Grundeigenschaften und Potential von dekorativen glasartigen Sol-Gel-Beschichtungen auf Edelstahl für industrielle Anwendungen

Abstract

Nichtrostende Stähle, allgemein als rostfreie Edelstähle bezeichnet, werden häufig für dekorative Zwecke im Haushalts- und Architekturbereich verwendet. Je nach Einsatz und Beanspruchung ist eine ansprechende Optik auf Dauer nur dann gegeben, wenn Maßnahmen gegen Verkratzen im täglichen Gebrauch und Verfärben bei thermischer Beanspruchung getroffen werden. Ziel des Forschungsvorhabens war die Untersuchung der Grundeigenschaften und des Potentials von dekorativen glasartigen Sol-Gel-Beschichtungen als transparente Alternative zu Emailschichten mit entsprechenden Eigenschaften. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde ein bereits vom Institut für Neue Materialien (INM) entwickeltes glasartiges Sol-Gel-Schichtsystem auf die Anforderungen der projektbegleitenden Industriepartner geprüft. Insbesondere wurde untersucht, inwieweit diese Anforderungen bei kontinuierlicher bzw. Stückbeschichtung erfüllt werden können und das System umformbar, schweißgeeignet oder mechanisch fügbar ist. Parallel zu den Versuchen bei den Industriepartnern wurden am INM Untersuchungen zur Optimierung des vorhandenen Systems (Partikeleinbau, Komponentenvariationen) bzw. zur Kombination mehrerer Schichtsysteme (Primerschicht plus Metalloxide) durchgeführt. Die Ergebnisse der Untersuchungen haben gezeigt, daß durch Aufbringen der glasartigen Beschichtungen die Eigenschaften der rostfreien Edelstahloberflächen in einigen Anforderungsbereichen deutlich verbessert werden können. Durch die Schichten kann ein zumindest temporärer (ca. 500 h) Anlaufschutz bei 500°C erreicht werden. Die Abriebbeständigkeit der Edelstahloberfläche wird signifikant verbessert. So finden sich nach 500 Zyklen Scheuertest nur vereinzelte Kratzspuren, während unbeschichteteter Stahl bereits nach 10 Zyklen stark geschädigt ist. Außerdem wurde für den Bereich des Hochtemperaturschutzes nachgewiesen, daß die untersuchten glasartigen Beschichtungen einen deutlichen Vorteil gegenüber bisher üblichen Versiegelungsmethoden bieten, wenn es um die Beibehaltung des optischen Erscheinungsbildes von Edelstahl geht. Versuche mit mechanischen Beanspruchungen haben allerdings auch gezeigt, daß die glasartigen Schichten keine ausreichende Elastizität bei ggf. notwendigen Umformoperationen bieten. Dagegen können im Falle von Stückbeschichtungen glasartige Sol-Gel-Beschichtungen je nach Anforderungsprofil Vorteile bieten. Dies gilt hinsichtlich Kratzfestigkeit, Anlaufschutz und Transparenz der Beschichtung sowie leichterer Reiniungsmöglichkeit. Auch Farbgebung ohne größere Beeinträchtigung der metallischen Optik ist denkbar. Zur Nutzung dieses Potentials im Haushalts- und Büromöbelsektor, im Automobil- und Architekturbereich sowie für Dekorzwecke sind indes noch wesentliche Optimierungsschritte notwendig.