DE4434425A1 - Verfahren zur Erzeugung einer Antihaftbeschichtung sowie mit einer solchen versehene Gegenstände - Google Patents
Verfahren zur Erzeugung einer Antihaftbeschichtung sowie mit einer solchen versehene GegenständeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung einer
Antihaftbeschichtung auf der Oberfläche eines verhältnismäßig
weichen Metallsubstrats, z. B. einem Substrat aus Aluminium,
einer Aluminiumlegierung, Magnesium oder einer Magnesiumle
gierung und/oder Kupfer oder einer Kupferlegierung, bei wel
chem man die Metalloberfläche aufrauht sowie mit einer ein-
oder mehrlagigen Hartstoffschicht, wie einer Hartanodi
sationsschicht oder einer thermischen Spritzschicht, und dann
mit einer ein- oder mehrlagigen Antihaftschicht, z. B. aus
einem Fluorkohlenstoffharz, wie Polytetrafluoräthylen (PTFE),
Tetrafluoräthylen-Hexafluorpropylen-Kopolymer (FEP) oder
Tetrafluoräthylen-Äthylen-Kopolymer (ETFE), versieht, ins
besondere zum Zwecke der Pfanneninnenbeschichtung.
Aus der DE-AS 15 46 934 ist ein Verfahren zur Bildung einer
Polytetrafluoräthylen-Schutzschicht auf gereinigten und ano
disch oxidierten Aluminiumgegenständen bekannt, bei welchem
nach der Reinigung der Metalloberfläche eine starke Ätzzwi
schenbehandlung in Salzsäure und eine anodische Oxidation
nach dem Gleichstrom-Schwefelsäure-Verfahren vorgenommen
wird, um sowohl die flächige Abriebfestigkeit als auch die
Kratzfestigkeit und damit die Lebensdauer der Polytetrafluor
äthylenschicht zu erhöhen. Die Ätzbehandlung erzeugt in der
Leichtmetalloberfläche hinterschnittene Höhlungen, deren
Wandungen durch die Anodisierung mit einer Eloxalschicht von
hoher Härte überzogen werden. Die Eloxalschicht ist ihrer
seits porös und saugfähig und nimmt die Schutzschicht aus
Polytetrafluoräthylen gut auf. Mit der anodischen Oxidation
erhält die an sich weiche Oberfläche der hinterschnittenen
Höhlungen eine Härte, die der aufgetragenen Schutzschicht
ihre Abrieb- und Kratzfestigkeit gibt.
Aus der EP-OS 0 424 072 ist ein Verfahren zur Herstellung
eines Kochgeschirrs aus Aluminium mit einer Antihaftschicht
für die Berührung mit dem Kochgut bekannt, bei welchem ein
Aluminiumsubstrat wenigstens im Oberflächenbereich der auf
zubringenden Antihaftschicht aufgerauht und dann anodisiert
)wird. Die Antihaftschicht wird dann unmittelbar auf die ano
disierte Oberfläche aufgebracht, wobei zur Verbesserung der
Abriebfestigkeit und Kratzfestigkeit die Anodisationsschicht
mittels Hartanodisation erzeugt und die Hartanodisations
schicht mit einer Stärke zwischen 15 und 50 µm erzeugt wird.
Die Antihaftschicht kann Polytetrafluoräthylen (PTFE) sein.
Die Oberflächenrauheit wird mittels Ätzen oder Sandstrahlen
lediglich zur Haftungsverbesserung erzeugt.
Aus der EP-OS 0 594 374 ist ein Verfahren zum Bilden einer
dem Kochgut zugewandten Fläche eines Kochgefäßes mit einem
Aluminiumsubstrat offenbart, bei welchem das Aluminiumsub
strat zunächst hartanodisiert, dann eine Materialschicht
vorzugsweise aus Keramik, Aluminiumoxid oder rostfreiem Stahl
aufgespritzt und anschließend eine Antihaftschicht aufge
bracht wird, wobei die Spritzschicht in Form halbkugelförmi
ger Partikel ausgebildet ist, wodurch der Verankerungseffekt
für die Antihaftschicht verbessert werden soll.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der
eingangs genannten Art vorzuschlagen, bei welchem eine hohe
Qualität der Antihaftschicht durch Funktionstrennung hin
sichtlich Abriebfestigkeit und Kratzfestigkeit erreicht wird.
Diese Aufgabe wird im wesentlichen dadurch gelöst, daß die
Oberflächenrauheit der Metalloberfläche und/oder der Hart
stoffschicht folgende Kenngrößen erfüllt:
Ra zwischen 8 und 30 µm und/oder
Rz zwischen 40 und 180 µm und/oder
Ry zwischen 50 und 250 µm und/oder
Pc (1,3) zwischen 20 und 45 1/cm und/oder
tp [10%] zwischen 1 und 3% und/oder
tp [20%] zwischen 1 und 10%.
Ra zwischen 8 und 30 µm und/oder
Rz zwischen 40 und 180 µm und/oder
Ry zwischen 50 und 250 µm und/oder
Pc (1,3) zwischen 20 und 45 1/cm und/oder
tp [10%] zwischen 1 und 3% und/oder
tp [20%] zwischen 1 und 10%.
Bei Ra, Ry, Pc und tp handelt es sich um die in DIN 4762 und
4768 (für die Ermittlung im Tastschnittverfahren) definierten
Größen für den arithmetischen Mittenrauhwert (Ra), die Zehn
punkthöhe (Rz), die maximale Profilhöhe (Ry), die Spitzenzahl
(Pc) und den Profiltraganteil (tp) (gleichbedeutend mit dem
Materialanteil Mr) Dabei ist Ra der arithmetische Mittelwert
der absoluten Werte der Profilabweichungen innerhalb einer
Bezugsstrecke, Rz der Mittelwert der Absolutwerte der Höhen
der fünf höchsten Profilkuppen und der Absolutwerte der Tie
fen der fünf tiefsten Profiltäler innerhalb einer Bezugs
strecke, Ry der Abstand zwischen der Linie der Profilkuppen
(obere Berührungslinie) und der Linie der Profiltäler (untere
Berührungslinie) innerhalb einer Bezugsstrecke, Pc die (von
vielen Herstellern verwendete) Kenngröße für Anzahl der Pro
filmerkmale pro cm, die das eingestellte obere Schnittniveau
überschreiten und nachfolgend das untere unterschreiten, und
tp das in % angegebene Verhältnis der tragenden Länge des
Profils zur Bezugsstrecke in einem bestimmten Schnittniveau.
Der Klammerausdruck hinter Pc gibt in um die durch unteres
und oberes Schnittniveau bestimmte Bandbreite an.
Schichten, die sowohl verschleißbeständig als auch antihaf
tend sind, können derart ausgelegt sein, daß zwei unter
schiedliche Schichten übereinander bzw. nebeneinander unter
schiedliche Funktionen ausüben. Dieses Prinzip der Funk
tionstrennung wird erfindungsgemäß in optimaler Weise einge
setzt, indem auf ein relativ weiches (metallisches) Substrat
mit (nach Rauhtiefe und Traganteil) gezielt hergestellter
Rauheit eine Hartstoffschicht (ein- oder mehrlagig) an- bzw.
aufgebracht wird. Auf diese Hartstoffschicht wird dann eine
Antihaftschicht (ein- oder mehrlagig) vorzugsweise aus einem
Fluorkohlenstoffharz aufgetragen, welches sich insbesondere
in die Vertiefungen der Hartstoffschicht legt. Die frei lie
gende Oberfläche der Antihaftschicht kann dabei die Ober
flächenrauhigkeit der Hartstoffschicht mehr oder weniger
ausgleichen, d. h. z. B. auch eben sein. Bei Verschleißbean
spruchung der Beschichtung übernehmen die Hartstoffspitzen
die Funktion der Kraftübertragung, während der Großteil der
Fläche (90 bis 99%) die Antihaftwirkung übernimmt. Durch
gezielte Oberflächenrauheit unter Einhaltung der angegebenen
Kenngrößen für das Metallsubstrat bzw. die Hartstoffschicht
können der Antihaftbeschichtung optimale Eigenschaften hin
sichtlich Abriebfestigkeit, Kratzfestigkeit und Antihaft
wirkung gegeben werden. Von besonderer Bedeutung ist hierbei
offenbar der relativ kleine aber nicht zu geringe Traganteil
der Oberfläche, so daß eine geringstmögliche Beschädigung der
Antihaftschicht bei nicht zu großen Flächen zwischen zwei
Spitzen der aufgerauhten Oberfläche erreicht wird. Wenn die
Hartstoffschicht durch Hartanodisation od. dgl. Konversion
der Metalloberfläche bzw. einer thermischen Spritzschicht
gebildet wird, hat die Oberflächenrauheit der Hartstoff
schicht aufgrund des Aufrauhens der Metalloberfläche vorzugs
weise folgende Kenngrößen:
Ra zwischen 8 und 15 µm (Hartanodisationsschicht und sonstige Konversionsschicht) bzw. 10 und 25 µm (thermische Spritzschicht) und/oder
Rz zwischen 40 und 80 µm (Hartanodisations schicht und sonstige Konversionsschicht) bzw. 40 und 120 µm (thermische Spritzschicht) und/oder
Ry zwischen 50 und 120 µm (Hartanodisations schicht und sonstige Konversionsschicht) bzw. 50 und 150 µm (thermische Spritzschicht) und/oder
Pc (1,3) zwischen 25 und 40 1/cm (Hartanodisationssch icht und sonstige Konversionsschicht) bzw. 20 und 45 1/cm (thermische Spritzschicht) und/oder
tp [10%] zwischen 1 und 2 (Hartanodisationsschicht und sonstige Konversionsschicht) bzw. 1 und 3 (thermische Spritzschicht) und/oder
tp [20%] zwischen 2 und 8 (Hartanodisationsschicht und sonstige Konversionsschicht) bzw. 1 und 10 (thermische Spritzschicht).
Ra zwischen 8 und 15 µm (Hartanodisationsschicht und sonstige Konversionsschicht) bzw. 10 und 25 µm (thermische Spritzschicht) und/oder
Rz zwischen 40 und 80 µm (Hartanodisations schicht und sonstige Konversionsschicht) bzw. 40 und 120 µm (thermische Spritzschicht) und/oder
Ry zwischen 50 und 120 µm (Hartanodisations schicht und sonstige Konversionsschicht) bzw. 50 und 150 µm (thermische Spritzschicht) und/oder
Pc (1,3) zwischen 25 und 40 1/cm (Hartanodisationssch icht und sonstige Konversionsschicht) bzw. 20 und 45 1/cm (thermische Spritzschicht) und/oder
tp [10%] zwischen 1 und 2 (Hartanodisationsschicht und sonstige Konversionsschicht) bzw. 1 und 3 (thermische Spritzschicht) und/oder
tp [20%] zwischen 2 und 8 (Hartanodisationsschicht und sonstige Konversionsschicht) bzw. 1 und 10 (thermische Spritzschicht).
Die angestrebte definierte Rauhtiefe der Metalloberfläche
kann auf einfache Weise durch Strahlen, z. B. Injektions
strahlen, Druckstrahlen oder Schleuderradstrahlen, insbeson
dere mit Al₂O₃ (Korund) od. dgl. anorganischem (keramischem)
Strahlgut, wie Mischkorund, Edelkorund, SiC, CB₄ und dergl.
erzielt werden.
Hierzu kann eine geeignete Körnung ausgewählt werden, welche
gemäß einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung mindestens
K30 (50 bis 700 µm), vorzugsweise mit einer Körnung zwischen
K24 (595 bis 841 µm) und K20 (841 bis 1190 µm) oder größer
beträgt.
Auf die Oberfläche definierter Rauhtiefe des Substrats können
Dickschicht-Hartstoffschichten mit einer Dicke < 10 µm, vor
zugsweise zwischen 30 und 100 µm, aufgebracht werden.
Dabei kann die Anodisationsschicht bspw. Eloxal oder eine
Hartanodisationsschicht sein. Es ist aber auch möglich die
Hartstoffschicht als thermische Spritzschicht (durch Flamm
spritzen, Plasmaspritzen, Hochgeschwindigkeits-Flammssprit
zen, Detonationsspritzen und dgl.) aufzubringen. Auch son
stige Konversionsschichten sind möglich.
Für die Herstellung eines Kochgeschirrs wird bspw. zunächst
das Metallsubstrat geformt, dann zur Erzielung der gewünsch
ten Rauheit gestrahlt, die gestrahlte Oberfläche eventuell
chemisch gereinigt bzw. gebeizt, dann die Hartstoffschicht
erzeugt bzw. aufgetragen, und danach die Antihaftschicht
bspw. aus Polytetraflouräthylen (PTFE) oder dgl. Antihaft
systeme aufgetragen sowie abschließend eingebrannt bzw. ges
intert.
Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugte Antihaft
beschichtung eignet sich nicht nur vorzüglich als Pfannenin
nenbeschichtung, sondern auch für sonstige Haushaltsgeräte,
wie Bügeleisen, Kuchen- und Auflaufformen, sowie für Maschi
nenelemente, bei denen es auf Antihaftwirkung und Verschleiß
festigkeit ankommt, wie bei Walzen, Spritz- oder Gießformen
und dgl.
Claims (7)
1. Verfahren zur Erzeugung einer Antihaftbeschichtung auf
der Oberfläche eines verhältnismäßig weichen Metallsubstrats,
z. B. einem Substrat aus Aluminium, einer Aluminiumlegierung,
Magnesiumlegierung und/oder Kupferlegierung, bei welchem man
die Metalloberfläche aufrauht sowie mit einer ein- oder
mehrlagigen Hartstoffschicht, wie einer Hartanodisations
schicht, und dann mit einer ein- oder mehrlagigen Anti
haftschicht, z. B. aus einem Fluorkohlenstoffharz, wie Polyte
trafluoräthylen (PTFE), Tetrafluoräthylen-Hexafluorpropylen-
Kopolymer (FEP) oder Tetrafluoräthylen-Äthylen-Kopolymer
(ETFE), versieht, insbesondere zum Zweck der Pfanneninnen
beschichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenrau
heit der Metalloberfläche und/oder der Hartstoffschicht fol
gende Kenngrößen erfüllt:
Ra zwischen 8 und 30 µm und/oder
Rz zwischen 40 und 180 µm und/oder
Ry zwischen 50 und 250 µm und/oder
Pc (1,3) zwischen 20 und 45 1/cm und/oder
tp [10%] zwischen 1 und 3% und/oder
tp [20%] zwischen 1 und 10%.
Ra zwischen 8 und 30 µm und/oder
Rz zwischen 40 und 180 µm und/oder
Ry zwischen 50 und 250 µm und/oder
Pc (1,3) zwischen 20 und 45 1/cm und/oder
tp [10%] zwischen 1 und 3% und/oder
tp [20%] zwischen 1 und 10%.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Hartstoffschicht durch Hartanodisation od. dgl. Konver
sion der Metalloberfläche gebildet wird und die Oberflächen
rauheit der Hartstoffschicht aufgrund des Aufrauhens der
Metalloberfläche folgende Kenngrößen erfüllt:
Ra zwischen 8 und 15 µm (Hartanodisationsschicht und sonstige Konversionsschicht) bzw. 10 und 25 µm (thermische Spritzschicht) und/oder
Rz zwischen 40 und 80 µm (Hartanodisations schicht und sonstige Konversionsschicht) bzw. 40 und 120 µm (thermische Spritzschicht) und/oder
Ry zwischen 50 und 120 µm (Hartanodisations schicht und sonstige Konversionsschicht) bzw. 50 und 150 µm (thermische Spritzschicht) und/oder
Pc (1,3) zwischen 25 und 40 1/cm (Hartanodisations schicht und sonstige Konversionsschicht) bzw. 20 und 45 1/cm (thermische Spritzschicht) und/oder
tp [10%] zwischen 1 und 2 (Hartanodisationsschicht und sonstige Konversionsschicht) bzw. 1 und 3 (thermische Spritzschicht) und/oder
tp [20%] zwischen 1 und 8 (Hartanodisationsschicht und sonstige Konversionsschicht) bzw. 1 und 10 (thermische Spritzschicht).
Ra zwischen 8 und 15 µm (Hartanodisationsschicht und sonstige Konversionsschicht) bzw. 10 und 25 µm (thermische Spritzschicht) und/oder
Rz zwischen 40 und 80 µm (Hartanodisations schicht und sonstige Konversionsschicht) bzw. 40 und 120 µm (thermische Spritzschicht) und/oder
Ry zwischen 50 und 120 µm (Hartanodisations schicht und sonstige Konversionsschicht) bzw. 50 und 150 µm (thermische Spritzschicht) und/oder
Pc (1,3) zwischen 25 und 40 1/cm (Hartanodisations schicht und sonstige Konversionsschicht) bzw. 20 und 45 1/cm (thermische Spritzschicht) und/oder
tp [10%] zwischen 1 und 2 (Hartanodisationsschicht und sonstige Konversionsschicht) bzw. 1 und 3 (thermische Spritzschicht) und/oder
tp [20%] zwischen 1 und 8 (Hartanodisationsschicht und sonstige Konversionsschicht) bzw. 1 und 10 (thermische Spritzschicht).
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich
net, daß die Erzeugung der Oberflächenrauheit der Metallober
fläche durch Strahlen, z. B. Injektionsstrahlen, Druckstrahlen
oder Schleuderradstrahlen, insbesondere mit Al₂O₃ (Korund) od. dgl.
anorganischem (keramischem) oder metallischem bzw. hart
metallischem Strahlgut erfolgt.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
man zum Strahlen der Metalloberfläche Strahlgut mit einer
Körnung von mindestens K30 (50 bis 700 µm), vorzugsweise mit
einer Körnung zwischen K24 (595 bis 841 µm) und K20 (841 bis
1190 µm) oder größer verwendet.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die Hartstoffschicht mit einer Dicke
< 10 µm, vorzugsweise zwischen 30 und 100 µm, erzeugt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die Hartstoffschicht als Anodisations
schicht, vorzugsweise Hartanodisationsschicht, als thermische
Spritzschicht, z. B. durch Flammspritzen, Plasmaspritzen,
Hochgeschwindigkeits-Flammspritzen und/oder Detonationssprit
zen, oder als sonstige Konversionsschicht erzeugt wird.
7. Gegenstand, z. B. Haushaltsgerät, Maschinenelement,
Spritz- oder Gießform, mit wenigstens einem eine nach einem
der Ansprüche 1 bis 6 hergestellte Antihaftbeschichtung auf
weisenden Flächenbereich.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19944434425 DE4434425C2 (de) | 1994-09-27 | 1994-09-27 | Verfahren zur Erzeugung einer Antihaftbeschichtung sowie mit einer solchen versehene Gegenstände |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19944434425 DE4434425C2 (de) | 1994-09-27 | 1994-09-27 | Verfahren zur Erzeugung einer Antihaftbeschichtung sowie mit einer solchen versehene Gegenstände |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4434425A1 true DE4434425A1 (de) | 1996-03-28 |
DE4434425C2 DE4434425C2 (de) | 1997-04-03 |
Family
ID=6529265
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE19944434425 Expired - Fee Related DE4434425C2 (de) | 1994-09-27 | 1994-09-27 | Verfahren zur Erzeugung einer Antihaftbeschichtung sowie mit einer solchen versehene Gegenstände |
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