GLäNZENDE BESCHICHTUNGEN FüR ALUMINIUM- ODER STAHLKRAFTFAHRZEUGRADERN UND DEREN HERSTELLUNG

Die Erfindung betrifft beständige und schmutzabweisende Aluminiumbasis-Glanzbeschichtungen auf Kraftfahrzeugrädern,- bzw. Kraftfahrzeugfelgen und Verfahren zur Herstellung derartiger Glanzschichten auf Leichtmetall- oder Stahl- Substraten.

Auf gewöhnlichen Aluminiumrädern ist üblicherweise eine Schicht aus Pulverlack, die sich auf der Felge und der Radoberfläche befindet.

Der Trend bei Felgen geht neuerdings jedoch zu hochglänzenden Oberflächen die mit herkömmlichen Felgen und Lacken nicht erreicht werden können. Ein mögliches, aber teures Herstellungsverfahren ist das Verchromen der Oberflächen.

Im Bereich der Aluminiumräder lassen sich hochglänzende Oberflächen auch durch den Prozess des so genannten Glanzeloxierens der Aluminiumoberflächen erzielen. Ein derartiges Verfahren für Aluminiumräder ist beispielsweise von Alcoa unter der Marke Dura-Bright® bekannt.

Aus der DE 699 12 966 ist ein Verfahren zur

Oberflächenbehandlung von Aluminium-Raderzeugnissen bekannt. Die Hauptschritte des Verfahrens umfassen das Aufbringen einer Zusammensetzung zum chemischen Aufhellen auf das Produkt, das Desoxidieren der Produktoberfläche, das elektrochemische Erzeugen eines porösen Oxids auf dieser Produktoberfläche durch Kontaktieren mit einem Elektrolytbad,

das Phosphor- oder Phosphonsäure enthält und das Aufbringen einer äußeren Schicht auf Silicat- oder Siloxan-Basis auf das poröse Oxid.

Die elektrochemische Anodisation zur Herstellung der Oxidschicht ist allerdings stark an bestimmte Legierungszusammensetzungen gebunden. Nur wenige Legierungen bilden bei dieser Behandlung überhaupt eine hoch gleichmäßige, gut haftende und glänzende

Oberflächenbeschichtung aus. Im Bereich der Aluminiumräder führt ein derartiges Verfahren nur bei relativ reinen Knet- Aluminiuir.-Legierungen, die für hochpreisige geschmiedete Felgen verwendet werden, zu akzeptablen Ergebnissen. Kostengünstige Aluminium-Gusslegierungen für kostengünstige Aluminiumräder, die sich gegenüber den Knetlegierungen durch vergleichsweise hohe Si-Anteile von über 1 Gew.% bis zu 12 Gew.% auszeichnen, bilden bei der elektrochemischen Anodisation beispielsweise fleckige bräunliche und matte Oberflächen aus. Die Behandlung der noch preisgünstigeren Stahlfelgen durch Glanzeloxieren scheidet grundsätzlich aus.

Für die Herstellung eines dauerhaften Glanzes auf dem Leichtmetall- oder Stahlsubstrat, insbesondere dem Kraftfahrzeugrad, ist es erforderlich, dass die Oberfläche schmutzabweisend und möglichst kratzfest ist.

Schmutzabweisende Beschichtungen oder so genannte Easy-to- Clean-Beschichtungen oder -Lacke (ETC-Beschichtungen) sind zum Schutz hochwertiger Bauteile aus Glas, Kunststoff und Metallen bekannt und sollen die Verschmutzung verhindern oder die Reinigung erleichtern. Der Wirkmechanismus ist je nach Anwendungsfall unterschiedlich.

Für Glasoberflächen werden beispielsweise Wasser abweisende Beschichtungen angewendet. Sauberes Glas ist relativ hydrophil und bildet gegen Wasser einen Kontaktwinkel um 20°. Eine hydrophobe ETC-Beschichtung erhöht dagegen den

Kontaktwinkel auf weit über 100° gegenüber Wasser. Diese ETC- Beschichtung bietet eine deutlich herabgesetzte Benetzbarkeit, so dass wässrige Verschmutzungen abperlen oder sich leicht abwaschen lassen.

Aus der WO2005 085 374 Al sind besonders kratzfeste Beschichtungen für Leichtmetallfelgen bekannt, die auf der Basis von Perhydrosilazanen bestehen. Kratzfeste und zugleich schmutzabweisende Schichten sind beispielsweise aus der WO 02088269 Al oder der DE 10 2004 001 288 Al bekannt. Letzteres Dokument beschreibt hydrophile Beschichtungen für Oberflächen, enthaltend ein oder mehrere Polysilazane und ein ionisches Reagens oder Mischungen von ionischen Reagenzien. Das Polysilazan ist insbesondere ein Polysilazan der Formel (SiR'R"-NR' ^{• 1} Jn , wobei R ¹ , R", R ¹ " gleich oder unterschiedlich sein können und es sich entweder um Wasserstoff oder organische oder metallorganische Reste handelt. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Polysilazan ein Perhydropolysilazan (R'=R ^? '=R' ' *=H) . Das ionische Reagens ist vorzugsweise ein Salz einer Carbonsäure, insbesondere einer Hydroxycarbonsäure, oder ein kationisches oder anionisches Silan oder ein Oligomer oder Polymer. Hierdurch werden hydrophile Beschichtungen gebildet. Die Wirkung der hydrophilen Schichten beruht darauf, dass hydrophobe Verschmutzungen schlecht haften, beziehungsweise dass sich mit wässrigen Reinigungsmitteln die Oberfläche gut abwaschen lässt.

Es in Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung beständiger Glanzbeschichtungen auf Aluminium- oder Stahloberflächen, welche einer Glanzanodisation nicht zugänglich sind, aufzuzeigen sowie Glanzbeschichtungen guter Beständigkeit oder schmutzabweisender Eigenschaften auf Leichtmetall- oder Stahlrädern bereit zu stellen.

Die Aufgabe der Erfindung wird in einem ersten Aspekt gelöst, durch eine Oberflächenbeschichtung auf Kraftfahrzeugrädern aus Leichtmetall-Gusslegierungen oder Stahl, welche mehrere Schichten umfassen kann, wobei sie zumindest eine unmittelbar auf die Radoberfläche aufgebrachte erste Schicht einer CVD- Beschichtung aus Aluminium oder Aluminiumlegierung aufweist, mit den Merkmalen des Anspruchs 1.

In einem weiteren Aspekt wird die Erfindung gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung einer beständigen Glanzbeschichtung auf Aluminium- oder Stahloberflächen umfassend die Schritte

- Gasphasenabscheidung von Aluminium oder AI-Legierung zur Bildung einer dichten ersten Schicht

- elektrochemische Oxidation der Oberfläche der ersten Schicht und Bildung einer nano- bis mikroporösen zweiten Schicht aus Aluminiumoxid in einer Dicke im Bereich von 50 bis 1000 nm, mit den Merkmalen des Anspruchs 11.

Für die Erfindung ist es wesentlich, dass die Oberfläche des Substrats beziehungsweise der Aluminiumlegierung- oder Stahloberflächen selbst keinen Glanz aufweisen müssen. Vielmehr wird auf diese Oberflächen zunächst eine dünne metallische Schicht aufgetragen, welche die glänzenden Eigenschaften aufweist. Dabei handelt es sich erfindungsgemäß um eine unmittelbar auf die Radoberfläche aufgebrachte erste Schicht aus Aluminium oder Aluminiumlegierung. Verfahrensgemäß ist vorgesehen, die erste Schicht aus glänzendem Aluminium oder Aluminiumlegierung über die Gasphase abzuscheidenden. Die erste Schicht ist insbesondere eine CVD- oder PVD-Beschichtung aus Aluminium oder Aluminiumlegierung .

Ein Vorteil der Erfindung ist es, dass die optische Anmutung von teuren geschmiedeten Aluminiumfelgen somit auch bei preiswerten gegossenen Aluminiumfelgen oder selbst auf Stahlfelgen kostengünstig möglich wird.

Durch die Art der Glanzbeschichtung aus Al- oder AI-Legierung müssen an die als Substrat verwendeten Legierungen auch keine hohen Anforderungen mehr gestellt werden. Die Verwendung von Leichtmetalllegierungen, Al-Gusslegierungen oder Stahl bereitet keine Schwierigkeiten. Die gewählten Legierungen müssen einer Glanzanodisierung nicht mehr zugänglich sein, da die Al- oder Al-Legierungsschicht die Glanzwirkung entfaltet.

Die Dicke der ersten Schicht beträgt bevorzugt 10 bis 500 μm. Besonders bevorzugt liegt die Dicke auf gegossenen Aluminiumfelgen oder Stahlfelgen bei 30 bis 100 μm.

Hinsichtlich der Wahl der AI-Legierung hat sich gezeigt, dass Reinaluminium auf Grund seiner Duktilität und seiner Passivität den meisten anderen Korrosionsschutzschichten überlegen ist und daher besonders bevorzugt Anwendung findet.

Für den Anwendungsfall von Kraftfahrzeugrädern, die starken Verschmutzungen, abrasiven Reinigungsvorgängen und korrosiven Medien ausgesetzt sind, ist die erste Schicht aus Al- oder AI-Legierung häufig nicht beständig genug. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung trägt die Oberfläche der ersten Schicht daher eine zweite Schicht in Form einer elektrochemisch erzeugten mikro- oder nano-porösen Oxidschicht. Bei dieser Schicht handelt es sich um eine der Glanzanodisation von Aluminiumoberflächen vergleichbare Beschichtung. Die metallische Oberfläche wird durch die fest anhaftende Oxidschicht passiviert und gegen weiteren korrosiven Angriff geschützt. Durch geeignete Wahl der Verfahrensparameter bei der Glanzanodisation bzw. der elektrochemischen Erzeugung der nano- oder mikroporösen Oxidschicht kann eine Oberflächenstruktur erzeugt werden, die einen Lotus-Effekt, beziehungsweise einen schmutzabweisenden Effekt besitzt.

Darüber hinaus bildet diese Schicht einen guten Haftgrund für weitere organische Beschichtungen.

Die Dicke der Oxidschicht ist so weit zu beschränken, dass der Glanz der Oberfläche nicht verloren geht. Diese zweite Schicht hat bevorzugt eine Dicke im Bereich von 50 bis 1000 nm.

Besonders zweckmäßig ist der Schutz des beschichteten Rads bzw. der Felge mit einer abschließenden Lackschicht. In zweckmäßiger weiterer Ausgestaltung der Erfindung trägt die erste oder die zweite Schicht somit eine dritte Schicht aus einer abschließenden Lackschicht, insbesondere einem Klarlack oder einem easy-to-clean-Lack (ETC-Lack) .

Durch die Kombination mit einer ETC-Beschichtung wird eine optisch hochwertige Oberfläche bei gleichzeitig höchstem Korrosionsschutz und dauerhaftem Glanz erreicht.

Durch eine optionale ETC-Beschichtung beispielsweise mit Organosilikaten kann das Problem der Felgenverschmutzung durch Bremsstaub wirksam bekämpft werden.

Bei der ETC-Beschichtung kann es sich um hydrophile oder hydrophobe Beschichtungen handeln. Die optimale Wahl ist unter anderem von der Wahl des Bremsbelagsmaterials in der Fahrzeugbremse abhängig.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die dritte Schicht überwiegend aus Silan-, Silazan-, Siloxan- und/oder Silikonpolymeren gebildet.

Die Komponenten bilden hierbei den Hauptbestandteil der Beschichtung. Weitere Komponenten können insbesondere die Kratzfestigkeit erhöhende Füller, hydrophobe beziehungsweise hydrophobisierende Zusatzstoffe oder katalytisch aktive Zusatzstoffe sein. Als Füller sind insbesondere Silikatpulver, Tonmineralien, Aluminiumoxid-Nanopulver oder Siθ ₂ -Nanofüller von Bedeutung. Als katalytisch aktiver

Zusatzstoff ist insbesondere Titanoxid von Bedeutung, welches durch UV-Lichteinwirkung oxidierend auf die oberflächlich abgelagerten Schmutzpartikel wirkt. Besonders günstig ist die Kombination aus hydrophilisierenden Zusatzstoffen und katalytisch aktivem Titanoxid.

Eine gute geeignete dritte Beschichtung ist des Weiteren aus Siloxan mit Silikat-Füllern aufgebaut.

Die dritte Schicht weist in weiterer Ausgestaltung als Hauptbestandteil Perhyrdosilazan-Polymere und als Zusatzstoffe hydrophile (Co) Polymere und/oder Zusatzstoffe auf. Eine Kombination aus Perhyrdosilazan-Polymere, hydrophilen (Co) Polymeren und katalytisch aktivem Titanoxid erweist sich auf der Glanzschicht, bzw. der glanzanodisierten Glanzschicht als besonders wirksame kratzfeste und schmutzabweisende Beschichtung oder easy-to-clean-Lack.

In bevorzugter Ausgestaltung wird die Oberflächenbeschichtung aus 1, 2 oder 3 Schichten auf ein Kraftfahrzeugrad aus einer Al-Gusslegierung mit einem Si-Anteil im Bereich von 3 bis 12 Gew.% aufgetragen.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer beständigen Glanzbeschichtung auf Aluminiumlegierungs- oder Stahloberflächen, welches als wesentliche Schritte aufweist:

- Die Gasphasenabscheidung von Aluminium oder AI-Legierung zur Bildung einer ersten dichten und glänzenden Schicht.

- Die elektrochemische Oxidation der Oberfläche der ersten Schicht und Bildung einer nano- bis mikroporösen zweiten Schicht aus Aluminiumoxid in einer Dicke im Bereich von 50 bis 1000 nm.

Durch die Gasphasenabscheidung wird die Ausbildung einer homogenen gut haftenden Glanzbeschichtung auf unterschiedlichsten Al- oder Stahllegierungen möglich.

Die nachfolgende elektrochemische Oxidation erhöht die Korrosionsfestigkeit der Oberfläche und verbessert die Oberflächenbeschaffenheit für eine nachfolgende Beschichtung.

Für die Erzeugung der Glanzbeschichtungen ist es von besonderer Bedeutung, dass gleichmäßige und fehlerfreie sowie chemisch reine Oberflächenbeschichtungen hoher Glätte erzeugt werden. CVD- und PVD-Verfahren sind hierfür besonders geeignet.

Bevorzugt wird im Rahmen der Gasphasenabscheidung, die bevorzugt als CVD- oder PVD-Verfahren (Chemical vapor deposition oder physical vapor deposition) durchgeführt wird, eine Reinaluminiumschicht in einer Dicke von 10 bis 300 μm aufgebracht.

Als CVD-Prozess wird bevorzugt ein Kaltgasprozess angewendet, insbesondere bei der Abscheidung auf Leichtmetallsubstrate oder Aluminiumräder. Dabei werden die Aluminiumoberflächen zur Abscheidung auf eine Temperatur im Bereich von 280 bis 350 ⁰ C und die Stahloberflächen auf eine Temperatur im Bereich von 280 bis 580 ⁰ C gebracht. Der Kaltgasprozess zeichnet sich dadurch aus, dass das mit den gasförmigen Al-Trägersubstanzen beladene Trägergas eine geringere Temperatur als das zu beschichtende Substrat aufweist. Insbesondere liegt die Trägergastemperatur deutlich unterhalb der Zersetzungs- oder Abscheidetemperatur der Al-Trägersubstanz .

Besonders bevorzugt wird eine allseitige Beschichtung einer gegossenen Aluminiumfelge oder Stahlfelge mit einer durch ein Niedertemperatur-CVD-Verfahren aufgebrachten Reinaluminiumschicht in einer Schichtdicke von 30 bis max. 100 μm durchgeführt.

Die Durchführung der besonders geeigneten CVD-Verfahren ist im Prinzip bereits bekannt und beispielsweise in der WO 2005 028 704 Al beschrieben.

Die zweite Schicht aus Aluminiumoxid wird bevorzugt so hergestellt, dass die Glanzschicht aus abgeschiedenem Al- oder AI-Legierung anodisiert wird.

Bevorzugt werden die Parameter der Anodisierung so eingestellt, dass sich Nano- oder Mikrostrukturen aus säulenförmigem Aluminiumoxid bilden. Aufgrund der Zwischenräume benachbarter Säulen ist die Schicht als solche nano- bzw. mikroporös aufgebaut.

In bevorzugter weiterer Ausgestaltung wird auf die erste, insbesondere aber auf die zweite Schicht ein Klarlack oder eine easy-to-clean-Beschichtung aufgetragen.

Der Auftrag kann im Nassverfahren oder auch als Pulverbeschichtung erfolgen.

Das Verfahren eignet sich insbesondere zur Beschichtung von Al-Gusslegierungsräder für Personenkraftwagen oder für Stahlräder für Lastkraftwagen oder Busse.