HU226919B1 - Method for providing a metal surface with a vitreous layer - Google Patents

Description

A találmány fémfelületek üvegszerű réteggel való bevonására és az ezzel az eljárással bevont felületű tárgyakra vonatkozik.

Üvegszerű rétegeket - például acélfelületeken rendszerint zománcozási eljárással állítanak elő. A célt úgy érik el, hogy először felhordanak egy tapadóréteget, majd arra egy szuszpenzió („engobe”) fölé egy részecskéket tartalmazó kompozíciót, amely felmelegítve üvegömledékké alakul át. Ennél az eljárásnál az olvadáspont csökkentése céljából általában ólomtartalmú üvegkeverékeket használnak fel, amelyekre jellemző a viszonylag magas alkálitartalom. A magas alkálitartalom biztosítja, hogy az üveg hőtágulási együtthatója az acéléhoz hasonló legyen. Ennek a megoldásnak azonban az a hátránya, hogy a kapott zománcrétegek kémiai stabilitása többnyire nem kielégítő. A rétegvastagságnak általában 50 pm fölött kell lennie ahhoz, hogy zárt, tömör rétegeket kapjanak. így a rétegek rugalmatlanok, törékenyek és hajlításra, ütésre, valamint rázkódásra érzékenyek lesznek (lepattannak). Egy másik eljárás szerint krómoxid-interferenciarétegeket választanak le galvanikus úton. Ezek a rétegek azonban nem karcolásállóak és interferencia-színhatásuk miatt - elszennyeződésre és ujjlenyomatokra nagyon érzékenyek.

Sok kísérletet végeztek már azzal a céllal, hogy szol/gél technikákkal acélfelületekre vékony rétegeket hordjanak fel. így például megpróbáltak nemesacél-felületekre a korrózióállóság javítása céljából cirkóniumdioxid-rétegeket felvinni. Vizsgálatok tárgyát képezték a bőr-szilikátból kialakított üvegrétegek is. Kitűnt azonban, hogy ezekkel a technikákkal tűzálló rendszerekből (magas hőmérsékleten megömleszthető oxidokból, így cirkónium-dioxidból) nem lehet tömör rétegeket kialakítani, a bór-szilikát-üvegrétegeket pedig egyértelműen csak 1 pm-nél kisebb vastagságú rétegekben lehet felvinni, így ezekkel a rétegekkel kielégítő mechanikai és kémiai védelmet nem lehet biztosítani.

A találmány kidolgozásakor azt tapasztaltuk, hogy különleges, szerves vegyületekkel módosított, szilícium-dioxid-alapú rendszerek felhasználásával fémfelületeken ki lehet úgy alakítani akár 10 pm-es vastagságú üvegszerű rétegeket, hogy a száradás és a tömörödés során nem keletkeznek bennük repedések. Ez a hatás a szerves vegyületekkel módosított kovasavgélváz, illetve kovasawáz javított relaxációs tulajdonságainak tulajdonítható. Meglepő módon az is kiderült, hogy az ilyen rétegek - például nemesacél- vagy acélfelületeken - már viszonylag alacsony (rendszerint 400 °C feletti) hőmérsékleteken átalakíthatok tömör szilícium-dioxid-filmmé. Ezek a rétegek általában 3-5 pm vastagságúak és légzáróan tömítő réteget képeznek, amely még magasabb hőmérsékleteken is megakadályozza, illetve rendkívül nagymértékben csökkenti az oxigénnek a fémfelületre való behatolását, és kitűnő korrózióvédelmet biztosít. Az ilyen rétegek ezenkívül annyira kopásállóak, hogy a felületük acélforgáccsal dörzsölhető anélkül, hogy a forgácsok nyomot hagynának maguk után. A Taber-Abraderteszt (CS-10F, 500 g) során 1000 ciklus után is csak alig látható nyomok maradnak vissza. Mindezeken túlmenően ezek a rétegek hajlékonyak, vagyis a felület meghajlítása vagy meggörbítése nem jár repedések keletkezésével vagy a rétegek más károsodásával.

A rétegek továbbá általában tiszták és átlátszóak, mint az üveg, valamint felhordhatok olyan módon, hogy a fémfelület külső megjelenése nem változik meg. így például nemesacélból készült alkatrészekre fel lehet hordani ilyen rétegeket anélkül, hogy az alkatrészek külső megjelenése megváltozna.

Végül megemlítjük, hogy ezek fölött az üvegszerű rétegek fölött ki lehet alakítani további, már ismert, színezett üvegszerű rétegeket, például vékony, kolloidálisan színezett, üvegszerű rétegeket. Tekintettel arra, hogy az ilyen színezett, üvegszerű rétegek előnyös esetben például fémkolloid-elővegyületeket tartalmazó, felhordásra alkalmas kompozíciók felhasználásával készülnek, és így nincs közvetlen érintkezés a fémfelület és a színezett, üvegszerű réteg között, ennek a megoldásnak az alkalmazásával azt is megakadályozzuk, hogy a fémfelület (illetve az abból kioldódott fémionok) a fémkolloid-elővegyületek stb. reakcióit akadályozzák, illetve befolyásolják.

A találmány szerint elkészített rétegek előállításához ezenkívül fel lehet használni fluortartalmú oldalláncokkal rendelkező szilánokat. Ez a megoldás alacsony felületi energiát eredményez.

Konkrétan megfogalmazva, a találmány tárgya eljárás fémfelületek üvegszerű réteggel való bevonására, azzal jellemezve, hogy a fémfelületre olyan bevonókompozíciót hordunk fel, amely egy vagy több olyan szilán hidrolizálásából és polikondenzálásából álló eljárással állítható elő, amely szilán(ok)

R_nSiX^_n (I) általános képletében

- az X csoportok jelentése - egymástól függetlenül - hídról izál ható csoport vagy hidroxilcsoport;

- az R gyökök jelentése - egymástól függetlenül hidrogénatom, legfeljebb 12 szénatomos alkil-, alkenil- vagy alkinilcsoport vagy 6-10 szénatomos aril-, aralkil- vagy alkarilcsoport; és

- n jelentése 0, 1 vagy 2;

azzal a megkötéssel, hogy legalább egy, n=1 vagy 2 korlátozással (I) általános képletű szilánt vagy abból származó oligomert alkalmazunk

a) nanométeres szilícium-dioxid-részecskék, és/vagy

b) legalább egy, az alkálifémek és az alkáliföldfémek oxidjai és hidroxidjai által alkotott csoportból származó vegyület jelenlétében, és az így felhordott bevonatot - adott esetben (és előnyösen) előzetes szárítás után - üvegszerű réteggé tömörítjük.

Az előbb említett „nanométeres szilícium-dioxid-részecskék” a leírásban olyan szilícium-dioxid-részecskékre vonatkoznak, amelyek átlagos részecskemérete (illetve átlagos részecskeátmérője) nem haladja meg a 200 nm-t, előnyös esetben a 100 nm-t, mindenekelőtt az 50 nm-t. A felső mérethatár különösen előnyös esetben 30 nm.

Az alábbiakban részletesen ismertetjük a találmány szerinti eljárást.

HU 226 919 Β1

A fentebb említett, (I) általános képletű szilánok közül legalább egy olyan szilán van, amelynek képletében n=1 vagy 2. Rendszerint legalább két (I) általános képletű szilánt alkalmazunk, kombináció formájában. Ebben az esetben ezeket a szilánokat olyan arányban használjuk fel, hogy az R:Si „mólarány’’ - vagyis n átlagértéke - 0,2-1,5, előnyös esetben 0,5-1,0 legyen. Különösen előnyös esetben n átlagértéke a 0,6 és 0,8 közötti tartományban van.

Az (I) általános képletben az X csoportok - egymástól függetlenül - hidrolizálható csoportok vagy hidroxilcsoportok. A hidrolizálható X csoportokra példaként megemlítjük a halogénatomokat (köztük a klóratomot és a brómatomot), valamint a legfeljebb 6 szénatomos alkoxi- és acil-oxi-csoportokat. Különösen előnyös esetben az X csoportok alkoxicsoportok, mindenekelőtt 1-4 szénatomos alkoxicsoportok, így metoxi-, etoxi-, n-propoxi- és/vagy i-propoxi-csoportok.

Egy adott szilánban az X csoportok előnyös esetben azonosak, különösen előnyös esetben metoxicsoportok vagy etoxicsoportok.

Ami az (I) általános képletben levő R csoportokat illeti, jelentésük n=2 esetben - egymástól függetlenül hidrogénatom, legfeljebb 12 szénatomos - rendszerint legfeljebb 8 szénatomos, előnyös esetben legfeljebb 4 szénatomos - alkil-, alkenil- vagy alkilcsoport, vagy 6-10 szénatomos aril-, aralkil- vagy alkarilcsoport. Ezekre a csoportokra konkrét példaként megnevezzük a metilcsoportot, az etilcsoportot, a propilcsoportot, a butilcsoportot, a vinilcsoportot, az allilcsoportot, a propargilcsoportot, a fenilcsoportot, a tolilcsoportot, a benzilcsoportot és a naftilcsoportot. Az R csoportok általában nincsenek szubsztituálva. Ennek ellenére - amint már említettük - előnyös lehet, ha az R csoportok mindenekelőtt az alkilcsoportok és az arilcsoportok fluoratomokat tartalmaznak, előnyös esetben azonban nem a szilíciumatomhoz képest a- vagy β-helyzetben levő szénatomokon. A megfelelő alkilcsoportok előnyösen 3-nál több szénatomot tartalmaznak, és az α-, valamint a β-szénatomok kivételével előnyös esetben perfluorozottak.

Az előnyös R csoportok 1-4 szénatomos (nem helyettesített) alkilcsoportok - mindenekelőtt metilcsoportok és etilcsoportok -, valamint fenilcsoportok, továbbá ezeken kívül 4-12 szénatomos fluorozott alkilcsoportok.

A találmány szerint előnyös, ha legalább két olyan szilánt alkalmazunk, amelyek (I) általános képletei közül legalább az egyikben n=0 és legalább egy másikban n=1. Ezek a szilánelegyek például legalább egy alkil-trialkoxi-szilánt - így (m)etil-tri(m)etoxi-szilánt - és legalább egy tetraalkoxi-szilánt - például tetra(m)etoxiszilánt - tartalmaznak, mégpedig előnyös esetben olyan arányban, hogy n átlagértéke a már megadott előnyös tartományba esik.

A találmány szerinti eljárás (a) változata szerint az (I) általános képletű, hidrolizálható szilánok mellett felhasznált nanométeres szilícium-dioxid-részecskéket előnyös esetben olyan mennyiségben alkalmazzuk, hogy az (I) általános képletű szilánokban levő összes szilíciumatomnak a nanométeres szilícium-dioxid-részecskékben levő összes szilíciumatomra vonatkoztatott aránya az (5:1)-(1:2) tartományban, mindenekelőtt a (4:1)-(2:1) tartományban legyen. Ilyen nanométeres szilícium-dioxid-részecskéket lehet például a szokásosan forgalmazott kovasavszolok formájában alkalmazni, amelyek például a Bayer cégtől szerezhetők be.

Az (I) általános képletű szilán vagy szilánok hidrolizálását és polikondenzálását nemcsak nanométeres szilícium-dioxid-részecskék jelenlétében, hanem nanométeres szilícium-dioxid-részecskék és legalább egy, az alkálifémek és az alkáliföldfémek oxidjainak és hidroxidjainak a csoportjából származó vegyület együttes jelenlétében vagy - előnyös esetben - csak legalább egy, az alkálifémek és az alkáliföldfémek oxidjainak és hidroxidjainak a csoportjából származó vegyület jelenlétében hajtjuk végre. Ezek az oxidok és hidroxidok előnyös esetben lítium-, nátrium-, kálium-, magnéziumkalcium- és/vagy báriumvegyületek. Különösen előnyös alkálifém-hidroxidokat - mindenekelőtt nátriumhidroxidot és kálium-hidroxidot - felhasználni. Az alkálifém-oxidokat, illetve -hidroxidokat előnyös esetben olyan mennyiségben alkalmazzuk, hogy a szilícium és az alkálifém atomaránya a (20:1)-(5:1), előnyös esetben a (15:1)-(10:1) tartományban legyen. A szilíciumnak a (föld)alkálifémre vonatkoztatott atomarányának minden esetben olyannak (olyan nagynak) kell lennie, hogy a keletkező bevonat vízben gyakorlatilag oldhatatlan legyen.

Abból kiindulva, hogy a találmány szerinti eljárás (b) változata esetében is rendelkezésre állnak - vagyis in situ képződnek - nanométeres szilícium-dioxid-részecskék [az (a) eljárásváltozat esetében ilyen részecskéket beadagolunk], az (a) eljárásváltozat és a (b) eljárásváltozat között nincs elvi különbség. Inkább azt feltételezzük, hogy a nanométeres szilícium-dioxidrészecskéknek a bevonatban való jelenléte a kielégítő rétegvastagság elérésében játszik alapvető szerepet. Azt is feltételezzük, hogy az R csoportoknak a kiindulási vegyületként alkalmazott szilánokban való jelenléte többek között arra szolgál, hogy megakadályozza a szerves szilícium-dioxid-váz jelentős térhálósodását (és ezáltal a réteg nagymértékű megmerevedését, illetve elridegülését).

A fenti (a) eljárásváltozat és (b) eljárásváltozat közötti különbség - ha egyáltalán van ilyen - abban rejlik, hogy az (a) eljárásváltozat esetében a szilánok hidrolízisét és polikondenzációját rendszerint savval katalizáljuk: katalizátorként előnyös esetben szervetlen savakat, így például sósavat, salétromsavat és (előnyösen) foszforsavat használunk. Ezzel ellentétben a (b) eljárásváltozat megvalósításakor a hidrolízis és a polikondenzáció nyilvánvalóan lúgos közegben megy végbe. Ez különösen abban az esetben előnyös, ha a találmány szerinti eljárás alkalmazásával savakkal szemben nem vagy csak kevéssé ellenállóképes fémfelületeket (például acélfelületeket) kell ellátnunk üvegszerű bevonattal. A (b) eljárásváltozat további előnye, hogy a jelen levő (föld)alkálifémek olyan mértékben javítják a tömörödést, hogy a réteget például levegőben is fel le3

HU 226 919 Β1 hét hordani anélkül, hogy az alatta lévő fémfelület (például nemesacél-felület) károsodna (befuttatódna). A (b) eljárásváltozattal továbbá szerkezeti acélokat (például ST37-es és ST50-es szerkezeti acélokat) is el lehet látni üvegszerű bevonattal anélkül, hogy az acél a réteg tömörödésekor elszíneződne, amennyiben a tömörítést levegő kizárásával (nitrogénatmoszférában) hajtjuk végre.

A fémfelületre felvitt bevonókompozíciót ezt követően hőközléssel üvegszerű réteggé tömörítjük. Mielőtt ezt a termikus tömörítést végrehajtanánk, a bevonókompozíciót általában a környezet hőmérsékletén és/vagy annál kissé magasabb hőmérsékleten (például legfeljebb 100 °C-on, többnyire legfeljebb 80 °C-on) szokásos módon megszárítjuk.

Bár a termikus tömörítés során alkalmazott (vég)hőmérséklet megállapításánál figyelembe kell venni a fémfelület hőállóságát is, az említett hőmérséklet rendszerint legalább 300 °C, többnyire legalább 400 °C, különösen előnyös esetben pedig legalább 500 °C. Abban az esetben, ha a fémfelület - különösen ezeken a magas hőmérsékleteken - oxidációra érzékeny, a termikus tömörítést ajánlatos oxigénmentes atmoszférában, például nitrogén- vagy argonatmoszférában végrehajtani.

Az üvegszerű rétegnek a találmány szerint elérni kívánt vastagsága a termikus tömörítés után 1-10 pm, előnyösen 2-7 pm, különösen előnyösen pedig 3-5 pm.

Amint a fentiekben már említettük, a találmány szerinti eljárással előállított (rendszerint átlátszó és színtelen) üvegszerű rétegre fel lehet vinni (legalább) egy további (üvegszerű) réteget, például olyan, üvegszerű funkcionális réteget, mint amilyet a 729 442 számú európai közrebocsátási iratnak megfelelő PCT/EP94/03423 számú nemzetközi közrebocsátási iratban vagy a 19 645 043 számú német közrebocsátási iratban ismertetnek.

Ilyenfajta további rétegeket például úgy hordhatunk fel, hogy meghatározott (funkcionalizált) szilánok hidrolizálásával és polikondenzálásával előállítható kompozíciót összekeverünk legalább egy, a hőálló színezékek és pigmentek, fém-oxidok vagy nem fém-oxidok, színező fémionok, fémkolloidok vagy fémvegyületekből előállított kolloidok és redukálókörülmények között fémkolloidokká átalakuló fémionok közül kiválasztott funkciós hordozóanyaggal, a funkciós hordozóanyaggal összekevert kompozíciót felvisszük a bevonandó felületre, és a bevonatot hőközléssel (színes) üvegszerű réteggé tömörítjük. Úgy is kialakíthatunk (színes) réteget, hogy olyan bevonókompozíciót, amely színezőkomponensként a fém-, fémvegyület- és fémötvözetkolloidok, valamint a redukálókörülmények között fémkolloidokká átalakulni képes fémvegyületek közül legalább egyet, mátrixképző komponensként pedig legalább egy, kristályos vagy részben kristályos üvegszerű oxid képzésére alkalmas elemet tartalmaz olyan vegyület formájában, amely hőkezeléskor az említett oxidot képes szolgáltatni és egy legalább főtömegében vízből álló közegben oldatot vagy szolt képez, felviszünk a bevonandó felületre, és az így kapott bevonatot hőközléssel kikeményítjük. Az üvegszerű kristályos vagy részben kristályos oxid képzésére alkalmas elemek közül példaként a titánt és a cirkóniumot említhetjük meg.

Ilyesfajta üvegszerű színes réteget a találmány szerint előállított üvegszerű rétegre például úgy vihetünk fel, hogy a fémfelületen a találmány szerint kialakított bevonatra a termikus tömörítése (és előnyös esetben a szobahőmérsékleten és/vagy szobahőmérsékletnél magasabb hőmérsékleten való megszárítása után) felvisszük a színes üvegszerű réteg kialakítására szolgáló bevonókompozíciót, és a két bevonatot ezt követően hőközléssel tömörítjük. Magától értetődően arra is van lehetőség, hogy (például a fentiekben megemlített) színezőkomponenseket közvetlenül bekeverjük a találmány szerint felhasználandó bevonókompozícióba, de ez a megoldás nem előnyös.

A találmány szerint bevonható fémfelület minden olyan felület, amely fémből vagy fémötvözetből áll, illetve fémet vagy fémötvözetet foglal magában.

A fémötvözetekre példaként mindenekelőtt a (nemesacélt, a sárgarezet és a bronzot említhetjük meg azzal a megjegyzéssel, hogy különösen nemesacélt előnyös a találmány szerinti eljárással bevonni.

A fémfelületekre példaként - a horganyzott és krómozott felületeket is beleértve - az alumínium-, az ón-, a cink-, a króm- és a nikkelfelületeket említhetjük meg.

A bevonókompozíció felhordása előtt a fémfelületeket előnyös alaposan megtisztítani, elsősorban zsírtalanítani és portalanítani. A bevonás előtt végre lehet hajtani (például érdesítéssel vagy koronakisülés létrehozásával) felületkezelést is, a találmány szerint azonban ez nem szükséges és nem előnyös.

Az (I) általános képletű szilánok hidrolizálását és polikondenzálását szerves oldószer jelenlétében vagy szerves oldószer alkalmazása nélkül lehet végrehajtani. Előnyös, ha nem alkalmazunk szerves oldószert. Szerves oldószer alkalmazása esetén célszerű olyan kiindulási komponenseket felhasználni, amelyek oldódnak a (rendszerint vizet magában foglaló) reakcióközegben. Szerves oldószerként mindenekelőtt a vízzel elegyedő oldószerek használhatók fel, így például az egyértékű és a többértékű alifás alkoholok (például a metanol és az etanol), az éterek (így például a dietiléter), az észterek (így például az etil-acetát), a ketonok, az amidok, a szulfoxidok és a szulfonok. Ezeket az oldószereket adott esetben hozzáadhatjuk a kész bevonókompozícióhoz, a bevonáshoz megfelelő viszkozitás beállítása céljából.

A hidrolizálás és a polikondenzálás egyébként végrehajtható a szakemberek körében közismert módszerek alkalmazásával.

A találmány keretében felhasznált bevonókompozíció a fémfelületekre felvihető a szokásosan alkalmazott bevonási módszerekkel. Alkalmazható módszer például a mártás, az öntés, a szórás, a permetezés és a felkenés. Különösen előnyös mártási eljárást alkalmazni.

HU 226 919 Β1

Említésre méltó még, hogy a termikus tömörítés adott esetben infravörös sugarakkal vagy lézersugarakkal is végrehajtható. Lehetőség van szelektív hőhatással strukturált bevonat előállítására is.

A találmány szerinti eljárás elsősorban - de nem kizárólagosan - olyan, naponta használatos tárgyak bevonására alkalmas, amelyek fémfelülettel rendelkeznek, illetve fémből vannak. így bevonhatók olyan fémfelületek (például acélfelületek), amelyek például bádogárukon, evőeszközökön, tálakon, lefolyókon, ajtóés ablakfogantyúkon és más hasonló tárgyakon vannak.

A találmánynak köszönhetően rendelkezésre áll egy dekoratív rendszer, amely fémfelületekre [például (nemes)acél-felületekre] előnyösen felvihető, időjárásálló, karcolásra nem érzékeny és - mindenekelőtt ezt emeljük ki - szerepet játszik a felületek - például ujjlenyomatok miatti - elszennyeződésének megakadályozásában.

A következő példák a találmány szemléltetésére szolgálnak.

1. példa

Bevonásra alkalmas szilícium-dioxid-szolok előállítása ml metil-trietoxi-szilánból és 6 ml tetraetoxi-szilánból elegyet készítünk, amelyhez erőteljes keverés közben hozzáadunk 15 g kovasavszolt, amely 45 tömeg%-osra töményített, eredetileg 30 tömeg%-os Bayer-Kieselsol 300 típusú termék. Miután körülbelül 20 másodperc alatt emulzió képződött, a hidrolízis megindításához beadagolunk 0,3 ml koncentrált foszforsavat. Az elegy még 20-60 másodpercig zavaros marad, majd ezt követően hirtelen először sűrűn folyó, majd hígfolyós és átlátszó lesz. Ennek a reakciónak a végbemenetele közben a szol körülbelül 40 °C-ra melegszik. A környezet hőmérsékletére - adott esetben jeges fürdőben - való lehűtés után a kapott szolt 5 pm pórusnagyságú előszűrő alkalmazásával 0,8 pm pórusméretű szűrőn átszűrjük. Az így előállított szol viszkozitását például etanollal, propanollal vagy alkoholelegyekkel állítjuk be. A megoldásra legalább 6 óra áll rendelkezésre.

2. példa

Bevonásra alkalmas nátrium-szilikát-szol előállítása ml (124,8 mmol) metil-trietoxi-szilánt (MTEOS) 7 ml (31,4 mmol) tetraetoxi-szilánnal (TEOS) és 0,8 g (20 mmol) nátrium-hidroxiddal együtt egy éjszakán - legalább 12 órán - keresztül a környezet hőmérsékletén keverünk, amíg az összes nátrium-hidroxid fel nem oldódik és világossárga oldat nem keletkezik.

Ezt követően a környezet hőmérsékletén lassan becsöpögtetünk 3,2 ml (177,8 mmol) vizet, miközben az oldat felmelegszik. A víz beadagolásának befejezése után a sárga színű, átlátszó oldatot a környezet hőmérsékletén addig keverjük, amíg vissza nem hűl, majd 0,8 pm pórusnagyságú szűrőn átszűrjük.

3. példa

Bevonásra alkalmas kálium-szilikát-szolok előállítása

Megismételjük a 2. példát azzal az eltéréssel, hogy 0,8 g nátrium-hidroxid helyett 0,8 g (12,1 mmol) káliumhidroxidot alkalmazunk.

4. példa

Tisztított hordozókat (1,4301-es nemesacél, sárgaréz és alumínium) 4-6 mm/s húzási sebességgel mártással bevonunk az 1-3. példákban ismertetett bevonókompozíciókkal. A bevonatokat rövid ideig - 10 percig - a környezet hőmérsékletén előszárítjuk, majd 80 °C-on egy óráig szárítjuk. A tömörítéshez a szárított hordozókat levegőn (illetve az 1. példa szerinti bevonókompozícióval kialakított nemesacél-bevonat esetében nitrogénatmoszférában) 1 °K/min melegítési sebességgel 500 °C-ra (illetve az alumínium esetében 400 °C-ra) melegítjük és egy óra hosszat ezen a hőmérsékleten tartjuk.

A tömörítés utáni rétegvastagságok 2 pm és 4 pm között vannak. Az acélra és az alumíniumra felvitt bevonatok a HREM-vizsgálatok szerint hibamentes réteget alkotnak.

A tömörítésnél a bevonással csaknem teljesen meg tudjuk akadályozni a nemesacél befuttatódását. Ezenkívül megemlítjük, hogy maga a réteg az 1000 órás sóködpermetes vizsgálat során semmiféle károsodást nem mutat.

A bevont sárgaréz és alumínium a sóködpermetkamrában a DIN 50021 számú szabvány szerint végzett 3000 órás korróziós vizsgálat után semmiféle korróziós károsodást nem mutatott, míg a be nem vont felületrész teljes mértékben korrodeálódott.

5. példa mol% 1 H,1 H,2H,2H-perfluor-oktil-trietoxi-szilánt (FTS) tartalmazó szabványos MTEOS tapadásgátló anyag előállítása

0,2 mól (35,7 g) metil-trietoxi-szilánt (MTEOS) és

0,054 mól (11,3 g) TEOS-t megfelelő edényben (például 250 ml-es jénai lombikban) keverünk, majd 20,0 g 30%-os Kieselsol 300 alakjában beadagolunk 0,1 mól szilícium-dioxidot. Az elegyhez 5 perc elteltével intenzív keverés közben hozzáadunk 0,4 g koncentrált sósavoldatot. Az eredetileg kétfázisú reakcióelegy 2 perc elteltével fehér lesz, felmelegszik, majd ismét áttetszővé és egyfázisúvá válik. A 15 perces reakcióidő eltelte után beadagolunk 3,0 g DOWEX® 50W2-t, és a kapott elegyet 10 percig keverjük. Az elegyet ezután nyomószűrő igénybevételével üvegszálas előszűrőn átszűrjük. Közvetlenül ezután az elegyhez hozzáadunk 1,78 g (a szilíciumra számítva 1 mol%) 1 H,1 H,2H,2Hperíluor-oktil-trietoxi-szilánt (FTS), és a szolt 15 percig keverjük. Beadagolunk 4,0 g Amberlyst® Α-21-et, és az így kapott elegyet 30 percig keverjük. Az 1 pm pórusméretű membránszűrőn szűrőprésben átszűrt elegyet 140 g izopropanol hozzáadásával hígítjuk. A szolt végül 0,2 pm pórusméretű membránszűrőn szűrőprésben átszűrve felhordásra kész állapotba hozzuk.

HU 226 919 Β1

A szolt permetezéssel nemesacél-felületre visszük fel és levegőben 350 °C-on kikeményítjük. A felhordott bevonóanyag áttetsző tapadásgátló réteget képez, amelynél az érintkezési szög víz esetében 110°, hexadekán esetében 60°.

6. példa mol% FTS-t tartalmazó, lúggal hidrolizált rendszer előállítása

Megfelelő jénai lombikba bemérünk 0,1 mól (17,9 g) MTEOS-t, 0,027 mól (5,6 g) TEOS-t és 0,016 mól (8,16 g; a szilíciumra számítva 11 mol%) FTS-t. Az elegyhez ezután keverés közben hozzáadunk 0,018 mól (0,72 g) nátrium-hidroxidot, majd az elegyet körülbelül 16 óra hosszat keverjük. Az időközben sárgára színeződött oldathoz cseppenként hozzáadunk 0,15 mól (2,7 g) vizet. Az elegyet a víz beadagolása után még körülbelül 30 percig keverjük, majd 35 g metanollal hígítjuk és szűrőprésben 1 pm-es szűrőn átszűrjük.

A kész szolt nemesfémből készült lemezre permetezéssel felhordjuk és 350 °C-on levegőben kikeményítjük. Ennek a rendszernek az alkalmazásakor elmarad a nemesfémből készült hordozóanyagoknál ezen a hőmérsékleten egyébként megfigyelt elszíneződés. A teljesen áttetsző rétegnél az érintkezési szög víz esetében 95°, hexadekán esetében pedig 40°.

Claims (19)

1. SZABADALMI IGÉNYPONTOK

   1. Eljárás fémfelületek üvegszerű réteggel való bevonására, azzal jellemezve, hogy a fémfelületre olyan bevonókompozíciót hordunk fel, amely egy vagy több (I) általános képletű szilán hidrolizálásából és polikondenzálásából álló eljárással állítható elő, ahol a képletben az X csoportok jelentése - egymástól függetlenül - hidrolizálható csoport vagy hidroxilcsoport; az R gyökök jelentése - egymástól függetlenül - hidrogénatom, legfeljebb 12 szénatomos alkil-, alkenil- vagy alkinilcsoport vagy 6-10 szénatomos aril-, aralkil- vagy alkarilcsoport; és n jelentése 0, 1 vagy 2, azzal a megkötéssel, hogy legalább egy, (I) általános képletű olyan szilánt vagy abból származó oligomert alkalmazunk, amelyben n jelentése 1 vagy 2,

   a) nanométeres szilícium-dioxid-részecskék, és/vagy

   b) legalább egy, az alkálifémek és az alkáliföldfémek oxidjai és hidroxidjai által alkotott csoportból származó vegyület jelenlétében, és az így felhordott bevonatot legalább 350 °C hőmérsékleten üvegszerű réteggé tömörítjük.
2. 2. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy olyan szilán(ok)ból indulunk ki, amely(ek) (I) általános képletében n átlagértéke 0,2-1,5, előnyösen 0,5-1,0.
3. 3. Az 1. vagy a 2. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy olyan szilán(ok)ból indulunk ki, amely(ek) (I) általános képletében X jelentése alkoxicsoport, előnyösen 1-4 szénatomos alkoxicsoport.
4. 4. A 3. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy X helyén metoxicsoportot vagy etoxicsoportot tartalmazó (I) általános képletű szilán(ok)ból indulunk ki.
5. 5. Az 1-4. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy olyan szilán(ok)ból indulunk ki, amely(ek) (I) általános képletében R jelentése 1-4 szénatomos alkilcsoport - előnyösen metilcsoport vagy etilcsoport - vagy fenilcsoport.
6. 6. Az 1-5. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy (I) általános képletű szilánként (m)etil-tri(m)etoxi-szilán és tetra(m)etoxi-szilán kombinációját alkalmazzuk.
7. 7. Az 1-6. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy kiindulási vegyületként legalább egy olyan szilánt alkalmazunk, amelynek (I) általános képletében egy fluorozott R csoport van.
8. 8. Az 1-7. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az (a) eljárásváltozatban a nanométeres szilícium-dioxid-részecskéket olyan mennyiségben alkalmazzuk, hogy a kiindulási vegyületként felhasznált, (I) általános képletű szilánokban levő összes szilíciumatomnak a szilícium-dioxid-részecskékben levő összes szilíciumatomra vonatkoztatott aránya (5:1)-(1:2), előnyösen (4:1)-(2:1) legyen.
9. 9. Az 1-8. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a (b) eljárásváltozatban az alkálifémek és a földalkálifémek oxidjait és hidroxidjait tartalmazó csoportból legalább egy olyan vegyületet alkalmazunk, amely a lítium-, nátrium-, kálium-, magnézium-, kalcium- és bárium-oxidok, valamint -hidroxidok körébe tartozik.
10. 10. A 9. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy nátrium-hidroxidot vagy kálium-hidroxidot alkalmazunk.
11. 11. Az 1-10. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az alkálifém-oxidot, illetve -hidroxidot olyan mennyiségben alkalmazzuk, hogy a szilícium:alkálifém atomarány a 20:1 és az 5:1 közötti tartományban, előnyös esetben a 15:1 és a 10:1 közötti tartományban legyen.
12. 12. Az 1-11. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a fémfelületre felvitt bevonókompozíciót a termikus tömörítés előtt megszárítjuk.
13. 13. Az 1-12. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a termikus tömörítést legalább 400 °C-on, előnyös esetben legalább 500 °C-on hajtjuk végre.
14. 14. Az 1-13. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az eljárást úgy valósítjuk meg, hogy a rétegvastagság a termikus tömörítés után 1 pm és 10 pm, előnyös esetben 2 pm és 7 pm között legyen.
15. 15. Az 1-14. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a bevonat megszárítása vagy termikus tömörítése után felviszünk és termikusán tömörítünk legalább még egy bevonókompozíciót, amely a termikus tömörítés során színes, üvegszerű réteget képez.

    HU 226 919 Β1
16. 16. Az 1-15. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy fémfelületként fémötvözetfelületet, előnyös esetben nemesacél-, sárgaréz- vagy bronzfelületet vonunk be.
17. 17. Az 1-16. igénypontok bármelyike szerinti eljá- 5 rás, azzal jellemezve, hogy fémfelületként alumínium-, ón-, cink-, króm- vagy nikkelfelületet vonunk be.
18. 18. Az 1-17. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy bádogárut, evőeszközt, főzőedényt, lefolyót, ajtófogantyút vagy ablakfogantyút vonunk be üvegszerű réteggel.
19. 19. Tárgyak az 1-18. igénypontok bármelyike szerinti eljárás alkalmazásával üvegszerű réteggel bevont fémfelülettel.