具有玻璃质或玻璃陶瓷着色的保护层的金属制品制造技术

通过将含碱金属硅酸盐的涂覆溶胶涂布到基材或其表面上并热致密化由此获得的层，得到具有玻璃质或玻璃陶瓷着色的保护层的金属基材，所述含碱金属硅酸盐的涂覆溶胶含有氧化性颜料，所述氧化性颜料得自选自化学元素周期表第三和第四主族或过渡族以及过渡金属Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｎｂ和Ｔａ的至少一种元素。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有玻璃质或玻璃陶瓷着色的保护层的金属制品玻璃质或玻璃陶瓷保护层一般通过所谓的搪瓷操作涂布于金属表面。瓷釉是能在相对高的温度下较容易地熔化然后在金属表面上形成密合涂层的玻璃。熔化温度一般在 750-800°C之间，此时获得具有足够耐化学性的瓷釉，例如对沸水、弱酸或碱、沸腾或烹调食品等有耐化学性。在食品领域的应用中尤其需要后种性质。瓷釉通过湿法涂布，细磨玻璃粉(釉料)的含水浆液或悬液(釉底料)通常涂布到金属表面(例如通过浸渍或喷雾涂布)，干燥后在上述温度下熔化。为了获得密合、抗渗、无孔的涂层，需要50-100 μ m的层厚度。由于玻璃的高粘度和特别是硅酸盐玻璃的高软化温度，正如已经提到的，需要充分高于700°C的熔化温度。软化温度很大程度上取决于玻璃中的硅含量。高的硅含量导致高的软化温度并得到玻璃的高耐化学性。相反，高的碱金属含量导致低的软化温度，得到低的耐化学性(低水解级别)。因此，特别是在腐蚀性介质 (例如酸性)环境或在食品领域中使用这种层时，尤其当例如需要机械洗碗机的稳定性时， 所述低熔点的层是不适合的。这也是在例如家用电器领域、特别是在炊具中，瓷釉不用于铝上的原因之一，因为铝在略超过600°C的温度下已经熔化了。在镁或镁铝合金的情况下情形也类似。对于由若干成分组成、且所述组分之一为上述轻金属范围的金属组件也是同样的。此外，着色对于许多应用来说是非常重要的，因为许多制品，特别是日用消费品领域的制品，设计是否吸引人至关重要。在食品领域中，食品相容性、特别是毒性的问题是主要因素。因此，玻璃质涂层的耐化学性尤为重要，特别是当必须防止例如金属离子的成分从着色颜料中浸出时。因此本专利技术的目的是为金属基材提供具有改善的耐化学性质、特别是改进的碱稳定性以及改进的机械洗碗机稳定性的着色的玻璃质涂层。得到抗腐蚀层的重要先决条件是涂层基体材料的高稳定性，尤其是对碱的高稳定性，以及不含裂缝和微孔的固结性，由此也要求涂层材料对基材具有适当匹配的膨胀系数。 但是，众所周知，在着色的体系中，涂层基体的收缩是不可避免的，不收缩的颜料例如氧化性颜料在烧结过程中会产生应力和开裂。从有关玻璃的文献中已知，硅酸盐玻璃的碱稳定性可以通过添加特定的离子(网络稳定组分)来显著地改进。因此，对该问题可行的解决方案是包含这种组分(例如氧化铝或二氧化钛)的玻璃组合物。同样从溶胶-凝胶的文献中获知，具有这种多组分体系的溶胶-凝胶涂层难以制备，具有极其短暂的有效期，通常只在强酸性溶液中是稳定的，因此几乎不能在工业中使用。如果此种体系制备成具有高膨胀系数以与金属的膨胀系数(TCE ^ 8X10_6/K或更大)相匹配，则碱金属含量必须提高到远高于普通玻璃的水平(10-15重量％)，这既而又带来了严重的化学稳定性损失。专利说明书US 616Μ98和US 2008/0118745描述了得到玻璃质的、相对耐磨且抗氧化腐蚀(例如不锈钢的锈蚀)的层的方法。所述方法包括-通过在胶体二氧化硅溶胶以及选自碱金属和碱土金属的氧化物和氢氧化物的至少一种组分的存在下使一种或多种硅烷进行水解和缩聚制备涂覆溶液；-将该涂覆溶液涂布到金属表面以形成层；-热致密化以形成玻璃质膜；-在US6162498中，使用的致密化温度在350-500°C之间；-在US2008/0118745中，额外通过以下步骤形成可成型的玻璃质层-在500°C的优选温度下通过以两个阶段操作的致密化使用含碱金属硅酸盐的层；-通过浸渍和喷雾制造层体系使层厚为5-10μ m ；-向金属表面和金属部件，特别是向不锈钢，也可是向铝和铝合金上涂布涂层。所述的体系具有高的SiO2含量，因此仅对酸是稳定的，在碱性介质中则不然。因此，即使用相对稀的热氢氧化钠溶液也可以一定程度地去除这些层，并且在机械洗碗机中无论如何是不稳定的，就是说它们通常不适合用于食品领域或作为相对高PH值下应用的保护层。但是，这些层也适合涂布到铝和铝合金上，因其致密化温度远低于600°C，然而，这并不能改进其耐碱性的化学稳定性。该层也适合于涂覆由铝或铝合金以及其它金属组成的零件和组件，不管是由金属片或板形成的叠层形式，夹层结构，或是包含彼此间以某种其它方式(例如螺纹连接、压接或铆接)结合或连接到一起的不同金属制成的零件的组件。现已令人惊讶地发现，上述的这种涂层材料的缺点，特别是其不足的化学稳定性， 在当它们与颜料、优选小片状的颜料结合使用时，以及特别当它们以多层的形式涂布时，得到改善或消除。所述涂层材料由此获得了显著提高的水解稳定性，并且在机械洗碗机测试中承受几百次的循环而没有损伤。另外，同样令人惊讶的是，尽管烧结操作通常导致内部裂纹形成，在烧结操作中基体材料的热致密化由于氧化性添加剂(即已经抗渗烧结的添加剂，它们由于其性质不能再进一步收缩)而不可避免地产生收缩，但着色的涂覆溶液形成的层仍烧结产生了不透水层。所述内部裂纹尤其使化学稳定性特别程度地恶化，因为腐蚀性液体通过裂纹渗入层内并在金属表面导致腐蚀过程，从而导致分离现象。而且，同样令人惊讶的是，不论被覆金属间的差异如何(α > 10)，因其组成使得基体膨胀系数的估值在α = 1.0至4.0Χ10_6/Κ之间的层体系没有导致层的抗渗性的任何劣化。在本专利技术的上下文内制备了与具有相应热性质的常规钠钙玻璃相应的组成的涂覆溶液，但由于上述原因而并非优选。此外，在实心玻璃中测量的膨胀系数对于薄层来说仅有较小的相关性，因为薄层中出现的结构与实心玻璃的结构有很大差别，因此具有不同的性质。本专利技术提供一种具有低温烧结的、薄的、玻璃质或玻璃陶瓷高化学稳定性的着色保护层的金属制品的制备方法，其特别适合于由低熔点金属例如铝、镁或其合金构成的金属组装件和组件，或上述金属与高熔点金属例如不锈钢的部件。根据本专利技术涂覆的适合的金属表面包括所有在半成品和成品上的由金属或合金组成的或包含金属或合金的表面。金属表面的例子包括由铝、铝合金、锡、铜、铬或镍组成的表面，包括镀锌、镀铬或搪瓷的表面。金属合金的例子特别为钢或不锈钢、铝合金、镁合金和铜合金例如黄铜和青铜。优选使用由铝和铝合金、钢、不锈钢、以及镀锌或镀铬钢组成的金属表面。特别优选的是所谓的夹层结构，由于改进的热传导或热分布的原因其包含铝或铝合金的芯，但是为了能施加机械应力的表面或装饰性的目的而具有上和下不锈钢侧面。这样的三种材料的复合材料被认为特别适用于烹饪领域，例如用于烤盘和其它烹饪设备及容ο优选地，金属表面在涂布涂层组合物之前充分清洁，特别是要无油渍和灰尘。在涂覆之前，也可以进行例如电晕放电的表面处理。金属表面或金属基材可以具有平坦表面或有结构的表面。金属表面优选具有有结构的表面。其可以是有微结构的表面或更大尺寸的结构。该结构可以是常规的，例如通过压花获得的，或者为非常规的，例如通过粗糙化获得的，其中擦刷或喷砂是最常用的方法之ο本专利技术进一步提供具有可变形玻璃质涂层的金属基材，其通过将已进行分散而无聚集物的含有颜料的含碱金属硅酸盐的涂覆溶胶涂布到基材上并热致密化由此获得的层而获得，特别优选的实施方案包括向已在最高120°C的温度下干燥或热致密化的着色层上外涂与着色基底层的基体组成相同组成的无着色层，以及随后热处理该层。根据颜料的类型，致密化以多阶段热处理过程进行，第一个阶本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．具有玻璃质或玻璃陶瓷着色的保护层的金属基材，其通过将含碱金属硅酸盐的涂覆溶胶涂布到基材或其表面上并将由此获得的层热致密化获得，所述含碱金属硅酸盐的涂覆溶胶包含选自以下的至少一种元素的氧化性颜料：化学元素周期表第三和第四主族或副族以及过渡金属Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｎｂ和Ｔａ。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：H施米特，
申请(专利权)人：EPG德国纳米产品工程股份公司，
类型：发明
国别省市：DE