DE60010604T2

DE60010604T2 - Glänzende Oberflächenstruktur und Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE60010604T2
Application number: DE60010604T
Authority: DE
Inventors: Naoaki Kitagawa; Shinichi Okabe
Original assignee: Topy Industries Ltd; Nittosha Co Ltd
Current assignee: Topy Industries Ltd; Nittosha Co Ltd
Priority date: 1999-09-17
Filing date: 2000-09-15
Publication date: 2005-05-19
Anticipated expiration: 2020-09-16
Also published as: KR100344349B1; EP1084768B1; TWI229701B; KR20010050491A; DE60010604D1; EP1084768A1; US6767435B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine glänzende Oberflächenstruktur, die auf einem Aluminiumrad für ein Kraftfahrzeug ausgebildet ist und über gute Duktilität und Korrosionsbeständigkeit verfügt, sowie auf ein Verfahren zur Herstellung dieser.
Um eine Oberfläche eines Metall- oder Harzelements glänzend zu machen, wird herkömmlicherweise Elektroplattierung, so etwa die Elektrochromplattierung, verwendet. Durch dieses Verfahren werden hohes Reflexionsvermögen, hoher Glanz mit Tiefenbild, gute Abnützungsbeständigkeit sowie gute Korrosionsbeständigkeit erhalten. Diese Behandlung zur Glänzendmachung einer Oberfläche wird auf einem Metallelement, so z. B. einem Aluminiumrad eines Kraftfahrzeugs, vorgenommen, sowie einem Harzelement wie einem Kühlergrill, einer Verzierung oder einem Autoemblem, um das Element aufzuhellen.
Da für das Elektroplattieren umwelttechnische Gegenmaßnahmen erforderlich sind, wurden in der letzten Zeit verschiedene Verfahren untersucht, die das Elektroplattieren ersetzen sollen. In einem solchen Ersatzverfahren wird in Zusammenhang mit dem Aluminiumrad eines Kraftfahrzeugs eine Oberfläche des Rades bis zu einer glatten Oberfläche abgeschliffen. Jedoch ist das Schleifen nicht nur von steigenden Herstellungskosten begleitet, sondern kann auch auf den Innenflächen der Radentlüftungslöcher nicht angewendet werden.
Die Japanischen Patentanmeldungen H04-131232 und H10-130833 schlagen die folgenden Verbesserungsverfahren als Ersatz für das Schleifen vor:
(1) Japanische Patentanmeldung H04-131232
Nachdem ein Metallelement oberflächenbehandelt wurde, wird das Element mit einer Grundierung beschichtet, darauf wird ein dünner Chromfilm durch Sputtern ausgebildet und schließlich erfolgt die Deckbeschichtung. Eine Oberfläche des dünnen Chromfilms dient dabei als Reflexionsfläche. Bei der Oberflächenbehandlung wird die Oberfläche des Elements stahlgestrahlt und mit einem durchsichtigen Harz mittels Pulverbeschichtung beschichtet. Als Grundierung wird ein durchsichtiger Harzfilm ausgebildet. Der Chromfilm wird unter Verwendung von Chrom gebildet. Die Deckbeschichtung ist eine durchsichtige Beschichtung, die die glänzende Oberfläche des Chromfilms schützt.
Das in der Japanischen Patentanmeldung H04-131232 beschriebene Verfahren wirft jedoch das Problem auf, dass der dünne Chromfilm Risse bekommt, obwohl der dünne Chromfilm ein ähnliches Aussehen wie eine Elektrochromplattierung hat. Da die Restspannung des Chromfilms groß ist, bilden sich während des Sputterns, nach dem Auftragen der Deckbeschichtung, oder nachdem die Deckbeschichtung auf dem Chromfilm aufgetragen und getrocknet ist, Risse aus. Ist die Dicke des Chromfilms gleich oder größer als 0,04 μm, so ist die Rissbildung stark. Die Restspannung ist so groß, dass der Chromfilm leicht Risse bildet, wenn während des Verschleißfestigkeits- und Wetterbeständigkeitstests in der Deckbeschichtung erzeugte Spannung zum Chromfilm übertragen wird. Weiters bilden sich im Chromfilm leicht Risse, wenn ein Lösungsmittel während des Beschichtens und/oder des Trocknens der Deckbeschichtung in den Chromfilm eindringt.
Wird die Dicke des Chromfilms verringert, um die Erzeugung von Rissen im Chromfilm zu unterdrücken, so ist es nicht mehr möglich, das äußere Erscheinungsbild ähnlich wie eine Elektrochromplattierung aussehen zu lassen, da ein Raduntergrund durch die dünne Chromschicht erkennbar ist und der Glanz des Chromfilms verringert wird.
(2) Japanische Patentveröffentlichung H10-130822
Nach dem Auftragen einer Pulverbeschichtung auf einem Aluminiumschmiedeteil wurden eine Grundbeschichtung, ein durch Sputtern gebildeter dünner Aluminiumfilm und schließlich eine Deckbeschichtung ausgebildet. Eine Oberfläche des dünnen Aluminiumfilms dient als Reflexionsfläche.
Das in der Japanischen Patentveröffentlichung H10-130822 beschriebene Verfahren zeigt aber das Problem, dass die Korrosionsbeständigkeit relativ gering ist, obwohl sich keine Risse bilden, selbst wenn der Aluminiumfilm eine Dicke von etwa 0,08 μm aufweist, da der Aluminiumfilm über gute Duktilität verfügt. Obwohl die Deckbe schichtung aus Harz, die auf dem Aluminiumfilm ausgebildet ist, diesen schützt, breitet sich ab dem Zeitpunkt, an dem die Deckbeschichtung während der Lebensdauer eines Kraftfahrzeugs beschädigt wird, Korrosion von der beschädigten Deckbeschichtung ausgehend aus. Wird der Aluminiumfilm aufgrund der Korrosion entfernt, verschwindet damit auch der Glanz.
Die vorliegende Erfindung stellt eine glänzende Oberflächenstruktur bereit, die auf einem Aluminiumrad für ein Kraftfahrzeug ausgebildet ist und eine Außenfläche aufweist, die einer Elektrochromplattierung ähnelt, und über gute Duktilität und Korrosionsbeständigkeit verfügt, sowie ein Verfahren zur Herstellung dieser.
Die glänzende Oberflächenstruktur der vorliegenden Erfindung ist in den Ansprüchen 1–12 dargelegt, das Verfahren zur Herstellung dieser ist in den Ansprüchen 13–26 dargestellt.
Die obig ausgeführten und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind aus der folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen besser verständlich, worin:
1 eine Querschnittsdarstellung einer glänzenden Oberflächenstruktur gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, die durch ein Verfahren gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde;
2 eine Querschnittsdarstellung einer glänzenden Oberflächenstruktur gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, die durch ein Verfahren gemäß der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde; und
3 eine Querschnittsdarstellung einer glänzenden Oberflächenstruktur gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, die durch ein Verfahren gemäß der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde.
1 veranschaulicht eine glänzende Oberflächenstruktur gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die in einem Herstellungsverfahren für eine glänzende Oberflächenstruktur gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erhalten wurde. 2 veranschaulicht eine glänzende Oberflächenstruktur gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die in einem Herstellungsverfahren für eine glänzende Oberflächenstruktur gemäß der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erhalten wurde. 3 veranschaulicht eine glänzende Oberflächenstruktur gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die in einem Herstellungsverfahren für eine glänzende Oberflächenstruktur gemäß der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erhalten wurde.
Gleiche oder ähnliche Abschnitte, die sich in allen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung finden, sind in allen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit denselben Bezugsziffern bezeichnet.
Wie in 1 dargestellt ist, umfasst eine auf einem Element 4 aus Metall gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gebildete glänzende Oberflächenstruktur (a) einen Harzfilm 1, mit dem das Element 4 beschichtet ist, und (b) einen auf dem Harzfilm 1 ausgebildeten dünnen Metallfilm 2. Der dünne Metallfilm 2 besteht aus einer Titanlegierung und besitzt eine glatte Oberfläche.
Wie in 2 dargestellt ist, umfasst eine auf einem Element 4 aus Metall gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gebildete glänzende Oberflächenstruktur weiters zusätzlich zur glänzenden Oberflächenstruktur gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung (c) einen durchsichtigen (transparenten) Schutzfilm 3, mit dem der dünne Metallfilm 2 beschichtet ist.
Wie in 3 dargestellt ist, umfasst eine auf einem Element 4 aus Metall gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gebildete glänzende Oberflächenstruktur (a) einen Harzfilm 1, mit dem das Element 4 beschichtet ist, (b') einen dünnen Metallfilm 2', der auf dem Harzfilm 1 ausgebildet ist, und (c') einen durchsichtigen (transparenten) gefärbten Schutzfilm 3', mit dem der dünne Metallfilm beschichtet ist. Der dünne Metallfilm 2' besteht aus einer Titanlegierung und besitzt eine glatte Oberfläche.
Wie in 1 dargestellt ist, umfasst ein Verfahren zur Herstellung einer auf einem Element 4 aus Metall gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gebildeten glänzenden Oberflächenstruktur (a) das Auftragen eines Harzfilms 1 auf dem Element 4, so dass der Harzfilm 1 eine glatte Oberfläche aufweist, (b) das Ausbilden eines dünnen Metallfilms 2 auf dem Harzfilm. Der dünne Metallfilm 2 besteht aus einer Titanlegierung und besitzt eine glatte Oberfläche.
Wie in 2 dargestellt ist, umfasst ein Verfahren gemäß der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zusätzlich zum Verfahren gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weiters (c) das Auftragen des durchsichtigen Schutzfilms 3 auf dem Metallfilm 2.
Wie in 3 dargestellt ist, umfasst ein Verfahren zur Herstellung einer auf einem Element 4 aus Metall gemäß der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gebildeten glänzenden Oberflächenstruktur (a) das Auftragen eines Harzfilms 1 auf dem Element 4, so dass der Harzfilm 1 eine glatte Oberfläche aufweist, (b') das Ausbilden eines dünnen Metallfilms 2' auf dem Harzfilm 1 und (c') das Auftragen eines durchsichtigen gefärbten Schutzfilms 3' auf dem dünnen Metallfilm 2'. Der dünne Metallfilm 2' besteht aus einer Titanlegierung und besitzt eine glatte Oberfläche.
In jeder der ersten bis sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Element 4 ein Aluminiumrad eines Kraftfahrzeugs.
In den Ausführungsformen enthält die Titanlegierung 20–80 Gew.-% Titan und 20–80 Gew.-% Aluminium.
Vorzugsweise besitzt der dünne Metallfilm 2, 2' eine Dicke von 0,03–1,0 μm.
Vorzugsweise weist der durchsichtige Schutzfilm 3 eine Dicke von 5-20 μm auf.
Vorzugsweise weist der durchsichtige gefärbte Schutzfilm 3' eine Dicke von 20–40 μm auf.
Vorzugsweise besteht der durchsichtige gefärbte Schutzfilm 3' aus einem durchsichtigen Harz, das ein Pigment oder einen Farbstoff umfasst. Das durchsichtige Harz ist ein Harz auf Acryl-, Urethan- und Epoxidbasis. Das Pigment ist ein Pigment auf Kohlenstoff-, Bleichromat-, Eisen(II)-ferrocyanid-, Cobalt- und Chromoxidbasis. Das Pigment kann auch ein Pigment auf Thren-, Chinacrinfärbungs-, Isoindolinbasis oder ein Metallkomplex-Pigment sein. Der Farbstoff kann ein Säurefarbstoff, Beizenfarbstoff, basischer Farbstoff, Dispersionsfarbstoff, Lebensmittelfarbstoff, Direktfarbstoff oder Schwefelfarbstoff sein.
Vorzugsweise wird der Harzfilm 1 mittels Pulverbeschichtung ausgebildet.
Vorzugsweise wird der dünne Metallfilm 2, 2' durch Kathodenbogen-Ionenplattierung oder -Sputtern ausgebildet.
Jeder der Filme 1, 2, 2', 3 und 3' in der ersten bis sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist nachfolgend im Detail erklärt.
(1) Harzfilm 1
Der Harzfilm 1, mit dem das Metall- oder Harzelement 4 beschichtet ist, muss sich gut an das Element 4 anhaften, er muss eine glatte Oberfläche aufweisen, so dass der auf dem Harzfilm 1 ausgebildete dünne Metallfilm 2, 2' eine glatte Oberfläche und hohes Reflexionsvermögen besitzt, und er muss sich gut an den dünnen Metallfilm 2,2' anhaften können. Jedes der Harze auf Polyester-, Epoxid-, Acryl- und Urethanbasis kann als Material für den Harzfilm 1 verwendet werden. Es kann auch jede beliebige Farbe verwendet werden. So lange die obigen Anforderungen erfüllt sind, kann der Harzfilm 1 eine beliebige Dicke aufweisen.
(b) Dünner Metallfilm 2 und (b') Dünner Metallfilm 2'
Das Material für den dünnen Metallfilm 2 ist eine Titanlegierung. Der dünne Metallfilm 2 aus diesem Material hat ein ähnliches äußeres Erscheinungsbild wie die Elektrochromplattierung und verfügt über gute Duktilität (Rissbeständigkeit) und gute Verschleißfestigkeit.
Die Titanlegierung für den dünnen Metallfilm 2, 2' enthält 20–80 Gew.-% Titan. Enthält die Legierung weniger als 20 Gew.-% Titan, so verringert sich die Verschleißfestigkeit des dünnen Metallfilms 2, 2', obwohl der Glanz erhalten bleibt, so dass während des Salzwasseraufsprühtests der Metallfilm korrodiert. Enthält die Legierung mehr als 80 Gew.-% Titan, so wird der Glanz des dünnen Metallfilms 2, 2' unterdrückt und die Farbe des dünnen Metallfilms 2, 2' nähert sich jener von Chrom an, und während des Tests, in dem dieser in warmes Wasser getaucht wird, wird auf der Oberfläche ein Oxidfilm gebildet, wodurch eine Interferenzfarbe entsteht. Es wird mehr bevorzugt, dass die Titanlegierung 20–80 Gew.-% Aluminium enthält. Das enthaltene Aluminium verhilft der Titanlegierung zu höhere Duktilität und höherem Reflexionsvermögen.
In Bezug auf die Dicke des dünnen Metallfilms 2, 2' wird eine Dicke von 0,03–1,0 μm bevorzugt. Ist die Dicke geringer als 0,03 μm ausgeführt, so ist der Unterharzfilm 1 durch den Metallfilm erkennbar, und es kann kein hohes Reflexionsvermögen erhalten werden. Überschreitet die Dicke die oben angeführte Obergrenze, so bilden sich aufgrund der Restspannung im Film Risse aus, die Zeitdauer für die Ausbildung des dünnen Metallfilms verlängert sich und die Produktivität verringert sich.
(c) Durchsichtiger Schutzfilm 3
Um die Verschleißfestigkeit und die Korrosionsbeständigkeit zu steigern und ein der Elektrochromplattierung ähnliches äußeres Erscheinungsbild zu erhalten, wird auf dem dünnen Metallfilm 2 ein durchsichtiger (transparenter) Schutzfilm 3 ausgebildet. Der durchsichtige Schutzfilm 3 muss sich gut an den dünnen Metallfilm 2 anhaften und über gute Wetterfestigkeit verfügen, um auf diese Weise die Transparenz über einen längeren Zeitraum aufrecht zu halten. Ein Beschichtungsanstrich, der zum Ausbilden des durchsichtigen Schutzfilms 3 verwendet wird, kann ein Harz auf Acryl, Urethan- und Epoxidbasis sein. Die Dicke des durchsichtigen Schutzfilms 3 beträgt gewöhnlich 20–40 μm, in der vorliegenden Erfindung kann aber, da der dünne Metallfilm 2 über hohe Korrosionsbeständigkeit verfügt, die Dicke des durchsichtigen Schutzfilms 3 5-20 μm betragen und zufriedenstellende Verschleißfestigkeit aufweisen. Da nicht unbedingt die gesamte Oberfläche des dünnen Metallfilms 2 mit dem durchsichtigen Schutzfilm 3 beschichtet werden muss, können auf diese Weise die Glanzbehandlungskosten gesenkt werden.
(c') Durchsichtiger gefärbter Schutzfilm 3'
Um die Verschleißfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit zu steigern und ein der Elektrochromplattierung ähnliches äußeres Erscheinungsbild zu erhalten, wird ein durchsichtiger (transparenter) gefärbter Schutzfilm 3' auf dem dünnen Metallfilm 2 ausgebildet. Der durchsichtige gefärbte Schutzfilm 3' muss sich gut an den dünnen Metallfilm 2 anhaften und über gute Wetterbeständigkeit verfügen, um auf diese Weise die Transparenz über einen längeren Zeitraum aufrecht zu halten. Ein für das Ausbilden des durchsichtigen gefärbten Schutzfilms 3' verwendeter Beschichtungsanstrich kann auf Acrylharz-, Urethan- und Epoxid basieren.
Der (durchsichtige Harz-) Anstrich umfasst ein Pigment oder einen Farbstoff, um dem Element 4 ein gutes äußeres Erscheinungsbild zu verleihen.
Es gibt zwei Arten von Pigmenten: organische und anorganische Pigmente. Das anorganische Pigment umfasst ein natürliches und ein künstliches Pigment und ist farbecht. Eine Kohlenstoffbasis liefert Schwarz, eine Bleichromatbasis Gelb, eine Eisen(II)-ferrocyanidbasis Blau, eine Cobaltbasis Blau sowie eine Chromoxidbasis Grün. Das organische Pigment umfasst Pigmente auf Thren- (liefert Rot, Blau, Orange und Purpur), Chinacrinfärbungs- (liefert Rot, Magenta, Purpur und Gelb), Isoindolinbasis (liefert Gelb und Rot) sowie Metallkomplexpigmente (liefern Gelb und Grün).
Die Farbstoffe werden in Säurefarbstoff, Beizenfarbstoff, basischen Farbstoff, Dispersionsfarbstoff, Lebensmittelfarbstoff, Direktfarbstoff und Schwefelfarbstoff klassifiziert und können Gelb, Orange, Rot, Purpur, Blau, Grün, Braun und Schwarz liefern. Die Farbstoffe werden auch durch die chemische Struktur in Nitro, Azo, Diphenyl, Triphenylmethan, Xanthen, Azin, Indigo und Anthrachinon klassifiziert.
Das organische Pigment und die Farbstoffe sind besonders dafür geeignet, das hohe Reflexionsvermögen des dünnen Grundmetallfilms 2' zu erzielen. Der Durchmesser eines Pigment- oder Farbstoffteilchens beträgt vorzugsweise 0,1–30 μm.
Die Dicke des durchsichtigen gefärbten Schutzfilms 3' beträgt 20–40 μm.
Jeder Schritt des Verfahrens gemäß der vierten bis sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist nachfolgend detailliert erklärt.
(a) Bildung des Harzfilms 1
Die Rauheit der Oberfläche des Metall- oder Harzelements 4 variiert von einer Spiegelglätte bis zur Rauheit einer Birne. Die Oberfläche wird gereinigt und entfettet und in manchen Fällen auch konversionsbehandelt, um auf der Oberfläche einen Oxidfilm auszubilden, danach wird die Oberfläche mit dem Harzfilm 1 beschichtet. Unter Verwendung eines Anstrichs auf Lösungsmittelbasis, worin ein Harzanstrich in einem Lösungsmittel gelöst ist, auf Wasser- oder Pulverbasis wird der Harzfilm 1 ausgebildet, indem das Element 4 in den Anstrich eingetaucht wird, indem der Anstrich dem Element 4 injiziert wird, oder indem eine Pulverbeschichtung erfolgt. Weist das Element 4 eine Oberfläche mit einer Rauheit von 100–200 μm auf, wie es bei einem Guss der Fall ist, so wird die Pulverbeschichtung vorgezogen. Bei der Pulverbeschichtung wird eine elektrostatische Beschichtung durchgeführt, und der Haftanstrich wird bei mehr als 100°C gebrannt, so dass selbst die Oberfläche mit einer großen Oberflächenrauheit geglättet wird. Die pulverbeschichtete Oberfläche kann weiters mit einem Anstrich auf Lösungsmittelbasis besprüht werden, um die Oberfläche noch weiter zu glätten.
(b) Bildung des dünnen Metallfilms 2 und Bildung des dünnen Metallfilms 2'
Ein Kathodenbogen-Ionenplattierungs- oder Sputterverfahren wird zum Ausbilden des dünnen Metallfilms 2, 2' bevorzugt. Die Kathodenbogen-Ionenplattierung ist ein Verfahren, in welchem durch Erzeugung einer Bogenentladung in einem Vakuum ein Target lokal verdampft wird. Das Sputtern wiederum ist ein Verfahren, worin ein Argonion mit einem Target in Vakuum kollidiert, um ein Atom des Targets herauszuschleudern. Somit bildet dasselbe Metall wie das Target den dünnen Metallfilm 2, 2' aus.
(c) Bildung des durchsichtigen Schutzfilms 3
Um den durchsichtigen Schutzfilm 3 auszubilden, wird ein Anstrich auf Lösungsmittelbasis, der ein Anstrich aus auf Acryl-, Urethan- und Epoxid basierenden Harzen sein kann, mit Hilfe von Luft auf den dünnen Metallfilm 2 injiziert.
(c') Bildung des durchsichtigen gefärbten Schutzfilms 3'
Um den durchsichtigen gefärbten Schutzfilm 3' auszubilden, wird ein Pigment des Farbstoffs einer gewünschten Farbe ausgewählt, und das ausgewählte Pigment oder der ausgewählte Farbstoff wird dem Anstrich auf Lösungsmittelbasis zugegeben und mit dieser vermischt, wobei die Basis des Anstrichs Acryl-, Urethan- und Epoxidharze sein können. Danach wird der Anstrich mit dem Pigment oder Farbstoff mit Hilfe von Luft auf den dünnen Metallfilm 2' injiziert.
Es wurden Tests durchgeführt, um zu bestätigen, dass die glänzenden Oberflächenstrukturen gemäß der vorliegenden Erfindung die erwünschten Merkmale aufweisen. Von den folgenden Testproben entsprechen die Beispiele 2, 4, 6 und 8 der ersten und vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; Die Beispiele 1, 3, 5 und 7 entsprechen der zweiten und fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und das Beispiel 9 entspricht der dritten und sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Beispiel 1
Ein Guss aus Aluminiumlegierung AC4C (auf Al-Si-MG-Basis) wurde als Ausgangsmaterial (Element 4) verwendet. Dieses Material wurde gegossen und wies eine hohe Oberflächenrauheit von 100–200 μm auf.
Danach wurde eine chemische Konversionsbeschichtung auf der Oberfläche des Ausgangsmaterial ausgebildet, um die Korrosionsbeständigkeit zu verbessern. Im Anschluss daran wurde eine elektrostatische Epoxidpulverbeschichtung durchgeführt, wobei eine elektrische Spannung von 40–60 kV verwendet wurde, und der sich ergebende Guss wurde bei 170°C 60 Minuten lang gebrannt, um einen Harzfilm 1 mit einer Dicke von etwa 120 μm auszubilden. Weiters wurde, um eine glättere Oberfläche zu erhalten, eine Beschichtung aus einem Acrylharz auf Lösungsmittelbasis mit einer Dicke von etwa 25 μm ausgebildet und 60 Minuten lang bei 145°C gebrannt.
Danach wurde ein dünner Metallfilm 2 mittels Gleitstrom-Sputtern unter Verwendung eines Sinter-Targets, das 20 Gew.-% Aluminium und 80 Gew.-% Titan enthielt, ausgebildet. Der elektrische Target-Strom betrug 3 A, der Vakuumdruck 2,5 × 10-3 Torr. In Folge einer dreiminütigen Beschichtung wurde der dünne Metallfilm 2 mit einer Dicke von etwa 0,05 μm erhalten.
Danach wurde ein durchsichtiger Anstrich auf Acrylharzbasis aufgetragen, indem er auf dem dünnen Metallfilm 2 bis zu einer Dicke von 20 μm aufgesprüht und bei 80°C 60 Minuten lang gebrannt wurde, um einen durchsichtigen Schutzfilm 3 zu erhalten.
Es wurden ein Sichttest (visuelle Inspektion), ein Warmwassereintauch-Test sowie ein Korrosionsbeständigkeitstest vorgenommen.
Beim Sichttest zeigte der dünne Metallfilm aus Titanlegierung keine Risse und wies ein ähnliches äußeres Erscheinungsbild auf wie eine Elektrochromplattierung.
Im Warmwassereintauch-Test wurde das Teststück 72 Stunden lang bei 60°C in warmes Wasser eingetaucht. Der Test zeigte, dass es keine Änderung des äußeren Erscheinungsbildes gab. Weiters wurde ein Klebestreifen auf der Oberfläche angebracht und danach wieder von dieser abgelöst. Dieser Klebestreifentest zeigte, dass sich der durchsichtige Schutzfilm nicht vom dünnen Metallfilm ablöste.
Im Korrosionsbeständigkeitstest wurde der durchsichtige Schutzfilm quergeschnitten und 1.000 Stunden lang einem Test unterzogen, in dem er mit Salzwasser besprüht wurde. Dieser Test zeigte weder eine Korrosion des dünnen Titanlegierungsfilms des Querschnitt-Abschnitts noch wurde ein Brechen des dünnen Titanlegierungsfilms beobachtet.
Vergleichsbeispiel 1
Es wurde das gleiche Teststück wie im Beispiel 1 hergestellt, nur dass ein dünner Aluminiumfilm mit einer Dicke von 0,08 μm als dünner Metallfilm ausgebildet wurde.
Danach wurde der gleiche Korrosionsbeständigkeitstest wie im Beispiel 1 durchgeführt. Der Test zeigte, dass das Aluminium am Querschnitt-Abschnitt nach 200 Stunden verschwand.
Vergleichsbeispiel 2
Es wurde das gleiche Teststück wie im Vergleichsbeispiel 1 hergestellt, nur dass nach der Ausbildung des dünnen Aluminiumfilms kein durchsichtiger Schutzfilm gebildet wurde.
Danach wurde der gleiche Korrosionsbeständigkeitstest wie im Beispiel 1 durchgeführt. Der Test zeigte, dass das Aluminium am quergeschnittenen Abschnitt nach 168 Stunden verschwand.
Aus den Testergebnissen des Vergleichsbeispiels 1 und des Vergleichsbeispiels 2 zeigte sich, dass der dünne Aluminiumfilm die Korrosionsbeständigkeit nicht halten konnte, wenn der dünne Aluminiumfilm nicht mit einem Schutzfilm beschichtet und von diesem geschützt war.
Beispiel 2
Es wurde das gleiche Teststück wie im Beispiel 1 hergestellt, nur dass nach der Ausbildung des dünnen Films aus der Titanlegierung kein durchsichtiger Schutzfilm gebildet wurde.
Danach wurde der gleiche Korrosionsbeständigkeitstest wie im Beispiel 1 durchgeführt. Dieser Test zeigte weder eine Korrosion des dünnen Titanlegierungsfilms vom quergeschnittenen Abschnitts noch wurde ein Brechen des dünnen Titanlegierungsfilms beobachtet.
Beispiel 3
Es wurde das gleiche Teststück wie im Beispiel 1 hergestellt, nur dass bei der Ausbildung des dünnen Metallfilms ein gesintertes Target verwendet wurde, das 50 Gew.-% Aluminium und 50 Gew.-% Titan enthielt.
Danach wurden die gleichen Tests wie im Beispiel 1 durchgeführt. Die Ergebnisse des Sichttests, des Warmwassereintauch-Tests und des Korrosionsbeständigkeitstests waren dieselben wie jene des Beispiels 1, nur dass das äußere Erscheinungsbild ein wenig glänzender war als jenes des Beispiels 1.
Beispiel 4
Es wurde das gleiche Teststück wie im Beispiel 3 hergestellt, nur dass nach der Ausbildung des dünnen Films aus der Titanlegierung kein durchsichtiger Schutzfilm gebildet wurde.
Danach wurde der gleiche Korrosionsbeständigkeitstest wie im Beispiel 1 durchgeführt. Dieser Test zeigte weder eine Korrosion noch wurde ein Brechen des dünnen Titanlegierungsfilms beobachtet.
Beispiel 5
Es wurde das gleiche Teststück wie im Beispiel 1 hergestellt, nur dass bei der Ausbildung des dünnen Metallfilms ein gesintertes Target verwendet wurde, das 80 Gew.-% Aluminium und 20 Gew.-% Titan enthielt.
Danach wurden die gleichen Tests wie im Beispiel 1 durchgeführt. Die Ergebnisse des Sichttests, des Warmwassereintauch-Tests und des Korrosionsbeständigkeitstests waren dieselben wie jene des Beispiels 1, nur dass die Farbe beinahe jene von reinem Aluminium und das Reflexionsvermögen hoch war.
Beispiel 6
Es wurde das gleiche Teststück wie im Beispiel 5 hergestellt, nur dass nach der Ausbildung des dünnen Films aus der Titanlegierung kein durchsichtiger Schutzfilm gebildet wurde.
Danach wurde der gleiche Korrosionsbeständigkeitstest wie im Beispiel 1 durchgeführt. Dieser Test zeigte weder eine Korrosion noch wurde ein Brechen des dünnen Titanlegierungsfilms beobachtet.
Beispiel 7
Es wurde das gleiche Teststück wie im Beispiel 1 hergestellt, nur dass die Testbedingungen wie folgt waren. Bei der Ausbildung des dünnen Metallfilms wurden ein gesintertes Target, das 50 Gew.-% Aluminium und 50 Gew.-% Titan enthielt, sowie eine Kathodenbogen-lonenplattierungsvorrichtung verwendet, und der dünne Metallfilm mit einer Dicke von etwa 1 μm wurde ausgebildet. Der Argondruck betrug 30 mTorr, der Kathoden-Elektrostrom 50 A und die Beschichtungszeit 1 Stunde. Die Temperatur des Ausgangsmaterials wurde so kontrolliert, dass die Temperatur der Ausbildung des dünnen Metallfilms die Brenntemperatur des Harzgrundfilms nicht überschritt.
Danach wurden die gleichen Tests wie im Beispiel 1 durchgeführt. Die Ergebnisse des Sichttests, des Warmwassereintauch-Tests und des Korrosionsbeständigkeitstests waren dieselben wie jene des Beispiels 1.
Beispiel 8
Es wurde das gleiche Teststück wie im Beispiel 7 hergestellt, nur dass nach der Ausbildung des dünnen Films aus der Titanlegierung kein durchsichtiger Schutzfilm gebildet wurde.
Danach wurde der gleiche Korrosionsbeständigkeitstest wie im Beispiel 1 durchgeführt. Dieser Test zeigte weder eine Korrosion noch wurde ein Brechen des dünnen Titanlegierungsfilms beobachtet.
Beispiel 9
Es wurde ein Guss aus einer Aluminiumlegierung AC4C (auf Al-Si-Mg-Basis) als Ausgangsmaterial (Metallelement 4) verwendet. Dieses Material war ein Guss mit einer Oberflächenrauheit von 100–200 μm.
Danach wurde eine chemische Konversionsbeschichtung auf der Oberfläche des Ausgangsmaterials ausgebildet, um die Korrosionsbeständigkeit zu verbessern. Im Anschluss daran wurde eine elektrostatische Epoxidpulverbeschichtung durchgeführt, wobei eine elektrische Spannung von 40–60 kV verwendet wurde, und bei 170 °C 60 Minuten lang gebrannt, um einen Harzfilm 1 mit einer Dicke von etwa 120 μm auszubilden. Weiters wurde, um eine glattere Oberfläche zu erhalten, eine Beschichtung aus einem Acrylharz auf Lösungsmittelbasis mit einer Dicke von etwa 25 μm ausgebildet und 60 Minuten lang bei 145°C gebrannt.
Danach wurde ein dünner Metallfilm 2' mittels Gleitstrom-Sputtern unter Verwendung eines Sinter-Targets, das 30 Gew.-% Titan und 70 Gew.-% Aluminium enthält, ausgebildet. Der Target-Elektrostrom betrug 3 A, der Vakuumdruck 2,5 × 10-3 Torr und die Beschichtungszeit 20 Sekunden.
Danach wurde ein durchsichtiger gefärbter Anstrich auf Basis eines Acryl-Silicon-Harzes, das einen Schwefelfarbstoff (Schwefelblau 4R) in der Menge von 1 Gew.-% enthielt und bei 100 U/min 5 Minuten lang gemischt wurde, aufgetragen, indem er auf dem dünnen Metallfilm 2' bis zu einer Dicke von 20 μm aufgesprüht und bei 80 °C 60 Minuten lang gebrannt wurde, um einen durchsichtigen gefärbten Schutzfilm 3' zu erhalten.
Es wurden ein Sichttest, ein Warmwassereintauch-Test sowie ein Korrosionsbeständigkeitstest vorgenommen.
Beim Sichttests zeigte der dünne Metallfilm aus der Titanlegierung keine Risse, hatte eine metallische Reflexion und eine blaue Farbe.
Im Warmwassereintauch-Test wurde das Teststück 72 Stunden lang bei 60°C in warmes Wasser eingetaucht. Der Test zeigte, dass es keine Änderung des äußeren Erscheinungsbildes gab. Weiters wurde ein Klebestreifen auf der Oberfläche angebracht und danach wieder von dieser abgelöst. Dieser Klebestreifentest zeigte, dass sich der durchsichtige Schutzfilm nicht vom dünnen Metallfilm ablöste.
Im Korrosionsbeständigkeitstest wurde der durchsichtige gefärbte Schutzfilm quergeschnitten und 1.000 Stunden lang einem Test unterzogen, in dem er mit Salzwasser besprüht wurde. Dieser Test zeigte weder eine Korrosion des dünnen Titanlegierungsfilms vom quergeschnittenen Abschnitts noch wurde ein Brechen des dünnen Titanlegierungsfilms beobachtet.

Claims

Glänzende Oberflächenstruktur, ausgebildet auf einem Aluminiumrad für ein Kraftfahrzeug, wobei die Struktur Folgendes umfasst: (a) einen Harzfilm (1), mit dem das Aluminiumrad beschichtet ist; und (b) einen dünnen Metallfilm (2), der auf dem Harzfilm (1) ausgebildet ist, wobei der dünne Metallfilm (2) aus einer Titanlegierung besteht, die 20 bis 80 Gew.-% Titan enthält, und worin der Metallfilm (2) eine glatte Oberfläche aufweist.
Struktur nach Anspruch 1, die außerdem Folgendes umfasst: (c) einen durchsichtigen Schutzfilm (3), mit dem der dünne Metallfilm (2) beschichtet ist.
Struktur nach Anspruch 1, die außerdem Folgendes umfasst: (c') einen durchsichtigen gefärbten Schutzfilm (3'), mit dem der dünne Metallfilm (2) beschichtet ist.
Struktur nach einem der Ansprüche 1 bis 3, worin die Titanlegierung 20 bis 80 Gew.-% Aluminium enthält.
Struktur nach einem der Ansprüche 1 bis 4, worin der dünne Metallfilm (2) eine Dicke von 0,03 bis 1,0 μm aufweist.
Struktur nach Anspruch 2, worin der durchsichtige Schutzfilm (3) eine Dicke von 5 bis 20 μm aufweist.
Struktur nach Anspruch 3, worin der durchsichtige gefärbte Schutzfilm (3') eine Dicke von 20 bis 40 μm aufweist.
Struktur nach Anspruch 3, worin der durchsichtige gefärbte Schutzfilm (3') aus einem durchsichtigen Harz besteht, das ein Pigment oder einen Farbstoff umfasst.
Struktur nach Anspruch 8, worin das durchsichtige Harz aus Harzen auf Acryl-, Urethan- oder Epoxidbasis ausgewählt ist.
Struktur nach Anspruch 8, worin das Pigment aus Pigmenten auf Kohlenstoff-, Bleichromat-, Eisen(II)-ferrocyanid-, Cobalt- oder Chromoxidbasis ausgewählt ist.
Struktur nach Anspruch 8, worin das Pigment aus Pigmenten auf Thren-, Chinacrinfärbungs- und Isoindolinonbasis oder Metallkomplexpigmenten ausgewählt ist.
Struktur nach Anspruch 8, worin der Farbstoff aus Säurefarbstoffen, Beizenfarbstoffen, basischen Farbstoffen, Dispersionsfarbstoffen, Lebensmittelfarbstoffen, Direktfarbstoffen und Schwefelfarbstoffen ausgewählt ist.
Verfahren zur Herstellung einer glänzenden Oberflächenstruktur auf einem Aluminiumrad für ein Kraftfahrzeug, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: (a) Auftragen eines Harzfilms (1) auf das Aluminiumrad, so dass der Harzfilm (1) eine glatte Oberfläche aufweist; (b) Ausbildung eines dünnen Metallfilms (2) auf dem Harzfilm (1), wobei der dünne Metallfilm (2) aus einer Titanlegierung besteht, die 20 bis 80 Gew.-% Titan enthält, und worin der Metallfilm (2) eine glatte Oberfläche aufweist.
Verfahren nach Anspruch 13, das außerdem Folgendes umfasst: (c) Auftragen eines durchsichtigen Schutzfilms (3) auf dem Metallfilm (2).
Verfahren nach Anspruch 13, das außerdem Folgendes umfasst: (c') Auftragen eines durchsichtigen gefärbten Schutzfilms (3') auf dem dünnen Metallfilm (2).
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, worin der Harzfilm (1) durch Pulverbeschichtung aufgetragen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, worin die Titanlegierung 20 bis 80 Gew.-% Aluminium enthält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 17, worin der dünne Metallfilm (2) durch Kathodenbogen-Ionenplattierung oder -Sputtern aufgetragen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 18, worin der dünne Metallfilm (2) eine Dicke von 0,03 bis 1,0 μm aufweist.
Verfahren nach Anspruch 14, worin der durchsichtige Schutzfilm (3) eine Dicke von 5 bis 20 μm aufweist.
Verfahren nach Anspruch 15, worin der durchsichtige gefärbte Schutzfilm (3') eine Dicke von 20 bis 40 μm aufweist.
Verfahren nach Anspruch 15 oder 21, worin der durchsichtige gefärbte Schutzfilm (3') aus einem durchsichtigen Harz besteht, das ein Pigment oder einen Farbstoff umfasst.
Verfahren nach Anspruch 22, worin das durchsichtige Harz aus Harzen auf Acryl-, Urethan- oder Epoxidbasis ausgewählt ist.
Verfahren nach Anspruch 22, worin das Pigment aus Pigmenten auf Kohlenstoff-, Bleichromat-, Eisen(II)-ferrocyanid-, Cobalt- oder Chromoxidbasis ausgewählt ist.
Verfahren nach Anspruch 22, worin das Pigment aus Pigmenten auf Thren-, Chinacrinfärbungs- und Isoindolinonbasis oder Metallkomplexpigmenten ausgewählt ist.
Verfahren nach Anspruch 22, worin der Farbstoff aus Säurefarbstoffen, Beizenfarbstoffen, basischen Farbstoffen, Dispersionsfarbstoffen, Lebensmittelfarbstoffen, Direktfarbstoffen und Schwefelfarbstoffen ausgewählt ist.