Verfahren zum Beschichten der Oberfläche von feuervzerinkten Werkstücken aus Eisen oder Stahl

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

[0002] Pulverbeschichtungen, insbesondere solche auf Polyester- oder Polyurethanbasis auf den Oberflächen verzinkter Werkstücke aus Eisen oder Stahl haben auch nach einschlägiger Vorbehandlung dieser Flächen nur eine ungenügende Haftfähigkeit. Man verwendet daher für das Pulverbeschichten von verzinkten Teilen zusätzlich zu der normalen Pulverbeschichtung aus hochwitterungsbeständigem Polyester- oder Polyurethanpulver eine Zwischenschicht, auch Primer genannt. Dieser Primer wird direkt auf die Zinkschicht aufgetragen und dient als Haftvermittler zwischen dem Zink und der Deckschicht. Bekannte Primer sind wasserverdünnbare Produkte, die üblicherweise mittels Spritzpistole aufgetragen, getrocknet und anschließend thermisch fixiert werden. Ein bekannter und für Zinkoberflächen geeignete Primer dieser Art ist beispielsweise ein wasserverdünnbares Produkt auf der Basis von vernetzbarem Polyester und Melaminharz.

[0003] Auch die Verwendung eines solchen Primers setzt voraus, daß die Zinkoberfläche gereinigt, am besten entfettet und nasschemisch vorbehandelt wird.

[0004] Der bekannte wasserlösliche Primer wird in einer Menge aufgetragen, die eine Schichtdicke nach Fixierung von etwa 3-5 µm ergibt. Diese geringe Schichtdicke bringt es mit sich, daß Unebenheiten in der Zinkoberfläche kaum ausgeglichen werden können. Insbesondere ist bei dem wässrigen Auftrag auch die ausreichende Abdeckung von Kanten eines Werkstückes ein Problem.

[0005] Schließlich neigen Zinkoberflächen zum Ausgasen. Hierdurch entstehen in der Pulverlackoberfläche Pickel, Krater und Blasen. Zum einen stellen diese einen erheblichen optischen Mangel dar. Zum anderen erleichtert die an diesen Stellen geringere Schichtstärke den Zutritt von korrodierenden Substanzen zu der Zinkoberfläche. Die Ausgasungen bedeuten also ebenfalls eine Beeinträchtigung des sonst durch die Pulverbeschichtung gegebenen Korrosionsschutzes.

[0006] In der DE-OS 21 53 809 wird ein Verfahren zur Korrosionschutzbehandlung offenbart, bei dem auf eine Zink/Phosphatschicht ein Pulverüberzug vorzugsweise aus einer Epoxypulverschicht aufgetragen wird. Das Verfahren beschränkt sich ausschließlich auf den Korrosionsschutz von verzinkten Stahlteilen, insbesondere Karosserieteilen. Der im Rahmen des Verfahrens aufgebrachte Pulverüberzug kann nach der in der Offenlegungsschrift offenbarten Lehre selbstständig als Deckschicht dienen. Er kann aber auch als Untergrund dienen und zusätzlich von einem Unterbodenschutz und/oder einer Öl/Harzmischung als Deckschicht ergänzt werden, wobei diese Deckschichten nicht mehr thermisch fixiert werden können, sondern physikalisch trocknen müssen. Es handelt sich bei dem offenbarten Verfahren somit um eine thermoplastische Beschichtung von Baugruppen der Kraftfahrzeugunterseite, die beim zusammengesetzten Kfz nicht sichtbar sind. Bei dieser Beschichtung handelt es sich um eine elastische Beschichtung, die bei Temperaturerhöhung weicher wird. Dieses Verfahren dient also nicht der Herstellung einer Finish-Beschichtung bzw. Image-Oberfläche, ist somit beispielsweise zur Herstellung einer Endbeschichtung einer Kfz-Außenhaut nicht zu verwenden. Der Pulverüberzug nach dem in der DE-OS 21 53 809 offenbarten Verfahren dient nur dem Korrosionsschutz und hat nicht die Aufgabe etwaige Unebenheiten in der Oberfläche auszugleichen.

[0007] Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren für die Beschichtung von verzinkten Oberflächen zur Verfügung zu stellen, welches im Vergleich zu den bisherigen Verfahren in folgenden Punkten wesentlich verbessert und hochwertiger ist:

a) deutliche Verringerung der Ausgasungen

b) Ausgleich von Unebenheiten der Zinkoberfläche

c) Bessere Kantenabdeckung gegen korrodierende Substanzen

d) insgesamt stark erhöhter Korrosionsschutz

e) wesentlich längere Lebensdauer der beschichteten Werkstücke

[0008] Die ohnehin gute Haftung der bekannten Primer auf Wasserbasis und die Haftfähigkeit für die nachfolgende Deckbeschichtung sollte ebenfalls erhöht werden, wobei das Verfahren auch zur Herstellung von Finish-Beschichtungen bzw. Image-Oberflächen dienen soll.

[0009] Gelöst wird die Aufgabe durch ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, daß als Grundierung auf trockenem Wege ein Pulver auf Epoxidharzbasis auf den vorbehandelten Zinkuntergrund aufgetragen und anschließend thermisch fixiert wird, wobei die Grundierung in Schichtdicken aufgetragen wird, die einen Oberflächenausgleich gestatten.

[0010] Es hat sich in langjährigen eingehenden Untersuchungen gezeigt, daß dies auf Zinkoberflächen in äußerst zufriedenstellender Weise die gestellten Aufgaben löst und die bei herkömmlichen Verfahren auftretenden Probleme beseitigt.

[0011] Darüber hinaus weist der Pulverprimer eine mattere und somit haftfähigere Oberfläche als die bisherigen Primer auf, welche einen erstklassigen Haftgrund für die nachfolgende Deckbeschichtung darstellt. Die erhöhte Viskosität im Zusammenspiel mit der größeren Schichtstärke gewährleistet eine hervorragende Kantenabdeckung der Werkstücke und damit eine Erhöhung des bisher nicht zufriedenstellenden Korrosionsschutzes im kritischen Kantenbereich.

[0012] Es hat sich gezeigt, daß die Beschichtung mit einem solchen Pulverprimer die Auswirkungen der Ausgasungsneigung der verzinkten Werkstückoberflächen fast vollständig beseitigt.

[0013] Vorteilhaft sind Verfahren, bei denen die Oberflächenbehandlung des Zinkuntergrundes eine nasschemische Vorbehandlung ist, wobei die nasschemische Vorbehandlung vorzugsweise zumindest die folgenden Verfahrenschritte umfaßt:

• Entfetten
• Phosphatierung, insbesondere Eisenphosphatierung
• Spülung mit vollentsalztem Wasser
• Trocknung.

[0014] Die Spülung in vollentsalztem Wasser dient dazu, daß sämtlich Chemikalien der Vorbehandlung insbesondere aus den Poren der Verzinkung herausgespült werden, damit keine chemische Reaktion unter der Grundierung zustande kommen kann, insbesondere keine Möglichkeit für eine Unterrostung der Grundierung geschaffen wird.

[0015] Zu bevorzugen sind Verfahren, bei denen der Pulverauftrag im elektrostatischen Feld erfolgt.

[0016] Vorteile bieten Verfahren, bei denen die Grundierung bei einer Werkstücktemperatur von 150-250°C während einer Zeit von 1-30 min thermisch fixiert wird. Unter thermischer Fixierung wird hier das Einbrennen bzw. Aufschmelzen der Schicht verstanden.

[0017] Thermisch fixiert bis ausgehärtet wird der Primer vorzugsweise in einem Einbrennofen.

[0018] Ein einschlägiges Produkt ist beispielsweise der Protective Primer 69/70000 der Firma Tigerwerk in Wels, Österreich. Dieses Erzeugnis ist zwar für sandgestrahlte Eisen- und Stahluntergründe sowie vorbehandelte Aluminiumoberflächen entwickelt worden, es hat sich jedoch gezeigt, daß er auch den schwierigen Anforderungen von verzinkten Oberflächen gerecht wird und hier den bisher verwendeten wasserlöslichen Primer mit Erfolg und Vorteil ersetzen kann.

[0019] Vorteilhaft sind Verfähren, bei denen die Grundierung mit einer Schichtdicke von 40-200 µm erzeugt wird. Hierdurch ist ein Ausgleich von Oberflächenunebenheiten möglich. Bei Verwendung von herkömmlichen wasserlöslichen Primern, die zu einer Schichtdicke nach Fixierung von etwa 3-5 µm führen, kann ein Oberflächenausgleich hingegen nicht realisiert werden.

[0020] Günstig sind Verfähren, bei denen als Deckschicht eine Pulverbeschichtung aufgebracht wird, wobei vorzugsweise Pulverbeschichtungen auf der Basis von Polyester oder Polyurethan aufgebracht werden.

[0021] Die verwendeten Primer bieten im ungeschützten Zustand keine Witterungsbeständigkeit und müssen in jedem Falle mit einer hochwitterungsbeständigen Schicht bzw. einem Pulver überbeschichtet werden.

[0022] In dem zu schützenden Gesamtsystem wird der durch den Pulverprimer erreichte verbesserte Korrosionsschutz durch die Witterungsbeständigkeit der Deckschicht insgesamt wesentlich erhöht.

[0023] Zu bevorzugen sind Verfahren, die dadurch gekennzeichnet sind, daß die Deckschicht bei einer Werkstücktemperatur von 200-280°C während einer Zeit von 1-30 min thermisch fixiert wird.

[0024] Vorteilhaft ist ein Verfahren, bei dem die Grundierung und die Deckschicht sich in ihrer Kontaktzone zumindest teilweise mechanisch ineinander verankern. Erzielt wird dies u.a. bei der thermischen Fixierung der Deckschicht. Im Rahmen dieser im Einbrennofen durchgeführten Fixierung härtet auch die Grundierung weiter aus, wobei Grundierung und Deckschicht zumindest teilweise ineinandergreifen, wodurch sich eine Art Verzahnung bzw. Verankerung ausbildet. Ein wesentlicher Effekt dieser Verankerung ist die verbesserte Haftung der Deckschicht auf der Grundierung.

[0025] Bedingt durch die als Pulverbeschichtung aufgetragene und thermisch fixierte Deckschicht, liegt nach Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eine duoplastische Beschichtung vor. Somit eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren für die Herstellung von Endbeschichtungen, sogenannten Finish-Beschichtungen bzw. Image-Oberflächen.

[0026] Besonders günstig sind Verfahren, die dadurch gekennzeichnet sind, daß die einzelnen Verfahrensschritte - angefangen mit der Oberflächenbehandlung bis hin zum fertig beschichteten Werkstück - als ein gesamtes zusammenhängendes Procedere durchgeführt werden. Mit anderen Worten gesagt: das Werkstück soll nach einzelnen Verfahrensschritten nicht zwischengelagert werden, sondern sämtliche Bearbeitungsstationen hintereinander durchlaufen, wobei vor der ersten Bearbeitungsstation ein nicht vorbehandeltes Werkstück und nach der letzten Bearbeitungsstation ein fertig bearbeitetes Werkstück vorliegt. Dadurch wird eine Verunreinigung der Außenfläche bzw. eine Anlagerung von nicht gewünschten Substanzen verhindert.

Ansprüche

1. Verfahren zum Beschichten der Oberfläche von verzinkten Werkstücken aus Eisen oder Stahl, bei dem nach einer Reinigung und Oberflächenbehandlung des Zinkuntergrundes eine Grundierung als Haftgrund und Korrosionsschutz für eine nachfolgende Deckschicht aufgetragen wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Grundierung auf trockenem Wege ein Pulver auf Epoxidharzbasis auf den vorbehandelten Zinkuntergrund aufgetragen und anschließend thermisch fixiert wird, wobei die Grundierung in Schichtdicken aufgetragen wird, die einen Oberflächenausgleich gestatten.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenbehandlung des Zinkuntergrundes eine nasschemische Vorbehandlung ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die nasschemische Vorbehandlung zumindest die folgenden Verfahrenschritte umfaßt:

- Entfetten

- Phosphatierung, insbesondere Eisenphosphatierung

- Spülung mit vollentsalztem Wasser

- Trocknung.

4. Verfahren nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Pulverauftrag im elektrostatischen Feld erfolgt.

5. Verfahren nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundierung bei einer Werkstücktemperatur von 150-250°C während einer Zeit von 1-30 min thermisch fixiert wird.

6. Verfahren nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die thermische Fixierung in einem Einbrennofen erfolgt.

7. Verfahren nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundierung mit einer Schichtdicke von 40-200 µm erzeugt wird.

8. Verfahren nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Deckschicht eine Pulverbeschichtung aufgebracht wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Deckschicht eine Pulverbeschichtung auf der Basis von Polyester oder Polyurethan aufgebracht wird.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckschicht bei einer Werkstücktemperatur von 200-280°C während einer Zeit von 1-30 min thermisch fixiert wird.

11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundierung und Deckschicht sich in ihrer Kontaktzone zumindest teilweise mechanisch ineinander verankern.

12. Verfahren nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Verfahrensschritte - angefangen mit der Oberflächenbehandlung bis hin zum fertig beschichteten Werkstück - als ein gesamtes zusammenhängendes Procedere durchgeführt werden.