DE1220765B

DE1220765B - Verfahren zum Beschichten von Gegenstaenden aus hitzeempfindlichen Werkstoffen mit einem schmelzbaren Pulver durch Wirbelsintern

Info

Publication number: DE1220765B
Application number: DEK38209A
Authority: DE
Inventors: Fritz Nagel; Walter R Pascoe
Original assignee: Knapsack AG
Current assignee: Knapsack AG
Priority date: 1958-07-18
Filing date: 1959-07-15
Publication date: 1966-07-07
Also published as: FR1231319A; AT231698B; BE580824A; CH380601A; GB879607A; NL241402A; NL123402C

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

B44d

Deutsche Kl.: 75 c-5/01

Nummer: 1220 765

Aktenzeichen: K 38209 VI b/75 c

Anmeldetag: 15. Juli 1959

Auslegetag: 7. Juli 1966

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Beschichten von Gegenständen aus hitzeempfindlichen Werkstoffen nach dem Wirbelsinterverfahren.

Es ist bekannt, hitzeunempfindliche Gegenstände nach dem Wirbelsinterverfahren zu beschichten, wobei der zu überziehende Gegenstand vorerwärmt und dann in eine sogenannte Wirbelschicht aus einem pulverförmigen schmelzbaren Beschichtungsmaterial eingetaucht wird, bis ein Überzug von gewünschter Dicke entstanden ist. Die Wirbelschicht wird dabei in der Weise erzeugt, daß das Pulver in einem Behälter durch einen mit Hilfe einer gasdurchlässigen Bodenplatte bestimmter Porosität erzeugten aufsteigenden, das Pulver durchdringenden Gasstrom in einen flüssigkeitsähnlichen Wirbelzustand aufgelockert wird. Nachdem man den Gegenstand aus der Wirbelschicht wieder herausgenommen hat, läßt man das an der Oberfläche des Gegenstandes haftende Beschichtungsmaterial von der im Gegenstand enthaltenen Wärme schmelzen, wobei sich ein zusammenhängender Überzug bildet.

Die Anwendung des Wirbelsinterverfahrens zum Beschichten hitzeempfindlicher Stoffe ist mit Schwierigkeiten verbunden, da die Eigenschaften der zu beschichtenden Gegenstände in vielen Fällen infolge der hohen Vorwärmetemperaturen verschlechtert werden. Gegenstände mit niedrigem Schmelzpunkt, z. B. Spritzgußteile aus Zink oder Gegenstände aus brennbarem Material, wie z. B. Holz oder Papier oder solche aus Aluminium oder Stahl, die bei hohen Temperaturen die ihnen durch Vergütung verliehenen Eigenschaften verlieren, leiden bei der zum Aufbringen des Überzugs erforderlichen Vorheiztemperatur, d. h., sie schmelzen, zerbrechen, verbrennen, werfen sich oder bilden Blasen.

Eine weitere Schwierigkeit, die sich bei der Beschichtung von Gegenständen nach dem Wirbelsinterverfahren ergibt, ist die Verschlechterung der Eigenschaften des Beschichtungsmaterials. Bei der Erhitzung vor dem Einbringen in die Wirbelschicht werden die Gegenstände auf eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes des Beschichtungsmaterials gebracht. Dies ist notwendig, um das Beschichtungsmaterial zu schmelzen und eine Haftung auf dem Gegenstand zu erzielen, wobei andererseits aber die Güte vieler wärmeempfindlicher Beschichtungsstofie vermindert wird. Der vorerhitzte Gegenstand wirkt bei den hohen Temperaturen als Wärmereservoir und benötigt infolgedessen erne beträchtliche Zeit, um seine Temperatur an die Atmosphäre abzugeben. Diese langanhaltende Temperatur verursacht die Verfahren zum Beschichten von Gegenständen
aus hitzeempfindlichen Werkstoffen mit einem
schmelzbaren Pulver durch Wirbelsintern

Anmelder:

Knapsack Aktiengesellschaft,

Knapsack bei Köln

Als Erfinder benannt:

Fritz Nagel, Reiffton, Pa.;

Walter R. Pascoe, Reading, Pa. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 18.JuIi 1958 (749 333)--

Verschlechterung der Überzüge. Dies ist besonders der Fall bei Polyamid, Polyäthylen und Beschichtungsmaterial auf Celiulosederivatbasis; in diesen Fällen bildet sich ein Überzug mit sogenannter »apfelsinenschalenartiger« Oberfläche. Desgleichen tritt beim Aufbringen von gefärbtem Polyamid auf vorerhitztes Metall oder ein anderes vorerhitztes Material oft Braunfärbung ein, wodurch die Farbe des Überzugs beeinträchtigt wird.

Eine weitere Schwierigkeit besteht in der Verschlechterung der Eigenschaften organischer Grundierungsschichten, welche gegenüber den hohen Temperaturen, die zur Bildung eines zweiten festhaftenden Überzugs notwendig sind, nicht beständig sind.

Obengenannte Verschlechterung der Eigenschaften des zu beschichtenden Gegenstandes und des Beschichtungsmaterials kann mit Hilfe des Verfahrens der Erfindung überwunden werden.
Dieses Verfahren zum Beschichten von Gegenständen aus hitzeempfindlichen Werkstoffen durch Wirbelsintern ist dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenstand zur Vorerwärmung schockartig einer Temperatur ausgesetzt wird, die wesentlich höher ist als die Temperatur, bei der der Gegenstand und bzw. oder das Pulver und bzw. oder die organische Grundierungsschicht seine bzw. ihre Eigenschaften verschlechtern, worauf er sofort nach Erreichen der Beschichtungstemperatur an seiner Oberfläche aus dem hohen Temperaturbereich entfernt und in das Pulver getaucht wird.

Das schnelle Vorerhitzen lediglich der Oberfläche des zu beschichtenden Gegenstandes in der Weise,

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3 4

daß zwischen der Oberfläche und dem Innern des vorrichtung erfolgen. Die Zeitdauer der Vorerhit-Gegenstandes ein Temperaturunterschied von min- zung muß in jedem Fall sowohl für den Gegenstand destens etwa 10° C besteht, ermöglicht die Beschich- als auch für das Beschichtungsmaterial vorher betung von Gegenständen, welche bis jetzt nicht mit stimmt werden; das gleiche gilt für die Vorheiztemeinem einwandfreien Überzug versehen werden 5 peratur. Dies ist erforderlich, da die Temperatur, bei konnten, da durch die zum Verschmelzen des Be- welcher die obengenannte Verschlechterung der Schichtungsmaterials auf dem Gegenstand erforder- Eigenschaften eintritt, für jeden Gegenstand und jelichen Temperaturen die Eigenschaften der Gegen- des Beschichtungsmaterial eine andere ist, je nachstände verschlechtert wurden. Ferner ermöglicht es dem aus welchem Material der Gegenstand oder das das erfindungsgemäße Verfahren, ein wärmeempfind- io Beschichtungsmaterial hergestellt worden ist. So liches Beschichtungsmaterial auf vorerhitzte Gegen- können die Zeitdauer und die Temperatur der Vorstände aufzubringen, ohne daß eine Verschlechte- erhitzung, die für ein bestimmtes Metall, bestimmte rung des Beschichtungsmaterials, z. B. Verfärbung Glasarten, Holz, bestimmte Grundierungen oder ein oder Ausbildung des sogenannten »Apfelsinen- bestimmtes Beschichtungsmaterial erforderlich sind, Schaleneffektes« eintritt. 15 vorher bestimmt werden, worauf die Gegenstände

Dies ist auf den Temperaturunterschied zwischen unter Anwendung der ermittelten Temperatur und

der Oberfläche und dem Innern des zu beschichten- Zeit beschichtet werden.

den Gegenstandes zurückzuführen. Wenn daher die In manchen Fällen ist es erforderlich, die Gegen-

Oberflache erhitzt wird, so gibt sie ihre Wärme nicht stände einer Nacherhitzung zu unterwerfen, damit

nur an die Atmosphäre ab, sondern auch an das In- 20 das Beschichtungsmaterial auf der Oberfläche der

nere des Gegenstandes. Durch diesen Selbstkühl- Gegenstände schmilzt bzw. zusammenfließt. Dies gilt

effekt wird die Temperatur schnell unter den Gefah- z. B. für die Fälle, in denen ein hochschmelzendes

renpunkt erniedrigt, d. h. unter den Punkt, bei wel- thermoplastisches Beschichtungsmaterial verwendet

chem eine Verschlechterung der Eigenschaften der wird. Ferner ist eine Nacherhitzung erforderlich, um

Beschichtung oder des zu beschichtenden Gegen- 25 hitzehärtbares Beschichtungsmaterial vollständig zu

Standes eintreten kann. härten.

Es wurde ferner gefunden, daß bei einer Beschich- Unter Wirbelschicht wird hier eine Masse aus tung, die mittels schnellen Erhitzern lediglich der festen Teilchen verstanden, welche flüssigkeitsähn-Oberfläche erzielt wird, die Stärke des auf den Ge- liehe Beweglichkeitseigenschaften und hydrostagenstand aufgebrachten Überzugs genau kontrolliert 30 tischen Druck aufweist und eine deutliche obere freie werden kann. Da es infolge der schnellen Vorerhit- Oberfläche oder Grenzzone besitzt, durch welche zung möglich ist, nur die Oberfläche des Gegenstan- hindurch eine deutliche Veränderung in der Konzendes äußerst hohen Temperaturen auszusetzen, erhält tration der Partikeln stattfindet. Die Wirbelschicht man auf der Oberfläche des Gegenstandes eine ge- kann auch als eine »dichte Phase« mit oberer freier nügend hohe Temperatur, um das Beschichtungs- 35 Oberfläche bezeichnet werden. Für diese Definitionen material darauf zu einem Überzug zu verschmelzen, wird verwiesen auf den Aufsatz »Fluidization ohne daß dabei so viel Wärme aufgespeichert wird, Nomenclature and Symbols« in »Industrial and daß der Gegenstand länger als einige Sekunden auf Engineering Chemistry«, S. 1249/1250, Bd. 41, Nr. 6, dieser hohen Temperatur gehalten wird. Auf diese Juni 1949. Die Wirbelschicht wird durch einen unter Weise wird die Menge des an dem Gegenstand haf- 40 Druck in das Beschichtungsmaterial eingeführten tenden Beschichtungsmaterials begrenzt und bildet aufsteigenden Gasstrom gebildet und durch Regulieso einen äußerst dünnen Überzug. rung des Gasstromes in diesem flüssigkeitsähnlichen

Das erfindungsgemäße Verfahren bietet den be- Zustand gehalten. Der zu beschichtende Gegenstand sonderen Vorteil, daß die Gegenstände schnell auf wird erhitzt und dann ganz oder teilweise in die Wir-Temperaturen oberhalb der Temperatur, bei welcher 45 belschicht eingetaucht. Zur Herstellung der geeine Verschlechterung der Eigenschaften des Gegen- wünschten einheitlichen Beschichtung wird der Gestandes bzw. des Beschichtungsmaterials eintritt, vor- genstand vorteilhafterweise während des Eintauchens erhitzt werden können, wobei die Zeitdauer der Vor- ständig bewegt. Einzelne Teilchen des Beschichtungserhitzung so bemessen wird, daß die im Innern des materials haften an der Oberfläche und verschmelzen Gegenstandes herrschende Temperatur unterhalb der 50 so mit anderen Teilchen auf der heißen Oberfläche Schmelztemperatur des Beschichtungsmaterials liegt. des eingetauchten Teils des Gegenstandes zu einem

Der Temperaturunterschied kann selbstverständ- zusammenhängenden Überzug. Dieses sogenannte

Hch variieren, solange die Oberflächen- und die Wirbelsinterverfahren ist Gegenstand des deutschen

Innentemperatur des Gegenstandes den Erforder- Patents 933 019.

nissen der vorliegenden Erfindung entsprechen, d. h., 55 Für den in der Wirbelschicht zu bildenden Schutz-

die Oberfläche des Gegenstandes wird auf eine Tem- überzug kann praktisch jedes beliebige beim Erhit-

peratur erhitzt, welche oberhalb der Temperatur zen schmelzende Material verwendet werden, z. B.

liegt, bei welcher eine Verschlechterung der Eigen- Polyamid, Polystyrol, Epoxyharze, Zinkpulver, Bi-

schaften des Gegenstandes bzw. des Beschichtungs- turnen, wie z. B. Gilsonit oder Asphalt, Schellack, materials oder einer eventuellen Grundienmgsschicht 6° Blei, Silikonharze oder Wachs. Man kann natürlich

eintritt, während die Innentemperatur des Gegen- auch die verschiedensten Kombinationen dieser

Standes unterhalb der Schmelztemperatur des Be- Stoffe verwenden. Das Beschichtungsmaterial wird in

Schichtungsmaterials liegt. Es wurde jedoch gefun- Pulverform verwendet, so daß es sich leicht verwir-

den, daß dieser Temperaturunterschied mindestens bein läßt,
in der Größenordnung .von etwa 10° C liegen muß. 65 Das Verfahren eignet sich mit besonderem Vorteil

Die Vorerhitzung des zu beschichtenden Gegen- zum Aufbringen einer Deckschicht auf bereits mit

Standes kann in einem Ofen, über einer offenen einer organischen Grundierungsschicht versehene

Flamme oder mittels einer anderen beliebigen Heiz- Gegenstände. Nachdem die Grundierung auf den

Gegenstand aufgebracht worden ist, wird dieser er- einem solchen Grade getempert sein, daß ein behitzt und in eine Wirbelschicht aus pulverförmigem trächtlicher Verlust an Härte eintreten würde.
Beschichtungsmaterial eingetaucht. Es wurde ge- .
funden, daß die organische Grundierungsschicht in .Beispiel .3
gewissen Fällen unter der zur Erzielung einer ein- S Ein Preßling aus Polyester-Glasfaser wird 45 Sewandfreien Deckschicht notwendigen Vorheiztempe- künden auf etwa 427° C erhitzt, wobei die Innenratur leidet. Indem nun der mit einer organischen temperatur des Preßlings mehr als 10° C unter der Grundierungsschicht versehene Gegenstand schnell Oberflächentemperatur liegt. Der Preßling wird dann auf eine Temperatur gebracht wird, die über der 12 Sekunden in eine Wirbelschicht aus pulver-Temperatur liegt, bei welcher die organische Gran- io förmigem, weichgemachtem und gegen Hitze stabilidierungsschicht angegriffen wird, d. h. auf die Tem- siertem Vinylharz eingetaucht und danach 1 Minute peratur, die notwendig ist, um das Beschichtungs- und 15 Sekunden bei 260° C nacherhitzt,
material zu schmelzen, während das Innere des Wird der Preßling längere Zeit, als oben anGegenstandes gleichzeitig auf einer Temperatur, die gegeben, derart hohen Vorheiztemperaturen ausmindestens etwa 10° C unter der Oberflächentempe- 15 gesetzt, so treten in ihm infolge Zersetzung Verratur liegt, gehalten wird, ist es möglich, einen fest- färbungen, »Gasentwicklung«, Versprödung, Herabhaftenden Überzug zu erhalten, ohne daß die Eigen- Setzung der Schlagzähigkeit und Ungleichförmigkeiten schäften der Grundierungsschicht in irgendeiner in der Beschichtung ein.
Weise verschlechtert werden. Auch hier genügt der _ . . .
zwischen dem Innern des Gegenstandes und der so Beispiel 4
Oberfläche der organischen Grundierungsschicht be- Ein Stück Streckmetall wird mit der unten anstehende Temperaturunterschied, um die Oberfläche gegebenen Grundierungsschicht aus Vinylharz beder Grundierungsschicht schnell unter die Tempe- schichtet und dann 35 Sekunden bei etwa 370° C ratur, bei welcher die Eigenschaften der Grundierung vorerhitzt, wobei die Innentemperatur des Netzes verschlechtert werden, abzukühlen. 25 mehr als 10° C unter der Oberflächentemperatur

Bei Verwendung von mit einer organischen Gran- liegt.

dierungsschicht versehenen Gegenständen besteht „ , , .,. ,, ,. ,. , . ferner die Schwierigkeit, die Grundierang während Zusammensetzung der Vmylherzgrandierungsschicht des Vorheizens in einem »nicht ausgehärteten« Zu- Gewichtsprozent stand zu halten. Die Hitze härtet die Grandierang 30 1. Mischpolymerisat aus Vinylacetat von
und führt zu vollständig gehärteten Grundierungs- mittlerem Molekulargewicht und 10 Geschichten, auf denen die Deckschicht nur schlecht wichtsprozent einer ungesättigten zwei-

oder gar nicht haftet. Durch das schnelle Erhitzen basischen Carbonsäure 10

der mit einer organischen Grundierungsschicht ver- 2. Gemisch alkylierter Methylolphenole 5

sehenen Gegenstände wird die Grundierungsschicht 35 _3> Methylisobutylketon 14

in einem »nicht ausgehärteten« Zustand gehalten und .' _T .. . ' . , __ .

der Gegenstand trotzdem auf die zur Erzielung einer ⁴· Losungsmittelgemisch 27,4

festhaftenden Deckschicht erforderliche Temperatur bestehend aus Gewichtsprozent

gebracht. Methyläthylketon 50

Beispiel 1 ⁴° Acetale 15

Ein Spritzling auf Zinkbasis wird 2 Minuten lang xy e

auf etwa 427° C erhitzt, wobei die Innentemperatur ⁵· ^Toluo1 ⁴²>⁴

des Spritzlings mehr als etwa 10° C niedriger ist als 6. Fungizide 0,2

die Oberflächentemperatur. Der Spritzling wird dann 45 7. Silikagel 1,0

in eine Wirbelschicht aus pulverförmigem Cellulose- Insgesamt 100 0

acetobutyratharz eingetaucht. Nach dem Heraus- ⁸ '

nehmen aus der Wirbelschicht wird der Spritzling Der erhitzte Gegenstand wird dann 5 Sekunden in

1 Minute und 15 Sekunden bei 260° C nacherhitzt. eine Wirbelschicht aus pulverförmigem, weich-

Ein Zinkgußteil würde stark verformt werden, 5° gemachtem und gegen Hitze stabilisiertem Vinylharz

wenn es während des Vorerhitzens allmählich auf eingetaucht und danach Va Minute bei etwa 315° C

eine normale Vorwärmtemperatur von etwa 260 bis nacherhitzt.

315° C durchgeheizt würde. (Die zur Erreichung Ein glatter, zusammenhängender Überzug von aus-

dieser Temperatur notwendige Zeit würde wahr- gezeichneter Haftfestigkeit wird erhalten. Wird der

scheinlich in der Größenordnung von 15 Minuten 55 Gegenstand den hohen Vorheiztemperaturen langer

liegen.) als oben angegeben ausgesetzt, so wird erstens die

Beispiel 2 Grundierungsschicht »ausgehärtet«, wodurch die

Haftfestigkeit vermindert wird, und zweitens tritt

Eine etwa 1,5 mm starke Aluminiumplatte wird eine Zersetzung der organischen Grundierungsschicht

45 Sekunden auf etwa 427° C erhitzt, wobei die 60 ein, die zu einer »Gasentwicklung« und somit zu

Innentemperatur der Platte mehr als 10° C niedriger einer porösen Deckschicht führt,

ist als die Oberflächentemperatur. In allen obengenannten Fällen würde bei den an-

Die Platte wird dann 5 Sekunden in eine Wirbel- geführten Temperaturen eine Zersetzung des Be-

schicht aus pulverförmigem, weichgemachtem Cellu- Schichtungsmaterials durch Oxydation eintreten,

loseacetobutyratharz eingetaucht und anschließend 65 wenn längere Vorwärmzeiten angewendet wurden.

30 Sekunden bei etwa 315° C nacherhitzt. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich zur

Eine derartige Aluminiumplatte würde nach etwa Herstellung von Überzügen auf wärmeempfindlichen

20 Minuten langem Erhitzen auf etwa 315° C bis zu Gegenständen verschiedenster Art, z. B. Messing,

Kupfer und anderen Metallen auf Kupferbasis, Magnesium, Metallen auf Eisenbasis, z. B. Eisen und Stahl, Faserprodukten auf Zellulosebasis in Form von Folien oder Platten, z. B. Papier oder Pappe, Baumwolle, Webwaren aus organischen Fasern, z. B. synthetischen Stoffen, und thermoplastischen oder härtbaren Kunststoffen mit und ohne Füllstoffe und Verstärkungssubstanzen.

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zum Beschichten von Gegenständen aus hitzeempfindlichen Werkstoffen mit einem schmelzbaren Pulver durch Wirbelsintern, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegen-

stand zur Vorerwärmung schockartig einer Temperatur ausgesetzt wird, die wesentlich höher ist als die Temperatur, bei der der Gegenstand und bzw. oder das Pulver und bzw. oder die organische Grundierungsschicht seine bzw. ihre Eigenschaften verschlechtern, worauf er sofort nach Erreichen der Beschichtungstemperatur an seiner Oberfläche aus dem hohen Temperaturbereich entfernt und in das Pulver getaucht wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentanmeldung B 10020 IVc/75c (bekanntgemacht am 7. 2.1952);

schweizerische Patentschrift Nr. 317585;
Industrie-Anzeiger, 1953, S. 1095.

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