DE19956206A1

DE19956206A1 - Dekoratives Schutzschichtsystem

Info

Publication number: DE19956206A1
Application number: DE1999156206
Authority: DE
Inventors: Andreas Mucha; Lothar Siegert; Bernd Rother
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-09-23
Filing date: 1999-09-23
Publication date: 2001-03-29

Abstract

Die Erfindung betrifft ein dekoratives Schutzschichtsystem, welches aus einer einebnenden Grundschicht, einer metallisch oder anderweitig glänzenden Reflexionsschicht und einer transparenten keramischen Deckschicht besteht. Die einebnende Grundschicht besteht aus gehärtetem Pulverlack oder Sol-Gel. Die Reflexionsschicht ist eine Metallschicht und/oder eine aus Metallverbindungen aufgebaute Schicht. Die keramische Deckschicht zu wesentlichen Anteilen aus Aluminiumoxid und Siliciumdioxid, wobei eine Gradierung der Konzentration der beiden Bestandteile auftritt. Die Reflexionsschicht und die keramische Deckschicht werden mittels physikalischer und/oder chemischen Verfahren der Abscheidung aus der Gasphase abgeschieden.

Description

Die Erfindung betrifft ein dekoratives Schutzschichtsystem, welches auf verschiedene Grundkörper wie z. B. Beschläge oder Automobilfelgen sowie auf verschiedene Materialien wie z. B. Metalle oder Kunststoffe aufgebracht werden kann und neben der dekorativen Wirkung einen effektiven Schutz gegen mechanische und korrosive Beanspruchungen bietet.

Oberflächen sind für viele Gegenstände im Haushaltbereich, bei Musikinstrunenten und in der Automobiltechnik oftmals wesentliche Komponenten dekorativen Designs. Typische Anwendungs beispiele aus den genannten Bereichen sind Türbeschläge und Badamaturen, Instrumententasten sowie Leichtmetallfelgen. Ein beispielsweise hochwertiger metallischer Glanz soll dabei möglichst unabhängig vom jeweiligen Grundmaterial generiert werden können. Zusätzlich ist die Langzeitwirkung des dekorativen Effektes insbesondere unter extremen mechanischen und/oder korrosiven Belastungen häufig ein Maß für die Gebrauchswerteigenschaften und die Lebensdauer der Produkte. Für die genannten Anwendungsgebiete sind folgende Belastungen relevant.
Haushaltbereich: Reibkontakt mit textilen und schwammartigen Reinigungshilfsmitteln, Kontakt mit festen und flüssigen Reinigungsmitteln, Kontakt mit Handschweiß;
Musikinstrumente: Hautkontakt und Reibung, Handschweiß;
Automobiltechnik: Steinschlag, Bürstenkontakt (in Waschanlagen), Kontakt mit alkalischen und sauren Flüssigkeiten sowie mit organischen Medien, thermische Belastungen.

Besonders nachhaltige Wirkungen auf Glanz- und Reflexionsflächen haben impulsartige mechanische Belastungen kleiner Oberflächenbereiche, wie sie etwa bei Steinschlägen auftreten.

Stand der Technik

Es ist bekannt, daß Hartchromschichten ein typisches dekoratives Schutzschichtsystem sind. Dieses Schichtsystem besteht in der Regel aus mehreren Lagen verschiedener Metalle und die abschließende Chromschicht hat meist sowohl dekorative als auch schützende Funktionen. Die Schichtsysteme werden galvanisch aufgebracht und haben Gesamtschichtdicken im Bereich von ca. 50 bis 100 m. Einschränkende Merkmale dieser Systeme sind: 1.) Beschränkung der dekorativen Effekte auf den typischen Chromglanz, 2.) Begrenzungen bezüglich der beschichtbaren Grundmaterialien, 3.) Teilweise hoher Gewichtsanteil der Schicht an der Gesamtmasse des beschichteten Produktes, 4.) Umweltbelastungen bei der galvanischen Verchromung.

Schutzschichteffekte mit dekorativer Wirkung werden ebenfalls durch Kombination einer dekorativen Oberfläche mit transparenten Deckschichten erzielt. Im erweiterten Sinne können dazu auch Mischschichten aus Al₂O₃ und SiO₂ als Korrosionsschutzschichten auf verzinkten Stahlblechen gerechnet werden (DE 43 22 465). Hierbei ist die Zinkschicht direkt mit dem Stahlblech und die keramische Schutzschicht direkt mit der Zinkschicht verbunden. Lackschichten sind hierbei aus verschiedenen Gründen kein Bestandteil der beschriebenen Schichtsysteme. Für dekorative Zwecke sind Zwischenschichten aus Lack aber oftmals eine wesentliche Voraussetzung zur Erzeugung spiegelnder Glanzflächen. Die Anpassung der mechanischen und thermischen Eigenschaften einer Lack- und einer Keramikschicht ist in der PS DE 4 32 265 daher nicht Gegenstand der Entwicklung gewesen.

Eine andere Lösung zum Schutz metallischen Oberflächen mit SiO₂ oder Al₂O₃ wird in der PS DE 44 15 122 beschrieben. Hierbei wird ebenfalls die keramische Deckschicht auf die Oberfläche metallischer Gegenstände aufgebracht ohne daß eine Lackschicht zur Erzeugung einer glatten Oberfläche erforderlich ist. Die Anpassung der mechanischen und thermischen Eigenschaften einer Lack- und einer Keramikschicht war damit auch hier nicht Gegenstand der Entwicklung.

Keramische Schutzschichten auf Aluminium oder Aluminiumlegierungen werden ebenfalls in der PS EP 0685570 beschrieben. Das dort beschriebene Schichtsystem besteht analog zu den beiden vorhergehenden Beispiel lediglich aus einer transparenten keramischen Deckschicht, welche direkt auf eine metallische Unterlage aufgebracht ist. Das Schichtsystem besteht im einzelnen aus einer SiO₂ Zwischenschicht und einer Deckschicht aus Al₂O₃. Das direkte Aufbringen der keramischen Deckschicht stellt auch hier hohe Anforderungen an den Oberflächenzustand der Grundmaterialien. Insbesondere können hochgradig verspiegelte Oberflächen ohne eine zusätzliche Lackzwischenschicht nur mit einem hohen Polieraufwand erzeugt werden.

Die Patentschriften DE 197 02 566 und EP 632 847 beschreiben metallisch glänzende Schicht systeme mit bevorzugter Anwendung auf Automobil-Leichtmetallfelgen. In beiden Patentschriften werden Schichtsysteme beschrieben, welche aus einer Lackgrundschicht, einer ein metallisches Aussehen erzeugenden metallischen Zwischenschicht und einer transparenten Deckschicht aus Lack bzw. aus Polymeranteilen bestehen. Der entscheidende Nachteil dieser Schichtsysteme ist die transparente Deckschicht aus Lack oder aus Polymeranteilen, welche wegen der organischen Bestandteile zur Versprödung und zur Vergilbung neigt und keinen ausreichend hohen Schutz insbesondere gegen mechanische Belastungen liefert. Außerdem ist dieses Schichtsystem auf das farbliche Spektrum von Metalloberflächen beschränkt. Blaue, rote oder grüne Farbtöne, wie sie typischerweise mittels Interferenzeffekten an dünnen Schichten entstehen, können mit dem beschriebenen Schichtsystem nicht erzeugt werden.

Ziel der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, auf beliebigen Materialien und Oberflächenrauhigkeiten eine metallisch oder anderweitig glänzende Oberfläche zu erzeugen, welche extremen mechanischen und korrosiven Belastungen wesentlich besser als bisherige Systeme widersteht sowie das Farbspektrum der Schichtsysteme deutlich erweitert.

Beschreibung der Erfindung

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einem Schichtsystem gelöst, welches aus einer einebnenden Grundschicht, einer aus Metallen und/oder Metallverbindungen bestehenden Reflexionsschicht sowie einer transparenten keramischen Deckschicht besteht. Es wurde gefunden, daß insbesondere die Kombination der relativ weichen und thermisch sensiblen einebnenden Grundschicht mit der wesentlich härteren und spröderen keramischen Deckschicht einschließlich der Wärmebilanz bei der Abscheidung der Deckschicht grundlegende Lösungen für das Gesamtschichtsystem erfordern, die über den bekannten Stand der Technik hinausgehen.

Die Aufgabe wurde mit einer einebnenden Grundschicht aus Pulverlack oder aus einer Sol-Gel Schicht, mit einer Reflexionsschicht aus Metall und/oder Metallverbindungen, welche auch als Mehrlagenschichten ausgebildet sein können, sowie mit einer gradierten keramischen Dechschicht gelöst, wobei als wesentliche Bestandteile der keramischen Deckschicht SiO₂ und Al₂O₃ gewählt wurden. Zur Reduzierung der Sprödigkeit der keramischen Deckschicht sind auch minimale Beimischungen anderer Bestandteile, welche nanodispersive Ausscheidungen bilden, möglich. Schichtseitig und verfahrensseitig relevante Effekte der Mischung aus SiO₂ und Al₂O₃ sind: 1.) Reduzierung der Härte und der Sprödigkeit gegenüber reinen Al₂O₃ Schichten, ohne auf die wesentlich geringeren Werte des SiO₂ abzusinken und 2.) deutliche Reduzierung der Kondensationswärme bei der Schichtformierung im Vergleich zur Abscheidung von reinem Al₂O₃ und eine damit verbundene deutlich verringerte thermische Belastung der einebnenden Grundschicht gegenüber der Abscheidung von reinem Al₂O₃.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Leichtmetallfelgen werden in einer Pulverbeschichtungsanlage bei Raumtemperatur mit einer einebnenden Grundschicht versehen. Diese Lackschicht hat eine Dicke von 100 m und ebnet die Unebenheiten des Grundmaterials soweit ein, daß nach der Beschichtung mit der metallischen Reflexionsschicht eine verspiegelte Oberfläche entsteht. Diese Schicht wird anschließend bei 240°C ausgehärtet. Als Reflexionsschicht wird im folgenden mittels Magnetronsputtern eine Chromschicht mit einer mittleren Dicke von 0,3 m auf die Lackschicht abgeschieden. Im weiteren Verlauf erfolgt die Abscheidung der keramischen Deckschicht, welche mittels Elektronenstrahlverdampfen aus einer Schmelze aus SiO₂ und Al₂O₃ abgeschieden wird. Die mittlere Schichtdicke dieser Deckschicht beträgt 5 m.

Der Gesamtaufbau der dekorativen Schutzschicht beträgt damit von der Unterlage aus gesehen: 100 m Grundschicht aus Glanzlack, 0,3 m Chromschicht und 5 m transparente keramische Deckschicht.

Claims

1. Dekoratives Schutzschichtsystem, bestehend aus einer einebnenden Grundschicht, einer darauf aufgebrachten Reflexionsschicht und einer die Reflexionsschicht vollkommen abdeckenden transparenten Deckschicht dadurch gekennzeichnet, daß die einebnende Grundschicht aus ausgehärtetem Pulverlack oder aus Sol-Gel mit einer mittleren Dicke von jeweils 50 bis 200 µm besteht, die Reflexionsschicht aus Metall und/oder aus einer Metallverbindung mit einer Gesamtschichtdicke von 50 bis 1000 nm besteht sowie einer transparenten Deckschicht, welche im wesentlichen aus einer gradierten Mischung aus Siliziumoxid und Aluminiumoxid mit einer Gesamtdicke von 0,1 bis 10 m besteht.

2. Schutzschichtsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflexionsschicht aus einem Metalloxid, -nitrid oder -carbid bzw. aus deren Mischungen besteht.

3. Schutzschichtsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflexionsschicht ein Mehrfachschichtsystem ist, welches aus einer metallischen Basisschicht und einer oder mehreren dünnen Abschlußschichten nach Anspruch 2 mit Schichtdicken von 50 bis 500 nm besteht.

4. Schutzschichtsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die transparente Deckschicht von der Reflexionsschicht beginnend aus einer 0,1 bis 1 m dicken Siliciumoxidschicht, einer gradierten Übergangsschicht mit einer Dicke von 0,1 bis 5 m und einer Abschlußschicht aus Aluminiumoxid mit einer Dicke von 0,01 bis 5 m besteht.

5. Schutzschichtsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die transparente Deckschicht von der Reflexionsschicht beginnend aus einer 0,1 bis 1 m dicken Aluminiumoxidschicht, einer gradierten Mischschicht aus Aluminiumoxid und Siliciumoxid mit einer Dicke von 0,1 bis 5 m und einer Abschlußschicht aus Aluminiumoxid mit einer Dicke von 0,01 bis 5 m besteht.

6. Schutzschichtsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die transparente Deck schicht mit einer TiO₂-Zwischenschicht an die Reflexionsschicht angekoppelt ist.

7. Schutzschichtsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die transparente Deck schicht mit insgesamt bis zu 10 Atomprozent BN und/oder B₂O₃ und/oder TiO₂ angereichert ist.

8. Schutzschichtsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die transparente Deck schicht einen strukturellen und/oder elemespezifischen Mehrlagenaufbau mit Dicken der Einzellagen im Bereich von 10 bis 200 nm aufweist.