DE19842626A1 - Verwendung einer Zusammensetzung als Metallpigmentbeschichtung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft die Verwendung einer Zusammensetzung, enthaltend Metallpigmente, insbesondere aus Zink und/oder Aluminium und/oder Zinklegierungen und/oder Aluminiumlegierungen, ein oder mehrere Chrom(VI)-haltige Verbindungen und Wasser, welche frei von Nickel- oder Kobaltverbindungen ist, als Korrosionsschutzbeschichtung für Teile aus Werkstoffen, die in direktem Kontakt mit Magnesiumbauteilen bzw. magnesiumhaltigen Bauteilen stehen und in der Spannungsreihe höher als Magnesium stehen.

Description

Die Erfindung betrifft die Verwendung einer Zusammensetzung als Metallpigmentbeschichtung.

Derartige Zusammensetzungen sind z. B. aus der US 3 990 920 und der US 4 026 710 bekannt. Sie dienen zur Beschichtung von metallischen Oberflächen zur Vermeidung von Kontaktkorrosionen. Sie enthalten Metallpigmente in Form von Plättchen, Chrom(VI)- Verbindungen als Bindemittel und ggf. ein Reduktionsmittel. Diese Metallpigmentbeschichtungen haben sich bei Verbindungselementen und Haltern, die nicht mit Magnesiumteilen in Kontakt stehen, in der Automobilindustrie weitgehend durchgesetzt. Der Anteil an Metallpartikeln, vorzugsweise Zink oder Aluminium in Plättchenform mit geringen Mengen an Bindemitteln, ist so hoch, dass die Korrosionsschutzschichten elektrisch leitend sind. Dadurch wird ein kathodischer Schutz des Grundmetalls bzw. des Kontaktpartners ermöglicht. Derartige Metallpigmentbeschichtungen finden dann Verwendung, wenn z. B. Verbindungselemente und Halter mit Bauteilen anderer Metalle in Kontakt stehen. Die handelsüblichen Produkte enthalten zur Verbesserung der Korrosionseigenschaften Nickel oder Kobalt (vgl. US 5 131 948, US 4 708 153). Diese Produkte werden in Europa unter dem Handelsnamen "Dacromet" angeboten.

Eine weitere Beschichtung, das in der US 4 391 855 veröffentlicht ist, beruht auf der Verwendung geringer Mengen organischer Harze als Bindemittel. Die handelsüblichen Produkte (Handelsname: "Delta Tone") enthalten korrosionsinhibierende Titanverbindungen.

Diese Metallpigmentbeschichtungen werden aber nicht bei Magnesiumteilen eingesetzt. Dies spiele bisher keine große Rolle, da Magnesiumbauteile selten verwendet wurden. In jüngerer Zeit werden jedoch Leichtmetalle, darunter vor allem Magnesium, im Automobilbau vermehrt eingesetzt. Damit werden eine Gewichtsersparnis und bessere Recyclingmöglichkeiten angestrebt. Das Problem der Kontaktkorrosion von Magnesiumteilen im Nassbereich zu in der Spannungsreihe höher stehenden Werkstoffen wird deswegen zunehmend dringlicher. Besonders häufig werden Bauteile aus Stahl oder hochfestem, also in der Regel kupferlegiertem Aluminium zusammen mit Magnesiumteilen verbaut. In diesem Bereich ist das Problem der Kontaktkorrosion bis heute nicht befriedigend gelöst.

Bis heute werden Verbindungselemente für Magnesiumbauteile verzinkt und chromatiert, also mit einer sauren oder alkalischen Lösung mit Chrom-(VI)-Verbindungen behandelt. Anschließend werden die so behandelten Verbindungselemente noch mit einer Deckschicht überzogen, z. B. lackiert. Als Alternative dazu ist die Verwendung einer Kunststoff-Dichtung bekannt (DE 43 43 111 C1; DE 195 08 977 A1).

Der Korrosionsschutz ist in allen Fällen eher mäßig. Die Metallpigmentbeschichtungen haben sich als wenig wirksam erwiesen, so dass verzinkte Verbindungselemente bevorzugt werden. In stark korrosionsgefährdete Bereichen, insbesondere bei mechanischen Verbindungselementen wie Schrauben aus Stahl, die direkt mit unbeschichtetem Magnesium in Kontakt stehen, werden Spezialbeschichtungen eingesetzt. Hierzu zählen galvanisch abgeschiedene Zinkschichten mit zusätzlichen organischen und anorganischen Deckschichten oder Verschleissschutzschichten (DE 195 19 866 A1). Eine andere Möglichkeit ist der Einsatz von Aluminum-Unterlegscheiben oder Aluminium-Schrauben, die normalerweise zusätzlich chromatiert oder anodisiert werden.

Das Problem der Kontaktkorrosion bei Magnesiumbauteilen wird insbesondere in der Veröffentlichung von As Björn Olsen in DVMTAG 1995, Seite 167 "Korrosionsverhalten und Schutzmangelmaßnahmen für Magnesium-Guss-Legierungen" ausführlich dargestellt.

Die oben beschriebenen Maßnahmen, die bisher zum Einsatz kommen, haben bei der zunehmend weiterverbreiteten Verwendung von Magnesiumbauteilen in der Automobilindustrie eine unerwünschte hohe Varianten-Vielfalt zur Folge. Der große Aufwand an Bauteilen und Herstellungsverfahren führt dazu, dass die Automobilproduktion zusätzlich verteuert wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Möglichkeit der Vermeidung der Kontaktkorrosion in Zusammenhang mit Magnesiumbauteilen zur Verfügung zu stellen, die einfach umsetzbar ist und keinen erhöhten Material- bzw. Arbeitsaufwand verursacht.

Die Lösung besteht in einer Verwendung einer Zusammensetzung enthaltend Metallpigmente, insbesondere aus Zink und/oder Aluminium und/oder Zinklegierungen und/oder Aluminiumlegierungen, ein oder mehrere Chrom(VI)-haltige Verbindungen und Wasser, welche frei von Nickel- oder Kobaltverbindungen ist, als Korrosionsschutzbeschichtung für Teile aus Werkstoffen, die in direktem Kontakt mit Magnesiumbauteilen bzw. magnesiumhaltigen Bauteilen stehen und in der Spannungsreihe höher als Magnesium stehen.

Überraschenderweise und für den Fachmann unerwartet wurde gefunden, dass bei Verzicht auf die gängigen Zuschlagstoffe Nickel und Kobalt, die bekannten Metallpigmentbeschichtungen hervorragend für die Anwendung im Kontakt mit Magnesiumbauteilen verwendet werden können. Die Metallpigmentbeschichtung verhält sich ohne die Kobalt- bzw. Nickel-Zusätze wesentlich besser.

Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen. Sie betreffen insbesondere die Zusammensetzung der verwendeten Substanzen. Die einzelnen Bestandteile werden in Wasser gelöst bzw. suspendiert. Als Metallpigmente werden vorzugsweise Zink- oder Aluminiumpartikel verwendet, aber auch Partikel aus Zink- oder Aluminiumlegierungen oder Mischungen aus zwei oder mehreren der o.g. Komponenten. Ihr Anteil beträgt ca. 50-500 g/l. Als Chrom(VI)haltigen Verbindungen sind Chromsäure, Chromsäureanhydride, Chromtrioxid oder wasserlösliche Dichromate, z. B. Natrium-, Kalium-, Calcium-, Barium-, Magnesiuin-, Zink-, Cadmium-, Strontium- oder Ammoniumsalze geeignet. Ihr Anteil, ausgedrückt in CrO₃, beträgt ca. 10-300 g/l. Das Verhältnis von Metallpartikeln sind (Chrom(VI)-haltiger Verbindung, ausgedrückt in CrO₃, sollte 1 : 1 bis 30 : 1 betragen. Geeignete Reduktionsmittel sind aliphatische ein- oder mehrfunktionelle Carbonsäuren, Polyalkohole insbesondere Glykol und Glykolderivate und aliphatische ein- oder mehrfunktionelle Ether in einem Anteil von 0,5 bis 50 g/l. Geeignete Glycolderivate sind z. B. Tri- und Tetralthylenglycol, Di- und Tripropylenglycole und deren Ether.

Vorteilhafterweise enthält die Zusammensetzung ein oder mehrere Substanzen zur pH-Stabilisierung. Der pH sollte bei 4-6 liegen. Geeignete Stoffe sind Oxide und Hydroxide des Lithium und der Metalle der Gruppen IIa und höher des Periodensystems in einer Menge von 2-100 g/l.

Der Zusatz anderer Additive, z. B. Dispersionsmittel, Benetzungsmittel, Viskositätsreglern u. dgl. liegt in dem Belieben des Fachmanns und ist Teil seines Fachwissens. Die Zusammensetzung wird in üblicher Weise auf eine gereinigte und entfettete Oberfläche aufgetragen, z. B. durch Tauchen, Rakeln, Rollen, Sprühen etc. Anschließend wird die Schicht bei 150°C und mehr eingebrannt. Temperatur und Dauer der Behandlung liegen im Rahmen des fachmännische Wissens. Die so behandelte Oberfläche kann beliebig weiterverarbeitet werden, z. B. mit einem organischen Topcoat, einem Klarlack oder einem Farblack überzogen werden.

Eine typische Formulierung für eine Metallpigmentbeschichtung gemäß der vorliegenden Erfindung enthält 140 g fein verteilte Zinkpartikel, 18 g 2-Butoxyethanol, 50 g Dipropylenglycol, 4 g Hydroxylthylcellulose als Viskositätsregler, 8 g Dispersionsmittel, 40 g Chromsäure und 800 g Wasser. Damit wurden Stahlschrauben in bekannter Weise durch Tauchbeschichtung überzogen. Die so behandelten Schrauben wurden zur Verbindung von Magnesiumbauteilen verwendet. Korrosionstests zeigten, daß die Kontaktkorrosion gegenüber auf herkömmliche Weise verzinkten und chromatierten Stahlschrauben wesentlich reduziert war.

Im Übrigen sind alle konventionellen, dem Fachmann bekannten Metallpigmentbeschichtungen wie bisher einsetzbar, sofern sie kein Kobalt oder Nickel enthalten.

Claims (8)

1. Verwendung einer Zusammensetzung enthaltend Metallpigmente, insbesondere aus Zink und/oder Aluminium und/oder Zinklegierungen und/oder Aluminiumlegierungen, ein oder mehrere Chrom(VI)-haltige Verbindungen und Wasser, welche frei von Nickel- oder Kobaltverbindungen ist, als Korrosionsschutzbeschichtung für Teile aus Werkstoffen, die in direktem Kontakt mit Magnesiumbauteilen bzw. magnesiumhaltigen Bauteilen stehen und in der Spannungsreihe höher als Magnesium stehen.

2. Verwendung einer Zusammensetzung nach Anspruch 1, enthaltend 50 bis 500 g/l Metallpigmente.

3. Verwendung einer Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, enthaltend 10-300 g/l mindestens einer Chrom(VI)-haltigen Verbindung, ausgedrückt in CrO₃, wobei das Gewichtsverhältnis von Chrom, ausgedrückt als CrO₃, zu Metallpartikeln zwischen 1 : 1 und 1 : 15 liegt.

4. Verwendung einer Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, enthaltend 0,5 bis 50 g/l mindestens eines Reduktionsmittels, ausgewählt aus der Gruppe umfassend ein- oder mehrfunktionellen aliphatischen Carbonsäuren, Polyalkohole und aliphatischen ein- oder mehrfunktionellen Ether.

5. Verwendung einer Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche enthaltend 2-100 g/l mindestens einen pH-Stabilisator, ausgewählt aus der Gruppe umfassend Lithiumoxid, Lithiumhydroxid sowie Oxide und Hydroxide von Metallen der Gruppe IIa und höher des Periodensystems.

6. Verwendung einer Zusammensetzung nach Anspruch 5 mit einem pH-Wert zwischen 4 und 6.

7. Verwendung einer Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche enthaltend 0-4 g/l weiterer Additive, insbesondere Dispersionsmittel, Viskositätsregler und/oder Benetzungsmittel.

8. Verwendung einer Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche enthaltend eine Chrom(VI)-haltige Verbindung ausgewählt aus der Gruppe umfassend Chromsäure, Chromsäureanhydrid, Chromtrioxid, Ammoniumdichromat und wasserlösliche Dichromate, insbesondere von Natrium, Kalium, Calcium, Barium, Magnesium, Zink, Cadmium und Strontium.