SE528890C2 - Metallsubstrat, artikel och förfarande - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 528 890 nar av. Funktionaliteten, hållbarheten och estetiskt utseende hos den färdiga artikeln kan således pâverkas negativt.

Problem associerade med skadande av en funktionell eller deko- rativ beläggning under tillverkningen av en artikel kan undvikas genom att applicera beläggningen när tillverkningsprocessen har fullbordats, men beläggning av individuella produkter är tids- ödande och dyr.

SAMMANFATTNING AV UPPFlNNlNGEN Syftet med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla ett belagt metallsubstrat med en högkvalitativ färdigyta, som är beständig mot skada under dess tillverkning och användning.

Detta syfte uppnås genom att åtminstone delvis belägga ett me- tallsubstrat med en klar, d v s väsentligen transparent, lack med en tjocklek av 10 nm till 5 um. Metallsubstratet innefattar åtmin- stone en av följande metaller; Ag, Al, Au, Co, Cu, Fe, Ni eller en legering baserad på någon av dessa metaller, såsom ett kolstål eller ett rostfritt stål, såsom ferritiskt rostfritt stål, austenitiskt rostfritt stål, rostfritt fjäderstål, duplex-rostfritt stål, härdbart kromstål eller utskiljningshärdbart rostfritt stål. Den klara lacken skyddar den belagda metallytan mot fläckar, repor och skada förorsakad genom slagträffar och avnötning. Den klara lacken ökar även det belagda metallsubstratets beständighet mot UV- strålning och förhindrar följaktligen sprickbildning och missfärg- ning av det funktionellaldekorativa skiktet och/eller lacken. Efter- som skiktet av klar lack är så tunt påverkar det inte negativt flexibiliteten hos metallsubstratet. Det belagda metallsubstratet har således god formbarhet och ett förbättrat estetiskt utseende.

Enligt en utföringsform av uppfinningen är tjockleken hos den klara lacken upp till 5 um, företrädesvis upp till 2,5 um, mera fö- redraget upp till 1 um och mest föredraget upp till 500 nm. Ju mer lack som appliceras desto mer förändras färgen hos något underliggande dekorativt skikt och desto svårare kan det vara att 10 15 20 25 30 35 528 890 bearbeta den belagda metallen. Ett klarlackskikt upp till 5 pm tjockt tillåter ytterligare bearbetning av det belagda metallsub- stratet genom formningsförfaranden för att uppnå en slutartikel som har den önskade formen och egenskaperna utan att lacken spricker under formningen och utan att utseendet eller egenska- perna hos slutartikeln äventyras. Dessutom tillhandahåller det tunna skiktet av klarlack en tillräckligt härd yta för att göra me- tallen repsäker och den gör beläggningsprocessen mera ekono- misk, eftersom det är en liten mängd av lack som används.

Enligt en utföringsform av uppfinningen innefattar klarlacken åt- minstone ett av följande bindemedel; polyester, epoxi, epoxies- ter, polyuretan, akrylat och/eller alkyd.

Enligt en annan utföringsform av uppfinningen är klarlacken vat- tenbaserad eller lösningsmedelsbaserad. Vattenbaserade lacker är avsevärt mindre toxiska än lösningsmedelsbaserade lacker, så att deras användning undviker talrika miljö- och hanteringspro- blem associerade med lösningsmedelsbaserade lacker.

Enligt en ytterligare utföringsform av uppfinningen innehåller den klara lacken ett harts eller en blandning av hartser som är lämp- liga för en transparent, semi-transparent eller opak toppbelägg- ning.

Enligt en ännu ytterligare utföringsform av uppfinningen innehål- ler den klara lacken åtminstone en av följande tillsatser: en fing- eravtrycksbeständig tillsats, ett utflytningsmedel, antioxiderings- medel, en glanshöjare, ett UV-absorberingsmedel för att be- gränsa risken av sprickbildning eller missfärgning vid utsättande för väder, eller en estetisk tillsats, såsom glitter eller ett pigment.

Lacken kan förses med en taktil komponent genom applicerande av lacken i ett förutbestämt mönster eller genom varierande av tjockleken hos skiktet av lack eller genom inkorporerande av be- röringsdetekterbara partiklar i lacken. 10 15 20 25 30 35 528 890 Enligt en annan utföringsform av uppfinningen är tjockleken hos ' metallsubstratet mellan 0,015 - 3,0 mm.

Enligt en ytterligare utföringsform av uppfinningen är tjockleken ' hos nämnda åtminstone ena funktionella skikt och/eller nämnda åtminstone ena dekorativa skikt mellan 10 nm och 2 um, företrä- ' desvis under 500 nm, mera föredraget under 250 nm och mest föredraget under 100 nm. Enligt en ytterligare utföringsform av uppfinningen är toleransen hos tjockleken hos det funktio- nellaldekorativa skiktet i 10%, företrädesvis i 7%.

Enligt en utföringsform av uppfinningen innefattar nämnda åtmin- stone ena funktionella skikt och/eller nämnda åtminstone ena de- korativa skikt åtminstone en av följande: o en binär metalloxid eller en ternär metalloxid eller blandningar eller fasta lösningar av nämnda binära metalloxider, varvid huvudbestàndsdelen i en sådan blandning eller fast lösning är en metalloxid med for- meln MexOy såsom AlxOy_ TixOy, WXOy, SiXOY, Zfx0y- CoxOy eller Crx0y t ex TiO2, Al203 och SiO2. o en metallkarbid eller metallnitrid, såsom TiN, TiAlN, ZrN, TiC eller CrN eller en blandning därav, o en metall, såsom Ag, Al, Au, Co, Cu, Fe, Mn, Si, Sn, Ti, V, W, Zn, Zr eller en legering därav, o en karbonitrid eller en oxinitrid.

Ett dekorativt skikt kan exempelvis framställas i en tvåstegspro- cess i vilken ett första skikt appliceras och sedan bearbetas, un- der användning av exempelvis en lämplig värmebehandling eller kemisk behandling, för att ge skiktet en dekorativ färdigyta.

Enligt en annan utföringsform av uppfinningen har det funktio- nella och/eller dekorativa skiktet en flerskiktsstruktur som består av upp till 10 skikt med samma sammansättning eller skiljaktiga sammansättningar för att optimera funktion, färgspektra, reflek- tionsförmåga eller konsistens i färg, såsom exempel. 10 15 20 25 30 35 528 890 Enligt en annan utföringsform är metallsubstratet i form av ett band, folie, tråd, fiber, stång eller rör eller någon annan geomet- risk form.

Föreliggande uppfinning avser även ett förfarande för tillverkning av ett belagt metallsubstrat enligt någon av ovan beskrivna utfö- ringsformer. Förfarandet innefattar stegen av att åtminstone del- vis belägga en metall med åtminstone ett funktionellt skikt och/eller åtminstone ett dekorativt skikt och åtminstone delvis förse nämnda åtminstone ena funktionella skikt och/eller nämnda åtminstone ena dekorativa skikt med en klar lack.

Enligt en annan utföringsform av uppfinningen framställs det funktionella och/eller dekorativa skiktet genom användning av en fysisk ångdeponerings(PVD = Physical Vapour Deposition)-tek- nik, såsom sputtering eller elektronstråleförångning, eller en ke- misk ångdeponerings(CVD = Chemical Vapour Deposition)-tek- nik, såsom metallorganisk kemisk ångdeponering (MOCVD) eller genom ett sol-gel-förfarande, elektropläterings- eller eloxide- ringsförfarande. En sådan process tillhandahåller ett mycket tunt jämnt fördelat, kontinuerligt skikt med utmärkt adhesion. Utmärkt adhesion definieras som tillåtande att bocka metallsubstratet över åtminstone 90°, företrädesvis åtminstone 180°, över en ra- die som motsvarar tjockleken hos metallsubstratet. Ett funktio- nellt ochleller dekorativt skikt måste emellertid inte nödvändigtvis likformigt täcka hela ytan hos det rostfria stålet. Det kan exem- pelvis efterlikna logotypen eller varumärket hos tillverkaren eller det kan tillhandahålla text eller figurer, information, en varning eller en annons, vilka kan framställas exempelvis under använ- dande av en maskningsteknik.

Enligt en annan utföringsform av uppfinningen förbehandlas me- tallsubstratet genom etsning, rengöring, borstning, polering eller genom kemiska medel, såsom exempel, före framställning av det funktionella och/eller dekorativa skiktet. 10 15 20 25 30 35 528 890 Enligt en ytterligare utföringsform av uppfinningen tillverkas det belagda metallsubstratet i en kontinuerlig rulle-till-rulle-process.

Metallartiklar som beläggs på en eller flera sidor kan således massproduceras utan behovet av tidsödande och dyra manuella operationer. Förfarandet enligt uppfinningen kan emellertid även appliceras på satsproduktioner eller tillverkning av individuella artiklar.

Föreliggande uppfinning avser även användning av en klar lack för beläggning av en artikel innefattande metall som är åtmin- stone delvis belagd med åtminstone ett funktionellt skikt och/eller åtminstone ett dekorativt skikt. Uppfinningen är speciellt men icke uteslutande lämplig för tillverkning av en artikel för använd- ning i någon av följande applikationer: utomhus, under vatten, sporter, hushållsapparater, kameror, mobiltelefoner, personliga tillhörigheter, såsom armbandsur, glasögon, kosmetika, kläder eller dekorativa föremål. Uppfinningen är i grunden lämplig för tillverkning av vilket föremål som helst som innefattar eller består av rostfritt stål som har en funktionell eller dekorativ färdigyta på åtminstone en del av dess yta.

Ytterligare fördelar samt fördelaktiga särdrag hos uppfinningen framgår av den följande beskrivningen och de andra beroende- kraven.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA Fig 1 visar ett förfarande enligt en utföringsform av uppfin- ningen, och Fig 2 visar en artikel enligt en utföringsform av uppfinningen.

Det skall noteras att figurerna inte år ritade i skala och att storle- ken hos vissa särdrag har överdrivits för klarhets skull.

Följande beskrivning och ritningar är inte avsedda att begränsa föreliggande uppfinning till de beskrivna utföringsformerna. De 10 15 20 25 30 35 528 890 beskrivna utföringsformerna exemplifierar endast principerna hos föreliggande uppfinning.

DETALJERAD BESKRIVNING AV UTFÖRINGSFORMER AV UPPFlNNlNGEN Fig 1 visar en kontinuerlig rulle-till-rulle-in-line-process för till- verkning av ett belagt rostfritt stàlband. En rulle 1 av rostfritt stålband är monterad för rotation kring en horisontal axel. Bandet 2 från rullen 1 matas valbart genom ett par motroterande mat- ningsvalsar 3. Bandet 2 förs igenom en förbehandlingsarbetssta- tion 4 exempelvis för rengöring.

Det renade bandet 2 förses sedan med ett funktionellt skikt eller ett dekorativt skikt i en arbetsstation 5 i en enkel- eller flerskikts- struktur på en sida av bandet 2. Arbetsstationen 5 kan innefatta exempelvis en eller flera kontinuerliga PVD-kammare, vilket till- låter en tolerans i skikttjockleken av cirka i 10% att uppnås och följaktligen en god konsistens i färg. Bàda sidorna av bandet skulle naturligtvis kunna beläggas beroende på den avsedda ap- plikationenlapplikationerna. Bandet 2 förses sedan med en färg- lös polyester-baserad lack i arbetsstationen 6 genom sprutbe- läggning eller genom andra medel, såsom genom en rulle, ett rullbeläggningsdon, genom att doppa bandet i ett bad eller ge- nom något annat förfarande som resulterar i produktionen av ett tunt, likformigt lackskikt. Något eller alla av förbehandlings-, be- läggnings- eller lackeringssteget kan kombineras i en enda ar- betsstation.

Lacken härdas sedan, d v s bringas att hårdna och torka. Lacken kan härdas i rumstemperatur eller genom uppvärmning, genom användande av strålning, såsom UV-strålning, genom lufttork- ning, förångning eller genom varje annat konventionellt förfa- rande beroende på sammansättningen av lacken. Det högkvalita- tiva belagda bandet av rostfritt stål rullas upp i en rulle 7 som bildas kontinuerligt. Det belagda bandet av rostfritt stål kan se- 10 15 20 25 30 35 528 890 dan formas till varierande artiklar, såsom exempelvis det yttre skalet hos mobiltelefoner.

Minimimatningshastigheten hos rulle-till-rulle-processen är före- trädesvis 25 mlmin eller högre. Användande av ett sådant förfa- rande gör det möjligt att belägga upp till 20 km rostfritt stàlband som är 3-5 dm brett åt gången, vilket gör förfarandet mycket en- kelt och kostnadseffektivt.

Fig 2 visar ett tvärsnitt hos den belagda slutartikeln av rostfritt stål, vilken innefattar ett band 2 av rostfritt stål, vilket är belagt med ett funktionellt eller dekorativt skikt 8 som är skyddat av ett tunt skikt av repsäker och fingeravtrycksbeständig klar lack 9.

Följande exempel beskriver tester som genomfördes på ett me- tallsubstrat enligt utföringsformen av uppfinningen.

Exempel 1 Ett prov 1 i form av ett 0,20 mm tjockt band av rostfritt stål belagt med ett skikt av TIO; och därefter med ett skikt av lack produce- rades enligt förfarandet angivet ovan. Substratmaterialet hade följande sammansättning: 0,7% C, 0,04% Si, 0,7% Mn, max 0,025% P, max 0,010% S, 13% Cr. Tjockleken hos Ti02 var ap- proximativt 60 nm och tjockleken hos lacken var approximativt 100 nm.

Ett bockningstest genomfördes enligt standarden SS-EN ISO 7438 för att testa adhesionen hos beläggningen vid substratet.

Minimibockningsradien var lika med halva tjockleken hos bandet och bockningstestet genomfördes över 90°. Dessutom genomför- des testet tre gånger för varje radie och både vinkelrätt och pa- rallellt med avseende på beläggningsriktningen. Resultaten är vi- sade i Tabell 1 där W betyder att det testade bandet var helt och beläggningen inte visade någon tendens till avflagning eller dy- likt. 10 15 20 25 30 35 528 890 9 Tabell 1 Riktning/Radie 0,10 mm 0,12 mm 0.25 mm Vinkelrätt W W W Parallellt W W W Ett bockningstest genomfördes dessutom enligt standard B 489- 85 för att testa duktiliteten hos beläggningen vid substratet. Mi- nimibockningsradien var lika med tjockleken hos bandet och bockningstestet genomfördes över 180°. Testet genomfördes dessutom tre gånger för varje radie och både vinkelrätt och pa- rallellt relativt beläggningsriktningen. Resultaten är visade i Ta- bell 2, där W betyder att det testade bandet var helt och belägg- ningen inte visade någon tendens till avflagning eller dylikt och C betyder att substratet visade repor.

Tabell 2 Riktning/Radie 0,20 mm 0,40 mm 0,70 mm 1,25 mm Vinkelrätt W W W W Parallellt W W W W Exempel 2 Ett prov 2 i form av ett 0,20 mm tjockt band av ett rostfritt stål belagt med AI2O3 och därefter med ett skikt av lack framställdes enligt det ovan angivna förfarandet. Substratmaterialet hade föl- jande sammansättning: 0,7% C, 0,4% Si, 0,7% Mn, max 0,025% P, max 0,010% S, 13% Cr. Tjockleken hos AlzOa var approxima- tivt 120 nm och tjockleken hos lacken var approximativt 500 nm.

Ett bockningstest genomfördes enligt standarden SS-EN ISO 7438 för att testa adhesionen hos beläggningen på substratet.

Minimibockningsradien var lika med halva tjockleken hos bandet och bockningstestet genomfördes över 90°. Dessutom genomför- des testet tre gånger för varje radie och både vinkelrätt och pa- rallellt med avseende pà beläggningsriktningen. Resultaten är vi- sade i Tabell 3, där W betyder att det testade bandet var helt och beläggningen inte visat någon tendens till avflagning eller dylikt. 10 15 20 25 30 35 528 s9n 10 Tabell 3 Riktning/Radie 0,10 mm 0,12 mm 0,25 mm vinkelrätt W W W Parallellt W W W Ett bockningstest genomfördes enligt standarden B 489-85 för att testa duktiliteten hos beläggningen vid substratet. Minibocknings- radien var lika med tjockleken hos bandet och bockningstestet genomfördes över 180°. Dessutom genomfördes testet tre gånger för varje radie och både vinkelrätt och parallellt med avseende på beläggningsriktningen. Resultaten är visade Tabell 4, där W betyder att det testade bandet var helt och beläggningen inte uppvisade någon tendens till avflagning eller dylikt.

Tabell 4 Riktning/Radie 0,20 mm 0,40 mm 0,70 mm 1,25 mm Vinkelrätt W W W W Parallellt W W W W Exempel 3 Ett prov 3 i form av ett 0,20 mm tjockt band av rostfritt stål belagt med ett skikt av TiN och sedan med ett skikt av lack framställdes enligt det ovan angivna förfarandet. Substratmaterialet hade föl- jande sammansättning: 0,7% C, 0,4% Si, 0,7% Mn, max 0,025% P, max 0,010% S, 13% Cr. Tjockleken hos TiN var approximativt 1 um och tjockleken hos lacken var approximativt 15 pm.

Ett bockningstest genomfördes enligt standarden SS-EN lSO 7438 för att testa adhesionen hos beläggningen vid substratet.

Minimibockningsradien var lika med halva tjockleken hos bandet och bockningstestet genomfördes över 90°. Dessutom genomför- des testet tre gånger för varje radie och både vinkelrätt och pa- rallellt med avseende på beläggningsriktningen. Resultaten är vi- sade i Tabell 5, där C betyder att beläggnlngen sprack eller upp- visade sprickor. 10 15 20 25 30 35 1528 890 11 Tabell 5 Riktning/Radie 0,10 mm 0,12 mm 0,25 mm vinkelrätt C C C Parallellt C C C Ett bockningstest genomfördes enligt standarden B 489-85 för att testa duktiliteten hos beläggningen på substratet. Minimibock- ningsradien var lika med tjockleken hos bandet och bocknings- testet genomfördes över 180°. Dessutom genomfördes testet tre gånger för varje radie och både vinkelrätt mot och parallellt med beläggningsriktningen. Resultaten är visade i Tabell 6, där C betyder att beläggningen sprack eller uppvisade sprickor.

Tabell 6 Riktning/Radie 0,20 mm 0,40 mm 0,70 mm 1,25 mm vinkelrätt C C C C Parallellt C C C C l dessa tester bröts både lacken och TiN på grund av den ut- märkta adhesionen av lacken vid TiN.

Uppfinningen är naturligtvis inte på något sätt begränsad till de ovan beskrivna utföringsformerna, utan många möjligheter till modifikationer därav skulle vara uppenbara för en fackman på området utan avvikande fràn uppfinningens grundtanke sådan denna är definierad i bifogade krav.

Claims (1)

1. 0 15 20 25 30 35 528 890 12 Patentkrav Metallprodukt med ett metallsubstrat (2) som är åtminstone delvis belagt med åtminstone ett dekorativt skikt (8), känne- tecknad därav, att nämnda åtminstone ena dekorativa skikt är ett icke-metalliskt skikt i form av ett skikt som innefattar åtminstone en av följande a) en binär metalloxid eller en ternär metalloxid eller bland- ningar eller fasta lösningar av nämnda binära metalloxi- der, varvid huvudbeståndsdelen i en sådan blandning el- ler fast lösning är en metalloxid med formeln MexOy, och b) en metallkarbid eller metallnitrid, och c) en karbonitrid eller en oxinitrid, och att nämnda åtminstone ena dekorativa skikt (8) är åtminstone delvist belagt med en klar lack (9) med en tjocklek av 10 nm till 5 pm. Metallprodukt enligt krav 1, kännetecknad därav, att det åt- minstone ena dekorativa skiktet (8) innefattar en metalloxid enligt a), och att denna metalloxid är en eller flera av föl- jande: AlxOy, TixOy, WXOY, Six0y, ZrXOy, CoxOy eller CrXOy, exempelvis TiOz, A|2O3 eller SiOz. Metallprodukt enligt krav 1 eller 2, kännetecknad därav, att det åtminstone ena dekorativa skiktet (8) innefattar en me- tallkarbid eller metallnitrid, och att denna metallkarbid eller metallnitrid innefattar åtminstone en av TiN, TiAlN, ZrN, TiC eller CrN eller en blandning därav. Metallprodukt enligt något av föregående krav, känneteck- ggg därav, att det åtminstone ena dekorativa skiktet uppvi- sar en flerskiktsstruktur med skikt av samma sammansätt- ning eller skiljaktiga sammansättnlngar för optimering av färgspektra, reflektionsförmåga eller konsistens i färg. Metallprodukt enligt något av föregående krav, , känneteck- nad därav, att tjockleken hos den klara lacken (9) är upp till 10 15 20 25 30 35 10. 11. 12. 528 890 13 2,5 gm, företrädesvis upp till 1 pm och mera föredraget upp till 500 nm. Metallprodukt enligt något av föregående krav, ga_d_ därav, att den klara lacken (9) innefattar åtminstone ett av följande bindemedel; polyester, epoxi, epoxiester, poly- uretan, akrylat och/eller alkyd. Metallprodukt enligt något av föregående krav, nad därav, att den klara lacken (9) är vattenbaserad. Metallprodukt enligt något av föregående krav, känneteck- gg därav, att den klara lacken (9) innehåller harts. Metallprodukt enligt något av föregående krav, känneteck- p_a_ct_ därav, att den klara lacken (9) innehåller åtminstone en av följande tillsatser: en fingeravtrycksbeständig tillsats, ett utflytningsmedel, ett antioxideringsmedel, en glanshöjare, UV-absorberingsmedel eller en estetisk eller taktil tillsats. Metallprodukt enligt något av föregående krav, känneteck- _n¿c_l_ därav, att metallsubstratet (2) innefattar åtminstone en av följande metaller; Ag, Al, Au, Co, Cu, Fe, Ni eller en le- gering baserad på någon av dessa metaller, såsom ett kol- stål eller ett rostfritt stål, såsom ett ferritiskt rostfritt stål, austenitiskt rostfritt stål, rostfritt fjäderstål, duplex-rostfritt stål, härdbart kromstàl eller utskiljningshärdbart rostfritt stål. Metallprodukt enligt något av föregående krav, känneteck- ggg därav, att tjockleken hos metallsubstratet (2) är mellan 0,015 mm och 3,0 mm, och tjockleken hos nämnda åtmin- stone ena dekorativa skikt (8) är mellan 10 nm och 2 pm. Metallprodukt enligt något av föregående krav, känneteck- nad därav, att den är i form av ett band, folie, tråd, fiber, stång eller rör eller någon annan geometrisk form. 10 15 20 25 13. 14. 15. 16. 528 890 14 Förfarande för tillverkning av en metallprodukt enligt något av kraven 1-12, kännetecknat därav, att det innefattar föl- jande steg: o förbehandling av ett metallsubstrat med en tjocklek mellan 0,015 mm och 3,0 mm, o beläggning av metallsubstratet (2) med ett dekorativt skikt (8) under användande av en fysisk ångdeponeringsteknik (PVD), såsom sputtering eller elektronstråleförångning, och ø applicering av ett skikt (9) av en klarlack med en tjocklek av 10 nm till 5 om på det dekorativa skiktet. Förfarande enligt krav 13, kännetecknat därav, att metallprodukten tillverkas i en kontinuerlig ru|le-til|-rulle-in- line-process. Förfarande enligt krav 13 eller 14, kännetecknat därav, att förbehandlingen sker genom etsning av metallsubstratet (2). Användning av en metallprodukt enligt något av kraven 1-12 för tillverkning av produkter för utomhusbruk eller undervat- tenbruk, Sportartiklar, hushållsapparater, kameror, mobilte- lefoner, personliga tillhörigheter, såsom armbandsur, glas- ögon, kosmetika, kläder eller dekorativa föremål.