EP2370211B1

EP2370211B1 - Bauteile für hochtemperaturanwendungen

Info

Publication number: EP2370211B1
Application number: EP09764801.8A
Authority: EP
Inventors: Peter Jährling; Lars Schrubke; Willi Grigat
Original assignee: Paul Hettich GmbH and Co KG
Current assignee: Paul Hettich GmbH and Co KG
Priority date: 2008-12-02
Filing date: 2009-12-02
Publication date: 2016-09-28
Anticipated expiration: 2029-12-02
Also published as: WO2010063776A1; US20110236680A1; JP5548994B2; KR20110099125A; CN102239011B; EP2370211A1; JP2012510358A; DE102009044340A1; CN102239011A

Description

Die Erfindung betrifft ein Bauteil nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei der Bereitstellung von Bauteilen, insbesondere metallischen Beschlägen, Seitengittern und Gargutträgern ist es bekannt, Bauteile aus selbst passivierenden nichtrostenden Stählen zu fertigen. Es erfolgt eine Oberflächenpassivierung meist bei einem Chromgehalt größer als 12 % wodurch sich eine Chromoxidschicht mit einer Stärke von 2-4 Nanometern ausbildet. Diese Passivschicht schützt das Bauteil vor Korrosion und verhindert den direkten Kontakt des Metalls mit einem anderen Medium. Die Passivierung durch eine Chromoxidschicht hat den Vorteil, selbsttätig passivierend zu sein, das heißt, dass beim Abtragen des Chromoxids durch Kratzer auf der Oberfläche, sich sofort wieder neues passivierendes Chromoxid aus der darunterliegenden Chromschicht bei Kontakt mit Luftsauerstoff bildet.
Für die Bildung einer gleichmäßigen Passivschicht bei der Passivierung müssen jedoch neben dem Chromgehalt weitere Bedingungen erfüllt sein. Dies sind hauptsächlich eine metallisch reine Oberfläche und genügend Sauerstoff, um eine vollständige Oxidation entlang der Oberfläche zu gewährleisten. Sind diese Bedingungen nicht erfüllt, so kann sich bei hohen Temperaturen (Temperaturen ab 450 °C) keine spontane Oxidschicht bei selbst passivierenden nichtrostenden Stählen bilden, die Korrosionsbeständigkeit nimmt ab und es kommt zur Ausbildung einer porösen Chromoxidschicht in Folge von Verzunderung, welche nur noch geringen Korrosionsschutz ermöglicht. Daher erweist sich der Einsatz von selbst passivierenden nichtrostenden Stählen für die Fertigung von Bauteilen für Gar- und Backöfen im Anwendungsbereich ab 400 °C als unvorteilhaft.
Die DE 10 2007 010 955 A1 offenbart eine silanbasierte Beschichtung auf einem Ofen-Stahlteil und die in einem Sol-Gel-Verfahren auf die Stahloberfläche aufgetragen ist. Diese Beschichtung weist eine Schichtdicke von 1-6 mm auf.
Die DE 25 44 880 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines abriebfesten Überzugs auf Kunststoff- oder Metallsubstraten, der aus einer Beschichtungsmasse aus einem Titan-, Aluminium- oder Zirkonester mit mindestens zwei Estergruppen OR, einem Epoxy- und/oder Acryloxysilan und ggf. üblichen Zusätzen und Füllstoffen besteht. Die EP 0 973 958 offenbart ein Verfahren zum Versehen einer metallischen Oberfläche mit einer glasartigen Schicht, wobei eine Beschichtungszusammensetzung auf eine metallische Oberfläche aufgebracht wird und diese Beschichtung anschließend thermisch bei einer Temperatur von mindestens 350 °C zu einer transparenten glasartigen Schicht verdichtet wird.
Es ist jedoch fraglich, ob die bisher genannten Beschichtungssysteme auch auf Bauteile mit einem breiten Anwendungsspektrum im Haushaltsbereich, also beispielsweise sowohl in Kühlschränken bei Temperaturen von -50 °C als auch in Pyrolyseöfen bei Temperaturen jenseits von 500 °C unter den dort vorherrschenden Korrosionsbedingungen einsetzbar sind.
Die DE 10 2004 001 097 offenbart ein metallisches Substrat mit einer verformbaren glasartigen Beschichtung mit einer durch Auftragen eines Alkalisilikat-haltigen Beschichtungssols auf das Substrat und einer anschließenden thermischen Behandlung in zwei Stufen. Die erste Stufe kann in sauerstoffhaltiger Atmosphäre oder im Vakuum bei einem Restdruck von ≤ 15 mbar durchgeführt werden. Die zweite Stufe wird in einer sauerstoffarmen Atmosphäre bis zum vollständigen Verdichten und Aushärten der glasartigen Schicht durchgeführt. Dabei ist bei diesem Verfahren die Erzeugung und Gewährleistung der verschiedenen Atmosphären bei der thermischen Verdichtung mit zusätzlichem Aufwand verbunden.
Die EP 1 137 729 offenbart eine Beschichtung für Haushaltsgeräte, welche auf hydrolisierbaren Silanen basiert und zumindest eine nicht hydrolisierbare Komponente aufweist. Dabei weisen die hydrolisierbaren Silane Epoxidgruppen zumindest einen nicht hydrolisierbaren Substituenten auf, sowie einen Härtekatalysator ausgesucht aus der Gruppe der Lewisbasen Zirkoniumtitan oder Aluminiumalkoxiden und zudem nanoskalige anorganische Feststoffe.
Die DE 10 2007 053 023 offenbart eine Schichtungszusammensetzung mit einer Oxidverbindung sowie ein Verfahren zur Beschichtung von Substraten u.a. aus Metall. Dabei wird zunächst auf das Substrat eine Beschichtungszusammensetzung aufgebracht, welche die allgemeine Formel beispielsweise eines Silans wiedergibt. Anschließend wird diese Silanzusammensetzung auf eine Temperatur von mehr 400 °C unter Bildung einer Element-/Elementoxidkompositschicht erhitzt und im Anschluss wird diese Elementoxidkomposit-Struktur erhitzt und durch lokales Sintern mittels eines Lasers verfestigt, was einen zusätzlichen apparativen Aufwand gegenüber bisherigen Erhitzungsmethoden bedeutet.
Die EP 0 928 457 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Substraten mit hochtemperatur- und UV-beständigen transparenten farbigen Beschichtungen, wobei die Beschichtungszusammensetzung mindestens ein glasartiges kristallines oder teilkristallines Oxid bilden kann und mindestens ein Mitglied aus der Gruppe einer Metallverbindung enthält und der Überzug thermisch unter Bildung eines beschichteten Substrates härtet.
Die EP 0 729 442 offenbart ein Verfahren zur Herstellung einer funktionellen glasartigen Schicht mit mindestens einem hydrolisierbaren Silan, mindestens einem Organosilan und mindestens einem Funktionsträger zum Einfärben der Beschichtung bzw. zur Farbgebung oder zur Verbesserung der metallischen Optik. Anschließend wird dieser Überzug thermisch zu einer glasartigen Schicht verdichtet.
Die EP 1 068 372 A1 beschreibt ein Verfahren zum Schutz eines metallischen Substrats vor Korrosion. Bei der Korrosion bildet sich eine vom Metall abgeleitete Spezies X aus. Zur Verhinderung der Bildung einer solchen Spezies wird das Substrat mit einer Beschichtung aus Polysiloxanen versehen, wobei die Beschichtung zudem eine Spezies Z umfasst, welche mit dem Metall eine Spezies Y eingeht. Dabei weist die Bildung der Spezies Y eine geringere Bildungenthalpie auf als die Bildung der Spezies X. Somit ist die Bildung der Spezies Y bevorzugt. Dabei wurde die thermische Wechselbeständigkeit über einen Bereich von -40 °C-100 °C bestätigt. Eine thermische Wechselbeständigkeit die sich über einen Bereich von - 40 °C bis 500 °C unter den korrosiven Bedingungen, wie sie u.a. im Ofen vorkommen, sind in dem Dokument nicht offenbart.
Die DE 10351467 offenbart ein Substrat, das eine Doppelbeschichtung aufweist. Diese Beschichtung kann beispielsweise, im Backofeninnenraum zum Einsatz kommen. Dabei weist die Doppelbeschichtung eine hydrophobe und mit freien OH-Gruppen reagierenden Komponente als äußere Schicht auf. Die innere Schicht ist eine anorganischen Sol-Gel-Schicht, bei der die äußere hydrophobe Schicht bei mäßigen Temperaturen bis maximal 100 °C nur aufgebracht und durch Kondensationsreaktionen fest mit dieser chemisch verankert wird. Schließlich erfolgt in einem weiteren Verfahrensschritt das Einbrennen des Doppelschichtsystems auf der Oberfläche des Gegenstandes.
Die DE 10155613 offenbart ein Verfahren zur Beschichtung von Oberflächen durch hybride Polymermaterialien sowie die dabei verwendeten Beschichtungslösungen bzw. -massen. Dabei wird eine Schicht aus Silanen mit org. Resten und Aluminiumalkoxiden auf die Oberfläche des Substrates aufgebracht und getrocknet. Anschließend wird die Oberfläche mit einem Decklack versehen.
Die DE 10253839 A1 offenbart ein Verfahren zur Beschichtung von Gegenständen mit metallischen Oberflächen. Dabei wird nach einem gegebenenfalls vorgesehenen Vorbehandlungsschritt zur Aktivierung der metallischen Oberflächen mindestens ein Organosilan im sogenannten Sol-Gel-Verfahren aufgebracht und die so erhaltene Beschichtung in eine Polysiloxan-Beschichtung überführt. Diese Überführung der Beschichtung in eine Polysiloxan-Beschichtung erfolgt vorzugsweise durch thermische Behandlung bei Temperaturen von 100 °C.
Die EP 0956373 offenbart ein Verfahren zum Bereitstellen einer schützenden Oberfläche auf einer Basislegierung, welche Eisen, Nickel und Chrom enthält. Dabei werden auf der Basislegierung elementares Silizium und Titan mit wenigstens Aluminium oder Chrom abgeschieden und unter Erzeugung einer Oberflächenlegierung wärmebehandelt.
Beschichtete Beschläge und Bauteile mit Anwendungsmöglichkeiten im Hochtemperaturbereich sind in der DE 102005039883 offenbart. Sie beschreibt ein Gerätezubehörteil für den Backofen, wobei das Gerätezubehörteil einen Grundkörper aus Metall, beispielsweise aus verchromten Stahl und eine pyrolysefeste Beschichtung aufweist. Das Beschichtungsmaterial ist glasartig und wurde aus einer Flüssigphase heraus auf den Grundkörper aufgebracht.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zu schaffen, welches die Beständigkeit von Bauteilen gegenüber Umwelteinflüssen, insbesondere beim Einsatz im Hochtemperaturbereich, verbessert.
Die vorliegende Erfindung löst diese Aufgabe durch ein Bauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Das Verfahren zur Herstellung von Bauteilen insbesondere für Hochtemperaturanwendungen, sieht das Bereitstellen eines Rohteils vor, vorzugsweise durch Stanzen und Biegen eines Metallbleches, sowie das Aufbringen einer anorganisch-organischen Hybridpolymerschicht auf der Oberfläche des Rohteils, das Erhitzen des beschichteten Rohteils, beispielsweise auf eine Temperatur von mindestens 400 °C und das Abkühlen des beschichteten Rohteils auf Raumtemperatur. Dadurch wird ein Rohteil geschaffen, das eine gute Korrosionsbeständigkeit auch bei hohen Temperaturen aufweist. Bei der Beschichtung von Bauteilen für den Einsatz in Backöfen, Kühlschränke und dergleichen zeigte sich überraschenderweise erst nach einer thermischen Behandlung die zuvor mit einer anorganisch organischen Hybridpolymerschicht versehene Oberfläche als genügend widerstandsfähig, um den Belastungstests zu genügen.
Das Rohteil kann vorzugsweise aus Metall, beispielsweise aus Edelstahl, Stahl, Aluminium, Aluminiumlegierungen, Kupfer, Kupferlegierungen, Zink, Chrom oder Nickel bestehen. Die anorganisch-organische Hybridpolymerschicht kann jedoch auch auf Rohteile aufgebracht werden, welche bereits mit PTFE (Polytetrafluorethylen) oder PEEK (Polyetheretherketon) beschichtet sind. Auch auf LCP (liquid crystal polymer), Thermoplasten, Keramik und Emaille kann die Hybridpolymerschicht aufgebracht werden. Hierfür sind während des Herstellungsprozesses des Rohteils, in Abhängigkeit zu dessen Materialbeschaffenheit, verschiedenste Methoden der Formgebung anwendbar.
Da die Schritte des Verfahrens auch automatisiert werden können, ist eine Anwendung in serieller Fertigung möglich. Die anorganisch-organische Hybridpolymerbeschichtung und anschließende thermische Behandlung bewirkt einen verbesserten Korrosionsschutz auch im höheren Temperaturbereich gegenüber der bisherigen Passivierung.
Nach einer anschließenden thermischen Behandlung zur Aushärtung bildet das entstandene Polymer eine harte Schicht, welche zudem reißfester ist, als dies beispielsweise beim Aufbringen eines rein anorganischen Materials der Fall wäre. Diese zusätzliche Festigkeit der Beschichtung in Folge der thermischen Behandlung macht sie daher resistenter gegenüber mechanischen Abriebs und sichert die wartungsfreie Nutzung der Bauteile, welche mit diesem Verfahren hergestellt wurden.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, das anorganisch-organische Hybridpolymer durch ein Sol-Gel-Verfahren auf die Oberfläche des Rohteils aufzubringen. Durch die Hydrolyse werden dabei zunächst polare Gruppen geschaffen, welche den gelösten Ausgangsstoff in ein Sol umwandeln. Dieses viskose Sol wird bei geringem Materialverbrauch vollständig über die Oberfläche des Rohteils verteilt und haftet in Folge der Gelbildung fest an der Oberfläche des Rohteils an.
Dabei kann vorzugsweise die besonders materialsparende und einfache Auftragungsart des Aufsprühens des Sols auf die Oberfläche des Rohteils angewendet werden.
Durch fluorhaltige Silane als Ausgangssubstanz für das Sol-Gel-Verfahren können die Oberflächen oleophobe und hydrophobe Eigenschaften erhalten, sie werden somit schmutzabweisend.
Ein vorteilhaftes Aushärten der Beschichtung sieht eine UV Bestrahlung vor, so dass in Folge von dreidimensionaler Vernetzung der Polymerschicht die Oberfläche kratzfest und resistenter gegenüber Abrieb wird. Daher kann das Rohteil nach diesem Schritt über längere Zeit gelagert werden, bevor es weiterverarbeitet wird.
Bei geringeren Anforderungen an die Oberflächengüte können nach diesem Behandlungsschritt die behandelten Bauteile beispielsweise auch bei tiefen Temperaturen in Kühl- und / oder Gefriergeräten sowie in Backöfen bei Einsatztemperaturen zwischen -50-600 °C eingesetzt werden. Insbesondere beim Einsatz in Kühl- und Gefriergeräten kann somit auf die aufwendige höhere bzw. sogar zusätzliche Zinkauflage auf den Bauteilen verzichtet werden.
Es ist von Vorteil, dem Sol weitere anorganische Komponenten, beispielsweise SiO₂ und/oder TiO₂, zuzugeben, um durch Einbau dieser Komponenten in die anorganisch-organische Hybridpolymerstruktur während der Polymerisation eine zusätzliche Verbesserung der mechanischen Eigenschaften der Beschichtung zu erreichen.
Weitere Zuschlagstoffe können aluminium- und/oder manganhaltige Verbindungen sein. Diese Verbindungen können während der Hydrolyse in die anorganisch-organische Hybridpolymerstruktur eingebunden werden. Nach einer thermischen Behandlung des Bauteils bei bis zu 800 °C kann Aluminium und/oder Mangan in das vorwiegend anorganische Netzwerk der Beschichtung eingebunden werden.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Beschichtung sieht ein silizium- aluminium- und/oder titanhaltiges anorganisch-organisches Hybridpolymer vor, das bei Temperaturen bis zu 800 °C, vorzugsweise im Bereich von 400-600 °C, beständig ist. Aluminium-, Titan- und Silizium-Sauerstoffpolymerverbindungen sind kostengünstig, unkompliziert zu synthetisieren und chemisch resistent gegenüber einem Großteil von Chemikalien. Aufgrund ihrer Materialeigenschaften finden derartige Polymere vielerlei Anwendungen als Baumaterialien oder auch Beschichtungsmaterial und erfüllen somit die Anforderungen, welche an Beschichtungsmaterial für die Hochtemperaturanwendung gestellt werden.
Die Wärmebehandlung der anorganisch-organischen Hybridpolymerbeschichtung erfolgt vorteilhafterweise nach einem Temperaturprogramm, wobei in einer Aufheizphase des beschichteten Rohkörpers zwei unterschiedliche Temperaturgradienten verwendet werden. Zunächst geschieht das langsame Hochheizen des Rohteils von Raumtemperatur ϑ₀ =0-40 °C auf eine mittlere Temperatur ϑ₁ von 80-200 °C. Anschließend erfolgt eine deutlich schnellere Aufheizphase, um die entsprechende Zieltemperatur ϑ₂ zu erreichen. Somit wird der Beschichtung ermöglicht, sich bei der thermischen Ausdehnung des Rohteils auf die veränderten Bedingungen einzustellen und sich gegebenenfalls entlang der Substratoberfläche umzuorientieren. Das kontrollierte Aufheizen ist daher insofern von Vorteil, da ausgehärtete Beschichtungen im höheren Temperaturbereich zur Rissbildung neigen.
Das anorganisch-organisch hybridpolymerbeschichtete Rohteil wird vorzugsweise mindestens 20 Minuten, insbesondere mehr als 30 Minuten bei mindestens 200 °C, vorzugsweise 300-600 °C getempert. Dadurch wird eine haftfeste, korrosionsbeständige und weitgehend alterungsresistente Substrat-Polymerverbindung erreicht. In diesem Temperaturbereich erfolgt beispielsweise die Pyrolysereinigung eines Ofens. Die Zeit von mindestens 20 bzw. 30 Minuten ist von Vorteil, da bei dieser hohen Temperatur eine Oxidation der organischen Hybridpolymerbestandteile erfolgt, und somit nach der Oxidation der organischen Bestandteile eine feinverteiltere und reißfestere Polymerschicht entsteht, als bei Verwendung von ausschließlich anorganischen Ausgangsstoffen.
Während der Abkühlphase empfiehlt sich ein hoher Temperaturgradient von beispielsweise 5-40 K/min, vorzugsweise 15-25 K/min, wodurch sowohl die Materialbelastbarkeit an der Grenzfläche durch unterschiedliche thermische Ausdehnung minimiert und als auch Fehlordnungen im Material verhindert werden.
In einer vorteilhaften Ausführungsform wird das beschichtete Rohteil bei einem Luftdurchsatz von 30-90 l/min, vorzugsweise 50-70 l/min getempert, wodurch eine möglichst vollständige Oxidation der organischen Anteile des Hybridpolymers auf der Substratoberfläche erreicht wird und eine spätere Exposition des Benutzers durch Verbrennungsprodukte einer eventuellen Nachverbrennung von organischen Polymeranteilen ausgeschlossen wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird das Bauteil vor dem Aufbringen der anorganisch-organischen Hybridpolymerschicht geglättet, um eine möglichst große Grenzfläche zwischen der sich bildendenden Polymeroberfläche und der Substratoberfläche zu erreichen und um zudem einen geringen Abstand zwischen beiden Oberflächen zu erhalten. Das Bauteil kann vor der Beschichtung eine Oberflächenrauhigkeit von maximal 500 nm, beispielsweise von 300 bis 500 nm, vorzugsweise 300 bis 400 nm aufweisen, was die Adhäsion des Polymers an der Substratoberfläche verbessert. Vor der Aufbringung der anorganisch-organischen Hybridpolymerschicht können Reinigungsverfahren wie z.B. eine Entfettung zum Einsatz kommen.
Ein mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestelltes Bauteil ist insbesondere in Backöfen im Hochtemperaturbereich einsetzbar, denn die Beschichtung bewirkt sowohl eine hohe Materialbelastbarkeit als auch eine hohe Temperaturbeständigkeit. In einem Backofen werden meist Lebensmittel gegart, die in der Regel viel Wasser enthalten, das verdunstet und sich an anderer Stelle niederschlägt. Dadurch ist bei Bauteilen in einem Backofen eine besondere Korrosionsanfälligkeit gegeben. Darüber hinaus sollte gerade in diesem Anwendungsbereich auf eine hygienisch hochwertige Verarbeitungsweise Wert gelegt werden.
Des Weiteren kann ein nach dem erfindungsgemäßes Verfahren beschichtetes Bauteil als Beschlag in anderen Haushaltsgeräten im Bereich zwischen -50 °C bis 600 °C zum Einsatz kommen. Dies schließt u.a. auch den Einsatz in Kühlgeräten ein, wo besonders hohe Anforderungen an die Korrosionsbeständigkeit von Beschlägen, beispielsweise durch Salzsprühnebeltests und dergl., gestellt werden.
Weiterhin kann das Bauteil insbesondere als Beschlag, wie z.B. als Scharnier, als Klappenbeschlag, als Schienensystem, als Gargutträger und als Auszugsführung, oder als Teil eines Beschlags ausgebildet sein.
Die anorganisch-organische Hybridpolymerbeschichtung erhöht auch die Korrosionsbeständigkeit beim Transport der Bauteile, insbesondere die Beständigkeit gegen über äußere klimatische Einflüsse wie Regen, Schnee, Salzwasser, Seewassergischt und Nebel steigt. Container sind zwar gegen äußere Einflüsse geschützt, trotzdem kann sich im Inneren Kondensat bilden. Die aktuelle Temperatur sowie die Feuchtigkeit die beim Beladen in den Container gebracht wird, beeinflussen die jeweils aktuelle relative Luftfeuchte im Container. Die eingeschlossene Luft im Container, die Ladung, deren Verpackung oder das Staumaterial sind Feuchtigkeitsquellen. Erfindungsgemäß wird eine Beschichtung bereitgestellt, die die Korrosionsbeständigkeit, insbesondere beim Seetransport der beschichteten Bauteile erhöht. Des weiteren ist ein Einsatz der beschichteten Bauteile in Seewasserklima möglich. Weiterhin können die Bauteile, in Form von Möbelbeschlägen in Küchen- und/oder Labormöbeln eingesetzt werden die zur Lagerung von Reinigungsmitteln bzw. Chemikalien genutzt werden.
In die Beschichtung des Bauteils können zudem Farbstoffe und/oder Pigmenten eingearbeitet werden. Dies ist zum Erreichen von optischen Effekten von Vorteil, da mögliche Anlauffarben von Edelstählen farblich oder durch Metallicoptik kaschiert werden.
Falls das Bauteil bereits eine PTFE- oder PEEK-Beschichtung aufweist, auf welche die anorganisch-organische Hybridpolymerschicht aufgebracht wird, so können diese vorbeschichteten Bauteile bereits eingefärbt vorliegen
Das erfindungsgemäße Bauteil eignet sich besonders gut für die Herstellung einer Auszugsführung, insbesondere können die Schienen der Auszugsführung entsprechend beschichtet werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1: eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Auszugsführung;
Fig. 2: eine Explosionsdarstellung der Auszugsführung der Figur1; und
Fig. 3: ein schematisches Temperaturdiagramm für das Bereitstellen eines beschichteten Bauteils;
Fig. 4: eine Messwertetabelle mit Messwerten zur Zusammensatzung des Bauteils im Tiefenprofil von 0-100 µm;
Fig. 5: schematische Darstellung des Konzentrationsverlaufs einzelner Elemente im Tiefenprofil des beschichteten Bauteils
Fig. 6: Schichtdarstellung einer lichtmikroskopischen Bilddokumentation des beschichteten Bauteils;
Fig. 7: Schichtdarstellung einer rasterelektronenmikroskopischen Bilddokumentation des beschichteten Bauteils;
Fig. 8a,b: Darstellung einer Spektrenaufnahme und einer Messwerttabelle einer REM/EDX-Messung für einen unbeschichteten Abschnitt des Bauteils;
Fig. 9a,b: Darstellung einer Spektrenaufnahme und einer Messwerttabelle einer REM/EDX-Messung der Beschichtung des Bauteils; und
Fig. 10a,b: Darstellung einer Spektrenaufnahme und einer Messwerttabelle einer REM/EDX-Messung der Oberfläche des beschichteten Bauteils.

Fig. 1 zeigt eine Auszugsführung für Hochtemperaturanwendungen, insbesondere für Backöfen, umfassend eine Führungsschiene 1 und eine relativ zur Führungsschiene bewegbare Laufschiene 2, zwischen denen eine Mittelschiene 3 (siehe Fig. 2) gelagert ist. Es sind auch Auszugsführungen bekannt, die nur über eine Führungs- und eine Laufschiene verfügen. Des weiteren finden auch Auszugsführungen Verwendung die über eine Führungsschiene, eine Laufschiene und mehr als eine Mittelschiene verfügen. Für die verfahrbare Lagerung der Mittelschiene 3 und der Laufschiene 2 sind Wälzkörper 4, insbesondere aus Keramik, vorgesehen. Dabei sind an der Führungsschiene 1, der Mittelschiene 3 und der Laufschiene 2 jeweils mehrere Laufbahnen 6 für die kugelförmigen Wälzkörper 4 vorgesehen. Die Wälzkörper 4 werden im Wälzkörperkäfig 5 beabstandet zueinander geführt, um sich beim Abwälzen nicht gegenseitig zu berühren, wodurch der Leichtlauf behindert würde.
Die Schienen 1 bis 3 sind für den Einsatz in Backöfen aus einem gestanzten und gebogenen Stahlblech hergestellt und mit einer Beschichtung versehen. Die Herstellung der Bauteile der Auszugsführung, insbesondere der Schienen 1 bis 3 erfolgt durch die folgenden Schritte:
Zunächst werden die metallischen Rohteile der Auszugsführung durch Stanzen und Biegen hergestellt. Das Rohteil kann dabei maschinell gefertigt werden. Dann wird eine anorganisch-organische Hybridpolymerschicht auf der Oberfläche der Rohteile aufgebracht.
Zuvor wird die Oberfläche der Rohteile vorbehandelt. Dies erfolgt im vorliegenden Beispiel durch Glättung der Oberfläche und durch chemische Reinigung verbleibender Fettreste durch basische Reinigungsmittel vorzugsweise bei pH= 8-10,5.
Die beschichteten Rohteile werden dann auf eine Temperatur von mindestens 400 °C erhitzt und für eine vorbestimmte Zeitdauer getempert, bevor sie wieder auf Raumtemperatur abgekühlt werden.
Das Auftragen der anorganisch-organischen Hybridpolymerschicht erfolgt im Sol-Gel Verfahren, welches in Fig. 3 beispielhaft für eine Polysiloxanbeschichtung erklärt wird.
Hier werden Alkoxyverbindungen des Siliziums durch Hydrolyse unter Substition der Alkoxyfunktionen durch Hydroxygruppen in reaktive Silanole umgewandelt, die im Sol als kolloide Teilchen vorliegen. Diese Teilchen lagern sich beim Auftragen des Sols auf eine Oberfläche, vorzugsweise aus Metall, an dieser an. Durch Erwärmen werden die Wechselwirkungen zwischen Silanolmolekülen mit der Oberfläche weiter verstärkt bis hin zur Ausbildung von kovalenten Bindungen. Bei einer Erwärmung kommt es zudem zur Umwandlung des Sols in den Gelzustand unter Ausbildung von Polysiloxanen. Dabei werden Alkohole und Wasser in einer Kondensationsreaktion gebildet.
So treten beispielsweise in Alkoxyverbindungen des Siliziums und anderen Metallen- und Halbmetallen verschiedene Wechselwirkungen zwischen den organischen und anorganischen Bestandteilen der Hybridpolymere auf. Diese sind auf kovalente oder ionisch-kovalente Bindungen zurückzuführen.
Die Beschichtungssole der anorganisch-organischen Hybridpolymere können in einem Sol-Gel Verfahren auf ein metallisches Bauteil flüssig appliziert werden und unter milden Reaktionsbedingungen anfließen und aushärten.
Dabei erfolgt während des Aushärtens eine basisch oder sauer katalysierte Hydrolyse der Alkoxide und im Anschluss die Ausbildung eines dreidimensionalen anorganischen Netzwerkes einer Siliziumoxidschicht, infolge einer Kondensationsreaktion.
Anstelle des Siliziums als anorganische Komponente können beispielsweise auch Metalle, wie Zirkonium- oder Titanalkoxyverbindungen eingesetzt werden.
Dabei können beispielsweise zu Tetramethoxysilan (TMOS) in Lösungsmittel (ca.1/4 des Volumens des TMOS) zunächst bei etwa 0 °C vorsichtig unter langsamer Zugabe (ca. 2 h) gelöst bzw. suspendiert werden. Die Zugabe erfolgt im Bereich zwischen 0-10 °C, da TMOS sehr leicht entzündlich, giftig und ätzend ist. Bei Temperaturen ab circa 20 °C können sich explosive Dampfgemische bilden. Anschließend wird zur Hydrolyse der organischen Verbindung konzentrierte wässrige HCl (etwa 1-3 Vol % gegenüber des Volumens des TMOS) über 30 min unter ständigem Rühren zugegeben. Dabei kann die HCl im Vorfeld auf eine Temperatur von etwa 0 °C heruntergekühlt werden. Anschließend wird das Rühren einige Minuten, beispielsweise 5-10 min, aufrecht erhalten. Durch Zugabe weiteren Lösungsmittels kann die Viskosität entsprechend eingestellt werden. Das Lösungsmittel kann protisch oder aprotisch polar, beispielsweise Isopropanol, sein.
Alternativ kann auch eine Mischung aus hauptsächlich 3-Glycidyloxypropyltrimethoxysilan (GPTS) und Titantetraisopropylat unter basischen oder sauren Bedingungen durch Hydrolyse in eine fließfähige Beschichtungssubstanz umgewandelt und durch anschließendes Aushärten infolge von Kondensation bei 700-800 °C in eine anorganische Siliziumdioxidschicht umgewandelt werden.
Dabei bildet sich zwischen der oberen Siliziumdioxidschicht, mit einer Dicke von 0,1-2 µm und der Oberfläche des metallischen Bauteils eine Zwischenschicht, die zusätzlich zu dem Siliziumdioxid auch einen erhöhten Anteil an Metallverbindungen oder elementaren Metallen beispielsweise Chrom, Aluminium und/oder Mangan aufweist.
Je nachdem, welche metallische Legierung das beschichtete Bauteil aufweist, kommt es zu Diffusionseffekten, bei denen das Silizium in die Metalloberfläche eindringt und zugleich einige Metallverbindungen in die Siliziumschicht eindiffundieren. Dabei kann das metallische Bauteil ggf. eine chrom- oder aluminiumhaltige Legierung aufweisen, bei welchen vornehmlich Aluminiumatome in die Siliziumschicht unter Ausbildung einer Zwischenschicht eindiffundieren.
Die Diffusion von Chrom-, Mangan-, Aluminium- aber auch von Nickelverbindungen in der siliziumhaltigen Schicht ist dabei überraschenderweise größer als die Diffusion von Eisenverbindungen in diese Schicht. Dabei kann die Diffusion der Metallverbindungen durch einen Temperaturgradienten beim Aushärten vorteilhaft hinsichtlich der Eindringtiefe und Konzentrationsverteilung in der Schicht beeinflusst werden.
Dabei kann das Metall, beispielsweise Aluminium, bereits als Bestandteil der anorganisch-organischen Hybridpolymerschicht eingebracht sein und sich in Folge von Diffusions- und Verteilungseffekten im Zentrum der Beschichtung ansammeln.
Mangan kann aus dem Metall in die anorganisch-organische Hybridpolymerschicht während des Erhitzens eindiffundieren und sich in dieser Schicht anreichern.
Zudem können bei Temperaturen von 400-800 °C höhere Eindringtiefen insbesondere von Chrom-, Mangan- und Aluminiumatomen in die Siliziumschicht und der siliziumhaltigen Schicht in die metallische Oberfläche des Bauteils als dies bei niedrigeren Temperaturen der Fall ist erreicht werden.
Durch den verringerten Eisengehalt in der Zwischenschicht kann sich eine passivierende Zwischenschicht ausbilden, welche ebenso wie die glasartige Silizium-Deckschicht auch bei über 500 °C temperaturbeständig ist.
Die Integrität der Schicht bleibt auch erhalten, wenn man das derart beschichtete Bauteil kurzzeitig, also ca. 30 min einer Schweißflamme von 1000-1500 °C aussetzt. Somit kann die Beschichtung auch auf metallischen Bauteilen zumindest bereichsweise aufgebracht und verwendet werden, welche an einer unbeschichteten Oberfläche mit einer anderen metallischen Oberfläche verschweißbar sind. Falls hierbei die Schweißflamme in Berührung mit einem beschichteten Bereich des Beschlags kommt, so wird die Beschichtung nicht zerstört.
Die Beschichtung kann ebenfalls nach dem Sol-Gel Verfahren auf eine chromierte Oberfläche aufgebracht werden, wobei die Chrom-Siliziumoxid-Beschichtung bei einem anschließenden Biegen des Bauteils, im Vergleich zu einer reinen chromierten Oberfläche erst bei höherer Belastung abblättert.
Das Auftragen des flüssigen Sols auf die Oberfläche des metallischen Bauteils kann durch Sprühen, Tauchen, Bestreichen oder dergleichen erfolgen.
Durch UV-Behandlung können die organischen Bestandteile des anorganisch-organischen Hybridpolymers zusätzlich dreidimensional vernetzen, was der Beschichtung vorteilhafte mechanische Eigenschaften verleiht.
Zusätzlich zu den Siliziumatomen können weitere anorganische Komponenten, beispielsweise Titanoxid oder Siliziumoxid durch Umhüllung in eine Polysiloxanbeschichtung eingebaut werden, wodurch die mechanischen Eigenschaften der Beschichtung ebenfalls verbessert werden kann. Die weiteren anorganischen Komponenen können als feine Partikel, insbesondere im nanoskaligen Bereich zwischen 40 nm und 500 nm eingebaut werden.
Um eine kratzfeste, alterungs- und korrosionsbeständige Beschichtung für den zu Hochtemperaturbereich zu schaffen, wird die anorganisch-organische Hybridpolymerschicht in Temperaturgradienten auf eine Temperatur in Bereich von 400-600 °C erhitzt, wobei die organischen Anteile des Polymers bevorzugt oxidiert werden. Somit wird durch das anorganisch-organische Hybridpolymer in Verbindung mit dem Sol-Gel Verfahren eine Netzwerkdichte geschaffen, welche geringe Schichtdicken, vorzugsweise zwischen 1,0-5,0 µm, beispielsweise einer auf Silizium basierten Polymerschicht und den Einbau von weiteren nanoskaligen anorganischen Komponenten als auch Farbstoffe oder Pigmente in die Polymerschicht ermöglichen.
Die Temperzeit beträgt dabei zwischen 40 min und 3 h, vorzugsweise 1 h bei 200-800 °C, vorzugsweise 300-600 °C.
Diese Polymerschicht ist quarzartig, reißfest, mechanisch belastbar und schützt das Rohteil vor Korrosion. Zudem kaschiert sie Anlauffarben stahlhaltiger Materialien, beispielsweise als Metalliclackierung.

Die nachfolgende Tabelle zeigt verschiedene Versuchsreihen, bei welchen die Reinigungsfähigkeit von verschiedenen Bauteiloberflächen, welche nach den erfindungsgemäßen Verfahren beschichtet wurden, angegeben ist.

Lfd.-Nr.	Oberfläche	Oberflächentest Anschmutzung Verträglichkeit	Temperaturbelastung bei 500°C über 2 h	NSS-Test nach ISO 9227 16 h	NSS Test nach ISO 9227 24 h	NSS-Test nach ISO 9227 96 h	Kommentar
1	1.4016	6 K-Test	ja	nein	nein	nein	eingeschränkte Reinigungswirkung
2	1.4301	6 K-Test	ja	nein	nein	nein	eingeschränkte Reinigungswirkung
3	Peek	6 K-Test	nein	nein	nein	nein	gute Antihaftwirkung und Reinigung
4	PEEK mit XP268 Nano	6 K-Test	100 mal	ohne Befund	ohne Befund	ohne Befund	volle Pyrolysetauglichkeit

Die Oberflächen 1.4016 und 1.4301 sind dabei metallische Oberflächen von Auszugsführungen.
Wie sich anhand aus der Tabelle ergibt, sind metallische Bauteile mit einer anorganisch-organischen Hybridpolymerbeschichtung bei 500 °C über längeren Zeitraum belastbar, so dass für derartige Bauteile der Einsatz im Hochtemperaturbereich ermöglicht ist. Hierbei ist jedoch nur eine eingeschränkte Reinigbarkeit der Auszugsführungen gegeben.
Die mit PEEK- beschichtete Auszugsführung des Versuchsablaufs 3 ist nicht über 2 h bei 500 °C belastbar, weist jedoch gegenüber den Beispielen 1 und 2 eine verbesserte Antihaftwirkung und Reinigung auf.
Eine Sol-Gelbeschichtung in Verbindung mit einer PEEK-Beschichtung auf einer Auszugsführung ermöglicht vorteilhaft den Hochtemperatureinsatz als auch eine Verbesserung der Reinigbarkeit und somit die volle Pyrolysetauglichkeit.
In Figur 3 ist schematisch ein Temperaturdiagramm für das Verfahren der dauerhaften Beschichtung von Beschlägen, Seitengittern und Gargutträgern für Hochtemperaturanwendungen dargestellt. Das beschichtete Rohteil wird zunächst von Umgebungstemperatur ϑ₀ erwärmt. Es beginnt mit einem Temperaturgradienten von etwa 10 K/min ausgehend von einer Anfangstemperatur ϑ₀ von 25 °C und geht dann bei einer mittleren Temperatur von ϑ₁=100 °C in einen Temperaturgradienten von etwa 25 K/min über. Beim Erreichen einer Zieltemperatur ϑ₂ von 500 °C folgt ein Temperaturplateau über 30 min hinweg. Schließlich folgt eine Abkühlungsphase mit etwa 20 K/min zurück zu ϑ₀.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel wurde eine Auszugsführung beschrieben. Es ist natürlich auch möglich, andere Bauteile mit einer erfindungsgemäßen Beschichtung zu versehen.
Das Reinigen der metallischen oder Kunststoff-Oberfläche des Rohteil vor dem Auftrag der anorganisch-organischen Hybridpolymerbeschichtung kann durch verschiedene mechanische und/oder chemische Reinigungsverfahren erfolgen. Des Weiteren kann eine zusätzliche Oberflächenbehandlung zum Aufrauen der Oberfläche erfolgen.
Beim Auftrag der anorganisch-organischen Hybridpolymerschicht kann das Fließverhalten derart eingestellt werden, dass sie selbst an senkrechten Flächen anhaftet.
Das erfindungsgemäße Bauteil, mit der entsprechenden anorganisch-organischen Hybridpolymerbeschichtung hat die Vorteile der Kratzfestigkeit, der Abriebfestigkeit, des Korrosionsschutzes, der verbesserten Reinigungsfähigkeit, und der Verringerung der Schmutzanhaftung. Sie ist, anders als metallische Überzüge, transparent und kann auf ein eingefärbtes Substrat aufgebracht werden.
Fig 4 zeigt tabellarisch die elementare Zusammensetzung in Massekonzentrationen entlang eines Tiefenprofils eines erfindungsgemäß beschichteten Bauteils.
In Fig. 5 ist die graphische Darstellung von Messwerten der elementaren Zusammensatzung des beschichteten Bauteils über ein Tiefenprofil von 0-65 µm gezeigt. Die Schrittweite der Messpunkte beträgt 0,5µm im Bereich von 0-20 µm und 4 µm im Bereich von 20-65 µm. Die elementare Zusammensetzung bei 65 µm entspricht im Wesentlichen der Zusammensetzung des Chromstahls des metallischen Bauteils vor der Beschichtung.
Die Messdaten in den Figuren 4 und 5 wurden durch optische Glühentladungsspektroskopie (Sputtergas Ar 5.0; Anodendurchmesser 2,5 mm) bestimmt.
Das untersuchte Bauteil selbst ist ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren beschichtetes Profilstück einer Backofenauszugsführung. Das Bauteil wurde vor der Untersuchung mit 100 Pyrolysezyklen bei 500 °C über jeweils 1,5 h thermisch behandelt.
Die Tabelle der Fig. 4 zeigt exemplarisch ausgewählte Einzelwerte der spektroskopischen Bestimmung mittels Glühentladung.
Bei einer Schichtdicke von 1 µm besteht die Schicht überwiegend aus sauerstoffhaltigen Verbindungen. Dabei ist überwiegend Siliziumoxid mit einem Massenanteil von etwa 19 % vertreten. Dabei ist der Anteil an oxidischen Siliziumverbindungen etwa 1,6 fach höher als der Anteil der metallischen Oxide. Eisen ist mit einem Massenanteil von 2,6 % in diesem Bereich der Schicht enthalten.
Bei einer Schichtdicke von 2,5 µm hat der prozentuale Massenanteil der sauerstoffhaltigen Verbindungen, im Vergleich zur Zusammensetzung bei einer Schichtdicke von 1 µm, um etwa 10 % abgenommen. Der Massenanteil an Siliziumverbindungen liegt bei 24 %. Dabei ist der Massenanteil an Siliziumverbindungen nach wie vor 1,2 fach höher als der Massenanteil der metallischen Verbindungen. Dabei hat sich die Metallzusammensetzung gegenüber der Zusammensetzung der Schicht bei 1 µm verändert.
Bei einem nahezu gleichbleibenden Eisenanteil sind die Chrom- und Nickelanteile um 3-4 % vermindert, wohingegen es zu einer Zunahme des Aluminiumanteils um einen Massenanteil von 5 %, des Mangananteils um 6 %, sowie einer Zunahme des Kupferanteils um 1,5 % kam.
Bei einer Schichtdicke um 10 µm beträgt der Massenanteil w (Aluminium) der Schicht 12,1 % und der Mangangehalt 11,1 %. Der Siliziummassenanteil liegt bei 20,9 %. Der Sauerstoffmassenanteil beträgt 33,3 %. Bemerkenswert ist dabei, dass der Eisenanteil gegenüber dem Aluminium- und Mangangehalt lediglich 6,6 % einnimmt.
Bei einer Schichtdicke von 15 µm beträgt der Eisenmassenanteil bereits 14,6 % und wächst im weiteren Profilverlauf bis auf etwa 70 % an.
Der Übergang der aluminium-, mangan- und siliziumreichen und eisenarmen Schicht in eine Eisen/Chromschicht erfolgt etwa bei 20 µm.
Die Zusammensetzung bei 100 µm gibt im Wesentlichen die elementare Zusammensetzung des eingesetzten Chromstahls wieder.
Fig. 5 zeigt einen Anstieg der Konzentration an Aluminium auf 40 % und Mangan auf 8 % in der Beschichtung, wobei die Konzentrationen ihr Maximum im Bereich zwischen 10-20 µm erreichen und im Anschluss wieder abfällt.
Zugleich bildet sich hinsichtlich der Siliziumkonzentration ein Konzentrationsplateau bei 15-17 % aus, welches sich über einen Bereich von 4 µm - 22 µm erstreckt.
Im Bereich zwischen 20-50 µm ist ein Anstieg der Eisen und Chromkonzentration auf eine Konzentration von 73 % (für Eisen) bzw. 18 % (für Mangan) zu beobachten.
Wie sich überraschend gezeigt hat, erfolgte eine Diffusion und Verteilung von Aluminium- und Manganverbindungen in der siliziumhaltigen Schicht nach Auftrag der anorganisch-organischen siliziumhaltigen Hybridpolymerschicht im Sol-Gel Verfahren und einer Erhitzung der Beschichtung auf 550-800 °C, vorzugsweise 650-750 °C.
Durch die derart erhaltene zweilagige Beschichtung ergeben sich vielfältige Anwendungsmöglichkeiten. Durch die Einfärbung der Schicht kann die Oberfläche entsprechend den Kundenwünschen gestaltet werden. Eine Einebnung der Oberfläche durch Aufbringen der Beschichtung führt zu einer besseren Reinigbarkeit der Oberfläche und zu einer ansprechenden Optik.
Fig. 6 zeigt eine lichtmikroskopische Wiedergabe des schichtweisen Aufbaus des beschichteten Bauteils bei einem Maßstab von 50 µm.
Lediglich schemenhaft ist dabei die Siliziumoxid-Deckschicht 101 erkennbar.
Darunter ist die Zwischenschicht 102 angeordnet, welche neben Siliziumverbindungen vorwiegend Mangan- und Aluminiumverbindungen aufweist. Dabei weist die Schicht einen inhomogenen Aufbau auf, was durch eine Vielzahl dunklerer und hellerer Punkte in der grauen Schicht belegt wird. Diese Konzentrationsschwerpunkte sind jedoch kleiner und gleichmäßiger in der Schicht verteilt, als es bei der darunter angeordneten Stahlschicht 103 der Fall ist.
Anhand der Fig. 6 kann man erkennen, dass die Schichtdicke 20-30 µm beträgt.
Die folgenden Messwerte geben die Zusammensetzung der Oberfläche, also der Siliziumdioxid-Deckschicht als Massenanteile w (Substanz) in Prozent an:

Silizium: 36,2 %, Sauerstoff: 35,4 %, Aluminium: 10,9 %, Mangan: 5,4 %, Eisen: 2,3 %, Kupfer: 4,0 %, Kalium: 0,7 %, Titan: 0,6 %, Niob 4,0 %, Natrium 0,7 % und Kalzium 0,1 %

Die Messwerte sind dabei die gemittelten Werte einer Dreifachmessung, wobei die Messwerte einer durchschnittlichen Schwankungsbreite von 5 %, bezogen auf den gemittelten Wert unterlagen.
Die Messung erfolgte mittels energiedisperser Röntgenemissionsspektroskopie (EDX).
Die Methode der energiedispersen Röntgenspektroskopie zur Materialuntersuchung nutzt die von einer Probe emittierte Röntgenstrahlung für die Untersuchung der Elementzusammensetzung. Dazu werden die Atome in der Probe mithilfe eines Elektronenstrahls angeregt, diese senden Röntgenstrahlung mit einer elementspezifischen Energie aus.
Diese Messwertergebnisse der EDX stützen im Wesentlichen die Ergebnisse der Glühentladungsspektroskopie.
Fig. 7 zeigt eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme eines Querschnitts der Beschichtung.
Die Messungen wurden mit einem REM - DSM 962 von Zeiss mit einer Beschleunigungsspannung von 20 kV und etwa 500-facher Vergrößerung bei einem Arbeitsabstand von etwa 23 mm durchgeführt.
Dabei ist der Oberfläche der Beschichtung eine weiße dünne Schicht mit etwa 1-2 µm Dicke, als Siliziumoxid-Deckschicht 111 erkennbar.
Darunter angeordnet ist eine etwa 20 µm dicke Zwischenschicht die hauptsächlich aus Siliziumdioxid, Aluminium, Eisen und Sauerstoff gebildet ist.
Darunter ist das Substratmaterial 113 des metallischen Bauteils angeordnet.
Die Fig. 8-10 zeigen Spektren die mit einer Kombination der Messungen einer REM mit einer energiedispersiven Röntgenemisionsanalytik (EDX) aufgenommen wurden.
Dabei wurde das oben aufgeführte REM mit einem EDX (EDAX Genesis) kombiniert. Das EDX hat dabei eine Energieauflösung von 10 eV/ch und eine Zählrate von ca. 14000 Impulse pro Sekunde.
Fig. 8 zeigt ein Spektrum eines untersuchten Bereichs des zuvor genannten beschichteten Profilstücks, welcher gezielt von der Beschichtung ausgenommen und unter gleichen Bedingungen (500 °C, 100 Pyrolysezyklen zu je 1,5 h) behandelt wurde. Die unbeschichtete Oberfläche weist vorwiegend Eisen (63 %) und Chrom (16 %) auf, sowie Nickel (6,75 %), Mangan (1,85 %), Kohlenstoff (4,55 %), Sauerstoff (2,89 %), Aluminium (1,83 %) und Silizium (2,50 %).
Somit handelt es sich bei dem Substratmaterial 113 des metallischen Bauteils um einen legierten Stahl aus der Klasse der Chromstähle.
Fig. 9 zeigt ein Spektrum aus dem Bereich der Zwischenschicht 112. Dieser Bereich weist vorwiegend Silizium (22,67 %), Sauerstoff (26,49 %) Eisen (13,81 %) und Aluminium (13,86 %) auf, sowie Nickel (2,05 %), Mangan (6,46 %), Kohlenstoff (11,02 %) und Chrom (3,64 %).
Fig. 9 zeigt ein Spektrum aus dem Bereich der Silizium-Deckschicht 111. Dieser Bereich weist vorwiegend Silizium (35,6 %), Sauerstoff (28,05 %) und Aluminium (12,95 %) auf, sowie Eisen (4,73 %), Nickel (0,92 %), Mangan (8,61 %), Kohlenstoff (8,50 %) und Chrom (0,63 %).
Diese Messwerte zeigen, dass die Silizium-Deckschicht überwiegend, also zu mehr als 50 %, aus oxidischen Silizium und Aluminiumverbindungen gebildet wird.
Die siliziumhaltige Zwischenschicht einer Dicke von beispielsweise 10-40 µm weist mindestens 10% Silizium und 10% eines Metalls, vorzugsweise Aluminium, auf, wobei sich die prozentualen Abgaben auf Gewichtsprozente beziehen.
Es ist mit der erfindungsgemäßen anorganisch-organischen Hybridpolymerbeschichtung zudem möglich, eine transparente Beschichtung auf metallischen Rohteilen zu gewährleisten, die eine hohe Kratzfestigkeit gegenüber unbeschichteten Bauteilen aufweist und zugleich die Edelstahlfarbe, z.T. auch unter Vermeidung von Anlauffarben, wiedergibt.
Zur Beurteilung der Funktionalität einer solchen transparenten Auszugsführung wurden 750 Laufintervalle nach den jeweiligen Pyrolysezyklen bei 500 °C durchgeführt. Dabei wurden folgende Prüfkriterien aufgestellt:

a) Kraftaufwand beim Ausziehen der Auszugsführung (Fa) in N
b) Kraftaufwand beim Einfahren der Auszugsführung (Fe) in N
c) Laufgüte, beurteilt durch eine geschulte Prüfperson mittels Ordinalskala
d) Geräusche, beurteilt durch eine geschulte Prüfperson mittels Ordinalskala

Die Laufgüte und Geräuschgüte einer beschichteten Auszugsführung nach 15 Pyrolysezyklen (500 °C) bei einer Prüflast von 10-15 kg wurde den Laufgüteklassen 1-3 zugeordnet.
Die Messergebnisse zeigten eine gleichbleibend gute Laufgüte (Klassifizierung 1-7, wobei 1 der höchsten Laufgüte und 7 der niedrigsten Laufgüte entspricht).
Die Messergebnisse zeigen zudem eine gleichbleibend geräuscharme Beweglichkeit (Klassifizierung 1-7, wobei 1 als keine Geräuschentwicklung und 7 als höchstmögliche Geräuschentwicklung definiert ist.)
Die Kräfte, welche zum Ausziehen der beschichteten Auszugsführung angewandt wurden liegen dabei im Bereich unter 10 N, vorzugsweise zwischen 3,0 bis 4,5 N.
Die Kräfte, welche zum Einfahren der beschichteten Auszugsführung angewandt wurden liegen im Bereich unter 11 N, vorzugsweise zwischen 4,0 bis 8 N.
Bevorzugt werden die beschriebenen Beschichtungen auf ein metallisches Bauteil aufgebracht, dessen Substratmaterial aus Stahl der Werkstoffnummer 1.4301 einem 18/10 Chrom-Nickel-Stahl, Stahl der Werkstoffnummer 1.4016, einem ferritischen 17prozentigen Chromstahl oder Stahl der Werkstoffnummer 1.4310 einem chromnickellegierten Stahl umfasst.
Die Beschichtung bietet besondere Vorteile in Hochtemperaturanwendungsbereichen, insbesondere in Backöfen. Sie bietet jedoch auch Vorteile bei Bauteilen in Bereichen mit hoher Korrosionsgefahr. Dies umfasst beispielsweise auch die Produkte der Weißen Ware, wie z.B. Kühlschränke und Waschmaschinen. Auch Möbelbeschläge sind beim Transport, insbesondere beim Übersee-Transport, höherer Korrosionsgefahr beispielsweise durch humides Klima und/oder Seewasser ausgesetzt. In diesen Gebieten haben beschichtete Beschläge gegenüber unbeschichteten Beschlägen eine längere Lebensdauer.

Bezugszeichenliste

1: Führungsschiene
2: Laufschiene
3: Mittelschiene
4: Wälzkörper
5: Wälzkörperkäfig
6: Laufbahnen

101: Siliziumoxid-Deckschicht
102: Zwischenschicht
103: Stahlschicht
111: Siliziumoxid-Deckschicht
112: Zwischenschicht
113: Substratmaterial

Claims

Führungsschiene, Mittelschiene und/oder Laufschiene einer Auszugsführung für Hochtemperaturanwendungen, insbesondere für den Einsatz in Haushaltsgeräten, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Beschichtung aufweist, die durch ein Verfahren mit den nachfolgenden Schritten hergestellt ist:
a. Bereitstellen eines Rohteils;

b. Aufbringen einer anorganisch-organischen Hybridpolymerschicht auf einer Oberfläche des Rohteils;

c. Erhitzen des beschichteten Rohteils zur Aushärtung der Polymerschicht; und

d. Abkühlen des beschichteten Rohteils, wobei beim Erhitzen des beschichteten Rohteils eine Metallverbindung oder ein Metall in die Hybridpolymerschicht zum Schutz vor Korrosion eindiffuniert ist,
wobei das Metall oder die Metallverbindung Chrom, Aluminium, Mangan und/oder Nickel aufweist und
wobei die Schichtdicke der Beschichtung 10-40 µm beträgt.
Führungsschiene, Mittelschiene und/oder Laufschiene einer Auszugsführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die anorganisch-organischen Hybridpolymerschicht der Führungsschiene, Mittelschiene und/oder Laufschiene ein Färbemittel oder Pigmente enthält.
Führungsschiene, Mittelschiene und/oder Laufschiene einer Auszugsführung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Hybridpolymerschicht mindestens einen Massenanteil w eines Metalls von 7% zum Korrosionsschutz aufweist.
Führungsschiene, Mittelschiene und/oder Laufschiene einer Auszugsführung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Hybridpolymerschicht mindestens einen Massenanteil w eines Metalls von mindestens 12% zum Korrosionsschutz aufweist.
Führungsschiene, Mittelschiene und/oder Laufschiene einer Auszugsführung, nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsschiene, Mittelschiene und/oder Laufschiene einen metallischen Grundkörper, eine darüber angeordnete Zwischenschicht, die Siliziumoxid und zumindest ein Metall und eine Deckschicht mit Siliziumoxid aufweist, wobei die Zwischenschicht aus Siliziumoxid und Metall bei Verletzung der Deckschicht einen Schutz vor Korrosion des Substratmaterials bildet.
Führungsschiene, Mittelschiene und/oder Laufschiene einer Auszugsführung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckschicht einen Massenanteil w (Silizium) von zumindest 30 % aufweist.
Führungsschiene, Mittelschiene und/oder Laufschiene einer Auszugsführung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckschicht einen Massenanteil w (Silizium) von zumindest 35 % aufweist.
Führungsschiene, Mittelschiene und/oder Laufschiene einer Auszugsführung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtdicke der Beschichtung 20-30 µm beträgt.