hella GmbH and Co KGaA
Priority date: 2013-04-12
Filing date: 2013-04-12
Publication date: 2014-10-16

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung einer Oberfläche (5') mit sensorischen Eigenschaften einer tiefschwarzen Optik auf einem Träger (1), aufweisend die folgenden Schritte: – Vorbereiten zumindest einer Oberfläche (1') des Trägers (1), – Beschichten der vorbereiteten Oberfläche (1') mittels eines Gasphasenabscheideverfahrens mit einer DLC(Diamond Like Carbon)-Schicht (5).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung einer Oberfläche mit sensorischen Eigenschaften einer tiefschwarzen Optik auf einem Träger und eine Verwendung eines Verfahrens für die Herstellung eines mobilen Bauteils.
Verfahren für die Erzeugung von Oberflächen sind grundsätzlich bekannt. So werden z. B. für mobile Bauteile, wie Mobiltelefone, Fernbedienungen oder Fahrzeugschlüssel, Oberflächen bearbeitet und veredelt. Bei vielen mobilen Bauteilen findet dabei häufig eine Metallisierung, insbesondere mit Chrom, statt. Auf diese Weise erfolgen eine Veredelung und damit eine Erhöhung der qualitativen Anmutung dieser mobilen Bauteile.
Tiefschwarze, metallische Oberflächen in einer matten oder hochglänzenden Anmutung werden heutzutage bei mobilen Bedieneinheiten oder Fernbedienungen vor allem über Lacksysteme, Chrom oder Kunststoffe realisiert.
Tiefschwarze, hochglänzende Lacksysteme versagen dahingehend vor allem, was die Kratzfestigkeit und Chemikalienbeständigkeit betrifft und verlieren nach einer gewissen Zeit ihre tiefschwarze, hochglänzende Anmutung. Um eine erhöhte Kratzfestigkeit zu erzielen werden UV aushärtende Lacksysteme eingesetzt, die jedoch eine erhöhte Komplexität in der Produktion und eine hohe Ausschussrate mit sich bringen.
Die Realisierung einer tiefschwarzen Verchromung ist bei gleichzeitigem Erhalt der mechanischen und chemischen Beständigkeit nicht möglich.
Tiefschwarze, hochglänzende Kunststoffe versagen ebenfalls, was die Kratzfestigkeit angeht. Zudem sind diese generell nur ohne Glasfaserverstärkung umsetzbar. Ohne Glasfaserverstärkung genügen Kunststoffe allerdings nur selten den mechanischen Belastungen, wie zum Beispiel denen durch die Beanspruchung von Stößen und Erschütterungen.
Eine abriebfeste und chemisch resistente tiefschwarze Oberfläche, die einen möglichst starken, metallischen Glanz aufweist, wie dieser bei einem Schwarzchrom-Effekt gewünscht ist, ist bisher nicht gesichert umsetzbar. Zudem sind hoch- oder mattglänzende Oberflächenbeschichtungen, die durch andere Verfahren, wie z. B. Lackieren, erzielt werden, zu aufwendig zu applizieren.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem eine abriebfeste und chemisch resistente tiefschwarze Oberfläche, die einen möglichst starken, metallischen Glanz aufweist, wie dieser bei einem Schwarzchrom-Effekt gewünscht ist, erzielbar ist. Zudem soll ein Verfahren bereitgestellt werden, mit dem hoch- oder mattglänzende Oberflächenbeschichtungen zuverlässig appliziert werden können.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Erfindung in Verbindung mit dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

– Vorbereiten zumindest einer Oberfläche des Trägers,
– Beschichten der vorbereiteten Oberfläche mittels eines Gasphasenabscheideverfahrens mit einer DLC(Diamond like Carbon)-Schicht.

Vorstehende Aufgabe wird ferner gelöst mit den Merkmalen des Anspruchs 10, nämlich mit einer Verwendung eines Verfahrens für die Herstellung eines mobilen Bauteils.
Der besondere Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Applikation einer DLC-Schicht auf Oberflächen mit entsprechender Vorbehandlung die Darstellung tiefschwarzer, mitunter auch metallisch glänzender Oberflächen auf mobilen Bedienelementen ermöglicht, die den mechanischen und chemischen Anforderungen der Automobilindustrie genügen.
Abhängig vom Substrat und der Vorbehandlung kann ein matter bis hochglänzender Glanzgrad eingestellt werden.
Bevorzugt handelt es sich bei dem Gasphasenabscheideverfahren um ein DLC (Diamond like Carbon) Verfahren. Die DLC-Beschichtung kann dabei auf jede elektrisch leitfähige Oberfläche aufgetragen werden.
Unter sensorischen Eigenschaften einer tiefschwarzen Optik sind Eigenschaften zu verstehen, welche einer menschlichen Person beim sensorischen Wahrnehmen dieser tiefschwarzen Oberfläche zumindest teilweise den Eindruck eines tiefschwarzen Materials vermittelt. Sensorische Eigenschaften sind vorliegend Eigenschaften eines Materials, die die Optik eines Menschen ansprechen.
Damit sind insbesondere die Oberflächenstruktur, der Oberflächenglanz bzw. die Oberflächenfarbe gemeint.
Die Trägeroberfläche des Trägers kann in unterschiedlichster Weise vorbereitet werden. So kann zum einen eine Vorbereitung für das anschließende Gasphasenabscheideverfahren erfolgen. Dies wird insbesondere dahingehend durchgeführt, dass die Trägeroberfläche des Trägers elektrisch leitfähig ausgestattet wird. Dies wird bevorzugt mithilfe galvanischer Beschichtungsverfahren durchgeführt. Auch das Aufbringen einer Korrosionsschutzschicht kann als Vorbereiten der Trägeroberfläche dienen.
Aufgrund der Tatsache, dass durch das Gasphasenabscheideverfahren sich die Trägeroberfläche im Wesentlichen 1:1 auf der Oberfläche der Sensorikschicht (DLC-Schicht) abbildet, kann eine Vorbereitung dieser Trägeroberfläche beispielsweise die Oberflächenstruktur beeinflussen. So kann das Vorbereiten der zumindest einen Trägeroberfläche des Trägers z. B. auch hinsichtlich eines Schleifens, eines Polierens oder ähnlicher Verfahren durchgeführt werden.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird für die Vorbereitung zumindest einer Trägeroberfläche des Trägers wenigstens einer der folgenden Schritte durchgeführt:

– Schleifen,
– Polieren,
– Mattieren oder
– Galvanisieren.

Das Galvanisieren erfolgt insbesondere zur Herstellung einer Zwischenschicht, welche elektrisch leitfähig ist. Damit wird eine Vorbereitung zur verbesserten Durchführung des nachfolgenden Gasphasenabscheideverfahrens erzielt.
Die Schritte Schleifen, Polieren oder Mattieren, also insbesondere spanende Oberflächenbearbeitung der Trägeroberfläche des Trägers, beziehen sich vorzugsweise auf eine Anpassung hinsichtlich der sensorischen Eigenschaften der tiefschwarzen Optik bezogen auf Oberflächenrauhigkeit und Oberflächenglanz.
Die Erzeugung einer elektrisch leitfähigen Zwischenschicht ist insbesondere dann als Vorbereitung wichtig, wenn das Material des Trägers selbst nicht-leitendes Material aufweist, wie es z. B. bei Trägern aus Kunststoffmaterialen der Fall ist.
Besonders bevorzugt wird als Kunststoff galvano-fähiges PC-ABS als Substrat und als Metall ein Zinkdruckgusselement als Substrat verwendet.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung finden die nachfolgenden Zwischenschritte bis zum Auftragen der DLC-Schicht statt:

– Auftragen einer Kupferschicht auf den Träger,
– Auftragen einer Nickelschicht auf die Kupferschicht und
– Auftragen einer Chromschicht auf die Nickelschicht.

Die Kupferschicht dient dazu eine elektrisch leitfähige Oberfläche auf dem Träger (Substrat) zu schaffen. Die Nickelschicht härtet die Oberfläche und gewährleistet den Korrosionsschutz. Die optionale Chromschicht härtet die Oberfläche zusätzlich.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung erfolgt

– die Beschichtung mit der Kupferschicht mit einer Schichtdicke zwischen ca. 8 und ca. 10 μm,
– die Beschichtung mit der Nickelschicht mit einer Schichtdicke zwischen ca. 8 und ca. 10 μm und
– die Beschichtung mit der Chromschicht mit einer Schichtdicke von ca. 0,5 μm.

Dieser Grundaufbau wird üblicherweise in galvanischen Bädern erzeugt. Es besteht die Möglichkeit über elektrolytische oder chemische Bäder zu arbeiten.
Die DLC-Schicht wird dann auf die Chromschicht appliziert, wobei die Beschichtung mit einer Schichtdicke zwischen ca. 2 μm und ca. 10 μm erfolgt.
Je nach Oberflächenbearbeitung der Trägeroberfläche kann die Oberflächenrauhigkeit und/oder der Oberflächenglanz der Sensorikschicht beeinflusst werden. Die Schichtdicke der applizierten DLC-Schicht beeinflusst ferner den resultierenden Oberflächenglanz bzw. die Farbgebung der Sensorikschicht.
Die DLC-Schicht ist vereinfacht beschrieben eine Kohlenstoffschicht mit hoher Härte und Abriebfestigkeit. Zur Abscheidung wird eine chemische Gasphasenabscheidung (Chemical Vapour Deposition CVD, bevorzugt DLC) eingesetzt.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren für die Herstellung eines mobilen Bauteils bereitgestellt. Damit wird eine tiefschwarze Oberfläche bei mobilen Bauteilen, insbesondere bei mobilen Bedienelementen erzielt. Dazu gehören vorzugsweise Mobiltelefone, Schlüssel, Fahrzeugfernbedienungen oder Dergleichen.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
1 ein schematischer Querschnitt durch einen Träger zu Beginn eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
2 ein schematischer Querschnitt durch den Träger aus 1 mit einer DLC-Schicht nach Beendigung einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens,
3 ein schematischer Querschnitt durch einen Träger mit weiteren Schichten nach einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens und
4 ein schematischer Querschnitt aus 3 mit einer DLC-Schicht nach Beendigung einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
In 1 ist ein schematischer Querschnitt durch einen Träger zu Beginn eines erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Der Träger 1 weist eine Trägeroberfläche 1' auf. Die Trägeroberfläche 1' kann vorbehandelt werden, indem z. B. eine galvanische Behandlung stattfindet. Auch Polieren, Schleifen oder Mattieren dieser Trägeroberfläche 1' ist denkbar. Der Träger 1 ist als Substrat, insbesondere als Zinkdruckgusselement 1 ausgebildet. Das Substrat ist damit ein elektrisch leitfähiges Substrat.
In 2 ist ein schematischer Querschnitt durch den Träger aus 1 mit einer DLC-Schicht nach Beendigung einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt.
Der in 2 beschriebene Querschnitt entspricht dem aus 1, wobei zusätzlich eine DLC-Schicht 5 auf dem Träger 1 aufgebracht wird.
Damit entsteht ein Bauteil, wobei der Träger 1 als Grundkörper dient, auf dem die DLC-Schicht 5 aufgebracht worden ist. Die DLC-Schicht 5 weist eine Oberfläche 5' auf.
Die DLC-Schicht 5 ist vereinfacht beschrieben eine Kohlenstoffschicht mit hoher Härte und Abriebfestigkeit. Zur Abscheidung wird eine chemische Gasphasenabscheidung (Chemical Vapour Deposition CVD) eingesetzt.
Die Applikation einer DLC-Schicht 5 auf elektrisch leitfähigen Oberflächen mit entsprechender Vorbehandlung ermöglicht die Darstellung tiefschwarzer, mitunter auch metallisch glänzender Oberflächen 5' auf mobilen Bedienelementen, die den mechanischen und chemischen Anforderungen der Automobilindustrie genügen.
Das Zinkdruckgusselement 1 dient zudem als Korrosionsschutz.
In 3 ist ein schematischer Querschnitt durch einen Träger mit weiteren Schichten nach einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt.
Als Aufbau kommen mehrere Schichten zum Tragen, welche den Trägerwerkstoff für die abschließende DLC-Schicht 5 vorbereiten sollen. Auf dem Träger 1 werden der Reihe nach die Schichten 2, 3 und 4 aufgebracht, nämlich eine Kupferschicht 2, eine Nickelschicht 3 und eine Chromschicht 4.
Der Träger 1 ist dabei bevorzugt als ein glatter Kunststoff oder ein glattes Zinkdruckgusselement ausgebildet.
Als erstes wird eine ca. 8–10 μm dicke Kupferschicht 2 auf den Träger 1 aufgetragen. Diese Schicht dient dazu eine elektrisch leitfähige Oberfläche auf dem Träger zu schaffen.
Anschließend wird eine ca. 8–10 μm dicke Nickelschicht 3 appliziert. Diese Schicht härtet die Oberfläche und gewährleistet den Korrosionsschutz.
Auf die Nickelschicht 3 folgt eine ca. 0,5 μm dünne Chromschicht 4, welche die Oberfläche zusätzlich härtet.
Der Aufbau glättet den Trägerwerkstoff zusätzlich, versieht ihn mit einer harten Oberfläche, erzeugt eine metallische Optik und schafft eine elektrisch leitende Oberfläche.
Dieser Grundaufbau wird üblicherweise in galvanischen Bädern erzeugt. Wahlweise kommen elektrolytische oder chemische Bäder zur Anwendung.
In 4 ist ein schematischer Querschnitt aus 3 mit einer DLC-Schicht nach Beendigung einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens _ dargestellt.
Der in 4 beschriebene Querschnitt entspricht dem aus 3, wobei zusätzlich eine DLC-Schicht 5 auf der Chromschicht 4 aufgebracht wird. Die DLC-Schicht 5 weist eine Oberfläche 5' auf.
Im Fall von Kunststoff als Substrat 2 dient ein galvano-fähiges PC-ABS. Im Falle des Zinkdruckgussteiles als Grundkörper 2 dient der Aufbau zudem als Korrosionsschutz.
Die DLC-Schicht 5 weist eine Dicke von ca. 2 μm auf. Die DLC-Schicht 5 ist vereinfacht beschrieben eine Kohlenstoffschicht mit hoher Härte und Abriebfestigkeit. Zur Abscheidung wird eine chemische Gasphasenabscheidung (Chemical Vapour Deposition CVD) eingesetzt.
Die Applikation einer DLC-Schicht 5 auf elektrisch leitfähigen Oberflächen mit entsprechender Vorbehandlung ermöglicht die Darstellung tiefschwarzer, mitunter auch metallisch glänzender Oberflächen 5' auf mobilen Bedienelementen, die den mechanischen und chemischen Anforderungen der Automobilindustrie genügen.
Abhängig vom Substrat und der Vorbehandlung kann damit ein matter bis hochglänzender Glanzgrad eingestellt werden.
Die voranstehende Erläuterung der Ausführungsformen beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen. Selbstverständlich können einzelne Merkmale der Ausführungsformen, sofern technisch sinnvoll, frei miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste

1: Träger
1': Trägeroberfläche
2: Kupferschicht
3: Nickelschicht
4: Chromschicht
5: DLC-Schicht
5': Oberfläche

Claims

Verfahren zur Erzeugung einer Oberfläche (5') mit sensorischen Eigenschaften einer tiefschwarzen Optik auf einem Träger (1), aufweisend die folgenden Schritte: – Vorbereiten zumindest einer Oberfläche (1') des Trägers (1), – Beschichten der vorbereiteten Oberfläche (1') mittels eines Gasphasenabscheideverfahrens mit einer DLC(Diamond Like Carbon)-Schicht (5).
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Vorbereitung zumindest einer Trägeroberfläche (1') des Trägers (1) wenigstens einer der folgenden Schritte durchgeführt wird: – Schleifen, – Polieren, – Mattieren oder – Galvanisieren.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich abhängig vom Substrat des Trägers (1) und der Vorbereitung zumindest einer Trägeroberfläche (1') des Trägers (1) ein matter bis glänzender Glanzgrad, einstellt.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (1) zumindest abschnittsweise aus Kunststoff und/oder zumindest abschnittsweise aus Metall besteht.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Kunststoff galvano-fähiges PC-ABS als Substrat und/oder als Metall ein Zinkdruckgusselement als Substrat verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass folgende Zwischenschritte bis zum Auftragen der DLC-Schicht (5) erfolgen: – Auftragen einer Kupferschicht (2) auf den Träger (1), – Auftragen einer Nickelschicht (3) auf die Kupferschicht (2) und – Auftragen einer Chromschicht (4) auf die Nickelschicht (3).
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass – die Beschichtung mit der Kupferschicht (2) mit einer Schichtdicke zwischen ca. 8 und ca. 10 μm erfolgt, – die Beschichtung mit der Nickelschicht (3) mit einer Schichtdicke zwischen ca. 8 und ca. 10 μm erfolgt und – die Beschichtung mit der Chromschicht (4) mit einer Schichtdicke von ca. 0,5 μm erfolgt.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallschichten (2, 3 und 4) mittels galvanischer Bäder erzeugt werden.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung mit der DLC-Schicht (5) mit einer Schichtdicke zwischen ca. 2 μm und ca. 10 μm erfolgt.
Verwendung eines Verfahrens mit den Merkmalen eines der Ansprüche 1 bis 9 für die Herstellung eines mobilen Bauteils.