DE102023001507A1

DE102023001507A1 - Method and device for reactivating a conversion layer

Info

Publication number: DE102023001507A1
Application number: DE102023001507.5A
Authority: DE
Inventors: Tobias Lux; Juergen Mautz
Original assignee: Mercedes Benz Group AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2023-04-17
Filing date: 2023-04-17
Publication date: 2024-04-04

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reaktivieren eines mit einer zirkonbasierten Konversionsschicht mit einem oder mehreren Silanen vorbehandelten Bauteils (20), insbesondere eines Karosseriebauteils, wobei die Konversionsschicht des Bauteils (20) vor einer nachfolgenden Beschichtung elektrochemisch reaktiviert wird.
Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung (100) zum Reaktivieren eines mit einer zirkonbasierten Konversionsschicht mit einem oder mehreren Silanen vorbehandelten Bauteils (20), insbesondere eines Karosseriebauteils, mit einem solchen Verfahren.

The invention relates to a method for reactivating a component (20) pretreated with a zirconium-based conversion layer with one or more silanes, in particular a body component, wherein the conversion layer of the component (20) is electrochemically reactivated before a subsequent coating.
The invention further relates to a device (100) for reactivating a component (20), in particular a body component, pretreated with a zirconium-based conversion layer with one or more silanes, using such a method.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reaktivieren eines mit einer zirkonbasierten Konversionsschicht mit einem oder mehreren Silanen vorbehandelten Bauteils, insbesondere eines Karosseriebauteils sowie eine Vorrichtung zum Reaktivieren eines mit einer zirkonbasierten Konversionsschicht mit einem oder mehreren Silanen vorbehandelten Bauteils, insbesondere eines Karosseriebauteils, mit einem solchen Verfahren.The invention relates to a method for reactivating a component pretreated with a zirconium-based conversion layer with one or more silanes, in particular a body component, and to a device for reactivating a component pretreated with a zirconium-based conversion layer with one or more silanes, in particular a body component, using such a method.

Im Karosseriebau für Fahrzeuge müssen die Karosseriebleche gegen Korrosion und Bewitterung geschützt werden.In vehicle body construction, the body panels must be protected against corrosion and weathering.

Aus dem Stand der Technik ist der Verfahrensablauf für die Vorbehandlung vor einer Kathodischen Tauchlackierung (KTL) von Bauteilen, insbesondere Karosseriebauteilen, bekannt.The process sequence for pretreatment prior to cathodic dip painting (CDP) of components, in particular body components, is known from the state of the art.

Die DE 102015010112 A1 betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines korrosionsgeschützten Karosseriebauteils, wobei aus einem Halbzeug durch ein Umformverfahren ein Bauteilrohling geformt wird, welcher vor und/oder nach dem Umformen mit einer vor Korrosion schützenden Zinkschicht überzogen wird. Für den Transport wird das Bauteil mit einem Korrosionsschutzöl behandelt, welches nach dem Transport wieder entfernt wird. Anschließend wird dann das Bauteil mittels kathodischer Tauchlackierung mit einer zusätzlichen Korrosionsschutzschicht überzogen.The EN 102015010112 A1 relates to a method for producing a corrosion-protected body component, whereby a component blank is formed from a semi-finished product using a forming process, which is coated with a zinc layer that protects against corrosion before and/or after forming. For transport, the component is treated with an anti-corrosive oil, which is removed again after transport. The component is then coated with an additional anti-corrosive layer using cathodic dip painting.

Nachteilig ist, dass diese Zink-Phosphatierung nicht besonders umweltfreundlich ist.The disadvantage is that this zinc phosphating is not particularly environmentally friendly.

Deswegen wird beispielsweise das Verfahren mit Dünnschichtvorbehandlung angewendet.For this reason, for example, the thin-film pretreatment process is used.

Die DE 102016005656 A1 betrifft eine wässrige Behandlungslösung zur Erzeugung von Konversionsschichten, auf metallischen Oberflächen, insbesondere auf Zink- oder Zinklegierungsoberflächen, wobei die Lösung enthält: - Cr(III)-Ionen in einer Menge von 0,1 g/l bis 8,0 g/l - Zirkon- und/oder Titanionen, in einer Menge von 0,1 g/l bis 15 g/l - Organosilan-modifizierte Siliziumoxidnanopartikel in einer Menge zwischen 0,1 g/l bis 50 g/l - Fluorid in einer Menge von 0,1 g/l bis 10 g/l. Mit der Behandlungslösung können metallische Werkstoffe mit einem hohen Korrosionsschutz versehen und gleichzeitig die dekorativen und funktionellen Eigenschaften der Oberflächen erhalten oder verbessert werden. Zusätzlich ist es möglich, die bekannten Probleme beim Einsatz von Schwermetallionen, insbesondere von Kobalt- und Chrom(VI)-lonen, zu vermeiden.The DE 102016005656 A1 relates to an aqueous treatment solution for producing conversion layers on metallic surfaces, in particular on zinc or zinc alloy surfaces, the solution containing: - Cr(III) ions in an amount of 0.1 g/l to 8.0 g/l - Zirconium and/or titanium ions, in an amount of 0.1 g/l to 15 g/l - Organosilane-modified silicon oxide nanoparticles in an amount between 0.1 g/l to 50 g/l - Fluoride in an amount of 0, 1g/l to 10g/l. The treatment solution can be used to provide metallic materials with a high level of corrosion protection while maintaining or improving the decorative and functional properties of the surfaces. In addition, it is possible to avoid the known problems when using heavy metal ions, especially cobalt and chromium (VI) ions.

Nachteilig ergibt sich bei zirkonbasierten Konversionsschichten das Problem der ganz oder teilweisen Antrocknung während des Prozesses. Durch die Antrocknung wird die Metalloberfläche hydrophob, was zu Unregelmäßigkeiten der KTL-Schichtdicke der späteren Oberfläche führen kann.A disadvantage of zirconium-based conversion layers is the problem of complete or partial drying during the process. This drying makes the metal surface hydrophobic, which can lead to irregularities in the thickness of the KTL layer on the subsequent surface.

Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Reaktivieren eines mit einer zirkonbasierten Konversionsschicht mit einem oder mehreren Silanen vorbehandelten Bauteils, insbesondere eines Karosseriebauteils, anzugeben, mit welchem die Oberflächenqualität nach der KTL-Beschichtung erhöht werden kann.An object of the invention is to provide a method for reactivating a component pretreated with a zirconium-based conversion layer with one or more silanes, in particular a body component, with which the surface quality after the cathodic dip coating can be increased.

Eine weitere Aufgabe ist es, eine Vorrichtung zum Reaktivieren eines mit einer zirkonbasierten Konversionsschicht mit einem oder mehreren Silanen vorbehandelten Bauteils, insbesondere eines Karosseriebauteils, mit einem solchen Verfahren zu schaffen, mit welchem die Oberflächenqualität nach der KTL-Beschichtung erhöht werden kann.A further object is to create a device for reactivating a component, in particular a car body component, pretreated with a zirconium-based conversion layer with one or more silanes, using such a method with which the surface quality can be increased after the KTL coating.

Die vorgenannten Aufgaben werden mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst.The above objects are solved with the features of the independent claims.

Günstige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.Favorable refinements and advantages of the invention result from the further claims, the description and the drawing.

Nach einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Reaktivieren eines mit einer zirkonbasierten Konversionsschicht mit einem oder mehreren Silanen vorbehandelten Bauteils, insbesondere eines Karosseriebauteils, vorgeschlagen, wobei die Konversionsschicht des Bauteils vor einer nachfolgenden Beschichtung elektrochemisch reaktiviert wird.According to one aspect of the invention, a method for reactivating a component, in particular a car body component, pretreated with a zirconium-based conversion layer with one or more silanes is proposed, wherein the conversion layer of the component is electrochemically reactivated before a subsequent coating.

Bauteile, insbesondere Karosseriebauteile, werden üblicherweise vor einem Lackierprozess, beispielsweise durch Kathodische Tauchlackierung (KTL), einer Vorbehandlung unterzogen, um die Oberfläche vor Korrosion zu schützen und um die Haftung des anschließend aufgetragenen Lacks zu verbessern.Components, especially body components, are usually subjected to a pretreatment before a painting process, for example by cathodic dip painting (CDP), in order to protect the surface against corrosion and to improve the adhesion of the subsequently applied paint.

Aus Gründen der Umweltverträglichkeit kann dabei ein sogenannter Oxsilan-Prozess eingesetzt werden. Den Grundstoff der Oxsilan®-Technologie bilden, neben Hexafluorozirkonsäure, Silane, die sich durch Hydrolyse zu Polysiloxanen verbinden. Im Beschichtungsprozess reagieren die Silanolgruppen z.B. mit den Metallhydroxiden auf der Metalloberfläche und werden dort chemisch gebunden. Durch Wärmebehandlung oder eine nachfolgende Kathodische Tauchlackierung (KTL) vernetzen die Polysiloxane. Schichtdicken von nur etwa 100 nm reichen bereits aus, um den gleichen Korrosionsschutz zu erzielen wie mit den rund zehn Mal stärkeren Zinkphosphatschichten. Das reduziert den Materialeinsatz, verkürzt die Vorbehandlungszeiten und erhöht die Produktivität.For reasons of environmental compatibility, a so-called Oxsilane process can be used. In addition to hexafluorozirconic acid, the basic material of Oxsilan® technology is silanes, which combine to form polysiloxanes through hydrolysis. In the coating process, the silanol groups react, for example, with the metal hydroxides on the metal surface and are chemically bound there. The polysiloxanes crosslink through heat treatment or subsequent cathodic dip painting (KTL). Layer thicknesses of only around 100 nm are sufficient to achieve the same corrosion protection as zinc phosphate layers, which are around ten times thicker. This reduces the mate rial use, shortens pre-treatment times and increases productivity.

Die Konversionsschicht wird im Tauchbad aufgebracht. Als Konversionsbad kann dabei Hexafluorozirkonsäure mit einem organischem Additiv Silanol verwendet werden, welches dann zirkonbasierte Konversionsschichten ergibt.The conversion layer is applied in an immersion bath. Hexafluorozirconic acid with an organic additive silanol can be used as the conversion bath, which then produces zirconium-based conversion layers.

Die organischen Polymeradditive haben dabei die Ziele, die Haftung der nachfolgenden organischen Beschichtung auf dem vorbehandelten Untergrund zu verbessern und die Homogenität der Beschichtung zu verbessern.The aim of the organic polymer additives is to improve the adhesion of the subsequent organic coating to the pretreated substrate and to improve the homogeneity of the coating.

Oxsilan ist ein Prozess der Firma Chemetall GmbH, Frankfurt am Main.Oxsilan is a process of Chemetall GmbH, Frankfurt am Main.

Wird das Bauteil nach der Vorbehandlung nicht gleich anschließend in einer KTL-Anlage weiterverarbeitet, kann es jedoch zu Alterungseffekten der Konversionsschicht kommen, welche zu einer Änderung der abgeschiedenen KTL-Schichtdicke führen.However, if the component is not immediately processed in a cathodic dip coating system after pretreatment, aging effects of the conversion layer may occur, which lead to a change in the deposited cathodic dip coating thickness.

Vorteilhaft kann die Konversionsschicht des Bauteils vor einer nachfolgenden Beschichtung elektrochemisch reaktiviert werden.Advantageously, the conversion layer of the component can be electrochemically reactivated before a subsequent coating.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann das Verfahren, ausgeführt mit einer Vorrichtung mit einem Behälter, in welchem eine wässrige Elektrolytlösung angeordnet ist, wobei in dem Behälter wenigstens eine erste Elektrode als Anode und wenigstens eine zweite Elektrode als Kathode in die Elektrolytlösung eingetaucht angeordnet sind, wobei die Anode mit einem positiven Pol einer elektrischen Spannungsquelle und die Kathode mit einem negativen Pol der elektrischen Spannungsquelle elektrisch verbunden sind, wobei das Bauteil in dem Behälter in die Elektrolytlösung eingetaucht angeordnet ist und mit der Anode oder der Kathode elektrisch verbunden ist, wenigstens die Schritte umfassen: Anordnen des Bauteils in dem Behälter mit der wässrigen Elektrolytlösung; Anordnen wenigstens der ersten Elektrode als Anode und wenigstens der zweiten Elektrode als Kathode in dem Behälter in der Elektrolytlösung; Herstellen einer elektrischen Verbindung des Bauteils mit der Anode oder der Kathode; Anlegen einer Spannung der elektrischen Spannungsquelle an die Anode und die Kathode; Durchführen einer elektrolytischen Behandlung des Bauteils für eine vorgegebene Zeitdauer.According to an advantageous embodiment, the method can be carried out using a device with a container in which an aqueous electrolyte solution is arranged, wherein in the container at least one first electrode as an anode and at least one second electrode as a cathode are arranged immersed in the electrolyte solution, the Anode is electrically connected to a positive pole of an electrical voltage source and the cathode is electrically connected to a negative pole of the electrical voltage source, the component being arranged in the container immersed in the electrolyte solution and being electrically connected to the anode or the cathode, comprising at least the steps: placing the component in the container with the aqueous electrolyte solution; placing at least the first electrode as an anode and at least the second electrode as a cathode in the container in the electrolyte solution; Establishing an electrical connection of the component to the anode or the cathode; applying a voltage from the electrical voltage source to the anode and the cathode; Carrying out an electrolytic treatment of the component for a predetermined period of time.

Die Reaktivierung der gealterten Oxsilan-Oberfläche beruht auf einer katalytischen Reaktion der in einer Elektrolyse gebildeten Ionen mit der Konversionsschicht.The reactivation of the aged Oxsilane surface is based on a catalytic reaction of the ions formed in electrolysis with the conversion layer.

Die elektrolytische Behandlung von gealterten, Oxsilan-vorbehandelten Oberflächen führt innerhalb weniger Sekunden zu einem Wiederanstieg der polaren Oberflächenenergie. Dadurch werden bei der nachfolgenden KTL-Beschichtung Ergebnisse erzielt, die auf den üblichen Produktionsprozess, ohne Trocknung der Oberflächen, übertragbar sind. Bei der Verwendung von gealterten Testblechen können beispielsweise KTL-Schichtdicken erreicht werden, die gegenüber ungealterten Oberflächen ca. 15 % niedriger ausfallen. Durch die elektrolytische Behandlung von gealterten Oberflächen können dahingegen wieder Schichtdicken erhalten werden, die der ungealterten Vorbehandlung entsprechen.The electrolytic treatment of aged, Oxsilan-pretreated surfaces leads to a renewed increase in the polar surface energy within a few seconds. This means that the subsequent cathodic dip coating produces results that can be transferred to the usual production process without drying the surfaces. When using aged test panels, for example, cathodic dip coating thicknesses can be achieved that are around 15% lower than those of unaged surfaces. By electrolytically treating aged surfaces, however, layer thicknesses can be achieved that correspond to the unaged pretreatment.

Vorteilhaft können mit Oxsilan vorbehandelte Testbleche oder Karosserien, deren Oberfläche vollständig oder teilweise durch Trocknung unpolarer geworden ist, und die dadurch bei der nachfolgenden KTL-Beschichtung ein anderes Verhalten aufweisen, durch das oben beschriebene Verfahren in kurzer Zeit wieder auf den vorhergehenden Oberflächenzustand zurückgeführt werden. Karosserien können dadurch wieder mit den bekannten KTL-Beschichtungsparametern beschichtet werden bzw. können ohne Nacharbeit weiterbearbeitet werden. Im Labor ermittelte Ergebnisse spiegeln die realen Prozessbedingungen wieder und lassen sich auf die Serienfertigung übertragen. Dadurch können sie als Basis für die Entwicklung der Spannungsprogramme bzw. der Simulation verwendet werden.Test panels or car bodies pretreated with Oxsilan, whose surface has become completely or partially less polar due to drying and which therefore exhibit a different behavior during the subsequent cathodic dip coating, can advantageously be returned to the previous surface condition in a short time using the method described above. This means that car bodies can be coated again with the known KTL coating parameters or can be further processed without rework. Results determined in the laboratory reflect the real process conditions and can be transferred to series production. This means they can be used as a basis for developing voltage programs or simulation.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann das Bauteil als Anode oder Kathode angeordnet werden. Abhängig von der verwendeten Elektrolytlösung können unterschiedliche Polaritäten günstige Ergebnisse erzielen.According to an advantageous embodiment of the method, the component can be arranged as an anode or cathode. Depending on the electrolyte solution used, different polarities can produce favorable results.

Vorteilhaft kann beispielsweise die Spannung der elektrischen Spannungsquelle wenigstens abhängig von einer Leitfähigkeit und/oder einer Zusammensetzung der Elektrolytlösung gewählt werden.Advantageously, for example, the voltage of the electrical voltage source can be selected at least depending on a conductivity and/or a composition of the electrolyte solution.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann die Spannung der elektrischen Spannungsquelle wenigstens abhängig von einem Werkstoff einer Oberfläche des Bauteils und/oder einer Oberflächenbeschaffenheit des Bauteils gewählt werden. Auf diese Weise kann das erreichte Ergebnis an Oberflächenparametern weiter optimiert und zeitlich günstig gestaltet werden.According to an advantageous embodiment of the method, the voltage of the electrical voltage source can be selected at least as a function of a material of a surface of the component and/or a surface quality of the component. In this way, the achieved result of surface parameters can be further optimized and designed in a time-efficient manner.

Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zum Reaktivieren eines mit einer zirkonbasierten Konversionsschicht mit einem oder mehreren Silanen vorbehandelten Bauteils, insbesondere eines Karosseriebauteils, mit einem Verfahren vorgeschlagen, mit einem Behälter, in welchem eine wässrige Elektrolytlösung angeordnet ist, wobei in dem Behälter wenigstens eine erste Elektrode als Anode und wenigstens eine zweite Elektrode als Kathode in die Elektrolytlösung eingetaucht angeordnet sind, wobei die Anode mit einem positiven Pol einer elektrischen Spannungsquelle und die Kathode mit einem negativen Pol der elektrischen Spannungsquelle elektrisch verbunden sind. Dabei ist das Bauteil in dem Behälter in die Elektrolytlösung eingetaucht angeordnet und mit der Anode oder der Kathode elektrisch verbunden.According to a further aspect of the invention, a device for reactivating a component pretreated with a zirconium-based conversion layer with one or more silanes, in particular a body component, is proposed with a method comprising a container in which an aqueous electrolyte solution is arranged, wherein at least one first electrode as anode and at least one second electrode as cathode are arranged in the container immersed in the electrolyte solution, wherein the anode is electrically connected to a positive pole of an electrical voltage source and the cathode is electrically connected to a negative pole of the electrical voltage source. The component is arranged in the container immersed in the electrolyte solution and is electrically connected to the anode or the cathode.

Die elektrolytische Behandlung von gealterten, Oxsilan-vorbehandelten Oberflächen führt innerhalb weniger Sekunden zu einem Wiederanstieg der polaren Oberflächenenergie. Dadurch werden bei der nachfolgenden KTL-Beschichtung Ergebnisse erzielt, die auf den üblichen Produktionsprozess, ohne Trocknung der Oberflächen, übertragbar sind. Bei der Verwendung von gealterten Testblechen können beispielsweise KTL-Schichtdicken erreicht werden, die gegenüber ungealterten Oberflächen ca. 15 % niedriger ausfallen. The electrolytic treatment of aged, Oxsilane-pretreated surfaces leads to a renewed increase in the polar surface energy within a few seconds. This results in results from the subsequent KTL coating that can be transferred to the usual production process without drying the surfaces. When using aged test sheets, for example, KTL layer thicknesses can be achieved that are approximately 15% lower than unaged surfaces.

Durch die elektrolytische Behandlung von gealterten Oberflächen können dahingegen wieder Schichtdicken erhalten werden, die der ungealterten Vorbehandlung entsprechen.By electrolytic treatment of aged surfaces, however, layer thicknesses can be obtained that correspond to the unaged pretreatment.

Vorteilhaft können mit Oxsilan vorbehandelte Testbleche oder Karosserien, deren Oberfläche durch vollständige oder teilweise Trocknung unpolarer geworden ist, und die dadurch bei der nachfolgenden KTL-Beschichtung ein anderes Verhalten aufweisen, durch das oben beschriebene Verfahren in kurzer Zeit wieder auf den vorhergehenden Oberflächenzustand zurückgeführt werden. Karosserien können dadurch wieder mit den bekannten KTL-Beschichtungsparametern beschichtet werden bzw. können ohne Nacharbeit weiterbearbeitet werden. Im Labor ermittelte Ergebnisse spiegeln die realen Prozessbedingungen wieder und lassen sich auf die Serienfertigung übertragen. Dadurch können sie als Basis für die Entwicklung der Spannungsprogramme bzw. der Simulation verwendet werden.Test panels or car bodies pre-treated with Oxsilan, whose surface has become less polar due to complete or partial drying and which therefore exhibit a different behavior during the subsequent KTL coating, can advantageously be returned to the previous surface condition in a short time using the process described above. This means that car bodies can be coated again with the known KTL coating parameters or can be further processed without rework. Results determined in the laboratory reflect the real process conditions and can be transferred to series production. This means they can be used as a basis for developing voltage programs or simulation.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung kann die Anode oder die Kathode das Bauteil bilden. Abhängig von der verwendeten Elektrolytlösung können unterschiedliche Polaritäten günstige Ergebnisse erzielenAccording to an advantageous embodiment of the device, the anode or the cathode can form the component. Depending on the electrolyte solution used, different polarities can produce favorable results

Vorteilhaft kann eine Spannung der elektrischen Spannungsquelle wenigstens abhängig von einer Leitfähigkeit und/oder einer Zusammensetzung der Elektrolytlösung einstellbar sein.Advantageously, a voltage of the electrical voltage source can be adjustable at least depending on a conductivity and/or a composition of the electrolyte solution.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung kann eine Spannung der elektrischen Spannungsquelle wenigstens abhängig von einem Werkstoff einer Oberfläche des Bauteils und/oder einer Oberflächenbeschaffenheit des Bauteils einstellbar sein. Auf diese Weise kann das erreichte Ergebnis an Oberflächenparametern weiter optimiert und zeitlich günstig gestaltet werden.According to an advantageous embodiment of the device, a voltage of the electrical voltage source can be adjustable at least depending on a material of a surface of the component and/or a surface condition of the component. In this way, the achieved result of surface parameters can be further optimized and designed in a time-efficient manner.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.Further advantages result from the following drawing description. An exemplary embodiment of the invention is shown in the drawings. The drawings, description and claims contain numerous features in combination. The person skilled in the art will also expediently consider the features individually and combine them into further sensible combinations.

Dabei zeigen:

1 eine Vorrichtung zum Reaktivieren eines mit einer zirkonbasierten Konversionsschicht mit einem oder mehreren Silanen vorbehandelten Bauteils, insbesondere eines Karosseriebauteils, mit einem Verfahren nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
2 einen Verfahrensablauf einer Behandlung eines Bauteils, insbesondere eines Karosseriebauteils, mit einer Konversionsschichtvorbehandlung und einer Reaktivierung der Konversionsschicht nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Show:

1 a device for reactivating a component, in particular a car body component, pretreated with a zirconium-based conversion layer with one or more silanes, using a method according to an exemplary embodiment of the invention; and
2 a process sequence of a treatment of a component, in particular a body component, with a conversion layer pretreatment and a reactivation of the conversion layer according to an embodiment of the invention.

In den Figuren sind gleiche oder gleichartige Komponenten mit gleichen Bezugszeichen beziffert. Die Figuren zeigen lediglich Beispiele und sind nicht beschränkend zu verstehen.In the figures, identical or similar components are numbered with the same reference numerals. The figures only show examples and are not to be understood as limiting.

1 zeigt eine Vorrichtung 100 zum Reaktivieren eines mit einer zirkonbasierten Konversionsschicht mit einem oder mehreren Silanen vorbehandelten Bauteils 20, insbesondere eines Karosseriebauteils, mit einem Verfahren nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. 1 shows a device 100 for reactivating a component 20, in particular a body component, pretreated with a zirconium-based conversion layer with one or more silanes, using a method according to an exemplary embodiment of the invention.

Die Vorrichtung 100 in 1 ist in Form einer Laboranlage rein schematisch dargestellt und entspricht in der Darstellung keiner Serienanlage einer Karosseriebeschichtung.The device 100 in 1 is shown purely schematically in the form of a laboratory system and does not correspond to any series system for body coating.

Die Vorrichtung 100 umfasst einen Behälter 10, in welchem eine wässrige Elektrolytlösung 12 angeordnet ist. In dem Behälter 10 sind wenigstens eine erste Elektrode als Anode 14 und wenigstens eine zweite Elektrode als Kathode 16 in die Elektrolytlösung 12 eingetaucht angeordnet. Die Anode 14 ist mit einem positiven Pol 15 einer elektrischen Spannungsquelle 18 und die Kathode 16 mit einem negativen Pol 17 der elektrischen Spannungsquelle 18 elektrisch verbunden. Dabei ist das Bauteil 20 in dem Behälter 10 in die Elektrolytlösung 12 eingetaucht angeordnet und mit der Anode 14 elektrisch verbunden.The device 100 comprises a container 10 in which an aqueous electrolyte solution 12 is arranged. In the container 10, at least a first electrode as an anode 14 and at least one second electrode as a cathode 16 are arranged immersed in the electrolyte solution 12. The anode 14 is electrically connected to a positive pole 15 of an electrical voltage source 18 and the cathode 16 to a negative pole 17 of the electrical voltage source 18. The component is 20 in The container 10 is immersed in the electrolyte solution 12 and electrically connected to the anode 14.

Die Spannung der elektrischen Spannungsquelle 18 kann dabei wenigstens abhängig von einer Leitfähigkeit und/oder einer Zusammensetzung der Elektrolytlösung 12 eingestellt werden.The voltage of the electrical voltage source 18 can be adjusted at least depending on a conductivity and/or a composition of the electrolyte solution 12.

Weiter kann die Spannung der elektrischen Spannungsquelle 18 wenigstens abhängig von einem Werkstoff einer Oberfläche des Bauteils 20 und/oder einer Oberflächenbeschaffenheit des Bauteils 20 eingestellt werden.Furthermore, the voltage of the electrical voltage source 18 can be adjusted at least depending on a material of a surface of the component 20 and/or a surface quality of the component 20.

Gemäß dem vorgeschlagenen Verfahren wird zum Reaktivieren des mit einer zirkonbasierten Konversionsschicht mit einem oder mehreren Silanen vorbehandelten Bauteils 20 die Konversionsschicht des Bauteils 20 vor einer nachfolgenden Beschichtung mit der Vorrichtung 100 elektrochemisch reaktiviert.According to the proposed method, in order to reactivate the component 20 pretreated with a zirconium-based conversion layer with one or more silanes, the conversion layer of the component 20 is electrochemically reactivated before a subsequent coating with the device 100.

Zunächst wird das Bauteil 20 in dem Behälter 10 mit der wässrigen Elektrolytlösung 12 angeordnet. Anschließend werden wenigstens eine erste Elektrode als Anode 14 und wenigstens eine zweite Elektrode als Kathode 16 in dem Behälter 10 in der Elektrolytlösung 12 angeordnet.First, the component 20 is arranged in the container 10 with the aqueous electrolyte solution 12. Then, at least one first electrode as anode 14 and at least one second electrode as cathode 16 are arranged in the container 10 in the electrolyte solution 12.

Danach wird eine elektrische Verbindung des Bauteils 20 mit der Anode 14 oder der Kathode 16 hergestellt. In dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Bauteil 20 mit der Anode 14 und damit mit dem positiven Pol 15 der Spannungsversorgung 18 verbunden und die Gegenelektrode als Kathode 16 des Stromkreises mit dem negativen Pol 17.An electrical connection is then made between the component 20 and the anode 14 or the cathode 16. In the 2 In the embodiment shown, the component 20 is connected to the anode 14 and thus to the positive pole 15 of the voltage supply 18 and the counter electrode as the cathode 16 of the circuit is connected to the negative pole 17.

Anschließend wird eine Spannung der elektrischen Spannungsquelle 18 an die Anode 14 und die Kathode 16 angelegt, indem die Spannungsquelle 18 eingeschaltet wird.A voltage from the electrical voltage source 18 is then applied to the anode 14 and the cathode 16 by switching on the voltage source 18.

Die elektrochemische Reaktivierung der Konversionsschicht mit der elektrolytischen Behandlung des Bauteils 20 beginnt und wird für eine vorgegebene Zeitdauer durchgeführt.The electrochemical reactivation of the conversion layer with the electrolytic treatment of the component 20 begins and is carried out for a predetermined period of time.

Die Spannung der elektrischen Spannungsquelle 18 kann dabei vorteilhaft wenigstens abhängig von einer Leitfähigkeit und/oder einer Zusammensetzung der Elektrolytlösung 12 gewählt werden.The voltage of the electrical voltage source 18 can advantageously be selected at least depending on a conductivity and/or a composition of the electrolyte solution 12.

Weiter kann die Spannung der elektrischen Spannungsquelle 18 für die elektrochemische Reaktivierung wenigstens abhängig von einem Werkstoff einer Oberfläche des Bauteils 20 und/oder einer Oberflächenbeschaffenheit des Bauteils 20 gewählt werden.Furthermore, the voltage of the electrical voltage source 18 for the electrochemical reactivation can be selected at least depending on a material of a surface of the component 20 and/or a surface condition of the component 20.

Bei der elektrolytischen Behandlung bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel wird das Bauteil 20 mit dem positiven Pol 15 der Spannungsquelle 18 über die Anode 14 verbunden und befindet sich in dem elektrisch leitfähigen, wässrigen Elektrolyt 12. Dieser Elektrolyt 12 kann basisch, sauer oder neutral sein. Das Bauteil 20 stellt die Anode 14 dar. Der negative Pol 17 der Spannungsquelle 18 ist mit der Kathode 16 verbunden, die sich ebenfalls in dem Elektrolyt 12 befindet. Sobald die Spannung einen Mindestwert überschreitet, wird Wasser der Elektrolytlösung 12 elektrolytisch aufgespalten, und an der Kathode 16 bilden sich gasförmiger Wasserstoff sowie Hydroxidionen. An der Anode 14 bilden sich gasförmiger Sauerstoff und Oxoniumionen (protonisiertes Wasser H₃O⁺).During the electrolytic treatment in the in 2 In the illustrated embodiment, the component 20 is connected to the positive pole 15 of the voltage source 18 via the anode 14 and is located in the electrically conductive, aqueous electrolyte 12. This electrolyte 12 can be basic, acidic or neutral. The component 20 represents the anode 14. The negative pole 17 of the voltage source 18 is connected to the cathode 16, which is also located in the electrolyte 12. As soon as the voltage exceeds a minimum value, water in the electrolyte solution 12 is electrolytically split and gaseous hydrogen and hydroxide ions form on the cathode 16. Gaseous oxygen and oxonium ions (protonized water H ₃ O ⁺ ) form at the anode 14.

Maßgebliche Parameter des elektrolytischen Behandlungsprozesses sind die Stromdichte und die Zeitdauer der Behandlung. Die Leitfähigkeit des Elektrolyten 12 beeinflusst maßgeblich die erforderliche Spannung, die daneben aber auch von den Werkstoffen und Oberflächenbedingungen der Elektroden 14, 16 abhängt. Die Zusammensetzung des Elektrolyten 12 kann ebenfalls einen Einfluss auf das Behandlungsergebnis haben.The main parameters of the electrolytic treatment process are the current density and the duration of the treatment. The conductivity of the electrolyte 12 significantly influences the required voltage, which also depends on the materials and surface conditions of the electrodes 14, 16. The composition of the electrolyte 12 can also have an influence on the treatment result.

2 zeigt einen Verfahrensablauf einer Behandlung eines Bauteils 20, insbesondere eines Karosseriebauteils, mit einer Konversionsschichtvorbehandlung 200 und einer Reaktivierung der Konversionsschicht nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. 2 shows a process sequence of a treatment of a component 20, in particular a body component, with a conversion layer pretreatment 200 and a reactivation of the conversion layer according to an exemplary embodiment of the invention.

Das Bauteil 20 wird dabei in einer Vorbehandlungsanlage 500 für eine folgende Kathodische Tauchlackierung als Korrosionsschutz und zur Steigerung des Haftvermögens des anschließend aufgetragenen Lacks vorbehandelt.The component 20 is pretreated in a pretreatment system 500 for subsequent cathodic dip painting as corrosion protection and to increase the adhesion of the subsequently applied paint.

Zunächst durchläuft das Bauteil 20 verschiedene Vorrichtungen 30 zum Entfetten, bevor das Bauteil 20 in weiteren Vorrichtungen 40 gespült wird.First, the component 20 passes through various devices 30 for degreasing before the component 20 is rinsed in further devices 40.

In der Vorrichtung 200 zur Konversionsschichtvorbehandlung wird das Bauteil einem zirkonbasierten Vorbehandlungsprozess mit einem oder mehreren Silanen unterzogen.In the device 200 for conversion layer pretreatment, the component is subjected to a zirconium-based pretreatment process with one or more silanes.

Dabei kann beispielsweise ein sogenannter Oxsilan-Prozess eingesetzt werden. Den Grundstoff der Oxsilan®-Technologie bilden, neben Hexafluorozirkonsäure, Silane, die sich durch Hydrolyse zu Polysiloxanen verbinden. Im Beschichtungsprozess reagieren die Silanolgruppen z.B. mit den Metallhydroxiden auf der Metalloberfläche und werden dort chemisch gebunden. Durch Wärmebehandlung oder einer nachfolgenden Kathodischen Tauchlackierung (KTL) vernetzen die Polysiloxane. Schichtdicken von nur etwa 100 nm reichen bereits aus, um den gleichen Korrosionsschutz zu erzielen wie mit den rund zehn Mal stärkeren Zinkphopshatschichten. Das reduziert den Materialeinsatz, verkürzt die Vorbehandlungszeiten und erhöht die Produktivität.For example, a so-called Oxsilane process can be used. In addition to hexafluorozirconic acid, the basic material of Oxsilan® technology is silanes, which combine to form polysiloxanes through hydrolysis. In the coating process, the silanol groups react, for example, with the metal hydroxides on the metal surface and are chemically bound there. The polysiloxanes crosslink through heat treatment or subsequent cathodic dip painting (KTL). Layer thicknesses of only around 100 nm are sufficient to achieve the same corrosion protection as with the zinc phosphate layers, which are around ten times stronger. This reduces material usage, shortens pre-treatment times and increases productivity.

Die Konversionsschicht wird im Tauchbad aufgebracht. Als Konversionsbad kann dabei Zirkonhexafluorid mit einem organischem Additiv Silanol verwendet werden, welches dann zirkonbasierte Konversionsschichten ergibt.The conversion layer is applied in an immersion bath. Zirconium hexafluoride with an organic additive, silanol, can be used as the conversion bath, which then produces zirconium-based conversion layers.

Die organischen Polymeradditive ermöglichen, die Haftung der nachfolgenden organischen Beschichtung auf dem vorbehandelten Untergrund zu verbessern und die Homogenität der Beschichtung zu verbessern.The organic polymer additives make it possible to improve the adhesion of the subsequent organic coating to the pretreated substrate and to improve the homogeneity of the coating.

Oxsilan ist ein Prozess der Firma Chemetall GmbH, Frankfurt am Main.Oxsilan is a process from Chemetall GmbH, Frankfurt am Main.

Nach der Oxsilan-Beschichtung durchläuft das Bauteil 20 weitere Vorrichtungen 40 zum Spülen.After the Oxsilan coating, the component 20 passes through further devices 40 for rinsing.

Auf dem Transport und/oder der Lagerung bis zum folgenden KTL-Prozess findet in einem Serienprozess bereits eine beginnende Trocknung und/oder Alterung der Konversionsschicht statt, welche nachteilig für die folgende Lackierung sein kann.In a series process, during transport and/or storage up to the following KTL process, the conversion layer begins to dry and/or age, which can be detrimental to the subsequent painting.

Deshalb kann vorteilhaft möglichst kurz vor der KTL-Behandlung eine Reaktivierung der Konversionsschicht stattfinden. Dazu durchläuft das Bauteil 20 eine Vorrichtung 100, in welcher der Reaktivierungsprozess nach dem erfindungsgemäßen Verfahren stattfindet. Anschließend kann das Bauteil 20 möglichst umgehend in die Anlage 1000 zur KTL-Behandlung transferiert werden.Therefore, it is advantageous to reactivate the conversion layer as soon as possible before the cathodic dip-coating treatment. To do this, the component 20 passes through a device 100 in which the reactivation process takes place according to the method according to the invention. The component 20 can then be transferred as quickly as possible to the system 1000 for cathodic dip-coating treatment.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102015010112 A1 [0004]
DE 102016005656 A1 [0007]

Claims

Method for reactivating a component (20) pretreated with a zirconium-based conversion layer with one or more silanes, in particular a body component, wherein the conversion layer of the component (20) is electrochemically reactivated before a subsequent coating.

Procedure according to Claim 1 , with a device (100) with a container (10) in which an aqueous electrolyte solution (12) is arranged, wherein in the container (10) at least one first electrode as anode (14) and at least one second electrode as cathode (16) are arranged immersed in the electrolyte solution (12), wherein the anode (14) is electrically connected to a positive pole (15) of an electrical voltage source (18) and the cathode (16) is electrically connected to a negative pole (17) of the electrical voltage source (18), wherein the component (20) in the container (10) is arranged immersed in the electrolyte solution (12) and is electrically connected to the anode (14) or the cathode (16), the method at least comprising the steps of - arranging the component (20) in the container (10) with the aqueous electrolyte solution (12); - Arranging at least the first electrode as anode (14) and at least the second electrode as cathode (16) in the container (10) in the electrolyte solution (12); - Establishing an electrical connection of the component (20) to the anode (14) or the cathode (16); - Applying a voltage of the electrical voltage source (18) to the anode (14) and the cathode (16); - Carrying out an electrolytic treatment of the component (20) for a predetermined period of time.

Procedure according to Claim 1 or 2 , wherein the component (20) is arranged as an anode (14) or cathode (16).

Method according to one of the preceding claims, wherein the voltage of the electrical voltage source (18) is selected at least as a function of a material of a surface of the component (20) and/or a surface condition of the component (20).

Device (100) for reactivating a component (20) pretreated with a zirconium-based conversion layer with one or more silanes, in particular a body component, with a method according to one of the preceding claims, with a container (10) in which an aqueous electrolyte solution (12) is arranged, wherein in the container (10) at least one first electrode is arranged as an anode (14) and at least one second electrode is arranged as a cathode (16) immersed in the electrolyte solution (12), the anode (14) having a positive pole ( 15) of an electrical voltage source (18) and the cathode (16) are electrically connected to a negative pole (17) of the electrical voltage source (18), the component (20) being immersed in the electrolyte solution (12) in the container (10). is arranged and is electrically connected to the anode (14) or the cathode (16).

Device according to Claim 5 , wherein the anode (14) or the cathode (16) forms the component (20).

Device according to Claim 5 or 6 , wherein a voltage of the electrical voltage source (18) can be adjusted at least depending on a material of a surface of the component (20) and / or a surface quality of the component (20).