DE102009024320B4

DE102009024320B4 - Beschichtungen mit eisabweisenden und gefrierpunktsenkenden Eigenschaften, Verfahren zu deren Herstellung und Verwendung

Info

Publication number: DE102009024320B4
Application number: DE200910024320
Authority: DE
Inventors: Ute Bergmann; Prof. Dr. Böttcher Horst; Silvia Mühle; Prof. Worch Hartmut
Original assignee: FOERDERUNG VON MEDIZIN BIO und UMWELTTECHNOLOGIEN E V GES; Technische Universitaet Dresden; Gesellschaft zur Foerderung von Medizin Bio und Umwelttechnologien eV
Current assignee: Technische Universitaet Dresden
Priority date: 2009-06-03
Filing date: 2009-06-03
Publication date: 2012-11-08
Anticipated expiration: 2029-06-04
Also published as: DE102009024320A1

Abstract

Beschichtung mit eisabweisenden und gefrierpunktsenkenden Eigenschaften, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung aus geätztem nanopartikulärem SiO₂, R-SiO_3/2, mit R = Alkylrest oder Fluoralkylrest mit 1–18 Kohlenstoffatomen, Al₂O₃und/oder TiO₂ besteht, in deren Oberfläche Fluorverbindungen eingebunden sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine dauerhafte eisabweisende und gefrierpunktsenkende Ausrüstung von Materialoberflächen auf Basis geätzter Metalloxid-Beschichtungen. Durch die Beschichtung wird ein antiadhäsives Verhalten gegenüber umströmender Medien bis in den Temperaturbereich des Flüssig-Festphasenüberganges hinein erzielt.
Das Vereisen von technischen Anlagen und Geräten z. B. von Flugzeugtragflächen, Kraftwerken, Schleusentoren, technischen Transportmitteln im maritimen Kontext, Hochspannungsleitungen ist unerwünscht. Eis- und Rauhreifbildung führen zur Senkung des Wirkungsgrades bis hin zur Funktionsunfähigkeit von technischen Anlagen. Bei Betreibern von Anlagen im Außenbereich besteht darum die verstärkte Nachfrage nach antiadhäsiven Beschichtungen. Konkret bei Windkraftanlagen müssen Rotorblätter und Türme gegen Vereisung geschützt werden. Bei einer Vereisung der Rotorblätter bilden sich potentiell kiloschwere Eisschichten, die sich durch die Fliehkraft lösen können. Unter ungünstigen Bedingungen fliegen solche Eisschichten, Geschossen gleich, mehrere hundert Meter weit. Windkraftanlagen dürfen deshalb bei entsprechender Wetterlage nicht betrieben werden, was unerwünschte Standzeiten der Anlagen zur Folge hat. Auch das Vereisen von Starkstromleitungen und Telekommunikationseinrichtungen kann ein großes wirtschaftliches Problem darstellen. Das notwendige Enteisen ist in jedem Fall aufwändig und verursacht zusätzliche Kosten. Eis-, wasser- und schmutzabweisende Beschichtungen können die Effektivität von technischen Anlagen und Geräten erheblich verbessern.
Die Entwicklung von eisabweisenden Beschichtungen hat für metallische Oberflächen eine besondere Bedeutung. Der Wärmeausdehnungskoeffizient von Eis liegt leicht über dem der gebräuchlichen Metalle, aber weit unterhalb des Wärmeausdehnungskoeffizienten von vielen Polymeren. Wenn innere Spannungen im Eis aufgrund hoher Unterkühlungsraten nicht ausgeglichen werden können, würde das bei stark differierendem Wärmeausdehnungsverhalten für Eisschichten zum Bruch führen und die Eisschichten könnten abbröckeln, während sie auf Metallen um so fester anhaften würden.
Ein großer Teil der Forschungs- und Entwicklungsarbeiten konzentrierte sich bisher auf konstruktive Maßnahmen, die das Anhaften von Eis verhindern sollen und auf Mechanismen zum Entfernen der Eisschicht. Nur ein kleiner Teil der Arbeiten war bislang darauf ausgerichtet, die Oberflächen der Werkstoffe so zu verändern, dass ein Überfrieren erschwert oder verhindert werden kann.
Nun werden zunehmend Entwicklungsergebnisse eisabweisender Beschichtungen bekannt, denen Mechanismen zur Schwächung zwischenmolekularer Kräfte an der Grenzfläche von Oberfläche und Eis zugrunde liegen. Als die Ursachen für Eisadhäsion werden elektrostatische Anziehungskräfte, Wasserstoffbrückenbindungen sowie die van der Waals-Bindungen diskutiert. Eis besteht aus polaren Wassermolekülen, die mit jeder Art von Oberfläche stark wechselwirken, deren dielektrische Polarisation von der des Eises abweicht.
So wurde versucht, die Adhäsionskraft des Eises über ihren Anteil an elektrostatischen Anziehungskräften zu minimieren. Über eine konstante elektrische Gleichspannung sind diese Kräfte beeinflussbar. Zwischen elektrisch isolierender Beschichtung und Eis wird ein feinmaschiges Netz aufgebracht, das den elektrischen Kontakt realisiert / US 2003/0024726 A1 ; V. F. Petrenko, I. A. Ryzhkin, Surface states of Charge Carriers and Electrical Properties of the Surface Layer of Ice, J. Phys. Chem. B 1997, 101, pp. 6285–6289/. Da dieser Mechanismus eine Leitfähigkeit des Eises voraussetzt, kann er nur für wässrige Lösungen zum Einsatz kommen (z. B. NaCl gelöst) und ist nicht für destilliertes Wasser anwendbar.
Bekannt ist, dass Wasser an Oberflächen mit verminderter Oberflächenenergie gut abperlen kann. Laut einem weitverbreiteten Gedankenmodell sollen diese hydrophoben Oberflächen auch die Adhäsion des Eises vermindern. In mehreren Arbeiten wird auf die eisabweisenden Eigenschaften hydrophober Oberflächen Bezug genommen. Eine Minimierung der Oberflächenenergie kann man z. B. mit silikonverstärkten Oberflächen erreichen. Die Oberflächen zeigen dann eine minimale Wechselwirkung mit anderen Substanzen. Derartige Systeme wurden als eisadhäsionsreduzierende Systeme vorgestellt / WO 2004 078873 A1 /. An anderer Stelle wird dargestellt, dass bereits Anteile von wenigen Prozent eines Tetrafluorethylens im Beschichtungssystem eine optimale hydrophobierende Wirkung erzielen / JP 2000044863 A /.
Bisher ist allerdings unklar, ob eine Grundhydrophobie des Beschichtungssystems für seine eisabweisenden Eigenschaften notwendig ist. Die gezielte Beeinflussung der Oberflächenrauhigkeit bzw. die Rolle der Minimierung der Oberflächenrauigkeit wird ebenfalls kontrovers diskutiert. Aktuelle und auch eigene Untersuchungen zur Wechselwirkung zwischen Hydrophobie und Oberflächenrauigkeit lassen keine klare Tendenz erkennen /Laforte, Caroline, J.-L. Laforte, J.-C. Laforte; How a solid coating can reduce the adhesion of Ice on a Structure, The Tenth International Workshop an Atmospheric Icing of Structures, IWAIS 2002/. Insgesamt können Schichtsysteme mit hydrophobierenden Eigenschaften die Adhäsion des anhaftenden Eises vermindern und damit mechanische Prozesse des Eisentfernens erleichtern. Sie können gefrierverzögernd wirken, es jedoch nicht verhindern.
Bekannt sind Beschichtungen mit verbesserten Reflexionseigenschaften. So lehrt US 4 535 026 B1 Glaskörper wie z. B. Fensterscheiben oder Linsen mit einer entspiegelten Schicht zu versehen, welche die Lichtreflexion vermindern soll. Dazu wird der Glaskörper mit SiO₂ beschichtet und mit Flusssäure (wässrige HF-Lösung) geätzt. Dadurch soll die Lichtreflexion vermindert werden. Gegenstand von US 5 268 196 B1 sind Verfahren zur Herstellung einer antireflektierenden Schicht. Die Beschichtung besteht aus SiO₂und einem Leichtmetall-Oxid der Alkali- und Erdalkalimetalle. Diese Beschichtung wird mit Fluorgas behandelt, um mindestens einen Teil der Sauerstoffatome der Leichtmetall-Oxide durch Fluor zu ersetzen. Diese Beschichtungen wirken sich jedoch nicht gefrierpunktsenkend oder eisabweisend aus.
Zusätzliche Effekte werden durch eine heterogene Oberflächenstrukturierung aus Komponenten mit unterschiedlicher Hydrophobie erwartet. Hierzu sind zwei Ansätze bekannt, die sich jeweils der Technologie der Sol-Gel Schichtherstellung bedienen. SiO₂-Grundschichten zeigten üblicherweise ein eher hydrophiles Verhalten, Randwinkelmessungen erbringen ein Ergebnis von ~40°. TiO₂-Schichten zeigten auch kein ausgeprägt hydrophobes Verhalten, Randwinkelmessungen liegen bei ~60°. Durch eine Partikelverstärkung von Sol-Gel Schichten, vorrangig mit Silikonpartikeln, aber auch anderen, nicht namentlich aufgeführten organischen sowie anorganischen Beimengungen wird eine Modifizierung des Hydrophil-Hydrophob-Verhaltens vorgenommen / US 6,153,304 A /. Ziel ist die Einstellung eines hydrophoben, antiadhäsiven und eisophoben Charakters der Beschichtung. An andere Stelle wird eine biomimetische Adaption einer hydrophil/hydrophob gestalteten Membranoberfläche eisnukleierender Bakterien vorgestellt. Durch einige winzige hydrophile Moleküle in der Schicht wird die Eisbildung an diesen entsprechenden Stellen lokal zugelassen. Spontanes Überfrieren der Oberflächen soll vermieden werden und der Gefriervorgang gesteuert, um so die eisabweisenden Schichteigenschaften zu unterstützen / WO 2005/075112 A1 /. In einer anderen Arbeit wird eine permanente polymere Beschichtung beschrieben, die ein Vereisen der Oberfläche verhindern soll. Sie basiert auf einem Polymernetzwerk mit einer Unterteilung von hydrophoben Hauptketten und hydrophilen Seitenketten in regelmäßiger oder statistischer Verteilung. Kommen die hydrophilen Seitenketten mit feuchter Umgebung in Berührung, so solvatisieren sie. Die eisabweisende Wirkung wird mit einem Luft- oder Flüssigkeitsfilm erklärt, der daraufhin zwischen auskristallisierter, erstarrter Lösung und der beschichteten Oberfläche gebildet werden kann und bis zu einer gewissen Unterkühlung erhalten bleiben soll / WO 2008/071752 A1 /. Anwendungsbeispiele der beiden letzt beschriebenen Erfindungen demonstrieren eine eisadhäsionsreduzierende Wirkung dergestalt, dass einmal gebildeter Raureif auf erfindungsgemäß beschichteten Oberflächen einfacher mechanisch entfernt werden kann als auf unbeschichteten Flächen.
Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, Beschichtungen mit verbesserten eisabweisenden und gefrierpunktsenkenden Eigenschaften zu schaffen. Erreicht werden soll, dass nicht nur die vollständige Vereisung verzögert wird, sondern gefrierpunktsenkende Eigenschaften erzielt werden.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Beschichtung mit eisabweisenden und gefrierpunktsenkenden Eigenschaften sowie durch ein Verfahren zu deren Herstellung und ihre Verwendung gemäß der Merkmale der Patentansprüche 1, 4 und 7 gelöst. Weitere Ausgestaltungen beinhalten die Merkmale der nachgeordneten Ansprüche 2 und 3 sowie 5 und 6.
Vorteilhaft weist die erfindungsgemäße Beschichtung eine Schichtdicke 400–800 nm und eine Rauheit von 200 bis 2000 nm auf.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung besteht die Beschichtung aus TiO₂/SiO₂-Mischoxiden mit einem Anteil von 70–80 mol-% TiO₂.
Zur Herstellung der erfindungsgemäßen nanopartikulären Oxidbeschichtung werden unter Nutzung der Sol-Gel-Technik Sole verwendet, die durch saure oder alkalische Hydrolyse der entsprechenden Silicium-, Aluminium- oder Titanalkoxide hergestellt werden, und nach Beschichtung beliebiger Materialoberflächen stabile Schichten aus SiO₂, R-SiO_3/2 (R = Alkylrest oder Fluoralkylrest mit 1–18 Kohlenstoffatomen), Al₂O₃ und/oder TiO₂ bilden. Die Herstellung derartiger nanopartikulärer Oxidschichten kann auch aus der Gasphase (CVD, Sputtern, thermische Verdampfung) erfolgen.
Die erfindungsgemäßen Beschichtungen weisen eine Schichtdicke von ca. 400–800 nm, bevorzugt von 450–600 nm auf. Diese Schichten bilden ein hochelastisches, überwiegend anorganisch keramisches Netzwerk, das sich auch komplizierten Untergrundstrukturen anpasst. Nach Trocknung und Temperung auf Temperaturen über 400°C werden die Schichten mit einer fluoridhaltigen wässrigen oder alkoholischen Lösung geätzt. Durch den Ätzprozess und dessen zeitlicher Variation können Eigenschaften eingestellt werden, die ein antiadhäsives Verhalten gegenüber umströmender Medien bis in den Temperaturbereich des Flüssig-Festphasenüberganges wässriger Lösungen hinein fördern. Erzielt wird eine Oberflächenrauheit in der Größenordnung von Ra = 300–450 nm, begleitet von einer flächigen Strukturierung der Oberfläche in der Größenordnung von 200–2000 nm. Diese Oberflächengestaltung erlaubt einen Eingriff in die auftretenden laminaren und turbulenten Strömungsformen im Grenzschichtbereich des Strömungsfeldes des umströmten erfindungsgemäß beschichteten Elementes. Die sich aufbauende Wandschubspannung wird genutzt, um eventuell anhaftende Eiskristallkeime sofort abzulösen und durch das umströmende Medium von der beschichteten Oberfläche des Bauteils wegzureißen. Aufgrund der Interaktion mit dem umströmenden Medium wird das Überfrieren bzw. die Rauhreifbildung der beschichteten Bauteile innerhalb eines Unterkühlungsbereiches von 5–2 Kelvin unter dem jeweiligen Gefrierpunkt längerzeitig bzw. vollständig vermieden. Darüber hinaus ist die Eisanhaftung an den erfindungsgemäßen Beschichtungen grundlegend vermindert.
Zur Erfindung gehören auch Gegenstände, wie z. B. Bauteile, Bauelemente, Werkstücke oder Körper mit der erfindungsgemäßen Beschichtung.
Erfindungsgemäß werden die Beschichtungen mit eisabweisenden und gefrierpunktsenkenden Eigenschaften wie folgt hergestellt:
(1) Beschichtung einer Materialoberfläche durch Tauchen, Sprühen, Gießen mit einem nanopartikulären Oxidsol
Das Sol wird unter Nutzung der Sol-Gel-Technik durch saure oder alkalische Hydrolyse der entsprechenden Silicium-, Aluminium- oder Titanalkoxide hergestellt und bildet nach Beschichtung beliebiger Materialoberflächen stabile nanopartikuläre Schichten aus SiO₂, R-SiO_3/2 (R = Alkylrest oder Fluoralkylrest mit 1–18 Kohlenstoffatomen), Al₂O₃ und/oder TiO₂. Die Herstellung der Beschichtungslösungen kann auch durch Dispergierung von nanopartikulären kommerziellen TiO₂ (z. B. Degussa P25^®) in SiO₂- bzw. Al₂O₃-Nanosolen bzw. nanopartikulären SiO₂ (z. B. Lydox^®, Nyakol^®, Levasil^®) in TiO₂-Nanosolen erfolgen. Besonders vorteilhaft sind Nanosole aus TiO₂/SiO₂-Mischoxiden, die 70–80 mol-% TiO₂ enthalten. Dieses Nanosol enthält Partikel bis zu einer Größe von ~250 nm. Das Nanosol wird durch Tauchen, Sprühen, Gießen oder andere gebräuchliche Beschichtungstechniken auf die Materialoberfläche aufgebracht.
(2) Trocknen und Tempern der Schicht oberhalb 400°C
Der aufgebrachte dünne Film wird zunächst luftgetrocknet, liegt im Ergebnis amorph vor und enthält noch organischen Restbestände. Darum schließt sich eine Wärmebehandlung an. Das Tempern bei Temperaturen über 400°C dient dem Zweck der Vernetzung und Teilkristallisierung des aufgetragenen Filmes sowie der Pyrolyse, d. h. der Entfernung organischer Reste.
(3) Ätzen der Schicht durch eine fluoridhaltige wässrige oder alkoholische Lösung
Nach Trocknung und Temperung auf Temperaturen über 400°C werden die Schichten mit einer fluoridhaltigen wässrigen oder alkoholischen Lösung geätzt. Dazu wird eine 0.1 bis 10%-ige wässrige Flusssäure oder eine 1–10% wässrige Lösung von NH₄F oder NH₄HF₂ (NH₄F × HF) verwendet. Dabei werden gleichzeitig einerseits chemisch gebundene organische oder anorganische fluorhaltige Komplexe dauerhaft in die oberflächennahen Schichtbereiche eingebracht und andererseits eine definierte Oberflächenrauigkeit und Oberflächenstruktur erzeugt. Die Dauer des Ätzvorganges wird auf Bauteilgröße und Ätzlösungsvolumen abgestimmt. Sie dient der bereichsweisen gezielten Funktionalisierung und Einstellung der Oberflächenstrukturierung in der Größenordnung von 200–2000 nm.
Die Schichtdicken der erfindungsgemäßen Sol-Gel-Schichten betragen im Durchschnitt 400 – 800 nm. Die geringe Schichtdicke ist eine Grundvoraussetzung für die Haftungseigenschaften und notwendige Elastizität der glasartigen Schichten. Die eingestellte Porosität ist notwendig, um den Strömungsvorgang an der Grenzfläche vom umströmenden Medium zum Beschichtungssystem gezielt zu beeinflussen und Eisanhaftungen zu verhindern. Bei diesem Ätzvorgang entstehen auf der Oberfläche komplizierte fluorhaltige Verbindungen. Hinweise darauf geben IR-spektroskopische Untersuchungen des geätzten und fertig gestellten Schichtsystems. Bei den fluorhaltigen Verbindungen handelt es sich um Verbindungen, in denen der Oxidsauerstoff teilweise durch Fluor ersetzt wurde, z. B. SiOF₂, TiOF₂ und deren Gemische bzw. Wasserstoff aus organischen Molekülketten partiell durch Fluor ersetzt wurde, z. B. CF₃.
Die Hydrophobizität der Beschichtung wurde anhand der Kontaktwinkelmessungen bewertet. Die Schichten zeigen mit einem Kontaktwinkel von 85°–90° hydrophobe Eigenschaften. Die so beschichteten Gegenstände erlauben im Falle des Überfrierens ein leichteres Abheben der Eisschicht.
Die erfindungsgemäßen Beschichtungen aus Grundsols und verankerten fluorhaltigen Schichtbestandteilen wirken gefrierverzögernd, da sie eine Reduzierung der Oberflächenspannung erreichen. Die gleichmäßig eingebrachte Oberflächenstrukturierung führt zu einer Beeinflussung der Strömungsbedingungen des angrenzenden umströmenden Mediums (Kühlwasser, Luftmassen). Dieser Mechanismus bewirkt die deutliche Gefrierpunktsenkung. Die Oberflächenstrukturierung verändert den Strömungswiderstand im oberflächennahen Bereich so, dass ein Abscheren der Eiskristallite einsetzen kann, die sich als heterogene Kristallisationskeime auf der beschichteten Oberfläche zu bilden beginnen.
Durch die Beschichtung mit dem erfindungsgemäßen Schichtsystem wird erreicht, dass nicht nur die vollständige Vereisung verzögert wird, sondern gefrierpunktsenkende Eigenschaften erzielt werden. Die erfindungsgemäßen Beschichtungen eignen sich für den Applikationsbereich Kühlsysteme und Wärmetauscher: für Rohrinnenauskleidungen in der Kühltechnik, für die Beschichtung von Eisbreigeneratoren in der Kühltechnik. Darüber hinaus ist ein Einsatz überall dort möglich, wo Strömung eines umgebenden Mediums auftritt. Auf der Basis der Erfindung wird es möglich, Verbesserungen in Bezug auf den witterungsbeeinflussten Betrieb von technischen Anlagen zu erreichen. Denkbar ist der Einsatz des beschriebenen Beschichtungssystems für die Beschichtung von witterungsbeeinflussten Rotorblättern. Die Beschichtung eignet sich gleichzeitig für Anwendungen mit antibakteriellem Anforderungen oder Easy-to-clean-Anforderungen. Vorteilhaft ist die Beschichtung von metallischen oder keramischen bzw. glasartigen Oberflächen.
Anhand beigefügter 1 wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. 1 zeigt eine geätzte Sol-Gelbeschichtung auf einem Substratmaterial.
Ein Teststück eines Aluminiumwerkstoffes, EN AW-A1 99,5, wird mittels mechanischer Politur für eine Sol-Gelbeschichtung vorbereitet und im Ultraschallbad gereinigt. Im Tauchverfahren wird ein Sol-Gelgemisch aus einer 4%-igen TEOT (Tetraethoxyorthotitanat/TEOS(Tetraethoxyorthosilikat)-Lösung im molaren Mischungsverhältnis 75%/25% bei Raumtemperatur beschichtet und bei Raumtemperatur getrocknet. Die Beschichtung wird bei 500°C getempert. Im Ergebnis dieser Wärmebehandlung bilden sich ursprünglich amorphe Bereiche des aufgebrachten Soles in teils kristalline Bereiche um. Gleichzeitig steigt der Grad der Vernetzung der aufgebrachten Sol-Gel-Schicht, d. h. es steigt die Anzahl der gebildeten Silanolbindungen O-Si-O unter weiterer Abspaltung von OH-Gruppen. Das beschichtete Teststück wird in 10%-iger Flusssäure 5 min unter Schwenken geätzt. Anschließend wird der Ätzprozess unter fließenden Wasser gestoppt und das Teststück für 20 min unter fließendem Wasser gespült.
Getestet wurden die Teststücke in einer Vereisungsanlage, mit deren Hilfe Eiskristallisation in strömenden Wasser oder strömender Luft realisiert werden kann. Die Experimente können visuell, mittels Mikroskop und mittels Filmaufzeichnung verfolgt werden. Kern dieses Messaufbaus ist eine kompakte Vereisungsanlage, die die Untersuchung von Eisbildungsbedingungen in wasserführenden Anlagen in sehr detaillierter Form ermöglicht. Das Eis wird in dieser Kammer auf den beschichteten Stirnflächen von Aluminiumkörpern gebildet (10 × 40 mm), die senkrecht zum Strömungskanal angebracht wurden. Die Probentemperatur wird einerseits durch die Temperatur des Kühlmittels des Kreislaufsystems eingestellt und kann darüber hinaus durch ein separates, Computer gesteuertes Kühlsystem über Peltierelemente eingestellt werden.
Getestet wurden die Proben unter zwei Gesichtspunkten. Einmal wird mit Hilfe eines dynamischen Strömungstests (Medium: destilliertes Wasser, Strömungsgeschwindigkeit ≤ 1,5 m/s) die Temperatur des beschichteten Werkstückes gesenkt (Kühlrate 1 K/min) gesenkt und es wird die Temperatur ermittelt, bei der die Probe vereist. Das heißt, es wird der Moment erfasst, in dem sich in der Flüssigkeit bzw. bevorzugt an den Grenzflächen von Probe zu umströmenden Medium erste stabile Kristallkeime bilden können. Zwecks Vergleichbarkeit wurden alle Versuche mit der gleichen Kühlrate durchgeführt. Mit den erfindungsgemäß beschichteten und geätzten Proben werden Unterkühlungsraten von bis zu 5 Kelvin im Vergleich zu unbeschichteten Teststücken erreicht.
Zum Anderen wurden Dauerversuche unter konstanter Unterkühlungstemperatur durchgeführt. Da die Eisbildungstemperatur stets auch von der Unterkühlungsgeschwindigkeit/Kühlrate abhängen wird, liefern diese Dauerversuche unter konstanter Kühlung weitere wichtige Informationen. Diese Tests wiederum wurden durchgeführt, indem die Proben bei konstant gehaltener Temperatur beobachtet wurden und die Zeit bis zum Versagen durch Überfrieren gemessen wurde. Als Referenzprobe wurde wiederum eine unbeschichtete Aluminiumprobe eingesetzt. Das beschriebene Beschichtungssystem erlaubt, verglichen mit dem unbeschichteten Substratmaterial, der Aluminiumlegierung, eine beständige Unterkühlung von 2 Kelvin.

Claims

Beschichtung mit eisabweisenden und gefrierpunktsenkenden Eigenschaften, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung aus geätztem nanopartikulärem SiO₂, R-SiO_3/2, mit R = Alkylrest oder Fluoralkylrest mit 1–18 Kohlenstoffatomen, Al₂O₃und/oder TiO₂ besteht, in deren Oberfläche Fluorverbindungen eingebunden sind.
Beschichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung eine Schichtdicke von 400–800 nm, bevorzugt 450–600 nm, eine Rauheit von 300–450 nm und eine flächige Strukturierung der Oberfläche von einer Größenordnung von 200–2000 nm aufweist.
Beschichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung TiO₂/SiO₂-Mischoxide mit 70–80 mol-% TiO₂ enthält.
Verfahren zur Herstellung einer Beschichtung mit eisabweisenden und gefrierpunktsenkenden Eigenschaften gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Schritte: a. Beschichtung einer Materialoberfläche durch Tauchen, Sprühen oder Gießen mit einem nanopartikulären, SiO₂, R-SiO_3/2 mit R = Alkylrest oder Fluoralkylrest mit 1–18 Kohlenstoffatomen, Al₂O₃ und/oder TiO₂ enthaltenden Oxidsol, b. Trocknen und Tempern der Schicht oberhalb 400°C c. Ätzen der Schicht durch eine fluoridhaltige wässrige oder alkoholische Lösung.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ätzung der Schichtoberfläche 0,1 bis 10% wässrige Flusssäure verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ätzung der Schichtoberfläche eine 1–10% wässrige Lösung von NH₄F oder NH₄HF₂ (NH₄F × HF) verwendet wird.
Verwendung von Beschichtungen mit eisabweisenden und gefrierpunktsenkenden Eigenschaften nach den Ansprüchen 1–6 für Kühlsysteme und Wärmetauscher, für Rohrinnenauskleidungen in der Kühltechnik, für die Beschichtung von Eisbreigeneratoren in der Kühltechnik und für die Beschichtung von witterungsbeeinflussten Rotorrädern.