DE202020005823U1

DE202020005823U1 - Schutzbeschichtungen für Metalle

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Publication number: DE202020005823U1
Application number: DE202020005823.8U
Authority: DE
Original assignee: MCT Holdings Ltd
Current assignee: MCT Holdings Ltd
Priority date: 2019-12-05
Filing date: 2020-12-04
Publication date: 2022-10-07
Anticipated expiration: 2030-12-05
Also published as: CN115151613B; KR102920459B1; WO2021110964A1; CA3159954A1; CN115151613A; US20230019472A1; EP4069786A1; JP7442641B2; CA3159954C; PL4069786T3; AU2020397234B2; GB201917790D0; KR20220110806A; BR112022010795A2; EP4069786B1; JP2023514760A; EP4069786C0; AU2020397234A1; ES2988878T3

Abstract

Beschichtetes Metall- oder Metalllegierungsprodukt, herstellbar nach einem Verfahren, das Folgendes umfasst:Bereitstellen eines Metallsubstrats ausgewählt aus Aluminium, einer Aluminiumlegierung, Titan,einer Titanlegierung oder Edelstehl;Entfernen einer vorhandenen Oxidschicht von dem Metallsubstrat durch Beizen, mechanisches Reinigen oder eine Kombination davon;Ausbilden einer neuen Oxidschicht auf der Oberfläche des Metallsubstrats durch Inkontaktbringen des Metallsubstrats mit einer passivierenden Lösung, umfassend eine Säure ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Salpetersäure, Schwefelsäure, Phosphorsäure, Zitronensäure, Wasserstoffperoxid oder Natriumdichromat oder jeder Kombination davon, und/oder Aussetzen des Metallsubstrats gegenüber einer gasförmigen oxidierenden Umgebung für einen Zeitraum von bis zu 48 Stunden;Aufbringen einer Beschichtung aus einer wässrigen Silikatlösung auf die Metallsubstratoxidschicht; undAushärten der aufgebrachten Beschichtung auf der Oxidschicht zum Bereitstellen einer Silikatbeschichtungsschicht wie folgt:a) Erhitzen der beschichteten Passivschicht auf eine Temperatur von mindestens 200 °C; oderb) Aussetzen der beschichteten Passivschicht an eine Infrarotquelle.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die hierin offenbarte Erfindung richtet sich auf schützende anorganische Beschichtungen für beschichtete Metalle, die verbesserte Eigenschaften aufweisen, und Verfahren zu deren Herstellung.
HINTERGRUND
Passivierung ist ein Beispiel einer allgemeinen Klasse von Konversionsbeschichtungen, bei welchen die Metalloberfläche mithilfe eines chemischen oder elektrochemischen Prozesses in die Beschichtung umgewandelt wird. Die vorliegende Erfindung ist dazu ausgelegt, in Verbindung mit einer passiven Beschichtung verwendet zu werden.
Der Prozess der Ausbildung einer Oxidschicht auf Titan/Titanlegierungen und Edelstahl ist ein gut bekanntes und weitverbreitet eingesetztes industrielles Verfahren zum Erzeugen schützender und/oder dekorativer Beschichtungen auf Titan und/oder Titanlegierungen und/oder Edelstahl. Eine Passivschicht auf dem Metall Titan setzt sich größtenteils aus Titandioxid zusammen, während eine Passivschicht auf Edelstahl größtenteils aus Chrom(III)oxid besteht, welches auch als ein Chromoxid betrachtet werden kann. Der Kürze halber zählt zu Verweisen auf „Chromoxid“ hierin auch „Chrom(III)oxid“, es sei denn der Kontext gibt etwas anderes an.
Auf vielen anderen Metallen bildet sich das Oxid als eine fest anhaftende Schicht aus, wodurch die Korrosionsbeständigkeit und Verschleißfestigkeit erhöht werden und ein besseres Substrat für die Anhaftung sekundärer Schichten, wie z.B. Farben, Grundierungen und Klebstoffe, bereitgestellt wird, als dies beim blanken Metall der Fall ist.
Die Oxidschicht, welche das Grundmetall vor Korrosion schützt, kann im Allgemeinen auf zwei Arten erhalten werden. Der erste Prozess ist als Passivierung bekannt. Dieser Prozess findet bei vielen Metallen auf natürliche Weise statt, wenn sie in Kontakt mit einer oxidierenden Umgebung stehen. Natürliche Oxide, denen gestattet wird, sich über einen langen Zeitraum und/oder ohne geregelte Parameter selbst zu entwickeln, sind üblicherweise rau, unregelmäßig und nicht durchgängig. Eine bessere Oberflächenstruktur kann beim technologischen Prozess der Entfernung der natürlich vorhandenen Oxidschicht durch chemische oder durch mechanische Mittel (zum Beispiel durch Beizen oder eine mechanische Behandlung, wie z.B. abrasives Strahlen) und der Passivierung unter kontrollierten Bedingungen, wodurch sich eine gleichmäßigere Oxidschicht bildet, erhalten werden.
Eine weitere Möglichkeit zum Erzeugen einer schützenden Oxidschicht ist Anodisierung (oder Eloxierung, auch Anodisieren/Eloxieren genannt). Anodisierung ist ein elektrolytischer Passivierungsprozess, der zum Erhöhen der Dicke der natürlichen Oxidschicht auf der Oberfläche des Metalls verwendet wird. Die elektrochemische Ausbildung von Oxidschichten auf Metallen ist ein gut bekanntes und weitverbreitet eingesetztes industrielles Verfahren. Es sind viele unterschiedliche Prozesse des Anodisierens bekannt. Zum Beispiel können Titan-/Titanlegierungs-/Edelstahlmaterialien in Elektrolyten, wie z.B. Schwefelsäure, Chromsäure, Phosphorsäure, Oxalsäure und jeglichen anderen Elektrolyten, durch das Anlegen von Wechselstrom oder Gleichstrom (auch plasmaelektrolytische Oxidation) in einem Bad in einem weiten Temperaturbereich anodisiert werden. Variationen bei dieser Behandlung können die Dicke und Farbe der Oxidschicht verändern. Die erzeugte Oxidschicht ist transparent, jedoch kann aufgrund von Dünnschichtinterferenz ein Farbeffekt erzielt werden, und die Farbe hängt von der Dicke der Oxidschicht ab.
Bei Titan/Titanlegierungen/Edelstahl ist die Passivierung die natürliche Erzeugung einer amorphen Oxidschicht mit einer Dicke von mehreren Nanometern, wohingegen die Anodisierung die mikroskopische Textur der Oberfläche verändern kann und die Kristallstruktur des Metalls nahe der Oberfläche verändern und eine kristalline Struktur von Titandioxid ergeben kann.
Anodisierung und Passivierung sind effektive Verfahren des Erzeugens einer dünnen, harten Schutzbeschichtung auf Metallen, wie z.B. Titan, Titanlegierungen, Edelstahl und anderen Metallen. Die resultierenden Beschichtungen sind alle in gewissem Maße porös, was die Anhaftung von sekundären Beschichtungen, wie z.B. Farben, verbessert. Gegenwärtig zur Verfügung stehende Beschichtungsbehandlungen sind hinsichtlich ihrer Wirksamkeit bei der Verhinderung von Korrosion, Fleckenbeständigkeit, Hitzebeständigkeit, UV-Beständigkeit, Umweltverträglichkeit und Kosten nicht ganz zufriedenstellend. Gleichermaßen weisen passive/s/r Titan/Titanlegierung/Edelstahl, selbst mit den gegenwärtig zur Verfügung stehenden Beschichtungsbehandlungen, eine Anfälligkeit für weitere Oxidation bei hohen Temperaturen auf, was in einer Veränderung der Oberflächenfarbe resultiert, die üblicherweise nicht wünschenswert ist.
WO2009/117379 und WO2016/039809 beschreiben Verfahren zum Aufbringen von Schutzbeschichtungen für Metalle, einschließlich einer anodisierten Schicht.
Es besteht Bedarf an einem alternativen Beschichtungsmittel oder einer anderweitigen Verbesserung der Hochtemperatur-Oxidationsbeständigkeit und anderer Eigenschaften. Es gab Versuche mit zusätzlichen Beschichtungen, jedoch besteht weiterhin Bedarf an verbesserten Beschichtungen mit Stabilität bei einem hohen und niedrigen pH, beschleunigten Korrosionsprüfungen, Schleierbildung und Beständigkeit gegen Hochtemperaturoxidation.
KURZDARSTELLUNG
Hierin sind ein geschichtetes Produkt und Verfahren zur Herstellung desselben offenbart. Das geschichtete Produkt beinhaltet eine Oxidschicht, die durch ein Grundmetall getragen wird, und eine Silikatglas-ähnliche Schicht, die direkt durch die Oxidschicht getragen wird und eine Zusammensetzung der Silikatglas-ähnlichen Schicht aufweist, die aus Silicium, Sauerstoff, Natrium, wahlweise Lithium und wahlweise Bor besteht oder im Wesentlichen daraus besteht. Die Zusammensetzung der Silikatglas-ähnlichen Schicht ist frei von Grundmetall- und Metalllegierungselementen (mit Ausnahme von Silicium, Natrium und/oder Lithium und wahlweise Bor). Die Zusammensetzung der Silikatglas-ähnlichen Schicht ist daher frei von Titan, Chrom und anderen Edelstahllegierungselementen (mit Ausnahme von Silicium, Natrium und/oder Lithium und wahlweise Bor).
Die vorliegende Offenbarung betrifft Schutzbeschichtungen für Metalle und Prozesse zur Herstellung derselben und insbesondere Metalle und ihre Legierungen, die eine im Allgemeinen dünne Oxidschicht aufweisen, welche natürlich oder vorzugsweise mittels eines Oxidationsprozesses, wie z.B. Passivierung, ausgebildet werden kann. Die Erfindung kann auf jegliches Metall oder jegliche Metalllegierung angewendet werden, an welchem/r eine Oxidschicht fest anhaften kann.
In einem ersten Aspekt der Erfindung ist ein Prozess zur Herstellung eines Metall- oder Metalllegierungsproduktes vorgesehen, wobei der Prozess Folgendes umfasst:

Entfernen jeglicher vorhandenen Oxidschicht von dem Metall oder der Metalllegierung;
Ausbilden einer Oxidschicht auf der Oberfläche des Metalls oder der Metalllegierung mittels chemischer Passivierung oder durch Aussetzung gegenüber einer gasförmigen oxidierenden Umgebung;
Aufbringen einer Beschichtung aus einer wässrigen Silikatlösung auf die Metall- oder Metalllegierungsoxidschicht; und
Aushärten der aufgebrachten Beschichtung auf der Oxidschicht zum Bereitstellen einer Silikatbeschichtungsschicht durch:
1. a) Erhitzen der beschichteten Passivschicht auf eine Temperatur von mindestens 200 °C; oder
2. b) Aussetzen der beschichteten Passivschicht gegenüber einer Infrarotquelle.

Im Allgemeinen weisen die bei der Erfindung verwendeten Metall- oder Metalllegierungsprodukte nahezu immer eine vorhandene Oxidschicht auf, es sei denn (zum Beispiel) die Oxidschicht wurde entfernt und das Produkt wurde in einer schützenden Umgebung aufbewahrt, um die Ausbildung einer Oxidschicht zu verhindern. Daher umfassen die Verfahren in den meisten Ausführungsformen einen Schritt des Entfernens einer vorhandenen Oxidschicht von dem Metall oder der Metalllegierung.
Ein Schritt der Aussetzung gegenüber einer gasförmigen oxidierenden Umgebung kann das Trocknen des Metalls oder der Metalllegierung umfassen. Das Trocknen erfolgt im Allgemeinen an der Luft und zieht daher eine Aussetzung des Metalls oder der Metalllegierung gegenüber einer gasförmigen oxidierenden Umgebung nach sich.
Das Verfahren kann auch einen Schritt des Reinigens der Oberfläche des Metalls oder der Metalllegierung vor dem Entfernen jeglicher vorhandenen Oxidschicht umfassen. In einigen Ausführungsformen, bei welchen das Reinigen zum Beispiel durch eine mechanische Behandlung (zum Beispiel abrasives Strahlen, wie z.B. Sandstrahlen) erfolgt, wird das Entfernen einer vorhandenen Oxidschicht gleichzeitig mit dem Reinigen erreicht.
In einem zweiten Aspekt der Erfindung ist ein Prozess zur Beschichtung eines Metall- oder Metalllegierungsproduktes vorgesehen, welcher Folgendes umfasst:

Bereitstellen eines Metalls oder einer Metalllegierung, bei dem/der eine Oxidschicht gemäß einem hierin beschriebenen Verfahren entfernt wurde (zum Beispiel Bereitstellen eines gebeizten Metalls oder einer gebeizten Metalllegierung);
Ausbilden einer Oxidschicht auf der Oberfläche des Metalls oder der Metalllegierung mittels chemischer Passivierung oder durch Aussetzung gegenüber einer gasförmigen oxidierenden Umgebung;
Aufbringen einer Beschichtung aus einer wässrigen Silikatlösung auf die Metall- oder Metalllegierungsoxidschicht; und
Aushärten der aufgebrachten Beschichtung auf der Oxidschicht zum Bereitstellen einer Silikatbeschichtungsschicht durch:
1. a) Erhitzen der beschichteten Passivschicht auf eine Temperatur von mindestens 200 °C; oder
2. b) Aussetzen der beschichteten Passivschicht gegenüber einer Infrarotquelle.

In einem dritten Aspekt der Erfindung ist ein Prozess zur Beschichtung eines Metall- oder Metalllegierungsproduktes vorgesehen, welcher Folgendes umfasst:

Bereitstellen eines Metalls oder einer Metalllegierung, bei dem/der eine Oxidschicht entfernt wurde und das/die dann gemäß einem hierin beschriebenen Verfahren passiviert wurde;
Aufbringen einer Beschichtung aus einer wässrigen Silikatlösung auf die Metall- oder Metalllegierungsoxidschicht; und
Aushärten der aufgebrachten Beschichtung auf der Oxidschicht zum Bereitstellen einer Silikatbeschichtungsschicht durch:
1. a) Erhitzen der beschichteten Passivschicht auf eine Temperatur von mindestens 200 °C; oder
2. b) Aussetzen der beschichteten Passivschicht gegenüber einer Infrarotquelle.

Zum Beispiel ist ein Prozess zur Beschichtung eines Metall- oder Metalllegierungsproduktes vorgesehen, welcher Folgendes umfasst:

Bereitstellen eines gemäß einem hierin beschriebenen Verfahren gebeizten und dann passivierten Metalls;
Aufbringen einer Beschichtung aus einer wässrigen Silikatlösung auf die Metall- oder Metalllegierungsoxidschicht; und
Aushärten der aufgebrachten Beschichtung auf der Oxidschicht zum Bereitstellen einer Silikatbeschichtungsschicht durch:
1. a) Erhitzen der beschichteten Passivschicht auf eine Temperatur von mindestens 200 °C; oder
2. b) Aussetzen der beschichteten Passivschicht gegenüber einer Infrarotquelle.

Beschichtetes Metall oder beschichtete Metalllegierungen, die durch jegliches hierin beschriebenes Verfahren erhalten werden oder erhalten werden können, sind auch vorgesehen.
In einem vierten Aspekt der Erfindung ist ein Produkt vorgesehen, welches eine Beschichtung umfasst, die gemäß einem hierin beschriebenen Verfahren erzeugt wird.
In einem weiteren Aspekt der Erfindung ist auch ein Verfahren zur Herstellung eines beschichteten Gegenstands vorgesehen, welches das Aufbringen (oder Anbringen oder Befestigen) eines beschichteten Metall- oder Metalllegierungsproduktes auf dem Gegenstand (zum Beispiel eine Komponente eines komplexen Produktes, bei welchem die Komponente ein beschichtetes Metall oder eine beschichtete Metalllegierung umfasst) umfasst. Das beschichtete Metall oder die beschichtete Metalllegierung wird gemäß einem hierin beschriebenen Verfahren hergestellt. Die Erfindung sieht auch ein Verfahren zur Herstellung eines beschichteten Gegenstands vor, welches das Aufbringen einer wässrigen Silikatlösung auf eine Metall- oder Metalllegierungskomponente des Gegenstands gemäß einem hierin beschriebenen Verfahren umfasst. Beschichtete Gegenstände, die durch derartige Verfahren erhalten werden, sind auch vorgesehen.
Die vorliegende Erfindung wird nun gemäß den folgenden bevorzugten Merkmalen weiter definiert.
Figurenliste

1 - Ein Foto von zwei Metallplatten (Titanlegierung), die einem Hochtemperaturtest unterzogen wurden. Links - Probe ohne Silikatglas-ähnliche Schicht (Probe Ti 7). Rechts - Probe mit Silikatglas-ähnlicher Schicht, erscheint als eine gleichmäßige geschlossene Oberfläche ohne Verfärbung (Probe Ti 4).
2 - Ein Foto von zwei Metallplatten (Edelstahl), die einem 48 h CASS-Test unterzogen wurden. Links - Probe ohne Silikatglas-ähnliche Schicht (Probe SS 11). Rechts - Probe mit Silikatglas-ähnlicher Schicht (Probe SS 5).
3 - Ein Foto von zwei Metallplatten (Titanlegierung), die einer Prüfung der Wasserbeständigkeit von Beschichtungen durch Eintauchen in Wasser unterzogen wurden. Links - Probe ohne Silikatglas-ähnliche Schicht (Probe Ti 7). Rechts - Probe mit Silikatglas-ähnlicher Schicht (Probe Ti 4).
4 - Ein Foto von einer Metallplatte (Titanlegierung), die einer „Prüfung mit offener Flamme“ unterzogen wurde. In der oberen linken Ecke der Probenoberfläche - Bereich ohne Silikatglas-ähnliche Schicht. Rest der Probenoberfläche - Bereich mit Silikatglas-ähnlicher Schicht (Probe Ti 5).
5 - REM-Mikroaufnahme eines Metallproduktes der aktuellen Erfindung (Probe Ti 2).
6 - Ein Foto von fünf Metallplatten (Edelstahl) mit Wassertröpfchen auf der Oberfläche, um Unterschiede in der Benetzbarkeit (Hydrophobizität) zu demonstrieren. Obere Reihe, von links: Probe ausgehärtet bei 120 °C (Probe SS 16); 200 °C (Probe SS 17); 230 °C (Probe SS 18). Untere Reihe, von links: Probe ausgehärtet bei 300 °C (Probe SS 19); im IR-Ofen (Probe SS 20).

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die vorliegende Offenbarung richtet sich auf Herstellungsprozesse und auf Metallprodukte, welche eine ausgezeichnete Haltbarkeit und Einfachheit der Herstellung aufweisen. Im Allgemeinen beinhaltet ein Produkt ein Metall- oder Metalllegierungssubstrat, eine Oxidschicht auf der Oberfläche des Metall- oder Metalllegierungssubstrates und eine glasartige Schicht auf der Oxidschicht, bei welcher es sich um ein Silikat- oder Borosilikatglas handelt.
Vorgesehen ist ein Prozess zur Herstellung derartiger Metallprodukte, welcher Folgendes umfasst:

Entfernen jeglicher vorhandenen Oxidschicht von dem Metall oder der Metalllegierung;
Ausbilden einer Oxidschicht auf der Oberfläche des Metall- oder Metalllegierungssubstrates mittels chemischer Passivierung oder Aussetzung gegenüber einer gasförmigen oxidierenden Umgebung;
Aufbringen einer Beschichtung aus einer wässrigen Silikatlösung auf die Metall- oder Metalllegierungsoxidschicht; und
Aushärten der aufgebrachten Beschichtung auf der Oxidschicht zum Bereitstellen einer Silikatbeschichtungsschicht durch:
1. a) Erhitzen der beschichteten Passivschicht auf eine Temperatur von mindestens 200 °C; oder
2. b) Aussetzen der beschichteten Passivschicht gegenüber einer Infrarotquelle.

Alternativ dazu kann das wie hierin offenbarte Verfahren mit dem Schritt des Aufbringens der Beschichtung aus der wässrigen Silikatlösung auf das Metall oder die Metalllegierung beginnen. Zum Beispiel kann das Verfahren der Erfindung Folgendes umfassen:

Bereitstellen eines Metalls oder einer Metalllegierung, wobei eine zuvor vorhandene Oxidschicht von dem Metall oder der Metalllegierung entfernt wurde und mittels chemischer Passivierung oder Aussetzung gegenüber einer gasförmigen oxidierenden Umgebung eine neue Oxidschicht auf der Oberfläche des Metall- oder Metalllegierungssubstrates ausgebildet wurde;
Aufbringen einer Beschichtung aus einer wässrigen Silikatlösung auf das Metall oder die Metalllegierung; und
Aushärten der aufgebrachten Beschichtung auf der Oxidschicht zum Bereitstellen einer Silikatbeschichtungsschicht durch:
1. a) Erhitzen der beschichteten Passivschicht auf eine Temperatur von mindestens 200 °C; oder
2. b) Aussetzen der beschichteten Passivschicht gegenüber einer Infrarotquelle.

Substrat
Die hierin beschriebenen Prozesse werden an Metall- oder Metalllegierungssubstraten vorgenommen. Die Verfahren können mit einem Schritt des Bereitstellens eines Metall- oder Metalllegierungssubstrates beginnen. Das Metall oder die Metalllegierung umfasst im Allgemeinen eine vorhandene (alte) Oxidschicht. Der Kürze halber beinhalten Verweise auf „Metall“ oder „Metalle“ hierin „Metalllegierung“ oder „Metalllegierungen“, es sei denn der Kontext gibt etwas anderes an. Das Metall oder die Metalllegierung in dem Metallprodukt kann jegliches Metall sein, das eine feste Anhaftung einer Oxidschicht gestattet. Eine Oxidschicht, welche sicher an dem Grundmetall anhaftet, ist ein Metalloxid, das sich nicht leicht von der darunterliegenden Metallschicht trennen oder abziehen lässt.
Die hierin definierten Prozesse der Erfindung können an einer Vielzahl von Metallen/Metalllegierungen zum Einsatz kommen. In einer Ausführungsform kann das Metall oder die Metalllegierung ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus Zink, Mangan, Magnesium, Aluminium, Titan, Eisen, Chrom, Nickel, Blei, Edelstahl, Kupfer, Molybdän, Zinn, Niob und Kombinationen davon und jeglichem anderen Metall mit einer Oxidschicht und Kombinationen davon.
In einer bestimmten Ausführungsform ist das Metall oder die Metalllegierung ausgewählt aus Edelstahl, Titan oder einer Titanlegierung.
Aufgrund ihrer Eigenschaften finden Titan und seine Legierungen weitverbreitet Anwendung. Die Eigenschaften von Titan und Titanlegierungen sind eine Kombination aus hoher Festigkeit und Steifigkeit, niedriger Dichte und guter Korrosionsbeständigkeit. In jüngster Zeit werden Titan und seine Legierungen aufgrund ihrer Haltbarkeit zu einem beliebten Material zur Verwendung bei Schmuck, obwohl Titan und seine Legierungen bis vor kurzem als zu schwierig zu verarbeiten und in komplexe und präzise Strukturen zu formen galten. Eines der Segmente des Schmuckmarktes sind Ehe- und Verlobungsringe hergestellt aus Titan und seinen Legierungen sowie Gehäuse und Armbänder für Armbanduhren. Der Hauptvorteil von Titanprodukten ist die Tatsache, dass sie keine allergischen Reaktionen hervorrufen und in Wasserumgebungen nicht beschädigt werden. Titan und seine Legierungen werden von Künstlern zum Kreieren von Skulpturen und auch dekorativen Details und Elementen von Möbeln verwendet. Titan und seine Legierungen werden auch für die Herstellung von Sportausrüstungen verwendet. Sie kommen dort zum Einsatz, wo hohe Festigkeit bei einem minimalen Gewicht des Produktes benötigt wird. Die beliebtesten Titanprodukte in diesem Bereich sind Bergsteigerausrüstungen, Fahrradrahmen (welche Vibrationen perfekt absorbieren und ermüdungsbeständig sind), Tennisschläger, Wettkampfschlitten, Skier, Golfschläger, Hockeyschläger, Cricketschläger, Rugbyhelmdecken und Angelausrüstungen. Außerdem finden sich Titan und seine Legierungen auch in Brillenfassungen (leicht, haltbar und keine Hautallergien verursachend), in Hufbeschlägen (vor allem für Rennpferde) und Schlitten zur Verwendung im Freizeitbereich. Titan und seine Legierungen kommen auch für die Herstellung von Segelausrüstungen (Beschläge, Blöcke, Windenelemente, feststehende Takelage) zum Einsatz.
Das Substrat, zum Beispiel das Titan, die Titanlegierung oder der Edelstahl, kann gegossen, extrudiert, warmgewalzt, kaltgewalzt, geglüht oder gehärtet usw. sein.
Auf dem Metall- oder Metalllegierungssubstrat wird die Oxidschicht erzeugt, und dann wird die Silikat- oder Borosilikatglas-ähnliche Schicht aufgebracht. In einem Fall besteht die Oberfläche des Metalls oder der Metalllegierung aus der Oxidschicht. In einem anderen Fall beinhaltet das geschichtete Produkt Titan/eine Titanlegierung/Edelstahl, wobei die Oxidschicht direkt an der Titan-/Titanlegierungs-/Edelstahloberfläche anhaftet, wobei die glasartige Schicht direkt an der Oxidschicht anhaftet.
Das Substrat kann zum Beispiel Titan, eine Titanlegierung oder Edelstahl sein. Die Titanlegierung kann aus allen Legierungen auf Titanbasis ausgewählt sein. In einem Beispiel besteht die Titanlegierung aus den folgenden Elementen oder besteht im Wesentlichen daraus: 0,5 % Al, 0,4 % Si und der Rest Ti. Der Edelstahl kann aus allen verfügbaren Legierungen ausgewählt sein. In einem bevorzugten Beispiel ist der Edelstahl eine 304L-Legierung und besteht aus den folgenden Elementen oder besteht im Wesentlichen daraus: weniger als 0,03 % C, 18 % - 20 % Cr, 8 % - 12 % Ni, weniger als 0,75 % Si, weniger als 2 % Mn, weniger als 0,045 % P, weniger als 0,03 % S, weniger als 0,10 % N und der Rest Fe. In einem weiteren bevorzugten Beispiel ist der Edelstahl eine 316L-Legierung und besteht aus den folgenden Elementen oder besteht im Wesentlichen daraus: weniger als 0,03 % C, 16 % - 18 % Cr, 10 % - 14 % Ni, 2 % - 3 % Mo, weniger als 0,75 % Si, weniger als 2 % Mn, weniger als 0,045 % P, weniger als 0,03 % S, weniger als 0,10 % N und der Rest Fe.
Wahlweise kann das Substrat zum Beispiel aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bestehen. Die Aluminiumlegierung kann aus den Serien bestehend aus einer Legierung der Serie 1000, einer Legierung der Serie 2000, einer Legierung der Serie 3000, einer Legierung der Serie 4000, einer Legierung der Serie 5000, einer Legierung der Serie 6000, einer Legierung der Serie 7000 und einer Legierung der Serie 8000 ausgewählt sein. In einem bevorzugten Beispiel ist die Aluminiumlegierung eine Legierung der Serie 6000; in einem weiteren bevorzugten Beispiel ist die Aluminiumlegierung eine Legierung der Serie 3000; in noch einem weiteren Beispiel ist die Aluminiumlegierung eine Legierung der Serie 1000.
Das bei der vorliegenden Erfindung verwendete Substrat erfordert keine Opferbeschichtung (zum Beispiel eine Zinkbeschichtung). Opferbeschichtungen sind Beschichtungen, die auf ein Substrat aufgebracht werden, die sich im Vergleich zu dem darunterliegenden Metall oder der darunterliegenden Metalllegierung bevorzugt abbauen (zum Beispiel oxidieren). Jedoch erzielen die Verfahren und Beschichtungen der vorliegenden Erfindung ausgezeichnete antikorrosive Eigenschaften, ohne Bedarf an einer Opferschicht. Stattdessen wird die neue Oxidschicht direkt auf das Metall oder die Metalllegierung ausgebildet, und die Silikatbeschichtung wird direkt auf der fest anhaftenden Oxidschicht ausgebildet.
Reinigung
Wie erwähnt kann das Verfahren auch einen Schritt des Reinigens der Metall- oder Metalllegierungsoberfläche vor dem Entfernen jeglicher vorhandenen Oxidschicht umfassen.
Das Gesamterscheinungsbild einer Metalloberfläche (wenn sie nicht durch den Prozess der Erfindung geschützt ist) verschlechtert sich unter Standardumgebungsbedingungen, insbesondere wenn sich Verunreinigungen, z.B. Ruß, Schmutz usw., auf oder innerhalb der Poren der Oberfläche ansammeln. Ölrückstände von Fingerabdrücken sind auch problematisch. Das Reinigen des Metalls entfernt alle Fette, Schmierstoffe, Öle, Kohlenstoffablagerungen (ein natürliches Nebenprodukt des Prozesses der Benzinverbrennung in Benzinmotoren) und Schmutz. Der erste Schritt im Prozess der vorliegenden Erfindung kann daher das Reinigen der Oberfläche des Metalls/der Metalllegierung sein.
Der Schritt des Reinigens kann das Entfernen von Verunreinigungen von der Oberfläche des Metalls, wie z.B. Fett, Öl, Protein und Zunder, umfassen. Die Entfernung von Fett und/oder Öl kann in diesem Schritt besonders bevorzugt sein. Die Entfernung derartiger Verunreinigungen kann sich auf die teilweise Entfernung oder vorzugsweise die Entfernung aller oder im Wesentlichen aller Verunreinigungen von der Oberfläche des Metalls beziehen.
Es gibt mehrere gut bekannte Reinigungsverfahren, die dem Fachmann zur Verfügung stehen. Zum Beispiel kann das Metall oder die Metalllegierung mit einem nassen (d.h. flüssigen) oder trockenen Reinigungsmittel gereinigt werden. Zu Nassreinigungsmitteln zählen zum Beispiel Wasser oder eine wässrige Lösung, einschließlich einer alkalischen Lösung, einer sauren Lösung oder einer neutralen Lösung. Zu Nassreinigungsmitteln können auch Entfettungsmittel zählen. Ein Nassreinigungsmittel kann ein Waschmittel, Seife, Bleiche, Alkohol (wie z.B. Ethanol), organische Lösemittel (wie z.B. Aceton) und/oder Ammoniak umfassen. Die jeweilige Art der Reinigung und die entsprechenden Verfahrensschritte können von der Menge der Verunreinigungen abhängen, die auf der Oberfläche des Metalls oder der Metalllegierung vorliegen, welche es zu entfernen gilt.
Ein alkalisches Reinigungsmittel, wie z.B. ein alkalisches Entfettungsmittel, oder ein neutrales Reinigungsmittel sind von Nutzen, um zum Beispiel Öl und Fett zu entfernen. In derartigen Ausführungsformen können ein Waschmittel, Seife, Bleiche oder Ammoniak verwendet werden. Ein saures Reinigungsmittel kann von Nutzen sein, um zum Beispiel Öl, Fett, Protein oder Zunder zu entfernen. Ein Abwischen der Oberfläche des Metalls/der Metalllegierung, zum Beispiel mit einem Tuch, kann auch zum Einsatz kommen. Das Tuch kann ein Nassreinigungsmittel wie oben beschrieben aufweisen (d.h. das Tuch kann mit einem Nassreinigungsmittel getränkt sein).
Nass- oder trockenmechanische Reinigungsverfahren können auch für das Reinigen zum Einsatz kommen, wie z.B. abrasives Strahlen (zum Beispiel Sandstrahlen), Schleifen, Drahtbürsten, Polieren und Hochdruckreinigen mit Wasser. Abrasives Strahlen, wie z.B. Sandstrahlen, kann von spezifischer Relevanz sein, wenn es sich bei dem Metall oder der Metalllegierung um Titan oder eine Titanlegierung oder Edelstahl handelt, es ist jedoch auch auf andere Metalle anwendbar. Mechanisches Reinigen erzielt üblicherweise auch die Entfernung der Oxidschicht. Einem Schritt des abrasiven Strahlens (zum Beispiel Sandstrahlen) kann vorzugsweise ein Schritt des Waschens folgen. Der Schritt des Waschens entfernt jegliches verbleibendes Abrasivmittel (z.B. Strahlmittel (wie z.B. Kohlenstoffstahl-Strahlmittel oder Edelstahl-Strahlmittel oder Sandstrahlmittel)) des abrasiven Strahlungsschrittes. Eine Verwendung von Edelstahl-Strahlmittel oder Sand für das abrasive Strahlen kann bevorzugt sein. Ein Schritt des Beizens kann vorgenommen werden, selbst wenn ein Schritt des abrasiven Strahlens zum Reinigen des Metalls oder der Metalllegierung zum Einsatz kommt. Jedoch kann eine Verwendung bestimmter Abrasivmittel, wie z.B. Sand oder Edelstahl-Strahlmittel, den Bedarf an einem Beizschritt vermeiden.
Dementsprechend kann der Prozess einen Schritt des Reinigens der Oberfläche des Metalls oder der Metalllegierung umfassen, wobei der Schritt des Reinigens der Oberfläche des Metalls das Entfernen von Fett und/oder Öl von der Oberfläche des Metalls oder der Metalllegierung umfasst.
Der Reinigungsschritt kann mehrere Reinigungsschritte umfassen. Zum Beispiel kann der Schritt des Reinigens in einigen Ausführungsformen einen Schritt des abrasiven Strahlens (zum Beispiel Sandstrahlen) und einen Schritt des Entfettens der Oberfläche umfassen. In einigen Ausführungsformen kann, wenn beide Schritte vorgenommen werden, der Schritt des abrasiven Strahlens vor dem Schritt des Entfettens stattfinden. In einigen Ausführungsformen kann es notwendig oder ratsam sein, das Metall oder die Metalllegierung im Anschluss an das abrasive Strahlen zu waschen oder abzuspülen.
Entfernung einer Oxidschicht
Nach dem optionalen, jedoch bevorzugten Schritt des Reinigens der Metalloberfläche sollte vor einer kontrollierten Oxidation jegliche vorhandene oder natürliche Oxidschicht (vollständig) entfernt werden. Die Oxidschicht kann durch chemische oder mechanische Mittel entfernt werden. Dieser Schritt kann auch der Vorbereitung der Substratoberfläche für weitere Prozesse durch das Entfernen von Zunder (z.B. resultierend aus einer Wärmebehandlung, falls nicht erwünscht), Fremdstoffen, die als Oberflächenverunreinigung vorliegen, Oberflächenschäden, Herstellungsdefekten, einer angelaufenen oder unebenen Oberfläche oder Flecken dienen. Alle derartigen Verunreinigungen und Defekte können die Korrosionsbeständigkeit, die Stabilität, die Qualität und das allgemeine Erscheinungsbild beeinträchtigen.
Im Allgemeinen weist das Metall- oder Metalllegierungsprodukt fast immer eine vorhandene (alte) Oxidschicht auf, es sei denn (zum Beispiel), die Oxidschicht wurde entfernt und das Produkt wurde in einer schützenden Umgebung aufbewahrt, um die Ausbildung einer Oxidschicht zu verhindern. Daher umfassen die Verfahren in den meisten Ausführungsformen einen Schritt des Entfernens einer vorhandenen Oxidschicht von dem Metall oder der Metalllegierung. Dementsprechend sind die Verfahren im Allgemeinen Verfahren, die an einem Metall oder einer Metalllegierung durchgeführt werden, das/die eine Oxidschicht aufweist. Die vorhandene Oxidschicht ist eine solche, die unzureichend gleichmäßig ist, um eine ordnungsgemäße Beschichtung zu gestatten und die Vorteile der Erfindung zu realisieren. Somit ist der Schritt des Entfernens der Oxidschicht (und des Zulassens, dass sich eine neue Oxidschicht ausbildet, entweder durch Aussetzung gegenüber einer gasförmigen oxidierenden Umgebung, wie z.B. Luft, oder durch chemische Passivierung) vor dem Schritt des Beschichtens erforderlich.
Entfernung durch Beizen
Der Schritt des Entfernens der Oxidschicht durch chemische Mittel kann einen Schritt des Beizens umfassen. Die vorhandene Oxidschicht kann durch Beizen mittels einer sauren Beizlösung von dem Metall oder der Metalllegierung entfernt werden.
Der Prozess kann das Beizen des Metalls oder der Metalllegierung durch das Aussetzen des Substrates gegenüber einem Beizmittel umfassen. Das Beizen entfernt Oxide, Zunder (z.B. resultierend aus einer Wärmebehandlung), Fremdstoffe, die als Oberflächenverunreinigung vorliegen, Oberflächenschäden, Herstellungsdefekte, eine angelaufene oder unebene Oberfläche, Flecken, Strahlmittelreste oder eine Alpha-case-Schicht. Alle derartigen Verunreinigungen und Defekte können die Korrosionsbeständigkeit, die Stabilität, die Qualität und das allgemeine Erscheinungsbild beeinträchtigen.
Das Beizen kann durch das In-Kontakt-Bringen der Oberfläche des Metalls oder der Metalllegierung mit einer Beizlösung erfolgen. Die Beizlösung kann gemäß jeglichem geeigneten Verfahren mit der Oberfläche des Metalls oder der Metalllegierung in Kontakt gebracht werden. Zum Beispiel kann die Beizlösung durch Eintauchen in die Lösung oder Aufbringen der Lösung auf die Oberfläche des Metalls oder der Metalllegierung, zum Beispiel durch Sprühen oder Walzenbeschichtung, mit der Oberfläche in Kontakt gebracht werden. Beizlösungen können auch in Form von Gelen oder Pasten usw. aufgebracht werden.
Das Beizen entfernt die gesamte oder im Wesentlichen die gesamte Oxidschicht, die auf der Oberfläche des Metalls oder der Metalllegierung vorliegt, ohne das Metall oder die Metalllegierung selbst zu korrodieren oder im Wesentlichen ohne dieses/diese selbst zu korrodieren. Die saure Beizlösung kann Salpetersäure, Fluorwasserstoffsäure, Chlorsäure, Schwefelsäure, Phosphorsäure, Natriumpersulfat, Wasserstoffperoxid oder eine Kombination davon umfassen. In einer Ausführungsform umfasst die Beizlösung Salpetersäure und/oder Fluorwasserstoffsäure. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Beizlösung Fluorwasserstoffsäure und Salpetersäure.
In einigen Ausführungsformen umfasst die Beizlösung Salpetersäure und/oder Fluorwasserstoffsäure, umfasst jedoch kein/e Chlorsäure, Schwefelsäure, Phosphorsäure, Natriumpersulfat, Wasserstoffperoxid oder eine Kombination davon. In einigen Ausführungsformen umfasst die Beizlösung Salpetersäure und/oder Fluorwasserstoffsäure, umfasst jedoch keine andere Säure.
In einer Ausführungsform weist die Beizlösung einen pH von etwa 0 bis etwa 3 auf, zum Beispiel einen pH von etwa 1.
Die Beizlösung kann ferner auch andere Komponenten enthalten, wie z.B. Beschleuniger, Hemmer, Benetzungsmittel oder proprietäre Lösungen.
Die Wirksamkeit des Säurebeizens (z.B. die Geschwindigkeit und die Effizienz des Beizens) kann durch eine Erhöhung der Temperatur zunehmen. Jedoch kann es eine obere Temperaturgrenze geben, zum Beispiel aufgrund des Risikos eines Überbeizens. In einer Ausführungsform erfolgt das Beizen bei Umgebungs-/Raumtemperatur. Umgebungstemperatur und Raumtemperatur werden hierin austauschbar verwendet und können von etwa 15 °C bis etwa 25 °C reichen. In einer weiteren Ausführungsform erfolgt das Beizen bei einer Temperatur von mindestens etwa 15 °C.
Der Schritt des Beizens kann für mindestens etwa 1 Minute, mindestens etwa 10 Minuten oder mindestens etwa 20 Minuten durchgeführt werden. In einigen Ausführungsformen kann das Beizen für mindestens etwa 20 Minuten durchgeführt werden. In derartigen Ausführungsformen bezieht sich die Zeitdauer, die zum Durchführen des Beizschrittes verwendet wird, auf die Zeitmenge, die die Beizlösung in Kontakt mit dem Metall oder der Metalllegierung steht. Dementsprechend kann das Verfahren das Entfernen der Beizlösung von dem Metall (zum Beispiel durch Waschen) umfassen, nachdem der angemessene Zeitraum verstrichen ist. Alternativ dazu könnte das Substrat einfach aus der Beizlösung entnommen werden, wenn es darin eingetaucht wurde (gefolgt von einem optionalen Waschen zum Entfernen überschüssiger Lösung).
Wenn Salpetersäure in der Beizlösung verwendet wird, kann das Verfahren die Verwendung von etwa 5 % bis etwa 25 % v/v 70 %iger Salpetersäure umfassen. Wenn Fluorwasserstoffsäure in der Beizlösung verwendet wird, kann das Verfahren die Verwendung von bis zu 5 % v/v 60 %iger Fluorwasserstoffsäure umfassen. Vorzugsweise, jedoch nicht wesentlich, sollte, wenn sowohl Salpetersäure als auch Fluorwasserstoffsäure in der Beizlösung verwendet werden, das prozentuale Verhältnis der Säuren etwa 10:1 betragen (um die Bildung von freiem Wasserstoff zu minimieren).
In einer Ausführungsform entspricht die Zusammensetzung der Beizsäuren zum Beispiel bei Umgebungs-/Raumtemperatur oder höher etwa 10 % bis etwa 20 % v/v (etwa 150 g/l bis etwa 300 g/l) 70 %iger Salpetersäure und etwa 1 % bis etwa 2 % v/v (etwa 12 g/l bis etwa 24 g/l) 60 %iger Fluorwasserstoffsäure.
In einer spezifischen Ausführungsform können zum Beispiel für mindestens 20 Minuten bei Umgebungs-/Raumtemperatur 15% v/v 70 %ige Salpetersäure und 1,5 % v/v 60 %ige Fluorwasserstoffsäure verwendet werden.
Der Schritt des Beizens kann durch das Entfernen der Beizlösung (zum Beispiel durch Waschen) beendet werden.
Wenn Beizen zum Entfernen einer vorhandenen Oxidschicht zum Einsatz kommt, kann die Zeit, die das Metall oder die Metalllegierung vor dem nächsten Schritt des Verfahrens einer gasförmigen oxidierenden Umgebung (z.B. Luft) ausgesetzt wird, begrenzt werden, um eine Degradation des Metalls oder der Metalllegierung vor den nächsten Schritten des Verfahrens zu verhindern. Zum Beispiel kann bei Verfahren, die Beizen und chemische Passivierung umfassen, der Schritt der chemischen Passivierung innerhalb etwa von 1 Stunde (zum Beispiel innerhalb von etwa 20, innerhalb von etwa 15, innerhalb von etwa 10 oder innerhalb von etwa 5 Minuten) nach dem Abschluss des Beizschrittes stattfinden. Längere Zeiträume können möglich sein, insbesondere wenn das gebeizte Metall oder die gebeizte Metalllegierung einer schützenden Umgebung ausgesetzt ist (d.h. einer solchen, welche Oxidation eliminiert oder im Wesentlichen eliminiert, wie z.B. eine inerte Atmosphäre, oder zumindest eine unkontrollierte natürliche Passivierung einschränkt, indem das Metall oder die Metalllegierung zum Beispiel in Wasser gelegt wird), um eine Degradation des Metalls zu verhindern. Wenn eine schützende Umgebung zum Einsatz kommt, kann dies einen viel längeren Zeitraum zwischen dem Schritt des Beizens und dem Schritt der chemischen Passivierung gestatten. In einigen Ausführungsformen wird das gebeizte Metall oder die gebeizte Metalllegierung für bis zu etwa 1 Stunde (zum Beispiel bis zu etwa 20, bis zu etwa 15, bis zu etwa 10 oder bis zu etwa 5 Minuten) einer gasförmigen oxidierenden Umgebung (zum Beispiel Luft) ausgesetzt, bevor der Schritt der chemischen Passivierung eingeleitet wird. Dies verhindert oder minimiert die Ausbildung einer neuen Oxidschicht durch natürliche Passivierung, wenn stattdessen ein Schritt der chemischen Passivierung stattfinden soll.
Andere Entfernungsverfahren
Für das Entfernen von Oxidschichten von dem Metall oder der Metalllegierung stehen alternative Verfahren zur Verfügung. Zu alternativen Verfahren können mechanische Reinigung, wie z.B. abrasives Strahlen, Schleifen, Drahtbürsten und Hochdruckreinigen mit Wasser, zählen. Zum Beispiel kann das Verfahren eine glatte, saubere Oberfläche (SCS - Smooth Clean Surface) und/oder eine umweltfreundlich gebeizte Oberfläche (EPS - Eco Pickled Surface) umfassen, wie zum Beispiel in US-Patentschrift Nr. 9,333,625, 8,707,529, 8,128,460, 8,074,331, 8,066,549, 8,062,095 und 7,601,226 beschrieben. Der SCS-Prozess umfasst die abrasive Entfernung von Oxidation von der Oberfläche des Metalls oder der Metalllegierung. Auch der EPS-Prozess setzt mechanische Mittel zum Entfernen der Oxidschicht ein, spezifisch mittels „Schlammstrahlen“. Die Schlämme umfasst eine Mischung aus Wasser und feinen Stahlpartikeln. Die Schlämme entfernt die Oxidschicht, jedoch nicht das darunterliegende Metallsubstrat.
Dementsprechend kann ein Verfahren, welches das Entfernen der Oxidschicht durch mechanische Mittel umfasst, das Entfernen der Oxidschicht durch abrasives Strahlen, Schleifen, Drahtbürsten, Hochdruckreinigen mit Wasser oder Kombinationen davon umfassen. Mechanische Verfahren erzielen im Allgemeinen möglicherweise keine so saubere Oberfläche wie es das Beizen tut, also kann das Beizen bevorzugt sein. Es sei darauf hingewiesen, dass die Verwendung mechanischer Mittel zum Entfernen der Oxidschicht die Oberfläche des Materials auch „reinigen“ kann. Dementsprechend setzen einige Ausführungsformen der Erfindung mechanische Mittel zum Entfernen der Oxidschicht ein (wie z.B. abrasives Strahlen), was als der Schritt sowohl zum Reinigen der Oberfläche des Materials als auch zum Entfernen jeglicher vorhandenen Oxidschicht dient. Dementsprechend umfassen einige Ausführungsformen der Erfindung eine mechanische Behandlung (zum Beispiel abrasives Strahlen) der Oberfläche des Materials, gefolgt von den Passivierungs- und Beschichtungsschritten. In anderen Ausführungsformen umfasst die Erfindung eine mechanische Behandlung (zum Beispiel abrasives Strahlen), wahlweise gefolgt von Waschen, zum Beispiel mit Wasser, und anschließender Beschichtung. Das Waschen mit Wasser kann durch jegliche geeigneten Mittel erreicht werden, zum Beispiel Abspülen, Eintauchen usw. Angesichts der Tatsache, dass der Schritt des Waschens mit Wasser im Allgemeinen in einem luftgefüllten Raum stattfindet (und tatsächlich sämtliche der Schritte der Verfahren an der Luft ausgeführt werden können), kann der Schritt des Waschens mit Wasser die gleichzeitige Ausbildung einer neuen Oxidschicht auf dem Metall oder der Metalllegierung gestatten. Dementsprechend gibt es in einigen Ausführungsformen keinen komplett separaten Schritt des Ausbildens einer neuen Oxidschicht, da dies gleichzeitig mit den vorhergehenden Schritten stattfinden kann, wenn diese an der Luft durchgeführt werden.
In einigen Ausführungsformen können die Verfahren eine Kombination aus abrasivem Strahlen und Beizen umfassen, gefolgt von den Passivierungs- und Beschichtungsschritten. In einigen Ausführungsformen können die Verfahren eine Kombination aus abrasivem Strahlen, Entfetten (zum Beispiel mittels einer alkalischen Entfettungslösung) und Beizen umfassen, gefolgt von den Passivierungs- und Beschichtungsschritten. Wenn das Beizen vorgenommen wird, findet es im Allgemeinen nach den Schritten des abrasiven Strahlens und des Entfettens statt. Wenn ein Entfetten vorgenommen wird, kann es nach jeglichem abrasiven Strahlschritt, der vorgenommen wird, stattfinden. Wenn eine Passivierung vorgenommen wird, kann sie eine chemische Passivierung oder eine Aussetzung gegenüber einer gasförmigen oxidierenden Umgebung, wie z.B. Luft, umfassen.
Verfahren der Erfindung können die Bereitstellung eines Metalls oder einer Metalllegierung, von dem/der eine Oxidschicht (z.B. eine natürliche Oxidschicht) bereits entfernt wurde, umfassen.
In einigen Ausführungsformen umfassen Verfahren der Erfindung, welche die Entfernung einer vorhandenen Oxidschicht durch abrasives Strahlen umfassen, keinen Schritt des Beizens und/oder umfassen keinen Schritt der chemischen Passivierung.
Nach der Entfernung der Oxidschicht (zum Beispiel durch Beizen oder durch mechanische Behandlung, wie z.B. abrasives Strahlen), können zusätzliche Schritte vorgenommen werden, um eine weitere chemische Veränderung des Metalls oder der Metalllegierung vor einem aktiven Schritt der Passivierung zu verhindern. Zum Beispiel kann in einer Ausführungsform das Metall oder die Metalllegierung, von dem/der die Oxidschicht entfernt wurde (z.B. das gebeizte Metall oder die gebeizte Metalllegierung), in Wasser oder in einer anderen schützenden Umgebung aufbewahrt werden. In der Praxis kann, sofern der Prozess nicht in einer kontrollierten Umgebung, wie z.B. in einer inerten Atmosphäre, durchgeführt wird, um die Bildung von Oxiden durch Oxidation an der Luft zu verhindern, ein Verfahren, welches einen Schritt des Hinzufügens einer neuen Oxidschicht mittels chemischer Passivierung umfasst, die Ausbildung einiger Oxide durch natürliche Passivierung beinhalten, da das Metall oder die Metalllegierung für einen kurzen Zeitraum Luft ausgesetzt ist. Die Bildung von Oxiden durch natürliche Passivierung an der Luft wird jedoch vorzugsweise kontrolliert, indem die Gesamtaussetzungszeit des Metalls oder der Metalllegierung gegenüber Luft begrenzt wird.
Vorzugsweise entfernt der Schritt des Entfernens der Oxidschicht, ungeachtet des zum Entfernen der alten Oxidschicht eingesetzten Verfahrens, die vorhandene alte Schicht vollständig. Jegliche Oxide, die auf der Oberfläche des Metalls oder der Metalllegierung vorliegen, sind neu, d.h. sie wurden nach dem Start des Prozesses ausgebildet.
Nachdem die Oxidschicht entfernt wurde, ist das Metall oder die Metalllegierung bereit für den nächsten Schritt des Verfahrens: die Passivierung. Die Passivierung folgt direkt auf den Prozess der Entfernung der Oxidschicht oder kann zur gleichen Zeit wie eine Entfernung der alten Oxidschicht beginnen oder stattfinden (zum Beispiel im Fall der Entfernung einer Oxidschicht durch mechanische Behandlung, die in einem luftgefüllten Raum ausgeführt wird). Die Erfindung erfordert keinerlei zusätzliche Schritte zwischen dem Prozess der Entfernung der Oxidschicht und dem Passivierungsprozess, abgesehen von einem optionalen Wasch- oder Spülschritt. Es gibt im Allgemeinen keine Zwischenschritte zwischen dem Abschluss des Schrittes der Entfernung der Oxidschicht (welche, in Abhängigkeit vom verwendeten Verfahren, zum Beispiel einen Schritt des Waschens des Metalls oder der Metalllegierung beinhalten könnte, z.B. wenn abrasives Strahlen, wie z.B. Sandstrahlen, zum Entfernen der Oxidschicht eingesetzt wird oder wenn Beizen zum Entfernen der Oxidschicht eingesetzt wird) und der Einleitung des Passivierungsschrittes.
Passivierung
Nachdem das Metall oder die Metalllegierung wahlweise gereinigt und die Oxidschicht entfernt wurde, wird durch Passivierung eine neue, gleichmäßige Oxidschicht ausgebildet. Der Schritt der Passivierung ist eine chemische Passivierung oder eine Passivierung durch Aussetzung gegenüber einer gasförmigen oxidierenden Umgebung, wie z.B. durch Aussetzung gegenüber Luft (auch als natürliche Passivierung bezeichnet, jedoch unter kontrollierten Bedingungen und/oder für einen begrenzten Zeitraum durchgeführt). Ein Schritt der Passivierung kann durch Trocknen erreicht werden (welches üblicherweise eine Aussetzung des Metalls oder der Metalllegierung gegenüber einer gasförmigen oxidierenden Umgebung, wie z.B. Luft, erfordern würde). Die neue Oxidschicht wird durch das Metall- oder Metalllegierungssubstrat getragen.
Oxidschichten können im Allgemeinen durch Anodisierung oder durch den technologischen Prozess der Passivierung des Metalls oder der Metalllegierung hergestellt werden. Während sie chemisch ähnlich sind, unterscheiden sich die Strukturen der Oxidschichten, die durch unterschiedliche Verfahren bereitgestellt werden, maßgeblich. Die bei diesen Prozessen erzeugte Oxidschicht kann eine amorphe oder kristalline Struktur aufweisen. Insbesondere ist die Metall- oder Metalllegierungsoberfläche keine Einkristalllinie (und die Oberflächenausrichtung kann verschiedene Kristallausrichtungen beinhalten). Hierin beschriebene Verfahren umfassen daher das Ausbilden einer amorphen Oxidschicht. Dies ist darauf zurückzuführen, dass Verfahren des Ausbildens einer Oxidschicht auf einem Metall oder einer Metalllegierung mittels chemischer Passivierung oder Aussetzung gegenüber einer gasförmigen oxidierenden Umgebung, wie z.B. Luft, eine amorphe Struktur und keine kristalline Struktur erzeugen. Die vorliegenden Erfinder haben überraschenderweise herausgefunden, dass das Ausbilden einer neuen, amorphen Oxidschicht auf der Oberfläche des Metalls oder der Metalllegierung in Kombination mit den Beschichtungsschritten die besten Resultate erzielt.
Verfahren der vorliegenden Erfindung beinhalten keinen Schritt des Hinzufügens einer Oxidschicht auf dem Metall oder der Metalllegierung durch elektrische und/oder elektrolytische Passivierung, einschließlich Anodisierung. Die vorliegenden Erfinder haben unerwarteterweise herausgefunden, dass die Silikatbeschichtung auf ein Metall oder eine Metalllegierung aufgebracht werden kann, das/die keinen Prozess der elektrischen oder elektrolytischen Passivierung, wie z.B. Anodisierung, durchlaufen hat. Dementsprechend ist die Oxidschicht in Ausführungsformen der Erfindung nicht kristallin. Stattdessen ist die Oxidschicht amorph.
Verfahren der vorliegenden Erfindung verbessern unerwarteterweise das Erscheinungsbild des Metalls oder der Metalllegierung. Dies ist darauf zurückzuführen, dass Verfahren, welche Anodisierung umfassen, die Farbe des Materials verändern können, insbesondere wenn das verwendete Metall aus der Gruppe bestehend aus Titan, einer Titanlegierung und Edelstahl ausgewählt ist, wohingegen eine Passivierung mittels chemischer Passivierung oder Aussetzung gegenüber einer gasförmigen oxidierenden Umgebung (zum Beispiel beim Trocknen) das Ausbilden einer amorphen Oxidschicht gestattet, die unerwarteterweise das Erscheinungsbild des Metallproduktes verbessert, indem ein „natürlicheres“ Erscheinungsbild beibehalten wird. Außerdem erzeugt die Kombination aus Passivierung durch chemische Mittel oder Aussetzung gegenüber einer gasförmigen oxidierenden Umgebung (zum Beispiel beim Trocknen) und Entfernung einer Oxidschicht (zum Beispiel durch Beizen oder mechanische Behandlung, wie z.B. abrasives Strahlen) unerwarteterweise ein Material mit einer glatteren Oberfläche im Vergleich zu Metallen, die mittels eines Verfahrens beschichtet wurden, das Passivierung durch Anodisierung umfasst. Wenn der Prozess mit den anderen Schritten der Verfahren der Erfindung kombiniert wird, liefert er ein sehr haltbares und beständiges Material, das auch das natürliche Aussehen des Metalls beibehält, selbst wenn es hohen Temperaturen und Oxidation ausgesetzt wird (wie in den Beispielen weiter diskutiert).
Die chemische Passivierung ist ein Beispiel einer Umwandlungsbeschichtung, bei welcher die Metalloberfläche mittels eines chemischen Prozesses in die Beschichtung umgewandelt wird. Die vorliegende Erfindung ist dazu ausgelegt, in Verbindung mit einer passiven Beschichtung verwendet zu werden.
Im Gegensatz zum Beizen, welches eine Oxidschicht von der Oberfläche des Metalls oder der Metalllegierung entfernt, verursacht die chemische Passivierung das Ausbilden einer Oxidschicht auf der Oberfläche des Metalls oder der Metalllegierung.
In einigen Ausführungsformen umfassen, sofern nicht abrasives Strahlen eingesetzt wird, Verfahren der Erfindung keine natürliche Passivierung oder beruhen darauf (mit Ausnahme jeglicher möglicherweise auftretenden natürlichen Passivierung, die beim Ausführen der anderen Schritte des Verfahrens stattfindet, welche durch eine Begrenzung der Aussetzung des Metalls oder der Metalllegierung gegenüber Luft eingeschränkt werden kann, indem die Zeit, die zwischen aufeinanderfolgenden Schritten des Verfahrens vergeht, begrenzt wird und/oder indem eine schützende Atmosphäre zum Einsatz kommt). Bei der natürlichen Passivierung kann sich eine Oxidschicht auf der Oberfläche des Metalls oder der Metalllegierung bilden, wenn diese/s bei Raumtemperatur an der Luft aufbewahrt wird. Die Verfahren der Erfindung können daher auf einer chemischen Passivierung aufgrund der Aufbringung einer passivierenden Lösung beruhen. Die Resultate können zuverlässiger, kontrollierbarer und schneller sein. Jedoch hat sich die Kombination aus abrasivem Strahlen zum Entfernen einer vorhandenen Oxidschicht und kontrollierter natürlicher Passivierung (d.h. Aussetzung gegenüber einer gasförmigen oxidierenden Umgebung, wie z.B. Luft, für einen begrenzten Zeitraum) durch die vorliegenden Erfinder als besonders vorteilhaft erwiesen.
Dementsprechend umfasst das Verfahren in einigen Ausführungsformen keine natürliche Passivierung oder eine elektrische oder elektrolytische Passivierung des Metalls oder der Metalllegierung. In einigen Ausführungsformen besteht der Schritt des Hinzufügens einer Oxidschicht auf dem Metall oder der Metalllegierung aus einem Schritt der chemischen Passivierung. In anderen Ausführungsformen umfasst das Verfahren einen Schritt der kontrollierten natürlichen Passivierung für einen begrenzten Zeitraum, insbesondere in Kombination mit einem vorhergehenden Schritt der Entfernung einer Oxidschicht durch abrasives Strahlen, wie z.B. Sandstrahlen.
In einer Ausführungsform kann die Oxidschicht in einem kontrollierten technologischen Prozess der chemischen Passivierung erzeugt werden. Natürliche Oxidschichten und diejenigen, die durch Passivierung erzeugt werden, sind viel dünner als typische anodisierte Oxidschichten. Vorzugsweise kann die Oxidschicht durch den kontrollierten Prozess der Passivierung erzeugt werden. Das Erzeugen der Oxidschicht durch Passivierung des Metallsubstrates gestattet die Kontrolle gewisser gewünschter Eigenschaften, einschließlich zum Beispiel der Ebenheit der Oberfläche. Nach dem Prozess der Passivierung kann das Material hohen Temperaturen ausgesetzt werden, um unterschiedliche Farben des Substrates zu erhalten. Jegliche vorhergehende oder natürliche Oxidschicht wird vor einer kontrollierten Oxidation entfernt, zum Beispiel wie oben beschrieben mittels Beizen oder mechanischer Behandlung.
Die Schritte entweder der chemischen Passivierung oder der Oxidation durch Aussetzung gegenüber einer gasförmigen oxidierenden Umgebung (wie z.B. Luft) werden unten detaillierter diskutiert.
Chemische Passivierung
Der Schritt der chemischen Passivierung, falls vorliegend, erfolgt mittels einer passivierenden Lösung. Das/Die wahlweise gereinigte und desoxidierte Metall oder Metalllegierung wird mit einer passivierenden Lösung in Kontakt gebracht. Die passivierende Lösung kann gemäß jeglichem geeigneten Verfahren mit der Oberfläche des Metalls oder der Metalllegierung in Kontakt gebracht werden. Zum Beispiel kann die passivierende Lösung durch Eintauchen in die Lösung oder Aufbringen der Lösung auf die Oberfläche des Metalls oder der Metalllegierung, zum Beispiel durch Sprühen oder Walzenbeschichtung, mit der Oberfläche in Kontakt gebracht werden.
Die passivierende Lösung kann Salpetersäure, Schwefelsäure, Phosphorsäure, Zitronensäure, Wasserstoffperoxid und/oder Natrium, Dichromat oder Kombinationen davon umfassen. In einer Ausführungsform umfasst die passivierende Lösung eine Säure ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Salpetersäure und Zitronensäure.
Die passivierende Lösung enthält im Allgemeinen keine Fluorwasserstoffsäure.
In einer Ausführungsform umfasst die passivierende Lösung von etwa 1 % bis etwa 30 % w/v Zitronensäure oder etwa 15 % bis etwa 30 % v/v 70 %ige Salpetersäure.
In einer Ausführungsform umfasst die passivierende Lösung von etwa 15% bis etwa 30 % v/v 70 %ige Salpetersäure. In einer Ausführungsform umfasst die passivierende Lösung von etwa 1% bis etwa 15 % w/v Zitronensäure. Dementsprechend kann die passivierende Lösung ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus:

a) einer passivierenden Lösung, welche von etwa 15 % bis etwa 30 % v/v 70 %ige Salpetersäure enthält; und
b) einer passivierenden Lösung, welche von etwa 1 % bis etwa 15 % w/v Zitronensäure enthält.

In einer spezifischen Ausführungsform umfasst die passivierende Lösung etwa 22,5 % v/v 70 %ige Salpetersäure, welche für etwa 30 Minuten bei Umgebungstemperatur aufgebracht werden kann, oder etwa 7 % w/v Zitronensäure, welche für etwa 30 Minuten bei Umgebungstemperatur aufgebracht werden kann.
In einer Ausführungsform weist die passivierende Lösung einen pH von etwa 0 bis etwa 3 auf, zum Beispiel einen pH von etwa 1.
Der Schritt der chemischen Passivierung kann für mindestens etwa 3 Minuten durchgeführt werden. In einer weiteren Ausführungsform kann der Schritt der chemischen Passivierung für mindestens 4 Minuten durchgeführt werden. In einer weiteren Ausführungsform kann der Schritt der Passivierung für mindestens 20 Minuten ausgeführt werden. In einer weiteren Ausführungsform kann der Schritt der chemischen Passivierung für bis zu 1 Stunde oder bis zu 2 Stunden durchgeführt werden.
In derartigen Ausführungsformen bezieht sich die Zeitdauer, die zum Durchführen des Schrittes der Passivierung verwendet wird, auf die Zeitmenge, für welche die passivierende Lösung mit dem Metall oder der Metalllegierung in Kontakt ist. Dementsprechend kann das Verfahren ein Entfernen der passivierenden Lösung von dem Metall (zum Beispiel durch Waschen) umfassen, nachdem ein angemessener Zeitraum verstrichen ist. Zum Beispiel wird das Substrat aus der passivierenden Lösung entnommen, wenn es darin eingetaucht wurde (gefolgt von einem optionalen Waschen zum Entfernen überschüssiger Lösung).
Wie beim Beizen kann die Rate der Passivierung durch die Temperatur beeinflusst werden. In einer Ausführungsform erfolgt die Passivierung (z.B. chemische oder kontrollierte natürliche Passivierung) bei einer Temperatur zwischen etwa 15 °C und etwa 80 °C. In einer weiteren Ausführungsform erfolgt der Schritt der Passivierung (z.B. chemische oder kontrollierte natürliche Passivierung) bei einer Temperatur von etwa 15 °C bis etwa 70 °C. Im Allgemeinen kann die Passivierung (z.B. chemische oder kontrollierte natürliche Passivierung) bei Raumtemperatur (zum Beispiel von etwa 15 °C bis etwa 25 °C) durchgeführt werden.
In spezifischen Ausführungsformen:

a) umfasst die passivierende Lösung 20 % - 25 % v/v 70 %ige Salpetersäure und die Passivierung kann für mindestens 30 Minuten bei Raum-/Umgebungstemperatur durchgeführt werden
b) umfasst die passivierende Lösung 20 % - 25 % v/v 70 %ige Salpetersäure und die Passivierung kann für mindestens 20 Minuten bei 45 °C - 60 °C durchgeführt werden
c) umfasst die passivierende Lösung 4 % - 10 % w/v Zitronensäure und die Passivierung kann für mindestens 20 Minuten bei einer Temperatur von 20 °C - 50 °C durchgeführt werden
d) umfasst die passivierende Lösung 4 % - 10 % w/v Zitronensäure und die Passivierung kann für mindestens 10 Minuten bei einer Temperatur von 50 °C - 60 °C durchgeführt werden
e) umfasst die passivierende Lösung 4 % - 10 % w/v Zitronensäure und die Passivierung kann für mindestens 4 Minuten bei einer Temperatur von 60 °C - 70 °C durchgeführt werden
f) sind andere Kombinationen aus Temperatur, Zeit und Säure mit oder ohne Beschleuniger/n, Hemmer/n oder proprietäre/n Lösungen, die zum Herstellen von Teilen, welche die spezifizierten Testanforderungen erfüllen, in der Lage sind, möglich.

In einer Ausführungsform weist die beschichtete Oxidschicht, die durch die chemische Passivierung hergestellt wurde, eine Dicke von weniger als etwa 50 µm auf. Die Oxidschicht kann eine Dicke von weniger als etwa 50 µm, 40 µm, 30 µm, 25 µm, 20 µm, 10 µm, 5 µm, 4 µm, 3 µm , 2 µm oder 1 µm aufweisen, wahlweise gerade einmal 1 nm. Zum Beispiel kann die Oxidschicht eine Dicke von etwa 1 nm bis etwa 25 µm aufweisen. In einem bestimmten Beispiel weist die Oxidschicht eine Dicke von weniger als etwa 10 µm auf und die glasartige Schicht weist eine Dicke von weniger als etwa 5 µm auf. Die glasartige Schicht kann eine Dicke von weniger als etwa 5 µm, 4 µm, 3 µm, 2 µm, 1 µm, 500 nm, 400 nm, 300 nm oder 200 nm aufweisen, wahlweise gerade einmal 100 nm. In einem bestimmten Beispiel weist die Oxidschicht eine Dicke von weniger als etwa 2 µm auf und die glasartige Schicht weist eine Dicke von weniger als etwa 550 nm auf.
Der Fachmann wird verstehen, dass die Verfahren in einigen Ausführungsformen einen Schritt des Bereitstellens eines Metalls oder einer Metalllegierung umfassen können, auf das/die bereits eine neue passive Oxidschicht aufgebracht wurde. Die Gegenwart einer Oxidschicht auf dem Metall oder der Metalllegierung, insbesondere einer glatten Oxidschicht (z.B. diejenigen Oxidschichten, die durch chemische Passivierung oder Aussetzung gegenüber einer gasförmigen oxidierenden Umgebung erhalten werden), ist wichtig für die Vorteile der Erfindung. Ein blankes Metall ohne eine Oxidschicht wird schlecht abschneiden. Es gibt keine spezifischen Einschränkungen hinsichtlich der Dicke der Oxidschicht. Jedoch weist die Oxidschicht vorzugsweise eine geeignete Dicke auf. Eine dickere Oxidschicht kann zum Beispiel die Reflexion der darunterliegenden Metallschicht verringern, also führen dünnere Oxidschichten zu einer verbesserten Reflexion, eine Eigenschaft, die bei Metallen üblicherweise wünschenswert ist. Daher kann die Dicke der Oxidschicht derart ausgewählt werden, dass die gewünschten Leistungseigenschaften im Endprodukt erzielt werden, während noch immer ein hohes Maß an Hochtemperatur-Oxidationsbeständigkeit, Korrosionsbeständigkeit und thermischer Beständigkeit bereitgestellt werden. Außerdem verliert beschichtetes Titan/eine beschichtete Titanlegierung/beschichteter Edelstahl seine/ihre Stromleitungseigenschaft und wird zu einem Isolator. Die Beschichtung sorgt auch für eine Verlängerung der Lebensdauer der Produkte, bei gleichzeitiger Erhöhung der Beständigkeit gegen Abrasion, Korrosion und Verunreinigung.
Die hierin offenbarte Oxidschicht ist vorzugsweise frei von Silikaten. D.h., die Oxidschicht beinhaltet keine Glasbildenden Siliciumoxide (z.B. SiO₂) oder Borosilikate oder Mischungen davon, es sei denn die darunterliegende Metalllegierung enthält Silicium oder Bor. In derartigen Fällen können Spuren von Siliciumoxiden oder Borosilikaten in der Oxidschicht vorliegen. In einem Fall weist die Oxidschicht eine Zusammensetzung auf, die aus einem oder mehreren Oxiden des Metalls oder der Metalllegierung besteht. Vorzugsweise ist die Zusammensetzung der Metall-/Metalllegierungsoxidschicht frei von Silicium, es sei denn das Metall oder die Metalllegierung selbst enthält Silicium. In einigen Ausführungsformen kann die Oxidschicht frei von Nickel sein.
Die Kombination der neuen Oxidschicht auf dem Metall oder der Metalllegierung mit der Silikat- oder Borosilikatglas-ähnlichen Schicht liefert eine temperatur- und oxidationsbeständige Beschichtung. In einigen Ausführungsformen umfasst das Produkt eine temperatur- und oxidationsbeständige Beschichtung.
Bei Verwendung von Aluminium kann die Aluminiumoxidschicht etwa 70 % w/w bis etwa 90 % w/w Al₂O₃, etwa 2,5 % w/w bis etwa 7,5 % w/w H₂O und etwa 10 % w/w bis etwa 20 % w/w SO₃, etwa 75 % w/w bis etwa 85 % w/w Al₂O₃, etwa 3,5 % w/w bis etwa 5,5 % w/w H₂O und etwa 12,5 % w/w bis etwa 17,5 % w/w SO₃ oder etwa 80 % - 81 % w/w Al₂O₃, etwa 5 % - 6 % w/w H₂O und 14 % - 15 % w/w SO₃ enthalten. In alternativen Beispielen kann die Aluminiumoxidschicht frei von SO₃ sein.
Die Aluminiumoxidschicht kann eine Böhmit-/Bayerit-Region beinhalten, ohne von den oben angegebenen Zusammensetzungsbereichen abzuweichen. Insbesondere beinhaltet die Böhmit-/Bayerit-Region ein hydratisiertes Aluminiumoxid, d.h. ein Aluminiumoxid mit einem höheren Anteil von Hydroxylgruppen als ein dehydratisiertes Aluminiumoxid. Zum Beispiel beinhaltet die Böhmit-/Bayerit-Region AlO(OH)- und/oder Al(OH)₃-Gruppen. In Beispielen mit der Böhmit-/Bayerit-Region ist die Böhmit-/Bayerit-Region direkt an die Silikatglas-ähnliche Schicht angehaftet. In einem Beispiel liegt die Böhmit-/Bayerit-Region innerhalb der Aluminiumoxidschicht, mit einem höheren Anteil von Hydroxylgruppen, und ist zwischen einer Region mit einem geringeren Anteil von Hydroxylgruppen und der Silikatglas-ähnlichen Schicht positioniert. In einem weiteren Beispiel erstreckt sich die Böhmit-/Bayerit-Region durch die gesamte Aluminiumoxidschicht. Die Böhmit-/Bayerit-Region kann in TOF-SIMS-Diagrammen von Aluminiumwerten im Zeitverlauf (Tiefe) identifiziert werden. Ohne an die Theorie gebunden zu sein, kann sich eine Variation in den Aluminiumwerten an oder nahe der Silikatglas-ähnlichen Schicht aufgrund einer erhöhten Brüchigkeit der Böhmit-/Bayerit-Region im Vergleich zum Großteil der Aluminiumoxidschicht ergeben. Diese Variation, wie sie zwischen Fräszeiten von etwa 1300 und 2000 zu sehen ist, ist, so glaubt man, die Böhmit-/Bayerit-Region oder weist darauf hin.
Vorzugsweise ist die Zusammensetzung der Oxidschicht über die Schicht hinweg und durch sie hindurch konsistent. Die Konsistenz der Zusammensetzung lässt sich aus der Konzentration der Metall- oder Metalllegierungskomponente in der Oxidschicht durch REM/EDS bestimmen. Wahlweise variiert die Konzentration des Metalls (zum Beispiel Titan oder Chrom) um weniger als 5 %, 4 %, 3%, 2% oder 1% über die Oxidschicht hinweg und durch sie hindurch.
Die Konsistenz der Zusammensetzung lässt sich auch aus der Sauerstoffkonzentration in der Oxidschicht durch REM/EDS bestimmen. Wahlweise variiert die Sauerstoffkonzentration um weniger als 5 %, 4 %, 3 %, 2 % oder 1 % über die Oxidschicht hinweg und durch sie hindurch.
Der Schritt der chemischen Passivierung kann durch das Entfernen der passivierenden Lösung (zum Beispiel durch Waschen) beendet werden.
Aussetzung gegenüber einer oxidierenden Umgebung (zum Beispiel Luft)
In einigen Ausführungsformen kann eine neue Oxidschicht durch Aussetzung gegenüber einer gasförmigen oxidierenden Umgebung, insbesondere einer gasförmigen Umgebung, welche Sauerstoff enthält (zum Beispiel durch Aussetzung gegenüber Luft), anstelle der Verwendung von chemischer Passivierung (oder in einigen Fällen in Kombination mit einem Schritt der chemische Passivierung) ausgebildet werden. Ein Schritt des Trocknens beinhaltet die Aussetzung gegenüber einer gasförmigen oxidierenden Umgebung (wie z.B. Kontakt mit Luft). Obwohl die Aussetzung gegenüber Luft der Einfachheit halber bevorzugt sein kann, kann auch eine Aussetzung gegenüber jeglicher gasförmigen Umgebung, welche Sauerstoff enthält, zum Ausbilden der neuen Oxidschicht durch kontrollierte natürliche Passivierung verwendet werden.
Die Aussetzung gegenüber einer gasförmigen oxidierenden Umgebung, wie z.B. Luft, erfolgt für einen Zeitraum, der ausreichend ist, damit sich eine Oxidschicht bildet, jedoch gleichermaßen begrenzt ist, um eine unkontrollierte natürliche Passivierung zu verhindern. Dementsprechend umfasst das Verfahren in einigen Ausführungsformen das Aussetzen des Metalls oder der Metalllegierung (nachdem eine vorhandene Oxidschicht entfernt wurde) gegenüber einer gasförmigen oxidierenden Umgebung, wie z.B. Luft. Wenn diese Form der Passivierung zum Einsatz kommt, wird das Metall oder die Metalllegierung für einen begrenzten Zeitraum der gasförmigen oxidierenden Umgebung ausgesetzt. Dies kann von Bedeutung sein, um die Qualität der neuen Oxidschicht aufrechtzuerhalten und die Vorteile der Erfindung zu realisieren, wenn das neu oxidierte Metall oder die neu oxidierte Metalllegierung beschichtet wird. In einigen Ausführungsformen wird das Metall oder die Metalllegierung für bis zu 48 Stunden oder bis zu 24 Stunden der gasförmigen oxidierenden Umgebung (z.B. Luft) ausgesetzt, um eine neue Oxidschicht auszubilden. Dies bedeutet im Allgemeinen, dass der nächste Schritt des Beschichtens des Metalls oder der Metalllegierung stattfindet, nachdem das Metall oder die Metalllegierung für bis zu 48 Stunden (oder bis zu 24 Stunden) der gasförmigen oxidierenden Umgebung (wie z.B. Luft) ausgesetzt wurde. Wie oben angegeben kann das Hinzufügen einer neuen Oxidschicht durch Aussetzung gegenüber einer gasförmigen oxidierenden Umgebung besonders relevant für Ausführungsformen sein, bei welchen eine alte Oxidschicht durch abrasives Strahlen, wie z.B. Sandstrahlen, entfernt wurde. Die Aussetzungszeiten können sich auf die kumulative Aussetzungszeit des Metalls oder der Metalllegierung gegenüber Luft beziehen, d.h. vom Beginn des Prozesses bis hin zum Schritt der Beschichtung.
Wenn eine kontrollierte natürliche Passivierung (d.h. Aussetzung gegenüber einer gasförmigen oxidierenden Umgebung, z.B. Trocknen) zum Hinzufügen der Oxidschicht zu dem wahlweise gereinigten Metall oder der wahlweise gereinigten Metalllegierung, von welchem/r die anfängliche Oxidschicht entfernt wurde (zum Beispiel durch Beizen oder mechanische Behandlung, wie z.B. abrasives Strahlen), verwendet wird, kann der Schritt der kontrollierten natürlichen Passivierung bei Raumtemperatur (von etwa 15 °C bis etwa 25 °C) durchgeführt werden. Alternativ dazu kann das Metall oder die Metalllegierung Temperaturen von zum Beispiel bis zu etwa 700 °C ausgesetzt werden, um das Metall oder die Metalllegierung zu trocknen. Die ausgewählte Temperatur kann von dem Metall oder der Metalllegierung, das/die verwendet wird, abhängen. Der Fachmann wird in der Lage sein, eine angemessene Temperatur gemäß den Umständen auszuwählen. Erhitzen kann auch dort eingesetzt werden, wo eine absichtliche Färbung des Metalls oder der Metalllegierung erforderlich ist.
Das Metall oder die Metalllegierung kann für eine ausreichende Zeit einer gasförmigen oxidierenden Umgebung ausgesetzt (z.B. getrocknet) werden, um die Ausbildung einer neuen Oxidschicht auf der Oberfläche des Metalls oder der Metalllegierung zuzulassen. In einigen Ausführungsformen kann dem Metall oder der Metalllegierung für bis zu 48 Stunden oder bis zu 24 Stunden gestattet werden, eine neue Oxidschicht auszubilden (z.B. trocknen lassen).
In einigen Ausführungsformen, welche einen Schritt der Aussetzung gegenüber einer gasförmigen oxidierenden Umgebung, zum Beispiel durch Trocknen, einsetzen, kann das Verfahren das Aussetzen des Metalls oder der Metalllegierung gegenüber einer gasförmigen oxidierenden Umgebung (wie z.B. Luft) für mindestens etwa 10 Minuten und bis zu 48 Stunden bei einer Temperatur von mindestens etwa 15 °C zum Ausbilden einer neuen Oxidschicht umfassen. Zum Beispiel kann das Verfahren in einigen Ausführungsformen das Aussetzen des Metalls oder der Metalllegierung gegenüber einer gasförmigen oxidierenden Umgebung (wie z.B. Luft) für etwa 10 Minuten bis etwa 48 Stunden bei einer Temperatur von etwa 15 °C bis etwa 25 °C umfassen. In einigen Ausführungsformen kann das Verfahren das Aussetzen des Metalls oder der Metalllegierung gegenüber einer gasförmigen oxidierenden Umgebung (wie z.B. Luft) für etwa 10 Minuten bis etwa 24 Stunden bei einer Temperatur von etwa 15 °C bis etwa 25 °C umfassen. In einigen Ausführungsformen kann das Verfahren das Aussetzen des Metalls oder der Metalllegierung gegenüber einer gasförmigen oxidierenden Umgebung (wie z.B. Luft) für etwa 10 bis etwa 120 Minuten bei einer Temperatur von etwa 15 °C bis etwa 25 °C umfassen. Bei Verwendung derartiger Temperaturen, bei welchen es sich typischerweise um Raumtemperaturen handelt, findet das Trocknen (wenn das Metall oder die Metalllegierung nass ist) durch Verdunstung statt. Wenn keine Hitze angewendet werden muss, um zum Beispiel einen farbigen Abschluss auszubilden, kann sich die Aussetzungszeit des Metalls oder der Metalllegierung gegenüber einer gasförmigen oxidierenden Umgebung daher auf die minimale und maximale Zeit zwischen dem Schritt des Entfernens der vorhandenen Oxidschicht und des Aufbringens der Beschichtung beziehen.
Ein Erhitzen kann eingesetzt werden, um den Trocknungsprozess zu beschleunigen, obwohl das Erhitzen auch genutzt werden kann, wenn eine farbige Schicht gewünscht wird, da das Erhitzen unterschiedliche farbige Schichten auf dem Metall oder der Metalllegierung erzeugen kann. In einigen Ausführungsformen, welche einen Schritt des Erzeugens einer Oxidschicht einsetzen, welcher die Aussetzung des Metalls oder der Metalllegierung gegenüber Hitze umfasst, kann das Verfahren die Aussetzung des Metalls oder der Metalllegierung gegenüber einer gasförmigen oxidierenden Umgebung (wie z.B. Luft) für mindestens etwa 10 Minuten bei einer Temperatur von etwa 25 °C bis etwa 700 °C umfassen. In einer Ausführungsform kann das Verfahren die Aussetzung des Metalls oder der Metalllegierung gegenüber einer gasförmigen oxidierenden Umgebung (z.B. Luft) für mindestens etwa 10 Minuten bis zu etwa 48 Stunden bei einer Temperatur von etwa 25 °C bis etwa 700 °C umfassen. In einer Ausführungsform kann das Verfahren die Aussetzung des Metalls oder der Metalllegierung gegenüber einer gasförmigen oxidierenden Umgebung (z.B. Luft) für mindestens etwa 10 Minuten bis zu etwa 24 Stunden bei einer Temperatur von etwa 25 °C bis etwa 700 °C umfassen. In einer Ausführungsform kann das Verfahren die Aussetzung des Metalls oder der Metalllegierung gegenüber einer gasförmigen oxidierenden Umgebung (z.B. Luft) für mindestens etwa 10 Minuten bis zu etwa 120 Minuten bei einer Temperatur von etwa 25 °C bis etwa 700 °C umfassen.
Ein Schritt der Aussetzung gegenüber einer gasförmigen oxidierenden Umgebung (zum Beispiel während des Trocknens) kann an der Luft oder in jeglicher gasförmigen Umgebung, die Sauerstoff enthält, stattfinden. Bezugnahmen auf „die Luft“ hierin bedeuten die normale Atmosphäre der Erde, zum Beispiel Luft, welche etwa 78 % Stickstoff, etwa 21 % Sauerstoff und etwa 1 % andere Gase enthält.
Die chemische Passivierung kann gegenüber Verfahren, welche eine Passivierung durch Aussetzung gegenüber einer gasförmigen oxidierenden Umgebung, wie z.B. Luft (z.B. Trocknen), umfassen, bevorzugt sein. Dies ist darauf zurückzuführen, dass Oxidschichten, die durch chemische Passivierung erzeugt werden, weniger Defekte aufweisen und abschließende beschichtete Produkte mit überlegenen Eigenschaften liefern. Jedoch kann bei einigen Ausführungsformen auch die Aussetzung gegenüber einer gasförmigen oxidierenden Umgebung (wie z.B. Luft) bevorzugt sein, zum Beispiel bei Ausführungsformen, bei welchen die Oxidschicht durch mechanische Behandlung, wie z.B. durch abrasives Strahlen (zum Beispiel Sandstrahlen), entfernt wird.
Nach Abschluss der Passivierung können zusätzliche Schritte vorgenommen werden, um eine weitere chemische Veränderung des Metalls oder der Metalllegierung vor dem Aufbringen der wässrigen Silikatlösung zu verhindern. Dies kann besonders bei Verfahren relevant sein, welche einen Schritt der chemischen Passivierung umfassen, um eine weitere Oxidation des Metalls durch natürliche Passivierung zu verhindern, obwohl natürlich die Verfahren, welche eine Aussetzung des Metalls oder der Metalllegierung gegenüber Luft umfassen, in der Zeitdauer der Aussetzung des Metalls oder der Metalllegierung begrenzt sind. Zum Beispiel kann in einer Ausführungsform das Metall oder die Metalllegierung, von dem/der eine Oxidschicht entfernt wurde (z.B. durch Beizen oder durch mechanische Behandlung, wie z.B. abrasives Strahlen) und zu dem/der durch Passivierung eine neue Oxidschicht hinzugefügt wurde, bis zum Zeitpunkt des Aufbringens der wässrigen Silikatlösung in Wasser aufbewahrt werden. Das Aufbewahren des Substrates in einer schützenden Umgebung eliminiert oder eliminiert im Wesentlichen eine weitere Oxidation vor dem Schritt der Beschichtung, und das Aufbewahren des Substrates in Wasser verhindert eine unkontrollierte natürliche Passivierung. Alternativ oder zusätzlich dazu kann das Metall oder die Metalllegierung, von dem/der eine Oxidschicht entfernt wurde (z.B. durch Beizen oder durch mechanische Behandlung, wie z.B. abrasives Strahlen) und zu dem/der durch Passivierung eine neue Oxidschicht hinzugefügt wurde, vorzugsweise innerhalb von 1 Stunde (zum Beispiel innerhalb von 20, 15, 10 oder 5 Minuten) nach Abschluss des chemischen Passivierungsprozesses mit der wässrigen Silikatlösung in Kontakt gebracht werden. Mit anderen Worten wird, nach dem Schritt des Hinzufügens einer neuen Oxidschicht durch chemische Passivierung, das Metall oder die Metalllegierung für weniger als 1 Stunde (zum Beispiel weniger als 20, 15, 10 oder 5 Minuten) einer gasförmigen oxidierenden Umgebung (zum Beispiel Luft) ausgesetzt, bevor es/sie mit der wässrigen Silikatlösung in Kontakt gebracht wird.
Angesichts der Tatsache, dass der Schritt der chemischen Passivierung im Allgemeinen in einem Raum, in dem Luft vorliegt, ausgeführt wird, können die Verfahren das Ausbilden einer neuen Oxidschicht durch eine Kombination aus chemischer Passivierung und Aussetzung gegenüber Luft umfassen. Jedoch kann die Zeitdauer, für die das Metall oder die Metalllegierung Luft ausgesetzt ist, begrenzt sein, um eine unkontrollierte natürliche Passivierung zu verhindern. Die kumulative Zeit ab dem Beginn des Prozesses (d.h. ab der Einleitung des Schrittes des Entfernens der vorhandenen Oxidschicht oder einem vorhergehenden Schritt des Reinigens, falls ein solcher vorliegt), die das Metall oder die Metalllegierung vor dem Schritt des Beschichtens einer gasförmigen oxidierenden Umgebung (zum Beispiel Luft) ausgesetzt ist, kann bis zu 48 Stunden betragen, zum Beispiel bis zu 24 Stunden. Bei einigen Ausführungsformen, insbesondere bei denjenigen, welche Beizen und chemische Passivierung umfassen, kann das Metall oder die Metalllegierung zwischen dem Schritt des Beizens und der chemischen Passivierung und dann wieder zwischen dem Schritt der chemischen Passivierung und der Beschichtung einer gasförmigen oxidierenden Umgebung (zum Beispiel Luft) ausgesetzt werden. In derartigen Ausführungsformen kann das Metall oder die Metalllegierung vor dem Schritt der Beschichtung kumulativ für bis zu etwa 2 Stunden einer gasförmigen oxidierenden Umgebung (zum Beispiel Luft) ausgesetzt sein.
In einigen Ausführungsformen umfassen die Verfahren vor dem Schritt des Aufbringens der Silikatglas-ähnlichen Schicht die folgenden Schritte:

Entfernen einer vorhandenen Oxidschicht von dem Metall oder der Metalllegierung durch abrasives Strahlen;
Waschen des gestrahlten Metalls oder der gestrahlten Metalllegierung;
Aussetzen des Metalls oder der Metalllegierung gegenüber einer gasförmigen oxidierenden Umgebung (zum Beispiel Luft) zum Ausbilden einer neuen Oxidschicht auf der Oberfläche des Metalls oder der Metalllegierung.

Der Fachmann würde verstehen, dass der Prozess des abrasiven Strahlens (wie z.B. Sandstrahlen) ein Prozess ist, der im Allgemeinen an der Luft durchgeführt wird. Angesichts der Geschwindigkeit, mit welcher sich Oxidschichten auf gestrahlten Metallen oder Metalllegierungen bilden können (im Wesentlichen unmittelbar bei Kontakt mit Luft, in Abhängigkeit vom verwendeten Metall oder von der verwendeten Metalllegierung), kann sich eine neue Oxidschicht praktisch gleichzeitig während des Prozesses des Sandstrahlens zum Entfernen der vorhandenen (d.h. alten) Oxidschicht beginnen auf dem Metall oder der Metalllegierung zu bilden. Somit kann der Schritt des Ausbildens einer neuen Oxidschicht auf der Oberfläche des Metalls oder der Metalllegierung durch Aussetzung gegenüber Luft gleichzeitig mit dem Schritt des Entfernens einer vorhandenen Oxidschicht von dem Metall oder der Metalllegierung durch abrasives Strahlen beginnen oder stattfinden. Jedoch gibt es im Allgemeinen einen Zeitraum, nachdem der Schritt des Entfernens der Oxidschicht durch Strahlen abgeschlossen wurde, in welchem das gestrahlte Metall oder die gestrahlte Metalllegierung weiterhin Luft ausgesetzt bleibt, während welcher Zeit sich weiterhin die neue Oxidschicht bildet. In einigen Ausführungsformen, welche die Zeitdauer spezifizieren, in welcher das Metall oder die Metalllegierung einer gasförmigen oxidierenden Umgebung (zum Beispiel Luft) ausgesetzt ist, um das Ausbilden einer neuen Oxidschicht zu gestatten, kann die spezifische Zeitdauer (zum Beispiel bis zu 48 Stunden oder bis zu 24 Stunden) beginnend ab der Einleitung des Strahlschrittes berechnet werden. In anderen Ausführungsformen, welche die Zeitdauer spezifizieren, in welcher das Metall oder die Metalllegierung einer gasförmigen oxidierenden Umgebung (zum Beispiel Luft) ausgesetzt ist, um das Ausbilden einer neuen Oxidschicht zu gestatten, wird die spezifische Zeitdauer (zum Beispiel bis zu 48 Stunden oder bis zu 24 Stunden) beginnend ab dem Abschluss des Schrittes des Strahlens (welcher einen Schritt des Waschens oder Spülens beinhalten kann) berechnet. In der Praxis würde der Fachmann realisieren, dass der Unterschied in der Gesamtaussetzungszeit minimal sein kann und daher die abschließenden Eigenschaften des beschichteten Metalls oder der beschichteten Metalllegierung nicht beeinträchtigt. Was relevant ist, ist die Ausbildung einer neuen Oxidschicht, d.h. einer solchen Schicht, die zu Beginn des Prozesses nicht vorlag, wobei die neue Oxidschicht die alte (d.h. vorhandene) Oxidschicht, die zu Beginn des Prozesses vorlag, ersetzt.
In einigen Ausführungsformen umfassen die Verfahren vor dem Schritt des Aufbringens der Silikatglas-ähnlichen Schicht folgende Schritte:

Entfernen einer vorhandenen Oxidschicht von dem Metall oder der Metalllegierung durch abrasives Strahlen;
Waschen des gestrahlten Metalls oder der gestrahlten Metalllegierung;
Aussetzen des Metalls oder der Metalllegierung gegenüber einer gasförmigen oxidierenden Umgebung (zum Beispiel Luft) für bis zu 48 Stunden zum Ausbilden einer neuen Oxidschicht auf der Oberfläche des Metalls oder der Metalllegierung.

In einigen Ausführungsformen umfassen die Verfahren vor dem Schritt des Aufbringens der Silikatglas-ähnlichen Schicht folgende Schritte:

Entfernen einer vorhandenen Oxidschicht von dem Metall oder der Metalllegierung durch abrasives Strahlen;
Waschen des gestrahlten Metalls oder der gestrahlten Metalllegierung;
Aussetzen des Metalls oder der Metalllegierung gegenüber einer gasförmigen oxidierenden Umgebung (zum Beispiel Luft) für bis zu 24 Stunden zum Ausbilden einer neuen Oxidschicht auf der Oberfläche des Metalls oder der Metalllegierung.

Der Schritt des „Waschens des gestrahlten Metalls oder der gestrahlten Metalllegierung“ in den obigen Ausführungsformen kann das Waschen des gestrahlten Metalls oder der gestrahlten Metalllegierung durch Abspülen mit oder Eintauchen in Wasser und/oder eine/r alkalische/n Entfettungslösung umfassen. Der Schritt des Waschens kann zum Entfernen des Abrasivmittels, das beim abrasiven Strahlungsschritt verwendet wurde, durchgeführt werden.
Die Metalle oder Metalllegierungen, welche die neue Oxidschicht aufweisen, sind nun bereit für den nächsten Schritt des Verfahrens: das Aufbringen der wässrigen Silikatlösung zum Bereitstellen der Silikatglas-ähnlichen Beschichtung. Das Aufbringen der Silikatglas-ähnlichen Schicht folgt direkt auf den Passivierungsprozess (einschließlich, bei Bedarf, jeglichen Waschschrittes). Die Erfindung erfordert keinerlei zusätzliche Schritte zwischen dem Passivierungsprozess und dem Aufbringen der Silikatglas-ähnlichen Schicht (mit der möglichen Ausnahme zum Beispiel eines Versiegelungsschrittes, zum Beispiel bei Verwendung eines Aluminium- oder Aluminiumlegierungssubstrates). Die Erfindung erfordert insbesondere kein Aufbringen jeglicher Grundierungen oder Grundbeschichtung, welche das Funktionieren der Erfindung in der Tat negativ beeinflussen würden.
Silikatglas-ähnliche Schicht
Nachdem die Metalllegierung wahlweise gereinigt wurde, jegliche vorhandene Oxidschicht von ihr entfernt wurde und eine neue, gleichmäßige Oxidschicht durch chemische Passivierung darauf erzeugt wurde, ist sie bereit für das Aufbringen der Silikatglas-ähnlichen Beschichtung. Die Silikatglas-ähnliche Beschichtung wird auf die Oxidschicht gehärtet, um eine Silikatbeschichtungsschicht bereitzustellen, was zum Beispiel durch Erhitzen der beschichteten, Passivschicht auf eine Temperatur von mindestens 200 °C oder durch Aussetzen der beschichteten Passivschicht gegenüber einer Infrarotquelle erfolgt. Die Silikatglas-ähnliche Beschichtung ist die letzte Schicht zum Bereitstellen der Temperatur- und Oxidationsbeständigkeitseigenschaften an das Substrat.
Die glasartige Schicht (welche auch als eine Glasschicht angesehen werden kann) ist aus einer wässrigen Lösung von Alkalimetall-Silikat-Verbindungen abgeleitet, die wahlweise eine Boratverbindung enthält. Dementsprechend beinhalten Verweise hierin auf eine „Silikatglas-ähnliche Schicht“ auch Borosilikatglas-ähnliche Schichten.
Die wässrige Silikatlösung kann SiO₂ und M₂O und wahlweise B₂O₃ enthalten, wobei M ausgewählt ist aus Li, Na, K und einer Mischung davon. Die wässrige Silikatlösung kann ein Verhältnis von SiO₂ zu M₂O von etwa 2,0 bis etwa 3,8 und, wenn B₂O₃ vorliegt, ein Verhältnis von SiO₂ zu B₂O₃ von etwa 10:1 bis etwa 200:1 umfassen.
Insbesondere sind die Komponenten der Silikat- oder Borosilikatglas-ähnlichen Schicht (Si₂O, B₂O₃ und M₂O) nicht eigenständig, sondern sind Teil der und vorzugsweise homogen verteilt in der gesamten glasartigen Schicht. D.h., die Zusammensetzungen der Silikatglas-ähnlichen Schicht und der Oxidschicht werden basierend auf erkennbaren Komponenten (z.B. SiO₂, B₂O₃, TiO₂, Cr₂O₃ und Ni₂O₃) in den Schichten beschrieben, diese bestehen jedoch aus oder umfassen homogene Zusammensetzungen.
Die wässrige Silikatlösung kann ein spezifisches Gewicht im Bereich von etwa 1,05 bis etwa 1,30 aufweisen.
In einigen Ausführungsformen kann die wässrige Silikatlösung einen pH von etwa 11 bis etwa 13 aufweisen, zum Beispiel etwa 11 bis etwa 12 oder etwa 11,0 bis etwa 11,5. In bevorzugten Ausführungsformen kann die wässrige Silikatlösung einen pH von etwa 10 bis etwa 13 aufweisen, zum Beispiel etwa 10 bis etwa 12 oder etwa 10,0 bis etwa 11.
Bei dem Metallprodukt, das aus dem Prozess der Erfindung resultiert, befindet sich die glasartige Schicht oberhalb der Oxidschicht. Diese glasartige Schicht kann eine Silikatglas-ähnliche oder eine Borosilikatglas-ähnliche Schicht sein. Im Sinne dieser Offenbarung ist eine Silikatglas-ähnliche Schicht ein polymerisiertes Silikat, das aus der Kondensationspolymerisation einer Lösung, die ein Silikat umfasst, resultiert, und eine Borosilikatglas-ähnliche Schicht ist ein polymerisiertes Silikat, das eine Borquelle enthält, das aus der Kondensationspolymerisation der Lösung, die ein Borosilikat umfasst, resultiert.
Die glasartige Schicht ist abgeleitet aus einer wässrigen Lösung aus Alkalimetall-Silikat-Verbindungen, die wahlweise eine Boratverbindung enthält. Ganz allgemein wird die wässrige Lösung auf der Metalloberfläche abgeschieden, wodurch die Metalloxidschicht bedeckt wird, und zum Trocknen, Aushärten und Polymerisieren der Silikat-haltigen Schicht erhitzt, wodurch eine Silikatglas-ähnliche oder eine Borosilikatglas-ähnliche Schicht über dem Oxid ausgebildet wird. Die Silikatglas-ähnliche/Borosilikatglas-ähnliche REM/EDS-Zusammensetzung besteht aus Silicium, Sauerstoff, Natrium, wahlweise Lithium und wahlweise Bor. Die Zusammensetzung der Silikatglas-ähnlichen Schicht ist (außer Silicium, Natrium und/oder Lithium und wahlweise Bor) frei von Metallelementen.
Vorzugsweise weist die Silikatglas-ähnliche Schicht eine Zusammensetzung auf (z.B. eine solche, die durch REM/EDS bestimmt wird, d.h. eine REM/EDS-Zusammensetzung), die aus Silicium, Sauerstoff, Natrium, wahlweise Lithium und wahlweise Bor besteht oder im Wesentlichen daraus besteht. Die REM/EDS-Daten der Silikatglas-ähnlichen Schicht können eine Spurenmenge von Titan, Chrom und anderen Titanlegierungs- und Edelstahlelementen zeigen. Dementsprechend kann die Silikatglas-ähnliche Schicht aus Silicium, Sauerstoff, Natrium, wahlweise Lithium und wahlweise Bor bestehen oder im Wesentlichen daraus bestehen, mit möglichen Spurenmengen anderer Legierungselemente.
Die Silikatglas-ähnliche Schicht kann eine Dicke von etwa 100 nm, 200 nm, 300 nm, 400 nm, 500 nm, 600 nm, 700 nm, 800 nm, 900 nm, 1000 nm, 1500 nm, 2000 nm, 2500 nm, 3000 nm oder 5000 nm aufweisen. In einigen Ausführungsformen kann die Dicke der Silikatglas-ähnlichen Schicht im Bereich von etwa 100 nm bis etwa 5000 nm (von etwa 0,1 µm bis etwa 5 µm) oder von etwa 100 nm bis etwa 1000 nm (von etwa 0,1 µm bis etwa 1 µm) liegen.
Die Silikatglas-ähnliche Schicht kann eine Zusammensetzung aufweisen, die etwa 55 % w/w bis etwa 98 % w/w SiO₂, etwa 0 % w/w bis etwa 6,7 % w/w B₂O₃ und etwa 2,3 % w/w bis etwa 36 % w/w M₂O enthalten kann, wobei M ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Lithium, Natrium, Kalium oder einer Mischung davon. M kann vorzugsweise eine Mischung aus Li und Na sein, zum Beispiel mit einem Verhältnis Li:Na von etwa 1:10 bis etwa 10:1. Die Auswahl und die Verhältnisse von Metallen können die Gewichtsprozentanteile der Komponententeile signifikant beeinflussen. Zum Beispiel verursacht bei einer Zusammensetzung, bei welcher das Molverhältnis der Komponenten konstant gehalten wird, die Variation von M₂O von einhundert Prozent Lithium, mit einer Atommasse von 6,941, zu einhundert Prozent Kalium, mit einer Atommasse von 39,098, eine zehnfache Veränderung in den Gewichtsprozentanteilen.
Die Silikatglas-ähnliche Schicht kann weniger als etwa 0,1 % w/w Titan, Chrom und andere Titanlegierungs- und Edelstahlelemente (ausgenommen Si, Na, K und Li) enthalten, vorzugsweise weniger als etwa 0,01 % w/w Titan, Chrom und andere Titanlegierungs- und Edelstahlelemente (ausgenommen Si, Na, K und Li), und sogar noch bevorzugter weniger als etwa 0,001 % w/w Titan, Chrom und andere Titanlegierungs- und Edelstahlelemente (ausgenommen Si, Na, K und Li). In einigen Ausführungsformen kann die Silikatglas-ähnliche Schicht weniger als etwa 0,1 % w/w Metalllegierungselemente (ausgenommen Si, Na, K und Li) enthalten, vorzugsweise weniger als etwa 0,01 % w/w Metalllegierungselemente (ausgenommen Si, Na, K und Li), und sogar noch bevorzugter weniger als etwa 0,001 % w/w Metalllegierungselemente (ausgenommen Si, Na, K und Li).
Wahlweise betragen die Molverhältnisse der Komponenten (in Prozent ausgedrückt) etwa 67 % bis etwa 81 % SiO₂, 0 % bis etwa 7 % B₂O₃ und etwa 17 % bis etwa 28 % M₂O. Alternativ dazu können die Molverhältnisse etwa 75 % bis etwa 80 % SiO₂ und etwa 20 % bis etwa 25 % M₂O betragen; oder etwa 67 % bis etwa 76 % SiO₂, etwa 3 % bis etwa 5 % B₂O₃ und etwa 19% bis etwa 30 % M₂O. Die Silikatglas-ähnliche Schicht kann eine Zusammensetzung aufweisen, welche die Zusammensetzung der Silikatglas-ähnlichen Schicht wie durch REM/EDS bestimmt ist. Vorzugsweise enthält die Zusammensetzung der Silikatglas-ähnlichen Schicht Silicium, Sauerstoff und Natrium. Bevorzugter besteht die REM/EDS-Zusammensetzung der Silikatglas-ähnlichen Schicht aus Silicium, Sauerstoff und Elementen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Natrium, Lithium, Kalium, Bor oder Mischungen davon oder besteht im Wesentlichen daraus. In verschiedenen Aspekten kann die REM/EDS-Zusammensetzung der Silikatglas-ähnlichen Schicht aus Silicium, Sauerstoff, Natrium und Bor; Silicium, Sauerstoff, Lithium und Bor; Silicium, Sauerstoff, Natrium und Lithium; Silicium, Sauerstoff, Natrium, Lithium und Bor; oder Silicium, Sauerstoff, Natrium, Lithium, Kalium und Bor bestehen oder im Wesentlichen daraus bestehen. Bei Beispielen, bei welchen die Silikatglas-ähnliche Zusammensetzung (wie z.B. durch REM/EDS oder andere Verfahren bestimmt) Bor enthält, wird das Silikatglas auch als ein Borosilikatglas beschrieben. Die REM/EDS-Zusammensetzung der Silikatglas-ähnlichen Schicht kann ferner als aus Silicium, Sauerstoff, Natrium, wahlweise Lithium und wahlweise Bor bestehend oder im Wesentlichen daraus bestehend beschrieben sein. In einigen Aspekten kann die Silikatglas-ähnliche Schicht als aus Silicium, Sauerstoff, wahlweise Bor, Natrium und wahlweise Lithium bestehend oder im Wesentlichen daraus bestehend beschrieben sein, kann jedoch aufgrund der Tatsache, dass Materialien, die für die Herstellung der Silikatglas-ähnlichen Schicht eingesetzt werden, leichte Verunreinigungen aufweisen, auch Spurenmengen von Kalium enthalten. Insbesondere kann die Silikatglas-ähnliche Schicht tatsächlich Wasserstoff enthalten, jedoch ist Wasserstoff durch REM/EDS nicht wahrnehmbar. Bevorzugter ist die REM/EDS-Zusammensetzung der Silikatglas-ähnlichen Schicht frei von Titan/Chrom/anderen Titanlegierungs- und Edelstahlelementen (ausgenommen Si, Na, K und Li).
Wenn die Silikatglas-ähnliche Schicht sowohl Natrium als auch Lithium enthält, kann die Silikatglas-ähnliche Schicht ein Atomverhältnis Na:Li aufweisen, das vorzugsweise etwa 1:9 bis etwa 9:1 beträgt. Bevorzugter beträgt das Atomverhältnis Na:Li etwa 1:5 bis etwa 5:1 und noch bevorzugter etwa 1:2,5 bis etwa 2,5:1. Wenn die Silikatglas-ähnliche Schicht eine Borosilikatglas-ähnliche Schicht ist, d.h., wenn die Silikatglas-ähnliche Schicht Bor enthält, kann die Silikatglas-ähnliche Schicht ein Atomverhältnis Si:B aufweisen, das vorzugsweise etwa 10:1 bis etwa 200:1 beträgt. Bevorzugter beträgt das Si:B-Verhältnis etwa 10:1 bis etwa 100:1 und noch bevorzugter etwa 25:1 bis etwa 100:1.
In einem weiteren Beispiel enthält die Silikatglas-ähnliche Schicht eine Mischung aus Alkalimetallen ausgewählt aus einer Mischung aus Natrium und Kalium; Natrium, Lithium und Kalium; Natrium und Lithium; und Lithium und Kalium. D.h., in diesem Beispiel enthält die Silikatglas-ähnliche Schicht eine Mischung aus Alkalimetallen, wobei ein Alkalimetall Kalium ist. Vorzugsweise enthält die Silikatglas-ähnliche Schicht eine nichthomogene Verteilung von Kalium.
Vorzugsweise ist die Konzentration des Siliciums in der Silikatglas-ähnlichen Schicht über die Schicht hinweg und durch sie hindurch konsistent. Die Konsistenz der Zusammensetzung kann aus der Siliciumkonzentration in der REM/EDS-Zusammensetzung der Silikatglas-ähnlichen Schicht bestimmt werden; vorzugsweise variiert die Siliciumkonzentration über die Silikatglas-ähnliche Schicht hinweg und durch sie hindurch um weniger als 5 %, 4 %, 3 %, 2 % oder 1 %. Außerdem ist die Konzentration von Sauerstoff in der Silikatglas-ähnlichen Schicht vorzugsweise über die Schicht hinweg und durch sie hindurch konsistent. D.h., die Sauerstoffkonzentration in der REM/EDS-Zusammensetzung der Silikatglas-ähnlichen Schicht variiert über die Silikatglas-ähnliche Schicht hinweg und durch sie hindurch vorzugsweise um weniger als 5 %, 4 %, 3 %, 2 % oder 1 %.
Die Silikatglas-ähnliche Schicht ist vorzugsweise eine dichte, undurchdringliche Schicht. Bevorzugter ist die Silikatglas-ähnliche Schicht porenfrei. Noch bevorzugter ist die Silikatglas-ähnliche Schicht ein transparenter, amorpher Feststoff.
Die wässrige Silikatlösung wird mit der Oberfläche des Metalls oder der Metalllegierung in Kontakt gebracht. Die wässrige Silikatlösung kann gemäß jeglichem geeigneten Verfahren mit der Oberfläche des Metalls oder der Metalllegierung in Kontakt gebracht werden. Zum Beispiel kann die wässrige Silikatlösung durch Eintauchen in die Lösung oder Aufbringen der Lösung auf die Oberfläche des Metalls oder der Metalllegierung mit der Oberfläche in Kontakt gebracht werden, zum Beispiel durch Sprühen oder Walzenbeschichtung.
Vor dem Aufbringen kann die wässrige Silikatlösung bei einer Temperatur von 5 °C bis 45 °C aufbewahrt werden.
Aushärten
Nachdem die wässrige Silikatlösung mit der Oberfläche des Metalls oder der Metalllegierung in Kontakt gebracht wurde, wird sie ausgehärtet. Das Aushärten verursacht eine Polymerisation und die Ausbildung der Silikatglas-ähnlichen Schicht auf die Oxidschicht. Die Silikatglas-ähnliche Schicht und die Oxidschicht werden bei diesem Prozess miteinander verbunden.
Das Aushärten kann auf vielfältige Weise erreicht werden. In einigen Ausführungsformen wird das Aushärten durch Erhitzen erreicht. In einem Beispiel ermöglicht das Erhitzen des beschichteten Metalls, das eine Oxidschicht aufweist, die Entfernung von Wasser aus der Beschichtung, die Dehydrierungspolymerisation von SiO₂-Gruppen und das Aushärten der Silikatglas-ähnlichen Schicht. Zum Beispiel kann der Prozess das Erhitzen auf eine Temperatur von etwa 200 °C bis etwa 500 °C beinhalten. Die Polymerisations- und Aushärtungstemperatur kann im Bereich von etwa 200 °C bis etwa 500 °C liegen, vorzugsweise beträgt diese Temperatur etwa 200 °C bis etwa 400 °C, etwa 230 °C bis etwa 320 °C, etwa 250 °C bis etwa 350 °C, etwa 260 °C bis etwa 325 °C oder etwa 260 °C bis etwa 300 °C. Bevorzugter beinhaltet das Polymerisieren und Aushärten der Silikatglas-ähnlichen Schicht das Erhitzen der Oberfläche des Substrates, d.h. der beschichteten Oxidschicht, auf eine Temperatur von etwa 240 °C bis etwa 320 °C, etwa 260 °C bis etwa 300 °C, etwa 270 °C bis etwa 290 °C oder etwa 280 °C. Es wurde unerwarteterweise festgestellt, dass ein beschichteter Gegenstand, der einer Temperatur von über 230 °C ausgesetzt wird, überlegene wasserabweisende Eigenschaften aufweist. Daher umfassen die Verfahren in einigen Ausführungsformen das Erhitzen der beschichteten Passivschicht auf eine Temperatur von mindestens 230 °C. Jedoch kann jegliche Temperatur von etwa 200 °C bis etwa 500 °C zum Erhalten einer antikorrosiven Beschichtung geeignet sein.
Die Polymerisation und das Aushärten der Silikatglas-ähnlichen Schicht beinhaltet vorzugsweise das schnelle Erhitzen und Dehydrieren des wässrigen Alkalimetall-Silikates. In einem bevorzugten Beispiel beinhalten die Polymerisation und das Aushärten der Silikatglas-ähnlichen Schicht das Erhitzen der Silikatschicht (Lösung/Glas), jedoch ein unvollständiges Erhitzen des darunterliegenden Substrates. Das Erhitzen und Dehydrieren der wässrigen Silikatlösung, die auf die Oberfläche der Oxidschicht aufgebracht wurde, kann zum Beispiel durch direktes Erhitzen in einem Ofen, Erhitzen durch Strahler, einen Vakuumprozess oder eine Kombination davon erreicht werden. In einem bevorzugten Beispiel wird die Oxidschicht in einem Ofen erhitzt. In einem Fall wird die Oxidschicht in einem konventionellen Ofen erhitzt. In einem weiteren Fall wird die Oxidschicht in einem Konvektionsofen erhitzt, der eine schnellere und gleichmäßigere Erhöhung der Temperatur der Oxidschicht gestattet. In noch einem weiteren Fall wird die Oxidschicht durch eine Erhitzungszone (z.B. in einem Durchlaufofen) bewegt.
In einigen Ausführungsformen wird das Oxid mit einer Geschwindigkeit von mindestens 20°C/s auf die Polymerisations- und Aushärtungstemperatur erhitzt, wird für eine Erhitzungszeit von weniger als etwa 30 min erhitzt und wird dann aus der Wärmequelle entfernt und in eine Umgebung mit einer Temperatur von weniger als 50 °C verbracht, vorzugsweise aus der Wärmequelle entfernt und in eine Umgebung mit Raumtemperatur verbracht.
In einigen Ausführungsformen erfolgt das Erhitzen für eine Erhitzungszeit von weniger als etwa 5 min, weniger als etwa 10 min, weniger als etwa 15 min, weniger als etwa 20 min, weniger als etwa 25 min oder weniger als etwa 30 min. Vorzugsweise beträgt die Erhitzungszeit weniger als etwa 15 min.
In einem weiteren Beispiel kann die Silikatglas-ähnliche Schicht durch die Infrarotaktivierung der Alkalimetall-Silikat-Schicht, die auf die Oberfläche der Oxidschicht aufgebracht wurde, ausgebildet werden. Zum Beispiel kann die beschichtete Oxidschicht polymerisiert und die Silikatglas-ähnliche Schicht durch Aussetzung der Oxidschicht gegenüber einer Infrarotquelle (IR-Quelle) ausgehärtet werden. In einem Fall wird die Oxidschicht IR-Wärmestrahlern (z.B. Kurzwellen- oder Mittelwellenstrahlern) ausgesetzt. In einem weiteren Fall wird die Oxidschicht durch eine IR-Bestrahlungsregion bewegt (z.B. auf einer Fördereinrichtung). Die IR-Übertragung von der IR-Quelle kann von etwa 1 µm bis etwa 3 µm (Kurzwellen-IR-Strahlung), von etwa 3 µm bis etwa 5 µm (Mittelwellen-IR- oder Zwischen-IR-Strahlung) oder von etwa 2 µm bis etwa 4 µm (IR-B) betragen. Vorzugsweise erfolgt die IR-Bestrahlung für eine Aussetzungszeit von weniger als etwa 15 s, 30 s, 45 s, 60 s, 90 s, 120 s, 3 min, 4 min, 5 min oder 10 min.
Die ausgehärtete Silikatglas-ähnliche Schicht ist beständig gegenüber den gut bekannten Veränderungen in der Oberflächenfarbe im Anschluss an eine Aussetzung gegenüber hohen Temperaturen, wohingegen unbeschichtete Oxidschichten, zum Beispiel Titandioxid-/Chromoxidschichten, entsprechend der sich verändernden Dicke der Oxidschicht bei hohen Temperaturen ihre Farbe verändern (siehe 1). Die beschichtete Oxidschicht der Erfindung kann der IR-Quelle ausgesetzt werden, und die resultierende ausgehärtete Silikatglas-ähnliche Schicht erscheint als eine gleichmäßige, ununterbrochene Oberfläche ohne Verfärbung.
Hierin bestehen die Produkte, welche das ausgehärtete Silikatglas tragen, den „CASS-Test“, die „Prüfung der Wasserbeständigkeit von Beschichtungen durch Eintauchen in Wasser“, die „Prüfung der Wasserbeständigkeit von Beschichtungen bei 100 % relativer Luftfeuchtigkeit“, die „Prüfung für die Messung der Adhäsion durch Bandtest“, die „Prüfung zur Bewertung von Beschichtungen für Hochtemperaturanwendungen“ und die „Prüfung mit offener Flamme“. Die wasserabweisenden Eigenschaften wurden in Übereinstimmung mit dem „Standardverfahren zur Prüfung der Oberflächenbenetzbarkeit von Beschichtungen, Substraten und Pigmenten durch die Messung des fortschreitenden Kontaktwinkels“ evaluiert.
Nach dem Aushärten kann das Verfahren das Entfernen der überschüssigen wässrigen Silikatlösung von dem Metall (zum Beispiel durch Waschen) umfassen, nachdem ein angemessener Zeitraum vergangen ist. Alternativ dazu kann das Substrat einfach aus der wässrigen Silikatlösung entnommen werden, wenn es darin eingetaucht wurde (gefolgt von einem optionalen Waschen zum Entfernen überschüssiger Lösung).
Reduzierung der Penetration der Silikatlösung in eine Oxidschicht
In einigen Ausführungsformen schließt der Beschichtungsprozess die Ausbildung von Silikaten, zum Beispiel Titansilikaten und/oder Chromsilikat aus (in Abhängigkeit vom verwendeten darunterliegenden Metall). In einigen Ausführungsformen beinhaltet der Prozess nicht die Ausbildung von Silikaten. In einem Beispiel beinhaltet das Verhindern der Ausbildung der Silikate das Verhindern der Auslösung von Metall aus der Oxidschicht in die wässrige Silikatlösung. Zum Beispiel kann der Beschichtungsprozess die Diffusion des Silikates in das Oxid und/oder die Interdiffusion des Silikates und Oxids verhindern, wodurch ein Produkt bereitgestellt wird, das frei von Silikat-Interdiffusion (zum Beispiel eines Titansilikates, Chromsilikates oder Silikat-Titan/Chrom/anderer Legierungselemente) ist. Zu Prozessen zum Verhindern der Penetration der wässrigen Silikatlösung in die Oxidschicht kann schnelles Trocknen der wässrigen Silikatlösung zum Reduzieren oder Eliminieren der Mobilität der Silicium-Atome zählen.
In einem Beispiel kann der Prozess ein Vorerhitzen des Metall- oder Metalllegierungssubstrates auf eine Temperatur von etwa 30 °C bis etwa 100 °C unmittelbar nach der Ausbildung der Oxidschicht, die durch Passivierung erzeugt wird, beinhalten. In einem weiteren Beispiel kann der Prozess ein Trocknen des Metall- oder Metalllegierungssubstrates unmittelbar nach der Ausbildung der Oxidschicht, die durch Passivierung erzeugt wird, beinhalten. In einem weiteren Beispiel kann der Prozess ein Reduzieren des Wassergehaltes in der Oxidschicht, die durch Passivierung erzeugt wird, um mindestens etwa 25%, mindestens etwa 50 % oder mindestens etwa 75 % unmittelbar nach der Ausbildung der Oxidschicht beinhalten.
Die Verfahren der Erfindung beinhalten vorzugsweise das schnelle Aufbringen der wässrigen Silikatlösung auf die Oxidschicht. Zum Beispiel kann der Prozess das Aufbringen der wässrigen Silikatlösung innerhalb von etwa 48 Stunden (zum Beispiel innerhalb von etwa 24 Stunden) nach der Einleitung des Schrittes des Aussetzens des Metalls oder der Metalllegierung gegenüber einer gasförmigen oxidierenden Umgebung (z.B. Luft) zum Erzeugen einer neuen Oxidschicht beinhalten. Mit anderen Worten, die Verfahren können das Aussetzen des Metalls oder der Metalllegierung gegenüber einer gasförmigen oxidierenden Umgebung (z.B. Luft) für maximal bis zu etwa 48 Stunden (zum Beispiel bis zu etwa 24 Stunden) umfassen. In Ausführungsformen, welche einen Schritt der chemischen Passivierung umfassen, kann der Prozess das Aufbringen der wässrigen Silikatlösung innerhalb etwa 1 Stunde nach Abschluss des Schrittes der chemischen Passivierung beinhalten. D.h., der Prozess kann das Eintauchen des Metalls oder der Metalllegierung, auf dem/der die Oxidschicht durch chemische Passivierung erzeugt wurde, in die wässrige Silikatlösung oder das Aufbringen der wässrigen Silikatlösung (zum Beispiel durch Sprühbeschichtung oder Walzenbeschichtung) innerhalb von etwa 1 Stunde nach einem Abschluss des chemischen Passivierungsprozesses beinhalten. In einigen Ausführungsformen, welche einen chemischen Passivierungsschritt umfassen, kann der Prozess ein Aussetzen des chemisch passivierten Metalls oder der chemisch passivierten Metalllegierung gegenüber einer gasförmigen oxidierenden Umgebung (z.B. Luft) für bis zu etwa 1 Stunde vor einem Eintauchen des Metalls oder der Metalllegierung, welche/s die durch chemische Passivierung erzeugte Oxidschicht aufweist, in die wässrige Silikatlösung oder vor einem Aufbringen der wässrigen Silikatlösung auf das Metall oder die Metalllegierung (zum Beispiel durch Sprühbeschichtung oder Walzenbeschichtung) beinhalten. In einigen Ausführungsformen, welche sowohl einen Beizschritt als auch eine chemischen Passivierungsschritt umfassen, kann der Prozess ein Aussetzen des gebeizten Metalls oder der gebeizten Metalllegierung gegenüber einer gasförmigen oxidierenden Umgebung (z.B. Luft) für bis zu etwa 1 Stunde vor dem Schritt der chemischen Passivierung und ein Aussetzen des chemisch passivierten Metalls oder der chemisch passivierten Metalllegierung gegenüber einer gasförmigen oxidierenden Umgebung (z.B. Luft) für bis zu etwa 1 Stunde vor einem Eintauchen des Metalls oder der Metalllegierung, welche/s die durch chemische Passivierung erzeugte Oxidschicht aufweist, in die wässrige Silikatlösung oder vor einem Aufbringen der wässrigen Silikatlösung auf das Metall oder die Metalllegierung (zum Beispiel durch Sprühbeschichtung oder Walzenbeschichtung) beinhalten.
Die beschichtete Oxidschicht beinhaltet eine wässrige Lösung aus einem Alkalimetall-Silikat, die auf die Oberfläche des Titandioxids/Chromoxids aufgebracht wurde. Ohne an die Theorie gebunden zu sein, kann die getrocknete, beschichtete Oxidschicht eine ausreichende Menge an Wasser enthalten, um die Auslösung des Alkalimetall-Silikates aus der Titandioxid-/Chromoxidschicht zu gestatten. D.h., vor einem Polymerisations- und Aushärtungsschritt kann das Alkalimetall-Silikat, das auf die Oberfläche der Titandioxid-/Chromoxidschicht aufgebracht wurde, zum Beispiel durch ein Waschen der Oberfläche in einer Alkalilösung (z.B. 0,01 M NaOH oder 0,1 M NaOH) oder einer Säurelösung (z.B. 2 % v/v HF) aus der Oberfläche ausgelöst oder daraus entfernt werden.
Versiegelung
Hierin beschriebene Verfahren können einen Schritt des Versiegelns umfassen. Der Schritt des Versiegelns kann vor dem Schritt des Aufbringens der wässrigen Silikatlösung stattfinden, zum Beispiel zwischen dem Schritt des Ausbildens einer Oxidschicht durch Passivierung (wie z.B. durch chemische Passivierung) und des Aufbringens der wässrigen Silikatlösung. Das Versiegeln kann von besonderem Nutzen sein, wenn das darunterliegende Substrat Aluminium oder eine Aluminiumlegierung ist. Das Versiegeln kann eine versiegelte Schicht bereitstellen, zum Beispiel eine versiegelte Schicht aus oxidiertem Aluminium. Der Versiegelungsschritt kann eine Versiegelungszeit von weniger als etwa 6 min/µm, weniger als etwa 5 min/µm, weniger als etwa 4 min/µm, weniger als etwa 3 min/µm, weniger als etwa 2 min/µm, weniger als etwa 1 min/µm, weniger als etwa 30 s/µm oder weniger als etwa 10 s/µm beinhalten. Das Versiegeln kann bei spezifischen Temperaturen durchgeführt werden. Der Versiegelungsprozess kann daher Heißversiegeln, Warmversiegeln und Kaltversiegeln beinhalten. Heißversiegeln kann bevorzugt sein. Kaltversiegeln kann von etwa 25 °C bis etwa 30 °C stattfinden. Warmversiegeln (oder Versiegeln bei mittleren Temperaturen) kann bei etwa 60 °C bis etwa 80 °C stattfinden. Heißversiegeln kann bei einer Temperatur von mindestens etwa 80 °C stattfinden.
In einer Ausführungsform wird die Oxidschicht einer wässrigen Lösung (z.B. Wasser) mit einer Temperatur von mindestens etwa 85 °C ausgesetzt. D.h., der Prozess kann das Ausbilden einer versiegelten Schicht durch einen Heißversiegelungsprozess beinhalten. Der Heißversiegelungsprozess beinhaltet das Aussetzen des Metalls oder der Metalllegierung, das/die eine durch chemische Passivierung aufgebrachte Oxidschicht aufweist, gegenüber Wasser mit einer Temperatur von mindestens 85 °C, 90 °C, 95 °C, 98 °C, 99 °C, 100 °C oder 101 °C. In einem Fall kann das Metall in kochendem oder nahezu kochendem Wasser heißversiegelt werden; in einem weiteren Fall kann das Metall dampfversiegelt werden. Vorzugsweise wird das Metall in kochendem oder nahezu kochendem Wasser heißversiegelt. Das Heißversiegeln des Metalls kann ein Aussetzen des Metalls gegenüber heißem Wasser für mindestens 5 min/µm, 4 min/µm, 3 min/µm, 2 min/µm, 1 min/µm, 30 s/µm oder 10 s/µm beinhalten. Der Prozess kann alternativ dazu ein Aussetzen einer PVD-Aluminiumoxidschicht gegenüber Wasser mit einer Temperatur von mindestens 85 °C, 90 °C, 95 °C, 98 °C, 99 °C, 100 °C oder 101 °C beinhalten, um ein hydriertes PVD-Aluminiumoxid auszubilden.
Bei Verwendung von Aluminium im Metallsubstrat kann der Heißversiegelungsprozess das Ausbilden von Aluminiumhydroxiden auf der freiliegenden Oberfläche der Aluminiumoxidschicht während der Aussetzung der Materialien gegenüber Wasser mit einer Temperatur von mindestens 85 °C beinhalten. Wahlweise kann der Prozess das Ausbilden von Aluminiumhydroxiden innerhalb der Aluminiumoxidschicht beinhalten. Wahlweise beinhaltet der Prozess das Ausbilden einer Böhmit-/Bayerit-Region in der Aluminiumoxidschicht.
Des Weiteren kann der Prozess eine Zeit zwischen dem Abschluss des Heißversiegelungsprozesses und dem Ausbilden der beschichteten Schicht aus oxidiertem Aluminium von weniger als 60, 45, 40, 35, 30, 25, 20, 15, 10 oder 5 Minuten beinhalten. Vorzugsweise beträgt die Zeit weniger als etwa 5 Minuten oder beträgt nicht mehr als die Zeitmenge, die zum Entnehmen der Probe aus einem Heißversiegelungsbad oder einer Heißversiegelungsvorrichtung, zum Abkühlen bis auf etwa Raumtemperatur und zum anschließenden Eintauchen in die wässrige Silikatlösung (in der Praxis häufig weniger als etwa 1 Minute) benötigt wird. In einem weiteren Fall kann die versiegelte Schicht in einer nassen Atmosphäre oder in Wasser gehalten oder mit Wasser überzogen werden, bevor die wässrige Silikatlösung aufgebracht wird.
Hierin offenbarte Verfahren können das schnelle Aufbringen der wässrigen Silikatlösung auf die Metalloxidschicht nach dem Heißversiegeln (z.B. Aussetzen der Metalloxidschicht gegenüber heißem Wasser) umfassen. Zum Beispiel kann der Prozess das Ausbilden einer beschichteten Schicht aus passivem Metall durch das Aufbringen der wässrigen Silikatlösung innerhalb von 45, 40, 35, 30, 25, 20, 15, 10 oder 5 Minuten nach dem Abschluss des Heißversiegelungsprozesses beinhalten. D.h., der Prozess kann ein Eintauchen der versiegelten Schicht aus passivem Metall in die wässrige Silikatlösung oder eine Sprühbeschichtung oder Walzenbeschichtung der versiegelten Schicht aus passivem Metall mit der wässrigen Silikatlösung innerhalb von 45, 40, 35, 30, 25, 20, 15, 10 oder 5 Minuten nach einem Abschluss des Heißversiegelungsprozesses beinhalten. In einem weiteren Beispiel kann der Prozess das Aufbringen der wässrigen Silikatlösung innerhalb von 45, 40, 35, 30, 25, 20, 15, 10 oder 5 Minuten nach einer Entfernung aus der Aussetzung gegenüber Wasser mit einer Temperatur von mindestens etwa 85 °C beinhalten.
Alternativ dazu kann der Prozess das Halten oder Aufbewahren der heißversiegelten Metalloxidschicht in einer Atmosphäre mit einer relativen Feuchtigkeit von mindestens 50 %, 60 %, 70 %, 80 %, 90 % oder etwa 100 % vor einer Beschichtung der Metalloxidschicht mit der wässrigen Silikatlösung beinhalten. In einem weiteren Beispiel kann der Prozess das Halten oder Aufbewahren der dem heißen Wasser ausgesetzten Metalloxidschicht in Wasser und das anschließende Beschichten mit einer wässrigen Silikatlösung beinhalten.
Vorzugsweise wird die Metalloxidschicht in Wasser mit einer Temperatur von weniger als 75 °C, 65 °C, 60 °C, 55 °C, 50 °C, 45 °C, 40 °C, 35 °C, 30 °C, 25 °C oder 20 °C gehalten. Zum Beispiel kann der Prozess das Halten, Aufbewahren oder Eintauchen der versiegelten Schicht aus passivem Metall in Wasser und das anschließende Ausbilden der beschichteten Schicht aus passivem Metall durch das Aufbringen der wässrigen Silikatlösung beinhalten.
In einem weiteren spezifischen Beispiel kann der Prozess aus dem Heißversiegeln einer Schicht aus passivem Metall durch das Aussetzen der Metalloxidschicht gegenüber Wasser mit einer Temperatur von mindestens 85 °C, 95 °C oder 100 °C bestehen. Der Prozess beinhaltet danach entweder (A) das Ausbilden einer beschichteten Schicht aus passivem Metall durch Tauchbeschichtung, Sprühbeschichtung oder Walzenbeschichtung der versiegelten Schicht aus passivem Metall mit einer wässrigen Silikatlösung innerhalb von 20, 15, 10 oder 5 Minuten nach einem Abschluss des Heißversiegelungsprozesses oder (B) das Aufbewahren der versiegelten Schicht aus passivem Metall in Wasser nach dem Heißversiegelungsprozess und das anschließende Ausbilden der beschichteten Schicht aus passivem Metall durch Tauchbeschichtung, Sprühbeschichtung oder Walzenbeschichtung mit der wässrigen Silikatlösung.
Danach beinhaltet der Prozess das Polymerisieren und Aushärten der beschichteten Schicht aus passivem Metall zum Ausbilden einer nichtporösen Silikatglas-ähnlichen Schicht, wobei das Polymerisieren und Aushärten das Erhitzen der beschichteten Schicht aus passivem Metall auf eine Temperatur von etwa 225 °C bis etwa 300 °C, zum Beispiel von etwa 230 °C bis etwa 300 °C, beinhalten.
Barrierenschicht
In einigen Ausführungsformen, insbesondere bei denjenigen, welche ein Aluminiumsubstrat (und somit eine Aluminiumoxidschicht) verwenden, kann eine Barrierenschicht zwischen dem Metall/der Metalllegierung und der Oxidschicht angeordnet sein. Diese Barrierenschicht ist direkt mit einer Oxidschicht verbunden, welche direkt mit einer Silikatglas-ähnlichen Schicht verbunden ist. Hierin bezeichnet und bedeutet direkt verbunden, dass die benannten Schichten ohne eine Zwischenschicht chemisch und/oder physikalisch aneinander gebunden sind. Dieses Fehlen einer Zwischenschicht kann durch spektroskopische und/oder mikroskopische Verfahren bestimmt werden, zum Beispiel durch energiedispersive Röntgenspektroskopie (EDS), Flugzeit-Sekundärionen-Massenspektroskopie (TOF-SIMS) und/oder Rasterelektronenmikroskopie (REM). Vorzugsweise weist die Barrierenschicht eine Zusammensetzung (zum Beispiel eine durch TOF-SIMS bestimmte Zusammensetzung, d.h. eine TOF-SIMS-Zusammensetzung) auf, die Aluminium und Sauerstoff enthält. In einigen Beispielen enthält die TOF-SIMS-Zusammensetzung der Barrierenschicht ferner Natrium und/oder Lithium. In noch weiteren Beispielen kann die TOF-SIMS-Zusammensetzung der Barrierenschicht Spurenmengen von Silicium enthalten. Insbesondere sorgt eine Brüchigkeit der Barrierenschicht für einen steilen Anstieg in der Anzahl der Zählungen in der TOF-SIMS-Analyse.
Barrierenschichten sind jedoch optional. In einer Ausführungsform beinhaltet das beschichtete Produkt ein Substrat, das eine Oxidschicht trägt, die direkt mit einer Silikatglas-ähnlichen Schicht verbunden ist. Hier kann das beschichtete Produkt frei von einer Barrierenschicht sein, z.B. kann die Oxidschicht direkt mit dem Substrat verbunden sein.
Verschiedene Verfahren der Erfindung
Die Verfahren der Erfindung können eine Reihe unterschiedlicher Kombinationen bestimmter Merkmale beinhalten, wie zum Beispiel (jedoch nicht darauf beschränkt) die unten genannten.
Zum Beispiel können Ausführungsformen, die Schritte des Beizens und der chemischen Passivierung umfassen, Folgendes umfassen.
In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren Folgendes oder besteht aus Folgendem:

Reinigen der Oberfläche des Metalls oder der Metalllegierung;
Entfernen einer vorhandenen Oxidschicht von dem Metall oder der Metalllegierung durch Beizen mittels einer sauren Beizlösung, welche Salpetersäure und Fluorwasserstoffsäure enthält, mit einem pH von 1;
Ausbilden einer Oxidschicht auf der Oberfläche des Metalls oder der Metalllegierung mittels einer chemischen passivierenden Lösung, welche Salpetersäure oder Zitronensäure enthält und einen pH von 1 aufweist;
Aufbringen einer Beschichtung aus einer wässrigen Silikatlösung auf das Metall- oder Metalllegierungsoxid, wobei die wässrige Silikatlösung einen pH von 10 bis 13 (zum Beispiel 11 bis 13) aufweist, SiO₂, M₂O und wahlweise B₂O₃ enthält, wobei M ausgewählt ist aus Li, Na, K oder einer Mischung davon, und ein Verhältnis von SiO₂ zu M₂O von etwa 3,8 bis etwa 2 und, wenn B₂O₃ vorliegt, ein Verhältnis von SiO₂ zu B₂O₃ von etwa 10:1 bis etwa 200:1 aufweist; und
Aushärten der aufgebrachten Beschichtung auf der Oxidschicht zum Bereitstellen einer Silikatbeschichtungsschicht durch Folgendes:
- Erhitzen der beschichteten Passivschicht auf eine Temperatur von mindestens 200 °C; oder
- Aussetzen der beschichteten Passivschicht gegenüber einer Infrarotquelle.

In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren Folgendes oder besteht aus Folgendem:

Reinigen der Oberfläche des Metalls oder der Metalllegierung;
Entfernen einer vorhandenen Oxidschicht von dem Metall oder der Metalllegierung durch Beizen mittels einer sauren Beizlösung, welche Salpetersäure und Fluorwasserstoffsäure enthält, mit einem pH von 1;
Ausbilden einer Oxidschicht auf der Oberfläche des Metalls oder der Metalllegierung mittels einer chemischen passivierenden Lösung, welche Salpetersäure oder Zitronensäure enthält und einen pH von 1 aufweist;
Aufbringen einer Beschichtung aus einer wässrigen Silikatlösung auf das Metall- oder Metalllegierungsoxid, wobei die wässrige Silikatlösung einen pH von 10 bis 13 (zum Beispiel 11 bis 13) aufweist, SiO₂, M₂O und wahlweise B₂O₃ enthält, wobei M ausgewählt ist aus Li, Na, K oder einer Mischung davon, und ein Verhältnis von SiO₂ zu M₂O von etwa 3,8 bis etwa 2 und, wenn B₂O₃ vorliegt, ein Verhältnis von SiO₂ zu B₂O₃ von etwa 10:1 bis etwa 200:1 aufweist; und
Aushärten der aufgebrachten Beschichtung auf der Oxidschicht zum Bereitstellen einer Silikatbeschichtungsschicht durch Folgendes:
- Erhitzen der beschichteten Passivschicht auf eine Temperatur von mindestens 230 °C; oder
- Aussetzen der beschichteten Passivschicht gegenüber einer Infrarotquelle.

Reinigen der Oberfläche des Metalls oder der Metalllegierung;
Entfernen einer vorhandenen Oxidschicht von dem Metall oder der Metalllegierung durch Beizen mittels einer sauren Beizlösung, welche Salpetersäure und Fluorwasserstoffsäure enthält, mit einem pH von 1;
Ausbilden einer Oxidschicht auf der Oberfläche des Metalls oder der Metalllegierung mittels einer chemischen passivierenden Lösung, welche Salpetersäure oder Zitronensäure enthält und einen pH von 1 aufweist;
Aufbringen einer Beschichtung aus einer wässrigen Silikatlösung auf das Metall- oder Metalllegierungsoxid, wobei die wässrige Silikatlösung einen pH von 10 bis 13 (zum Beispiel 11 bis 13) aufweist, SiO₂, M₂O und B₂O₃ enthält, wobei M ausgewählt ist aus Li, Na, K oder einer Mischung davon, und ein Verhältnis von SiO₂ zu M₂O von etwa 3,8 bis etwa 2 und ein Verhältnis von SiO₂ zu B₂O₃ von etwa 10:1 bis etwa 200:1 aufweist; und
Aushärten der aufgebrachten Beschichtung auf der Oxidschicht zum Bereitstellen einer Silikatbeschichtungsschicht durch Folgendes:
- Erhitzen der beschichteten Passivschicht auf eine Temperatur von mindestens 200 °C; oder
- Aussetzen der beschichteten Passivschicht gegenüber einer Infrarotquelle.

Reinigen der Oberfläche des Metalls oder der Metalllegierung;
Entfernen einer vorhandenen Oxidschicht von dem Metall oder der Metalllegierung durch Beizen mittels einer sauren Beizlösung, welche Salpetersäure und Fluorwasserstoffsäure enthält, mit einem pH von 1;
Ausbilden einer Oxidschicht auf der Oberfläche des Metalls oder der Metalllegierung mittels einer chemischen passivierenden Lösung, welche Salpetersäure oder Zitronensäure enthält und einen pH von 1 aufweist;
Aufbringen einer Beschichtung aus einer wässrigen Silikatlösung auf das Metall- oder Metalllegierungsoxid, wobei die wässrige Silikatlösung einen pH von 10 bis 13 (zum Beispiel 11 bis 13) aufweist, SiO₂, M₂O und B₂O₃ enthält, wobei M ausgewählt ist aus Li, Na, K oder einer Mischung davon, und ein Verhältnis von SiO₂ zu M₂O von etwa 3,8 bis etwa 2 und ein Verhältnis von SiO₂ zu B₂O₃ von etwa 10:1 bis etwa 200:1 aufweist; und
Aushärten der aufgebrachten Beschichtung auf der Oxidschicht zum Bereitstellen einer Silikatbeschichtungsschicht durch Folgendes:
- Erhitzen der beschichteten Passivschicht auf eine Temperatur von mindestens 230 °C; oder
- Aussetzen der beschichteten Passivschicht gegenüber einer Infrarotquelle.

In einigen Ausführungsformen umfasst die Beizlösung 10 - 20 % v/v (150 g/l - 300 g/l) 70 %ige Salpetersäure und von 1 % bis 2 % v/v (12 g/l - 24 g/l) 60 %ige Fluorwasserstoffsäure.
Die passivierende Lösung kann etwa 15% bis etwa 30 % v/v 70 %ige Salpetersäure umfassen, die Passivierung kann für mindestens etwa 20 Minuten durchgeführt werden und die Passivierung kann bei einer Temperatur von etwa 15 °C bis etwa 60 °C durchgeführt werden. Alternativ dazu wird die Passivierung mittels einer passivierenden Lösung durchgeführt, die etwa 1 % bis etwa 15 % w/v Zitronensäure enthält, kann für mindestens etwa 4 Minuten durchgeführt werden und kann bei einer Temperatur von etwa 20 °C bis etwa 70 °C durchgeführt werden.
Die obigen Ausführungsformen können das Aussetzen des Metalls oder der Metalllegierung gegenüber einer gasförmigen oxidierenden Umgebung (z.B. Luft) für bis zu etwa 48 Stunden (zum Beispiel bis zu etwa 24 Stunden) umfassen. In einigen Ausführungsformen umfassen die Verfahren das Aussetzen des Metalls oder der Metalllegierung gegenüber einer gasförmigen oxidierenden Umgebung (z.B. Luft) für bis zu etwa 1 Stunde zwischen den Schritten des Beizens und der chemischen Passivierung und für bis zu etwa 1 Stunde zwischen den Schritten der chemischen Passivierung und des Aufbringens der Beschichtung.
Zum Beispiel können Ausführungsformen, welche einen Schritt des Entfernens der vorhandenen Oxidschicht durch abrasives Strahlen umfassen, Folgendes umfassen.
In einigen Ausführungsform umfassen die Verfahren folgende Schritte oder bestehen daraus:

Bereitstellen eines Metall- oder Metalllegierungssubstrates, welches eine Oxidschicht aufweist;
Entfernen der vorhandenen Oxidschicht von dem Metall oder der Metalllegierung durch abrasives Strahlen;
Waschen des gestrahlten Metalls oder der gestrahlten Metalllegierung;
Aussetzen des Metalls oder der Metalllegierung gegenüber einer gasförmigen oxidierenden Umgebung (z.B. Luft) für bis zu 48 Stunden (vorzugsweise bis zu 24 Stunden) zum Ausbilden einer neuen Oxidschicht auf der Oberfläche des Metalls oder der Metalllegierung;
Aufbringen einer Beschichtung aus einer wässrigen Silikatlösung auf die neue Metall- oder Metalllegierungsoxidschicht;
Aushärten der aufgebrachten Beschichtung auf der neuen Oxidschicht zum Bereitstellen einer Silikatbeschichtungsschicht durch Folgendes:
- Erhitzen der Beschichtung auf eine Temperatur von mindestens 200 °C; oder
- Aussetzen der Beschichtung gegenüber einer Infrarotquelle.

In einigen Ausführungsform umfassen die Verfahren folgende Schritte oder bestehen daraus:

Bereitstellen eines Metall- oder Metalllegierungssubstrates, welches eine Oxidschicht aufweist;
Entfernen der vorhandenen Oxidschicht von dem Metall oder der Metalllegierung durch abrasives Strahlen;
Waschen des gestrahlten Metalls oder der gestrahlten Metalllegierung;
Aussetzen des Metalls oder der Metalllegierung gegenüber einer gasförmigen oxidierenden Umgebung (z.B. Luft) für bis zu 48 Stunden (vorzugsweise bis zu 24 Stunden) zum Ausbilden einer neuen Oxidschicht auf der Oberfläche des Metalls oder der Metalllegierung;
Aufbringen einer Beschichtung aus einer wässrigen Silikatlösung auf die neue Metall- oder Metalllegierungsoxidschicht;
Aushärten der aufgebrachten Beschichtung auf der neuen Oxidschicht zum Bereitstellen einer Silikatbeschichtungsschicht durch Folgendes:
- Erhitzen der Beschichtung auf eine Temperatur von mindestens 230 °C; oder
- Aussetzen der Beschichtung gegenüber einer Infrarotquelle.

Bereitstellen eines Metall- oder Metalllegierungssubstrates, welches eine Oxidschicht aufweist;
Entfernen der vorhandenen Oxidschicht von dem Metall oder der Metalllegierung durch abrasives Strahlen;
Waschen des gestrahlten Metalls oder der gestrahlten Metalllegierung;
Aussetzen des Metalls oder der Metalllegierung gegenüber einer gasförmigen oxidierenden Umgebung (z.B. Luft) für bis zu 48 Stunden (vorzugsweise bis zu 24 Stunden) zum Ausbilden einer neuen Oxidschicht auf der Oberfläche des Metalls oder der Metalllegierung;
Aufbringen einer Beschichtung aus einer wässrigen Silikatlösung auf die neue Metall- oder Metalllegierungsoxidschicht, wobei die wässrige Silikatlösung einen pH von 10 bis 13 aufweist, SiO₂ und M₂O und wahlweise B₂O₃ enthält, wobei M ausgewählt ist aus Li, Na, K oder einer Mischung davon, und ein Verhältnis von SiO₂ zu M₂O von etwa 3,8 bis etwa 2 und, wenn B₂O₃ vorliegt, ein Verhältnis von SiO₂ zu B₂O₃ von etwa 10:1 bis etwa 200:1 aufweist; und
Aushärten der aufgebrachten Beschichtung auf der neuen Oxidschicht zum Bereitstellen einer Silikatbeschichtungsschicht durch Folgendes:
- Erhitzen der Beschichtung auf eine Temperatur von mindestens 200 °C; oder
- Aussetzen der Beschichtung gegenüber einer Infrarotquelle.

Bereitstellen eines Metall- oder Metalllegierungssubstrates, welches eine Oxidschicht aufweist;
Entfernen der vorhandenen Oxidschicht von dem Metall oder der Metalllegierung durch abrasives Strahlen;
Waschen des gestrahlten Metalls oder der gestrahlten Metalllegierung;
Aussetzen des Metalls oder der Metalllegierung gegenüber einer gasförmigen oxidierenden Umgebung (z.B. Luft) für bis zu 48 Stunden (vorzugsweise bis zu 24 Stunden) zum Ausbilden einer neuen Oxidschicht auf der Oberfläche des Metalls oder der Metalllegierung;
Aufbringen einer Beschichtung aus einer wässrigen Silikatlösung auf die neue Metall- oder Metalllegierungsoxidschicht, wobei die wässrige Silikatlösung einen pH von 10 bis 13 aufweist, SiO₂ und M₂O und wahlweise B₂O₃ enthält, wobei M ausgewählt ist aus Li, Na, K oder einer Mischung davon, und ein Verhältnis von SiO₂ zu M₂O von etwa 3,8 bis etwa 2 und, wenn B₂O₃ vorliegt, ein Verhältnis von SiO₂ zu B₂O₃ von etwa 10:1 bis etwa 200:1 aufweist; und
Aushärten der aufgebrachten Beschichtung auf der neuen Oxidschicht zum Bereitstellen einer Silikatbeschichtungsschicht durch Folgendes:
- Erhitzen der Beschichtung auf eine Temperatur von mindestens 230 °C; oder
- Aussetzen der Beschichtung gegenüber einer Infrarotquelle.

Bereitstellen eines Metall- oder Metalllegierungssubstrates, welches eine Oxidschicht aufweist;
Entfernen der vorhandenen Oxidschicht von dem Metall oder der Metalllegierung durch abrasives Strahlen;
Waschen des gestrahlten Metalls oder der gestrahlten Metalllegierung;
Aussetzen des Metalls oder der Metalllegierung gegenüber einer gasförmigen oxidierenden Umgebung (z.B. Luft) für bis zu 48 Stunden (vorzugsweise bis zu 24 Stunden) bei Raumtemperatur zum Ausbilden einer neuen Oxidschicht auf der Oberfläche des Metalls oder der Metalllegierung;
Aufbringen einer Beschichtung aus einer wässrigen Silikatlösung auf die neue Metall- oder Metalllegierungsoxidschicht, wobei die wässrige Silikatlösung einen pH von 10 bis 13 aufweist, SiO₂ und M₂O und wahlweise B₂O₃ enthält, wobei M ausgewählt ist aus Li, Na, K oder einer Mischung davon, und ein Verhältnis von SiO₂ zu M₂O von etwa 3,8 bis etwa 2 und, wenn B₂O₃ vorliegt, ein Verhältnis von SiO₂ zu B₂O₃ von etwa 10:1 bis etwa 200:1 aufweist; und
Aushärten der aufgebrachten Beschichtung auf der neuen Oxidschicht zum Bereitstellen einer Silikatbeschichtungsschicht durch Folgendes:
- Erhitzen der Beschichtung auf eine Temperatur von mindestens 200 °C; oder
- Aussetzen der Beschichtung gegenüber einer Infrarotquelle.

Bereitstellen eines Metall- oder Metalllegierungssubstrates, welches eine Oxidschicht aufweist;
Entfernen der vorhandenen Oxidschicht von dem Metall oder der Metalllegierung durch abrasives Strahlen;
Waschen des gestrahlten Metalls oder der gestrahlten Metalllegierung;
Aussetzen des Metalls oder der Metalllegierung gegenüber einer gasförmigen oxidierenden Umgebung (z.B. Luft) für bis zu 48 Stunden (vorzugsweise bis zu 24 Stunden) bei Raumtemperatur zum Ausbilden einer neuen Oxidschicht auf der Oberfläche des Metalls oder der Metalllegierung;
Aufbringen einer Beschichtung aus einer wässrigen Silikatlösung auf die neue Metall- oder Metalllegierungsoxidschicht, wobei die wässrige Silikatlösung einen pH von 10 bis 13 aufweist, SiO₂ und M₂O und wahlweise B₂O₃ enthält, wobei M ausgewählt ist aus Li, Na, K oder einer Mischung davon, und ein Verhältnis von SiO₂ zu M₂O von etwa 3,8 bis etwa 2 und, wenn B₂O₃ vorliegt, ein Verhältnis von SiO₂ zu B₂O₃ von etwa 10:1 bis etwa 200:1 aufweist; und
Aushärten der aufgebrachten Beschichtung auf der neuen Oxidschicht zum Bereitstellen einer Silikatbeschichtungsschicht durch Folgendes:
- Erhitzen der Beschichtung auf eine Temperatur von mindestens 230 °C; oder
- Aussetzen der Beschichtung gegenüber einer Infrarotquelle.

Bereitstellen eines Metall- oder Metalllegierungssubstrates, welches eine Oxidschicht aufweist;
vollständiges Entfernen der vorhandenen Oxidschicht von dem Metall oder der Metalllegierung durch abrasives Strahlen mittels eines Abrasivmittels (zum Beispiel Sand);
Waschen des gestrahlten Metalls oder der gestrahlten Metalllegierung zum Entfernen des Abrasivmittels;
Aussetzen des Metalls oder der Metalllegierung gegenüber einer gasförmigen oxidierenden Umgebung (z.B. Luft) für bis zu 48 Stunden (vorzugsweise bis zu 24 Stunden) bei Raumtemperatur zum Ausbilden einer neuen Oxidschicht auf der Oberfläche des Metalls oder der Metalllegierung, wobei der Zeitraum von bis zu 48 Stunden (vorzugsweise bis zu 24 Stunden) bei Einleitung des Schrittes des abrasiven Strahlens beginnt;
Aufbringen einer Beschichtung aus einer wässrigen Silikatlösung auf die neue Metall- oder Metalllegierungsoxidschicht, wobei die wässrige Silikatlösung einen pH von 10 bis 13 aufweist, SiO₂ und M₂O und wahlweise B₂O₃ enthält, wobei M ausgewählt ist aus Li, Na, K oder einer Mischung davon, und ein Verhältnis von SiO₂ zu M₂O von etwa 3,8 bis etwa 2 und, wenn B₂O₃ vorliegt, ein Verhältnis von SiO₂ zu B₂O₃ von etwa 10:1 bis etwa 200:1 aufweist; und
Aushärten der aufgebrachten Beschichtung auf der neuen Oxidschicht zum Bereitstellen einer Silikatbeschichtungsschicht durch Folgendes:
- Erhitzen der Beschichtung auf eine Temperatur von mindestens 200 °C; oder
- Aussetzen der Beschichtung gegenüber einer Infrarotquelle.

Bereitstellen eines Metall- oder Metalllegierungssubstrates, welches eine Oxidschicht aufweist;
vollständiges Entfernen der vorhandenen Oxidschicht von dem Metall oder der Metalllegierung durch abrasives Strahlen mittels eines Abrasivmittels (zum Beispiel Sand);
Waschen des gestrahlten Metalls oder der gestrahlten Metalllegierung zum Entfernen des Abrasivmittels;
Aussetzen des Metalls oder der Metalllegierung gegenüber einer gasförmigen oxidierenden Umgebung (z.B. Luft) für bis zu 48 Stunden (vorzugsweise bis zu 24 Stunden) bei Raumtemperatur zum Ausbilden einer neuen Oxidschicht auf der Oberfläche des Metalls oder der Metalllegierung, wobei der Zeitraum von bis zu 48 Stunden (vorzugsweise bis zu 24 Stunden) bei Einleitung des Schrittes des abrasiven Strahlens beginnt;
Aufbringen einer Beschichtung aus einer wässrigen Silikatlösung auf die neue Metall- oder Metalllegierungsoxidschicht, wobei die wässrige Silikatlösung einen pH von 10 bis 13 aufweist, SiO₂ und M₂O und wahlweise B₂O₃ enthält, wobei M ausgewählt ist aus Li, Na, K oder einer Mischung davon, und ein Verhältnis von SiO₂ zu M₂O von etwa 3,8 bis etwa 2 und, wenn B₂O₃ vorliegt, ein Verhältnis von SiO₂ zu B₂O₃ von etwa 10:1 bis etwa 200:1 aufweist; und
Aushärten der aufgebrachten Beschichtung auf der neuen Oxidschicht zum Bereitstellen einer Silikatbeschichtungsschicht durch Folgendes:
- Erhitzen der Beschichtung auf eine Temperatur von mindestens 230 °C; oder
- Aussetzen der Beschichtung gegenüber einer Infrarotquelle.

Die Prozesse der Erfindung werden im Allgemeinen an der Luft oder in einer Atmosphäre, die Sauerstoff enthält, durchgeführt. An der „Luft“ bezieht sich auf das Ausführen der Prozesse in einer Umgebung, die Luft umfasst, d.h. nicht in einer Schutzatmosphäre oder einer kontrollierten Atmosphäre, sondern stattdessen in der Erdatmosphäre, zum Beispiel etwa bei Atmosphärendruck.
Eigenschaften der beschichteten Produkte
Die Metallprodukte dieser Offenbarung weisen zahlreiche Vorteile gegenüber den Produkten des Standes der Technik auf. Zum Beispiel gestattet die transparente Beschichtung, die durch die Kombination aus glasartiger Schicht und Oxid gebildet wird, dass die Metalloberfläche durchscheint, und sie beeinträchtigt nicht die inhärenten fotometrischen Eigenschaften des darunterliegenden Metalls. Zu den inhärenten fotometrischen Eigenschaften dieser Oberfläche kann jegliche für die Oberfläche gewünschte fotometrische Eigenschaft zählen, einschließlich zum Beispiel, jedoch nicht darauf beschränkt, Reflexion, Glanz, Durchsichtigkeit, Farbe, Oberflächentexturen usw. In einer Ausführungsform kann die Gesamtreflexion höher als etwa 75 %, vorzugsweise höher als etwa 80 % und noch bevorzugter höher als etwa 85 % sein. Alternativ dazu kann der Reflexionsverlust zwischen dem zugrundeliegenden Metall und dem offenbarten Metallprodukt mit der Metall-Metalloxid-Glas-Schicht weniger als etwa 2 %, vorzugsweise weniger als etwa 1 %, noch bevorzugter weniger als etwa 0,5 % betragen. Die Fähigkeit des Metallproduktes, Licht zu reflektieren, beschränkt sich primär auf die Oxidmenge, die auf der Oberfläche des Metalls vorliegt, da die glasartige Schicht oben auf dieser Oxidschicht weitgehend transparent ist.
Die gemäß hierin beschriebenen Verfahren erhaltenen Metallprodukte weisen Beständigkeit gegen Temperaturoxidation, Korrosion und Degradation auf. Im Allgemeinen wird die Beständigkeit gegen Temperaturoxidation, Korrosion oder Degradation durch das Abschneiden von Prüfmustern bei standardisierten Prüfverfahren bestimmt. Darin werden Proben auf einer Skala „Bestanden/Nicht bestanden“ evaluiert. Typischerweise wird das Bestehen einer spezifischen Prüfung dadurch angegeben, dass es bei Abschluss der Prüfung nicht zu einer Veränderung in der visuellen Erscheinung kommt, wohingegen das Nicht-Bestehen einer spezifischen Prüfung durch eine signifikante Farbveränderung (aufgrund einer hohen Temperaturoxidation), Korrosion oder Degradation der Probe angezeigt wird.
Einige Tests lieferten weniger binäre Ergebnisse; in solchen Fällen wurden Proben zusätzlich auf einer Skala ,,F/P(-) /P" bewertet, wobei „F“ einem Nicht-Bestehen entspricht, „P(-)“ einer geringfügigen Veränderung im Erscheinungsbild (z.B. leichte Verfärbung, Fleckenbildung oder Trübung über weniger als 10 % des beschichteten Oberflächenbereichs) entspricht und „P“ keiner Veränderung in der visuellen Erscheinung entspricht. Hierin gelten Proben, die keine visuelle Veränderung im Erscheinungsbild aufweisen (also ein „P“ erzielen), als den Test „hervorragend“ bestanden.
In einem ersten Fall verleiht die hierin beschriebene Beschichtung den beschichteten Materialien Beständigkeit gegenüber einer kupferbeschleunigten Essigsäure-Salz-Sprühnebelprüfung (CASS-Test - Copper Accelerated Acetic Acid Salt Spray (Fog) Test). Vorzugsweise besteht das beschichtete Produkt einen 24-Stunden-CASS-Test und einen 48-Stunden-CASS-Test. Der CASS-Test ist ein bekannter Industriestandard, z.B. ASTM B368-09(2009): Standardprüfverfahren für die Prüfung mit kupferbeschleunigtem Essigsäure-Salz-Sprühnebel (CASS-Test), ASTM International (American Society for Testing and Materials). Ein typisches Versagen beim CASS-Test ist Lochfrasskorrosion. Dementsprechend wurden Proben mit Bestanden/Nicht bestanden bewertet, wobei Proben, die Lochfrasskorrosion aufwiesen, nicht bestanden, wohingegen Proben, deren Integrität aufrechterhalten blieb, bestanden. Bei einer begrenzten Anzahl von Proben wurden leichte Veränderungen in der visuellen Erscheinung beobachtet; diese Proben wurden mit ,,-" bewertet, was einer geringfügigen Veränderung im Erscheinungsbild entspricht. Vorzugsweise wiesen Proben keine Veränderung in der visuellen Erscheinung aufgrund des CASS-Testes auf; diese Proben gelten als unter den Testbedingungen „hervorragend“ bestanden. Außerdem wiesen bevorzugte Proben keine Veränderung in der visuellen Erscheinung aufgrund eines verlängerten CASS-Testes (48 Stunden) auf (siehe 2).
In einem zweiten Fall besteht das hierin beschriebene beschichtete Produkt eine Prüfung zur Bewertung von Beschichtungen für Hochtemperaturanwendungen. Dies ist ein bekannter Industriestandard, z.B. ASTM D2485-18(2018): Standardprüfverfahren zur Bewertung von Beschichtungen für Hochtemperaturanwendungen, Verfahren B, ASTM International (American Society for Testing and Materials). Vorzugsweise besteht das beschichtete Produkt die Prüfung zur Bewertung von Beschichtungen für Hochtemperaturanwendungen bei Aussetzung gegenüber 204 °C (400 °F) für 16 Stunden, 260 °C (500 °F) für 8 Stunden, 315 °C (600 °F) für 16 Stunden und 371 °C (700 °F) für 8 Stunden. Nach der letzten Aussetzung gegenüber Hitze wurden die Proben visuell auf Anzeichen für ein Versagen untersucht. Ein typisches Versagen bei der Prüfung zur Bewertung von Beschichtungen für Hochtemperaturanwendungen sind Verfärbungen (verursacht durch Hochtemperaturoxidation). Dementsprechend wurden Proben mit Bestanden/Nicht bestanden bewertet, wobei Proben, die Farbveränderungen aufwiesen, nicht bestanden, wohingegen Proben, deren Integrität aufrechterhalten blieb, bestanden. Vorzugsweise wiesen Proben keine Veränderung in der visuellen Erscheinung aufgrund der Prüfung zur Bewertung von Beschichtungen für Hochtemperaturanwendungen auf; diese Proben gelten als unter den Testbedingungen „hervorragend“ bestanden (siehe 1).
In einem weiteren Fall besteht das hierin beschriebene beschichtete Produkt eine Prüfung für die Messung der Adhäsion durch Bandtest. Dies ist ein bekannter Industriestandard, z.B. ASTM D3359-09(2009): Standardprüfverfahren für die Messung der Adhäsion durch Bandtest, Verfahren B, ASTM International (American Society for Testing and Materials). Vorzugsweise besteht das beschichtete Produkt die Prüfung für die Messung der Adhäsion durch Bandtest. Ein typisches Versagen bei der Prüfung für die Messung der Adhäsion durch Bandtest ist die Entfernung der Beschichtung vom Substrat. Dementsprechend wurden Proben mit Bestanden/Nicht bestanden bewertet, wobei Proben, die eine Entfernung der Beschichtung vom Substrat aufwiesen, nicht bestanden, wohingegen Proben, deren Integrität aufrechterhalten blieb, bestanden. Vorzugsweise wiesen Proben keine Veränderung in der visuellen Erscheinung aufgrund der Prüfung für die Messung der Adhäsion durch Bandtest auf; diese Proben gelten als unter den Testbedingungen „hervorragend“ bestanden.
In noch einem weiteren Fall verleiht die hierin beschriebene Beschichtung eine Wasserbeständigkeit von Beschichtungen bei 100% relativer Luftfeuchtigkeit. Dies ist ein bekannter Industriestandard, z.B. ASTM D2247-02(2002): Standardverfahren zur Prüfung der Wasserbeständigkeit von Beschichtungen bei 100% relativer Luftfeuchtigkeit, ASTM International (American Society for Testing and Materials). Vorzugsweise besteht das beschichtete Produkt eine Aussetzung gegenüber einer Kondensationsatmosphäre mit konstanter Feuchtigkeit bei 38 °C ± 2 °C über fünf 24-Stunden-Zyklen mit einer 24-Stunden-Ruhephase dazwischen. Typische Versagensparameter bei der Prüfung der Wasserbeständigkeit von Beschichtungen bei 100 % relativer Luftfeuchtigkeit sind Auswirkungen wie z.B. Farbveränderungen, Blasenbildung, Haftungsverlust, Erweichung oder Versprödung. Dementsprechend wurden Proben mit Bestanden/Nicht bestanden bewertet, wobei Proben, die jegliche Anzeichen für ein Versagen aufwiesen, nicht bestanden, wohingegen Proben, deren Integrität aufrechterhalten blieb, bestanden. Vorzugsweise wiesen Proben keine Veränderung in der visuellen Erscheinung aufgrund der Prüfung der Wasserbeständigkeit von Beschichtungen bei 100% relativer Luftfeuchtigkeit auf; diese Proben gelten als unter den Testbedingungen „hervorragend“ bestanden.
In einem weiteren Fall verleiht die hierin beschriebene Beschichtung eine Wasserbeständigkeit von Beschichtungen beim Eintauchen in Wasser. Dies ist ein bekannter Industriestandard, z.B. ASTM D870-02(2002): Standardverfahren zur Prüfung der Wasserbeständigkeit von Beschichtungen durch Eintauchen in Wasser, ASTM International (American Society for Testing and Materials). Vorzugsweise besteht das beschichtete Produkt das Eintauchen in Wasser für 200 Stunden bei einer Temperatur von 95 °C ± 5 °C. Ein typisches Versagen bei der Prüfung der Wasserbeständigkeit von Beschichtungen durch Eintauchen in Wasser sind jegliche Auswirkungen wie z.B. Farbveränderungen, Blasenbildung, Haftungsverlust, Erweichung oder Versprödung. Dementsprechend wurden Proben mit Bestanden/Nicht bestanden bewertet, wobei Proben, die jegliche Anzeichen für ein Versagen aufwiesen, nicht bestanden, wohingegen Proben, deren Integrität aufrechterhalten blieb, bestanden. Vorzugsweise wiesen Proben keine Veränderung in der visuellen Erscheinung aufgrund der Prüfung der Wasserbeständigkeit von Beschichtungen durch Eintauchen in Wasser auf; diese Proben gelten als unter den Testbedingungen „hervorragend“ bestanden (siehe 3).
In einem weiteren Fall besteht das beschichtete Produkt die „Prüfung mit offener Flamme“, die gemäß folgender Verfahrensweise ausgeführt wird: teilweise beschichtete Metallproben wurden an der Grenze zwischen beschichteter und unbeschichteter Oberfläche mit der Flamme eines Propylen-Gasbrenners behandelt, bis die Farbveränderungen im unbeschichteten Bereich beobachtet wurden. Vorzugsweise besteht das beschichtete Produkt die „Prüfung mit offener Flamme“ ohne jegliche Farbveränderungen (siehe 4). Farbveränderungen werden durch Hochtemperaturoxidation verursacht.
In einem weiteren Fall verleiht die hierin beschriebene Beschichtung ausgezeichnete wasserabweisende Eigenschaften. Die Benetzbarkeit der Beschichtung wurde in Übereinstimmung mit dem „Standardverfahren für die Oberflächenbenetzbarkeit von Beschichtungen, Substraten und Pigmenten durch Messung des fortschreitenden Kontaktwinkels“, einem bekannten Industriestandard, zum Beispiel ASTM D7334-08(2013): Standardverfahren für die Oberflächenbenetzbarkeit von Beschichtungen, Substraten und Pigmenten durch Messung des fortschreitenden Kontaktwinkels, ASTM International (American Society for Testing and Materials), bestimmt. Dieses Verfahren deckt die Messungen des Kontaktwinkels ab, wenn ein Tropfen einer Flüssigkeit auf eine beschichtete Oberfläche aufgebracht wird. Der Test erfolgte mittels folgender Verfahrensweise: ein Tropfen entionisiertes Wasser wurde auf das beschichtete Material aufgebracht, es wurde ein Foto mittels eines Mikroskops aufgenommen, und der Kontaktwinkel zwischen dem Tropfen von entionisiertem Wasser und der beschichteten Oberfläche wurde mittels eines Winkelmessers bestimmt. Vorzugsweise weist das beschichtete Produkt einen hohen Kontaktwinkelwert auf (zum Beispiel mindestens etwa 45°), der wasserabweisende Eigenschaften angibt.
Die Hitzebeständigkeit der offenbarten Metallprodukte ist ausgezeichnet. Die Hitzebeständigkeit des Metallproduktes wird durch die Empfindlichkeit des zugrundeliegenden Metalls und nicht der glasartigen Schicht begrenzt. Metallprodukte können für über acht Stunden bei 370 °C in einem Ofen gehalten werden. Daher kann das Metallprodukt in einer Ausführungsform eine erhöhte Hitzebeständigkeit bis zu etwa 350 °C, bis zu etwa 500 °C, bis zu etwa 700 °C oder etwa bis zum Schmelzpunkt des Metallsubstrates aufweisen.
Das Metallprodukt der aktuellen Offenbarung bietet auch Vorteile über eine Hochtemperaturbeständigkeit hinaus. Zum Beispiel weisen viele Metalle eine inhärente Korrosionsbeständigkeit oder Härte auf, z.B. Edelstahl, Titan und andere Metalle, wie hierin offenbart. Durch eine Beschichtung dieser Metalloberflächen ergeben sich andere verbesserte Eigenschaften. Zum Beispiel verschlechtert sich das Gesamterscheinungsbild einer Metalloberfläche unter Standardumgebungsbedingungen, wenn sich Verunreinigungen, z.B. Ruß, Schmutz usw., auf oder innerhalb der Poren einer Oberflächenbeschichtung ansammeln.
Ölrückstände von Fingerabdrücken und Schadstoffen sind problematisch. Das Entfernen dieser Verunreinigungen durch Reinigen ist häufig eine Herausforderung, selbst bei relativ glatten Oxidoberflächen, weil sich die Öle und Schadstoffe in den mikroskopisch kleinen Poren der Metalloberfläche ansammeln. Eine Beschichtung dieser Materialien mit dem Produkt der aktuellen Offenbarung verbessert die Erhaltung dieser Oberflächen, indem sie z.B. das Reinigen einfacher macht, teilweise weil die Oberfläche der glasartigen Schicht viel glatter ist. Metalloxide weisen Poren auf der Größenskala von Mikrometern auf, wohingegen die glasartigen Schichten Poren aufweisen, die mehrere Größenordnungen kleiner sind, im Bereich von Nanometern. Eine derartige Beschichtung könnte z.B. auf architektonische Konstruktionen, Skulpturen und reflektierende Oberflächen, wie z.B. Solarreflektoren, aufgebracht werden.
Wie in der Offenbarung oben demonstriert und in den Beispielen unten weiter dargelegt, stellt die offenbarte glasartige Schicht auf einem Metallprodukt ferner ein Metallprodukt mit einer Oberfläche zur Verfügung, die glatter als Metalloxidschichten ist, im Vergleich zur Metalloxidschicht kleinere Poren aufweist und auch gleichmäßiger und flacher als die Metalloxidschicht ist.
Metallprodukte
Die vorliegende Erfindung sieht ein Produkt vor, das ein Metall oder eine Metalllegierung mit einer gemäß einem hierin beschriebenen Verfahren hergestellten Beschichtung umfasst. Dementsprechend sieht die Erfindung ein beschichtetes Metall- oder Metalllegierungsprodukt vor, das durch ein hierin beschriebenes Verfahren erhalten wird oder erhalten werden kann. Das beschichtete Metall- oder Metalllegierungsprodukt kann ein Komponententeil eines komplexen Produktes sein.
Das Produkt gemäß dieser Erfindung kann für Anwendungen im Innen- und Außenbereich zum Einsatz kommen, wie z.B. architektonische Vorrichtungen, Autoteile, Luftfahrtteile, Schiffskomponenten, Fahrradkomponenten, Motorradteile, Schwertransport-Fahrzeugteile (einschließlich LKWs, Züge und Schienen), militärbezogene Komponenten, Spiegel, Straßenraumkomponenten (z.B. Straßenlaternen und Straßenschilder), Möbel, Haushaltsgeräte (z.B. Kühlschränke, Waschmaschinen, Trockner, Spülmaschinen, Herde, Kleingeräte (z.B. Rührgeräte, Mixer, Toaster, Reiskocher)), Solarstromkomponenten (z.B. Reflektoren und Kollektoren), Konsumgüter und dazugehörige Teile (z.B. Mobiltelefone und Computerkomponenten), Wärmetauscher, medizinische Instrumente und Werkzeuge und/oder Öl- und Gasproduktionskomponenten (z.B. Wickelrohr), wobei das Substrat im Allgemeinen als die Vorrichtung oder das Teil angesehen wird und die Oxidschicht und das Silikatglas die Vorrichtung oder das Teil überziehen. Zu architektonischen Vorrichtungen und Teilen zählen das Material für oder Gegenstände ausgewählt aus Fensterrahmen, Fensterverkleidungen, Türen, Verkleidungen, Spiegeln, Reflektoren, Lampengehäusen, Scharnieren, Griffen, Möbelteilen, einschließlich Tischen oder Stuhlbeinen, Sitzen oder Oberteilen, Trägern, Schienen, Geländern und/oder Hardware. Zu Autoteilen zählen Elemente von Fahrzeugkörpern und/oder Fahrzeugrädern, einschließlich zum Beispiel Dachgepäckträger/- profilschienen, Fensterverkleidungen, Katalysatoren, Tritt-/Seitenleisten/Trittbretter, Türverkleidungen, Lampenverkleidungen, Türgriffe, Abgaskrümmer, Reflektoren, Tankverschlusskappen, Spoiler, Säulenabdeckungen, Türgriff-Kratzschutzplatten, Antennen, Markenzeichen/Logos, Fensterblenden, Lautsprecherverkleidungen, Radkappen, Felgen, Radmuttern, Motorteile (z.B. Kolben, Blöcke, Wellen, Nocken, Riemenscheiben, Gehäuse und Abdeckungen) und/oder Auspuffteile (z.B. Auspuffrohre/Abgasleitungen, Schalldämpfer, Wandlerdeckel, Schellen, Aufhängungen und Endrohre). Zu Luftfahrtteilen zählen zum Beispiel Motorabdeckungen, Platten, Spinner, Propeller, Flügel, Klappen, Höhenruder und Triebwerksverkleidungen. Zu Schiffskomponenten zählen zum Beispiel Rümpfe, Masten, Bäume, Seilrollen, Winden, Pinnen, Salinge, Handläufe, Spannschrauben, Stützen, Lukenverkleidungen und/oder Anhänger. Zu Fahrradkomponenten zählen zum Beispiel Rahmen, Stützen, Rohre, Lenker, Felgen, Hebel, Zahnräder und/oder Naben. Zu Motorradteilen zählen zum Beispiel Räder, Federrohre, Schwingarme, Motorteile, Auspuffteile und Verkleidungen.
Vorgesehen ist auch ein Verfahren zur Herstellung eines beschichteten Gegenstands, welches das Aufbringen (oder Anbringen oder Befestigen) eines beschichteten Metall- oder Metalllegierungsproduktes an dem Gegenstand umfasst. Ein derartiges Verfahren kann das Bereitstellen einer Komponente eines Gegenstands, die ein Metall oder eine Metalllegierung, beschichtet gemäß einem hierin beschriebenen Verfahren, umfasst, und das Aufbringen (oder Anbringen oder Befestigen) der beschichteten Komponente an dem Gegenstand oder das Einfügen einer derartigen beschichteten Komponente in den Gegenstand umfassen. Der Gegenstand kann als ein Gegenstand angesehen werden, der eine beschichtete Komponente umfasst. Die Komponente kann entweder vor oder nach dem Aufbringen (oder Anbringen oder Befestigen) der Komponente an dem Gegenstand gemäß einem hierin beschriebenen Verfahren beschichtet werden.
Vorgesehen ist auch ein Verfahren zur Beschichtung eines Produktes, das eine Metall- oder Metalllegierungskomponente umfasst, wobei die Metall- oder Metalllegierungskomponente des Produktes gemäß einem hierin beschriebenen Verfahren beschichtet wird.
Vorgesehen sind auch beschichtete Produkte, die durch derartige Verfahren erhalten werden.
Die bevorzugten Merkmale für den zweiten und die nachfolgenden Aspekte der Erfindung sind mutatis mutandis wie für den ersten Aspekt der Erfindung vorgesehen.
BEISPIELE
Als Beispiel, und nicht als Einschränkung, sind Testproben, die wie Folgt hergestellt werden, veranschaulichend für verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung und veranschaulichen ferner durchgeführte experimentelle Tests. Die hierin beschriebene wässrige Alkalimetall-Silikat-Lösung kann eine Alkali-Borosilikat-Lösung sein, die eine Mischung aus Natrium- und Lithium-Metallgegenionen enthält.
Borate können jegliche Boratverbindung sein, die in Wasser löslich und stabil ist. Vorzugsweise ist das Borat Borax, auch bekannt als Natriumborat oder Natriumtetraborat, typischerweise mit zehn Solvationsmolekülen, d.h. das Decahydrat (Na₂B₄O₇ · 10H₂O). Andere Natriumtetraborat-Hydrate sind auch akzeptabel, sowie andere Quellen von Bor, die Borat in Wasser erzeugen. Während Borax das am häufigsten verwendete Borat ist, ist jegliche Boratverbindung, die ein Borosilikatglas in Kombination mit Silikaten erzeugt, akzeptabel, vorausgesetzt dass eine stabile wässrige Lösung gebildet werden kann. In einem Beispiel enthält die wässrige Silikatlösung 13,0 % SiO₂, 1,7 % Na₂O, 1,2 % Li₂O, 1,1 % B₂O₃ und 83,0 % H₂O nach dem Gewicht und weist ein spezifisches Gewicht von etwa 1,136 auf. Vor ihrer Verwendung wurde die Lösung durch einen 1,2 mm Filter gefiltert und bei 20 °C gehalten. Die folgenden allgemeinen Verfahrensweisen wurden zum Erzeugen von Testproben verwendet:

Komponententests wurden an Folgendem durchgeführt:
1. (A) Walzplatten hergestellt aus einer Titanlegierung, die 99,1 % Ti, 0,5 % AI und 0,4 % Si enthält. Die Testplatten hatten eine Größe von etwa 150 mm × 75 mm,
2. (B) Gussplatten hergestellt aus einem Edelstahl, Typ 304L (1.4307), der 0,020 % C, 0,40 % Si, 1,55 % Mn, 0,031 % P, 0,002 % S, 18,1 % Cr, 8,1 % Ni, 0,057 % N und den Rest Fe enthält. Die Testplatten hatten eine Größe von etwa 150 mm × 75 mm,
3. (C) Gussplatten hergestellt aus einem Edelstahl, Typ 316L (1.4404), der 0,023 % C, 0,44 % Si, 0,88 % Mn, 0,032 % P, <0,001 % S, 17,0 % Cr, 10 % Ni, 2,03 % Mo, 0,040 % N und den Rest Fe enthält. Die Testplatten hatten eine Größe von etwa 150 mm × 60 mm,
4. (D) Platten hergestellt aus einer Titanlegierung, die maximal 0,08 % C, 0,03 % N, 0,250 % O, 0,30 % Fe, 0,015 % H, 0,40 % andere Elemente und den Rest Ti enthält. Die Testplatten hatten eine Größe von etwa 150 mm × 75 mm,
5. (E) Platten hergestellt aus einem Edelstahl, Typ 316L (1.4404), der 0,023 % C, 0,44 % Si, 0,88 % Mn, 0,032 % P, <0,001 % S, 17,0 % Cr, 10 % Ni, 2,03 % Mo, 0,040 % N und den Rest Fe enthält. Die Testplatten hatten eine Größe von etwa 43 mm × 43 mm,
6. (F) Platten hergestellt aus einem Edelstahl, Typ 316L (1.4404), der 0,023 % C, 0,44 % Si, 0,88 % Mn, 0,032 % P, <0,001 % S, 17,0 % Cr, 10 % Ni, 2,03 % Mo, 0,040 % N und den Rest Fe enthält. Die Testplatten hatten eine Größe von etwa 83 mm × 83 mm.

Oberflächenvorbehandlung: Das Material wurde einer der folgenden Verfahrensweisen unterzogen:

i. mechanisches Polieren; oder
ii. abrasives Strahlen (Strahlen mit Sandstrahlmittel); oder
iii. abrasives Strahlen (Strahlen mit Kohlenstoffstahl-Strahlmittel); oder
iv. abrasives Strahlen (Strahlen mit Edelstahl-Strahlmittel).

Entfernung der Oxidschicht: Die Platten wurden einer der folgenden Verfahrensweisen zum Entfernen der vorhandenen (alten) Oxidschicht unterzogen:

(A) die Platte wurde entfettet (in alkalischer Lösung) und dann für 20 Minuten bei Umgebungstemperatur (20 °C) in einer Mischung aus Säuren bestehend aus 15% v/v 70 %iger Salpetersäure und 1,5 % v/v 60 %iger Fluorwasserstoffsäure gebeizt. Die gebeizte Probe wurde dann zwei Mal mit entionisiertem Wasser abgespült. Dies ergab eine saubere, fleckfreie, nicht verunreinigte Metallschicht getragen auf der Metallform; oder
(B) das Entfernen einer vorhandenen Oxidschicht erfolgte durch abrasives Strahlen, das bereits beim Vorbehandlungsschritt vorgenommen wurde. Die Probe wurde dann mit entionisiertem Wasser abgespült. Dies ergab eine saubere, fleckfreie, nicht verunreinigte Metallschicht getragen auf der Metallform.

Passivierung: Im Anschluss an die Entfernung der Oxidschicht wurden die Testproben mittels einer der folgenden Verfahrensweisen passiviert:

(A) mit einer Passivierungszeit von 30 Minuten bei Umgebungstemperatur (20 °C) in 22,5 % v/v 70 %iger Salpetersäure; oder
(B) mit einer Passivierungszeit von 30 Minuten bei Umgebungstemperatur (20 °C) in 7 % w/v Zitronensäure; oder
(C) für 15 Minuten bei Raumtemperatur (20 °C) an der Luft trocknen lassen.

Beschichtung: Die Testproben wurden durch Eintauchen, Sprühbeschichtung oder Walzenbeschichtung mit wässriger Silikatlösung beschichtet, um eine Beschichtungsdicke von etwa 300 nm bis etwa 1000 nm bereitzustellen (siehe 5).
Vorzugsweise wurden die Testproben für drei Minuten (bei einer Temperatur von 20 °C) in die wässrige Silikatlösung eingetaucht. Die wässrige Silikatlösung war die oben beschriebene Alkali-Borosilikat-Lösung.
Polymerisierung und Aushärtung: Die beschichteten Testproben wurden erhöhten Temperaturen ausgesetzt, um die Silikatbeschichtungen zu polymerisieren und auszuhärten. Die Temperaturen können durch einen Standardofen, einen Konvektionsofen oder einen IR-Ofen angewendet werden. Die Aushärtungszeiten (Zeit der Aussetzung gegenüber erhöhten Temperaturen) betrugen drei Minuten im IR-Ofen.
Die Testproben wurden den folgenden Prüfungen unterzogen: einem 24-Stunden-CASS-Test, einem 48-Stunden-CASS-Test, einer Prüfung zur Bewertung von Beschichtungen für Hochtemperaturanwendungen, einer Prüfung für die Messung der Adhäsion durch Bandtest, einer Prüfung der Wasserbeständigkeit von Beschichtungen bei 100 % relativer Luftfeuchtigkeit, einer Prüfung der Wasserbeständigkeit von Beschichtungen durch Eintauchen in Wasser und der „Prüfung mit offener Flamme“.

Der „CASS-Test“ (kupferbeschleunigte Essigsäure-Salz-Sprühnebelprüfung - Copper Accelerated Acetic Acid Salt Spray (Fog) Test) ist ein bekannter Industriestandard, d.h. ASTM B368-09(2009): Standardprüfverfahren für die Prüfung mit kupferbeschleunigtem Essigsäure-Salz-Sprühnebel (CASS-Test), ASTM International (American Society for Testing and Materials). Die „Prüfung zur Bewertung von Beschichtungen für Hochtemperaturanwendungen“ ist ein bekannter Industriestandard, d.h. ASTM D2485-18(2018): Standardprüfverfahren zur Bewertung von Beschichtungen für Hochtemperaturanwendungen, Verfahren B, ASTM International (American Society for Testing and Materials). Die „Prüfung für die Messung der Adhäsion durch Bandtest“ ist ein bekannter Industriestandard, z.B. ASTM D3359-09(2009): Standardprüfverfahren für die Messung der Adhäsion durch Bandtest, Verfahren B, ASTM International (American Society for Testing and Materials). Die „Prüfung der Wasserbeständigkeit von Beschichtungen bei 100% relativer Luftfeuchtigkeit“ ist ein bekannter Industriestandard, d.h. ASTM D2247-02(2002): Standardverfahren zur Prüfung der Wasserbeständigkeit von Beschichtungen bei 100% relativer Luftfeuchtigkeit, ASTM International (American Society for Testing and Materials). Die „Prüfung der Wasserbeständigkeit von Beschichtungen durch Eintauchen in Wasser“ ist ein bekannter Industriestandard, d.h. ASTM D870-02(2002): Standardverfahren zur Prüfung der Wasserbeständigkeit von Beschichtungen durch Eintauchen in Wasser, ASTM International (American Society for Testing and Materials). Die „Prüfung mit offener Flamme“ umfasst das Behandeln teilweise beschichteter Metallproben mit der Flamme eines Propylen-Gasbrenners, bis die Farbveränderungen im unbeschichteten Bereich beobachtet werden. Tabelle 1 unten liefert Daten zur Herstellung von Vergleichsproben des Standes der Technik (Referenzproben):

Probennummer	Probenname	Abrasives Strahlmittel	Entfernung der Oxidschicht	Passivierungstyp	Beschichtungstyp
Ti 7	206	Kohlenstoffstahl	Ohne	Ohne	Ohne
Ti 8	207	Kohlenstoffstahl	Ohne	Ohne	ABS¹
SS 11	216	Kohlenstoffstahl	Ohne	Ohne	Ohne
SS 12	217	Kohlenstoffstahl	Ohne	Ohne	ABS¹
SS 13	1894	Sand	Ohne	Ohne	Ohne
SS 14	1898	Sand	Ohne	Ohne	Ohne
SS 15	1996	Sand	Ohne	Ohne	Ohne

¹Oben beschriebene Alkali-Borosilikat-Lösung Tabelle 2 liefert Daten zur Herstellung hierin offenbarter Proben unter Verwendung der oben beschriebenen Alkali-Borosilikat-Lösung:

Probennummer	Probenname	Abrasives Strahlmittel	Entfernung der Oxidschicht	Passivierungstyp	Beschichtungstyp
Ti 1	203	Edelstahl	Beizen	Trocknen	ABS¹
Ti 2	204	Edelstahl	Beizen	Salpetersäure	ABS¹
Ti 3	205	Edelstahl	Beizen	Zitronensäure	ABS¹
Ti 4	208	Kohlenstoffstahl	Beizen	Trocknen	ABS¹
Ti 5	209	Kohlenstoffstahl	Beizen	Salpetersäure	ABS¹
Ti 6	210	Kohlenstoffstahl	Beizen	Zitronensäure	ABS¹
SS 1	213	Edelstahl	Beizen	Trocknen	ABS¹
SS 2	214	Edelstahl	Beizen	Salpetersäure	ABS¹
SS 3	215	Edelstahl	Beizen	Zitronensäure	ABS¹
SS 4	218	Kohlenstoffstahl	Beizen	Trocknen	ABS¹
SS 5	219	Kohlenstoffstahl	Beizen	Salpetersäure	ABS¹
SS 6	220	Kohlenstoffstahl	Beizen	Zitronensäure	ABS¹
SS 7	1897	Sand	Sandstrahlen	Trocknen	ABS¹
SS 8	1895	Sand	Sandstrahlen	Trocknen	ABS¹
SS 9	1893	Sand	Sandstrahlen	Trocknen	ABS¹
SS 10	1913	Sand	Sandstrahlen	Trocknen	ABS¹(Hälfte²)

¹Oben beschriebene Alkali-Borosilikat-Lösung
² Nur die Hälfte der Probe wurde zum Durchführen der „Prüfung mit offener Flamme“ beschichtet

Wie oben gezeigt wurden die Proben SS 7 bis SS 10 einer „Vorbehandlung“ und der Entfernung der vorhandenen Oxidschicht durch einen einzelnen Schritt des Sandstrahlens unterzogen.
Die Prüfung der Benetzbarkeit von Beschichtungen wurde in Übereinstimmung mit dem „Standardverfahren für die Oberflächenbenetzbarkeit von Beschichtungen, Substraten und Pigmenten durch Messung des fortschreitenden Kontaktwinkels“, ASTM International (American Society for Testing and Materials) D7334-08(2013) bestimmt und wurde an Proben hergestellt aus Edelstahl durchgeführt.
Entfernung der Oxidschicht: Die für die Prüfung hergestellte Probe wurde entfettet (in alkalischer Lösung) und dann für 5 Minuten bei Umgebungstemperatur (20 °C) in einer Mischung aus Säuren bestehend aus 15% v/v 70 %iger Salpetersäure und 1,5 % v/v 60 %iger Fluorwasserstoffsäure gebeizt. Die gebeizte Probe wurde dann zwei Mal mit entionisiertem Wasser abgespült. Dies ergab eine saubere, fleckfreie, nicht verunreinigte Metallschicht getragen auf der Metallform.
Passivierung: Im Anschluss an das Beizen wurden die Testproben mit einer Passivierungszeit von 30 Minuten bei Umgebungstemperatur (20 °C) in 22,5 % v/v 70 %iger Salpetersäure passiviert.
Beschichtung: Die passivierten Testproben, deren natürlich vorhandene Oxidschicht entfernt worden war, wurden durch Eintauchen, Sprühbeschichtung oder Walzenbeschichtung mit wässriger Silikatlösung beschichtet, um eine Beschichtungsdicke von etwa 300 nm bis etwa 1000 nm bereitzustellen (siehe 5).
Vorzugsweise wurden die Testproben für drei Minuten (bei einer Temperatur von 20 °C) in die wässrige Silikatlösung eingetaucht. Die wässrige Silikatlösung war die oben beschriebene Alkali-Borosilikat-Lösung.
Polymerisierung und Aushärtung: Die beschichteten Testproben wurden erhöhten Temperaturen ausgesetzt, um die Silikatbeschichtungen zu polymerisieren und auszuhärten. Die Temperaturen können durch einen Standardofen, einen Konvektionsofen oder einen IR-Ofen angewendet werden. Die Aushärtung erfolgte durch eines der folgenden Verfahren.

(A) Aussetzung gegenüber erhöhter Temperatur, was erreicht wurde, indem die Proben in einem Konvektionsofen platziert wurden, der auf eine der folgenden Temperaturen eingestellt war: 120°C, 200 °C, 230 °C und 300 °C.
(B) Aussetzung gegenüber IR-Strahlung für drei Minuten.

Die Benetzbarkeit beschichteter Proben wurde dann in Übereinstimmung mit dem „Standardverfahren für die Oberflächenbenetzbarkeit von Beschichtungen, Substraten und Pigmenten durch Messung des fortschreitenden Kontaktwinkels“, ASTM D7334-08(2013) bestimmt. Dann wurden die Benetzungswinkel für alle Proben bestimmt und in aufsteigender Reihenfolge sortiert; sie sind durch gegebene Äquivalente dargestellt, wobei 1- der größte Kontaktwinkel und 5- der kleinste Kontaktwinkel ist. Tabelle 4 unten liefert Daten zur Herstellung von Vergleichsproben des Standes der Technik (Referenzproben):

Probennummer	Probenname	Abrasives Strahlmittel	Entfernung der Oxidschicht	Passivierungstyp	Beschichtungstyp	Aushärtungstemperatur/ Aushärtungsverfahren
SS 16	1907	Ohne	Beizen	Salpetersäure	ABS¹	120 °C
SS 17	1908	Ohne	Beizen	Salpetersäure	ABS¹	200 °C
SS 18	1909	Ohne	Beizen	Salpetersäure	ABS¹	230 °C
SS 19	1911	Ohne	Beizen	Salpetersäure	ABS¹	300 °C
SS 20	1912	Ohne	Beizen	Salpetersäure	ABS¹	IR

¹Oben beschriebene Alkali-Borosilikat-Lösung Tabelle 5 liefert Testergebnisse für alle Proben.

Probennummer	Äquivalent des Kontaktwinkels (von entionisiertem Wasser auf der beschichteten Oberfläche)
SS 16	5 - Probe weist den kleinsten Kontaktwinkel auf
SS 17	4 - Probe weist einen kleinen Kontaktwinkel auf
SS 18	3 - Probe weist einen größeren Kontaktwinkel auf
SS 19	2 - Probe weist einen größeren Kontaktwinkel auf
SS 20	1 - Probe weist den größten Kontaktwinkel auf

Der Unterschied in der Benetzbarkeit kann auch durch Visualisierung bestimmt werden, indem dargestellt wird, dass Tropfen von entionisiertem Wasser auf jede Probe gegeben wurden und ein Foto gemacht wurde, um Unterschiede zu demonstrieren (siehe 6).
Obwohl die Titan- und Edelstahlproben, die ohne die Entfernung einer Oxidschicht und ohne die Passivierung mit der Alkali-Borosilikat-Lösung beschichtet wurden, möglicherweise gut abschneiden, wird erwartet, dass Proben in Laborqualität gut abschneiden. Jedoch hätte in der Praxis jegliches Metall oder jegliche Metalllegierung, auf welche/s die vorliegende Erfindung angewendet werden soll, keine Laborqualität und erfordert den kombiniert Beiz- und Passivierungsprozess gemäß der vorliegenden Erfindung, plus die ABS-Beschichtung, zum Bereitstellen beschichteter Metalle oder Metalllegierungen mit überlegenen Eigenschaften.
Wie oben demonstriert kann das Verfahren des Aushärtens die Hydrophobizität der Proben beeinflussen. Das Aushärten der Beschichtung mittels eines Infrarotofens erzeugt ein abschließendes Produkt mit verbesserten hydrophoben Eigenschaften. Jedoch kann auch das Aushärten der Beschichtung durch Erhitzen ein Produkt mit verbesserten hydrophoben Eigenschaften bereitstellen. Wenn die Beschichtung mittels einer Temperatur von mindestens 230 °C ausgehärtet wird, sind die hydrophoben Eigenschaften des beschichteten Produktes deutlich verbessert. Ein Erhöhen der Aushärtungstemperatur auf 300 °C erhöht die Hydrophobizität des Produktes weiter. Jedoch ist es nicht immer notwendig, bei derart hohen Temperaturen auszuhärten, um beschichtete Metallprodukte mit ausgezeichneten Eigenschaften bereitzustellen. Zum Beispiel liefert ein Aushärten bei einer Temperatur von 200 °C noch immer beschichtete Metallprodukte mit einer ausgezeichneten antikorrosiven Beschichtung, wie oben demonstriert.
Die Verfahren der vorliegenden Erfindung bieten mehrere Vorteile gegenüber den Verfahren des Standes der Technik. Wie in den obigen Beispielen demonstriert, liefern die Verfahren der vorliegenden Erfindung beschichtete Materialien, die höchst haltbar und beständig gegen Korrosion, Wasser, Hitze und Luftverschmutzung sind. Außerdem sind die Verfahren der vorliegenden Erfindung unerwarteterweise in der Lage, beschichtete Materialien mit derartigen Eigenschaften zu erzielen, ohne eine Passivierung durch Anodisierung einzusetzen. Die Verfahren, welche das Ausbilden einer Oxidschicht durch chemische Passivierung oder Aussetzung gegenüber einer gasförmigen oxidierenden Umgebung, wie z.B. Luft, umfassen, liefern ein Material mit einem verbesserten, natürlicherem Erscheinungsbild, während die hohe Haltbarkeit und Beständigkeit gegen Korrosion, Wasser und Hitze beibehalten werden. Die Verwendung der Kombination aus Entfernung einer vorhandenen Oxidschicht und Passivierung liefert auch ein Material mit einer glatteren Oberfläche, die, im Vergleich zu Materialien, die mittels Anodisierung passiviert wurden, leichter sauber zu halten ist. Die Bereitstellung beschichteter Materialien, die einen Schutz gegen Hochtemperaturoxidation aufweisen, während ein natürliches Aussehen erhalten bleibt, ist ein signifikanter Vorteil der vorliegenden Erfindung, den es so bei keinem der Verfahren des Standes der Technik gibt.
AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die Erfindung beinhaltet mindestens die folgenden Ausführungsformen:

1. Ein Prozess zur Herstellung eines beschichteten Metall- oder Metalllegierungsproduktes, wobei der Prozess Folgendes umfasst:
- Entfernen jeglicher vorhandenen Oxidschicht von dem Metall oder der Metalllegierung;
- Ausbilden einer neuen Oxidschicht auf der Oberfläche des Metalls oder der Metalllegierung mittels chemischer Passivierung und/oder Aussetzung gegenüber einer gasförmigen oxidierenden Umgebung;
- Aufbringen einer Beschichtung aus einer wässrigen Silikatlösung auf die Metall- oder Metalllegierungsoxidschicht; und
- Aushärten der aufgebrachten Beschichtung auf der Oxidschicht zum Bereitstellen einer Silikatbeschichtungsschicht durch Folgendes:
  1. a) Erhitzen der beschichteten Passivschicht auf eine Temperatur von mindestens 200 °C; oder
  2. b) Aussetzen der beschichteten Passivschicht gegenüber einer Infrarotquelle.
2. Der Prozess von Ausführungsform 1, wobei das Verfahren einen Schritt des Bereitstellens eines Metall- oder Metalllegierungssubstrates, welches eine vorhandene Oxidschicht aufweist, umfasst und das Verfahren einen Schritt des Entfernens der vorhandenen Oxidschicht von dem Metall oder der Metalllegierung umfasst.
3. Der Prozess von Ausführungsform 1 oder Ausführungsform 2, wobei die gasförmige oxidierende Umgebung Luft oder eine andere gasförmige Umgebung, welche Sauerstoff enthält, ist.
4. Der Prozess von einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei der Schritt der Aussetzung gegenüber einer gasförmigen oxidierenden Umgebung Trocknen umfasst.
5. Der Prozess von einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei die beschichtete Passivschicht auf eine Temperatur von mindestens 230 °C erhitzt wird.
6. Der Prozess von einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei die wässrige Silikatlösung einen pH von etwa 10 bis etwa 13 (oder von etwa 11 bis etwa 13) aufweist.
7. Der Prozess von einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei die wässrige Silikatlösung SiO₂, M₂O und wahlweise B₂O₃ enthält, wobei M ausgewählt ist aus Li, Na, K und einer Mischung davon.
8. Der Prozess von Ausführungsform 7, wobei die wässrige Silikatlösung eine Zusammensetzung aufweist, die ein Verhältnis von SiO₂ zu M₂O von etwa 3,8 bis etwa 2,0 und, wenn B₂O₃ vorliegt, ein Verhältnis von SiO₂ zu B₂O₃ von etwa 10:1 bis etwa 200:1 beinhaltet.
9. Der Prozess von einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei die vorhandene Oxidschicht durch Beizen mittels einer sauren Beizlösung von dem Metall oder der Metalllegierung entfernt wird.
10. Der Prozess von Ausführungsform 9, wobei das Beizen mittels einer sauren Beizlösung durch Eintauchen in die Lösung oder Aufbringen der Lösung auf die Oberfläche des Metalls oder der Metalllegierung, zum Beispiel durch Sprühen, durchgeführt wird.
11. Der Prozess von Ausführungsform 9 oder Ausführungsform 10, wobei das Beizen mittels einer sauren Beizlösung, welche Salpetersäure, Fluorwasserstoffsäure, Chlorsäure, Schwefelsäure, Phosphorsäure, Natriumpersulfat, Wasserstoffperoxid oder eine Kombination davon enthält, durchgeführt wird.
12. Der Prozess von einer der Ausführungsformen 9 bis 11, wobei das Beizen mittels einer sauren Beizlösung, welche Beschleuniger, Hemmer, Benetzungsmittel oder proprietäre Lösungen enthält, durchgeführt wird.
13. Der Prozess von einer der Ausführungsformen 9 bis 12, wobei die Beizlösung Salpetersäure und Fluorwasserstoffsäure enthält.
14. Der Prozess von einer der Ausführungsformen 9 bis 12, wobei die Beizlösung Fluorwasserstoffsäure enthält.
15. Der Prozess von einer der Ausführungsformen 9 bis 14, wobei die saure Beizlösung einen pH von etwa 1 aufweist.
16. Der Prozess von einer der Ausführungsformen 9 bis 15, wobei die saure Beizlösung 10 % - 20 % v/v (150 g/l - 300 g/l) 70 %ige Salpetersäure und von 1% bis 2 % v/v (12 g/l - 24 g/l) 60 %ige Fluorwasserstoffsäure enthält.
17. Der Prozess von Ausführungsform 16, wobei die saure Beizlösung 15 % v/v (225 g/l) 70 %ige Salpetersäure und 1,5 % v/v (18 g/l) 60 %ige Fluorwasserstoffsäure enthält.
18. Der Prozess von einer der Ausführungsformen 9 bis 17, wobei die saure Beizlösung ein prozentuales Verhältnis von Salpetersäure zu Fluorwasserstoffsäure von 10:1 aufweist.
19. Der Prozess von einer der Ausführungsformen 9 bis 18, wobei das Beizen für mindestens 1 Minute durchgeführt wird.
20. Der Prozess von einer der Ausführungsformen 9 bis 19, wobei das Beizen bei einer Temperatur von mindestens 15 °C durchgeführt wird.
21. Der Prozess von einer der Ausführungsformen 9 bis 20, wobei der Schritt des Beizens bei Umgebungstemperatur durchgeführt wird.
22. Der Prozess von einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei die neue Oxidschicht durch chemische Passivierung ausgebildet wird und diese mittels einer passivierenden Lösung durch Eintauchen in die Lösung oder Aufbringen der Lösung auf die Oberfläche des Metalls oder der Metalllegierung, zum Beispiel durch Sprühen, durchgeführt wird.
23. Der Prozess von einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei die neue Oxidschicht durch chemische Passivierung ausgebildet wird und diese mittels einer passivierenden Lösung, welche Salpetersäure, Schwefelsäure, Phosphorsäure, Zitronensäure, Wasserstoffperoxid oder Natriumdichromat oder Kombinationen davon enthält, durchgeführt wird.
24. Der Prozess von Ausführungsform 22 oder Ausführungsform 23, wobei die passivierende Lösung Salpetersäure oder Zitronensäure enthält.
25. Der Prozess von Ausführungsform 24, wobei die passivierende Lösung von etwa 1 % bis etwa 30 % Zitronensäure oder von etwa 15 % bis etwa 30 % v/v 70 %ige Salpetersäure enthält.
26. Der Prozess von einer der Ausführungsformen 22 bis 25, wobei die passivierende Lösung einen pH von etwa 1 aufweist.
27. Der Prozess von einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei die Passivierung eine chemische Passivierung ist und für mindestens 3 Minuten durchgeführt wird.
28. Der Prozess von Ausführungsform 27, wobei die chemische Passivierung für bis zu 1 Stunde durchgeführt wird.
29. Der Prozess von einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei die neue Oxidschicht durch chemische Passivierung ausgebildet wird und diese bei einer Temperatur zwischen 15 °C und 80 °C durchgeführt wird.
30. Der Prozess von einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei die neue Oxidschicht durch chemische Passivierung ausgebildet wird und diese mittels einer passivierenden Lösung, welche 15% bis 30 % v/v 70 %ige Salpetersäure enthält, durchgeführt wird.
31. Der Prozess von Ausführungsform 30, wobei der Schritt der chemischen Passivierung für mindestens 20 Minuten durchgeführt wird.
32. Der Prozess von Ausführungsform 30 oder Ausführungsform 31, wobei der Schritt der chemischen Passivierung bei einer Temperatur von 15 °C bis 60 °C durchgeführt wird.
33. Der Prozess von einer der Ausführungsformen 1 bis 29, wobei die neue Oxidschicht durch chemische Passivierung ausgebildet wird und diese mittels einer passivierenden Lösung, welche 1% bis 15 % w/v Zitronensäure enthält, durchgeführt wird.
34. Der Prozess von Ausführungsform 33, wobei der Schritt der chemischen Passivierung für mindestens 4 Minuten durchgeführt wird.
35. Der Prozess von Ausführungsform 33 oder Ausführungsform 34, wobei der Schritt der chemischen Passivierung bei einer Temperatur von 15 °C bis 70 °C durchgeführt wird.
36. Der Prozess von einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei die neue Oxidschicht durch chemische Passivierung ausgebildet wird und diese mittels Folgendem durchgeführt wird:
1. a) 20 % - 25 % v/v 70 %iger Salpetersäurelösung bei Raumtemperatur für mindestens 30 Minuten;
2. b) 20 % - 25 % v/v 70 %iger Salpetersäurelösung erhitzt auf 45 °C - 60 °C für mindestens 20 Minuten;
3. c) 4 % - 10 % w/v Zitronensäurelösung bei einer Temperatur von 20 °C - 50 °C für mindestens 20 Minuten;
4. d) 4 % - 10 % w/v Zitronensäurelösung bei einer Temperatur von 50 °C - 60 °C für mindestens 10 Minuten;
5. e) 4 % - 10 % w/v Zitronensäurelösung bei einer Temperatur von 60 °C - 70 °C für mindestens 4 Minuten;
6. f) 22,5 % v/v 70 %iger Salpetersäurelösung bei Umgebungstemperatur für etwa 30 Minuten; oder
7. g) 7 % w/v Zitronensäurelösung bei Umgebungstemperatur für etwa 30 Minuten.
37. Der Prozess von einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei das Verfahren das Aussetzen des Metalls oder der Metalllegierung gegenüber einer gasförmigen oxidierenden Umgebung (z.B. Luft) für bis zu etwa 48 Stunden oder bis zu etwa 24 Stunden von der Einleitung des Schrittes des Entfernens der Oxidschicht bis zum Schritt des Aufbringens der Beschichtung aus der wässrigen Silikatlösung umfasst.
38. Der Prozess von einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei der Schritt des Ausbildens einer neuen Oxidschicht auf der Oberfläche des Metalls oder der Metalllegierung das Aussetzen des Metalls oder der Metalllegierung gegenüber einer gasförmigen oxidierenden Umgebung (z.B. Luft) für bis zu etwa 48 Stunden oder bis zu etwa 24 Stunden umfasst.
39. Der Prozess von Ausführungsform 38, wobei der Schritt des Ausbildens einer neuen Oxidschicht auf der Oberfläche des Metalls oder der Metalllegierung keine chemische Passivierung umfasst.
40. Der Prozess von einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei der Schritt des Ausbildens einer neuen Oxidschicht auf der Oberfläche des Metalls oder der Metalllegierung das Aussetzen des Metalls oder der Metalllegierung gegenüber einer gasförmigen oxidierenden Umgebung (z.B. Luft) für etwa 10 bis etwa 120 Minuten bei einer Temperatur von etwa 15 °C bis etwa 25 °C umfasst.
41. Der Prozess von Ausführungsform 40, wobei der Schritt des Ausbildens einer neuen Oxidschicht auf der Oberfläche des Metalls oder der Metalllegierung nicht das Ausbilden einer Oxidschicht auf der Oberfläche des Metalls oder der Metalllegierung mittels chemischer Passivierung umfasst.
42. Der Prozess von einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei der Schritt des Ausbildens einer neuen Oxidschicht auf der Oberfläche des Metalls oder der Metalllegierung das Aussetzen des Metalls oder der Metalllegierung gegenüber einer gasförmigen oxidierenden Umgebung (z.B. Luft) für bis zu 48 Stunden bei einer Temperatur von bis zu etwa 700 °C, zum Beispiel von etwa 25 °C bis etwa 700 °C, umfasst.
43. Der Prozess von Ausführungsform 42, wobei der Schritt des Ausbildens einer neuen Oxidschicht auf der Oberfläche des Metalls oder der Metalllegierung nicht das Ausbilden einer Oxidschicht auf der Oberfläche des Metalls oder der Metalllegierung mittels chemischer Passivierung umfasst.
44. Der Prozess von einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei die gasförmige oxidierende Umgebung Luft oder eine gasförmige Umgebung, welche Sauerstoff enthält, ist.
45. Der Prozess von einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei der Schritt des Entfernens jeglicher vorhandenen Oxidschicht von dem Metall oder der Metalllegierung das Entfernen der Oxidschicht durch Beizen umfasst und der Schritt des Ausbildens einer neuen Oxidschicht auf der Oberfläche des Metalls oder der Metalllegierung das Ausbilden einer Oxidschicht auf der Oberfläche des Metalls oder der Metalllegierung mittels chemischer Passivierung umfasst und das Metall oder die Metalllegierung zwischen dem Schritt des Beizens und dem Schritt der chemischen Passivierung für bis zu etwa 1 Stunde einer gasförmigen oxidierenden Umgebung (z.B. Luft) ausgesetzt wird.
46. Der Prozess von einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei der Schritt des Ausbildens einer neuen Oxidschicht auf der Oberfläche des Metalls oder der Metalllegierung das Ausbilden einer Oxidschicht auf der Oberfläche des Metalls oder der Metalllegierung mittels chemischer Passivierung umfasst und das Metall oder die Metalllegierung zwischen dem Schritt der chemischen Passivierung und dem Schritt des Aufbringens der Beschichtung aus einer wässrigen Silikatlösung für bis zu 1 Stunde Luft ausgesetzt wird.
47. Der Prozess von einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei das Verfahren das Entfernen einer vorhandenen Oxidschicht durch Beizen und das Ausbilden einer neuen Oxidschicht durch chemische Passivierung umfasst und das Verfahren das Aussetzen des Metalls oder der Metalllegierung gegenüber einer gasförmigen oxidierenden Umgebung (z.B. Luft) zwischen dem Schritt des Beizens und dem Schritt der chemischen Passivierung für bis zu etwa 1 Stunde und zwischen dem Schritt der chemischen Passivierung und dem Schritt des Aufbringens der Beschichtung aus einer wässrigen Silikatlösung für bis zu etwa 1 Stunde umfasst.
48. Der Prozess von einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei der Schritt des Entfernens einer vorhandenen Oxidschicht eine abrasive Behandlung der Oberfläche des Metalls oder der Metalllegierung, zum Beispiel abrasives Strahlen der Oberfläche des Metalls oder der Metalllegierung, umfasst.
49. Der Prozess von einer der Ausführungsformen 1 bis 8, wobei der Schritt des Entfernens einer vorhandenen Oxidschicht eine abrasive Behandlung umfasst.
50. Der Prozess von Ausführungsform 49, wobei die abrasive Behandlung abrasives Strahlen ist.
51. Der Prozess von Ausführungsform 49 oder Ausführungsform 50, welcher ferner das Waschen und/oder Entfetten des gestrahlten Metalls oder der gestrahlten Metalllegierung vor dem Beschichten umfasst.
52. Der Prozess von einer der Ausführungsformen 49 bis 51, wobei das Verfahren keinen Schritt des Beizens umfasst.
53. Der Prozess von einer der Ausführungsformen 49 bis 52, wobei das Verfahren keinen Schritt einer chemischen Passivierung umfasst.
54. Der Prozess von einer der Ausführungsformen 49 bis 53, wobei das Verfahren keinen Schritt des Beizens umfasst und keinen Schritt einer chemischen Passivierung umfasst.
55. Der Prozess von einer der Ausführungsformen 49 bis 54, wobei das Verfahren das Aussetzen des Metalls oder der Metalllegierung gegenüber einer gasförmigen oxidierenden Umgebung (z.B. Luft) für bis zu etwa 48 Stunden vor dem Schritt des Aufbringens der wässrigen Silikatlösung umfasst.
56. Der Prozess von einer der vorhergehenden Ausführungsformen, welcher ferner einen Schritt des Reinigens des Metalls oder der Metalllegierung vor dem Entfernen einer vorhandenen Oxidschicht umfasst.
57. Der Prozess von Ausführungsform 56, wobei der Schritt des Reinigens der Oberfläche des Metalls das Entfernen von jeglichem Fett von der Oberfläche des Metalls oder der Metalllegierung umfasst.
58. Der Prozess von Ausführungsform 56 oder Ausführungsform 57, wobei der Schritt des Reinigens der Oberfläche des Materials eine abrasive Behandlung der Oberfläche des Metalls oder der Metalllegierung umfasst.
59. Der Prozess von Ausführungsform 58, wobei die abrasive Behandlung abrasives Strahlen, zum Beispiel Sandstrahlen, ist.
60. Der Prozess von einer der Ausführungsformen 56 bis 59, wobei der Schritt des Reinigens der Oberfläche des Materials eine abrasive Behandlung der Oberfläche des Metalls oder der Metalllegierung, zum Beispiel abrasives Strahlen der Oberfläche des Metalls oder der Metalllegierung, und Entfetten der Oberfläche des Metalls oder der Metalllegierung umfasst.
61. Der Prozess von einer der Ausführungsformen 1 bis 8, welcher Folgendes umfasst:
- Reinigen der Oberfläche des Metalls oder der Metalllegierung, wobei das Metall oder die Metalllegierung ausgewählt ist aus Edelstahl, Titan oder einer Titanlegierung;
- Entfernen einer vorhandenen Oxidschicht von dem Metall oder der Metalllegierung durch Beizen mittels einer sauren Beizlösung, welche Salpetersäure und Fluorwasserstoffsäure enthält, mit einem pH von 1;
- Ausbilden einer Oxidschicht auf der Oberfläche des Metalls oder der Metalllegierung mittels einer chemischen passivierenden Lösung, welche Salpetersäure oder Zitronensäure enthält und einen pH von 1 aufweist;
- Aufbringen einer Beschichtung aus einer wässrigen Silikatlösung auf das Metall oder die Metalllegierung, wobei die wässrige Silikatlösung einen pH von 10 bis 13 aufweist, SiO₂, M₂O und wahlweise B₂O₃ enthält, wobei M ausgewählt ist aus Li, Na, K oder einer Mischung davon, und ein Verhältnis von SiO₂ zu M₂O von etwa 3,8 bis etwa 2,0 und, wenn B₂O₃ vorliegt, ein Verhältnis von SiO₂ zu B₂O₃ von etwa 10:1 bis etwa 200:1 aufweist; und
- Aushärten der Silikatlösung auf der Oxidschicht zum Bereitstellen einer Silikatbeschichtungsschicht durch Folgendes:
  - Erhitzen der beschichteten Passivschicht auf eine Temperatur von mindestens 200 °C oder mindestens 230 °C; oder
  - Aussetzen der beschichteten Passivschicht gegenüber einer Infrarotquelle.
62. Der Prozess von einer der Ausführungsformen 1 bis 8, welcher Folgendes umfasst:
- Reinigen der Oberfläche des Metalls oder der Metalllegierung, wobei das Metall oder die Metalllegierung ausgewählt ist aus Edelstahl, Titan oder einer Titanlegierung;
- Entfernen einer vorhandenen Oxidschicht von dem Metall oder der Metalllegierung durch Beizen mittels einer sauren Beizlösung, welche Salpetersäure und Fluorwasserstoffsäure enthält, mit einem pH von 1;
- Ausbilden einer Oxidschicht auf der Oberfläche des Metalls oder der Metalllegierung mittels einer chemischen passivierenden Lösung, welche Salpetersäure oder Zitronensäure enthält und einen pH von 1 aufweist;
- Aufbringen einer Beschichtung aus einer wässrigen Silikatlösung auf das Metall oder die Metalllegierung, wobei die wässrige Silikatlösung einen pH von 10 bis 13 aufweist, SiO₂, M₂O und B₂O₃ enthält, wobei M ausgewählt ist aus Li, Na, K oder einer Mischung davon, und ein Verhältnis von SiO₂ zu M₂O von etwa 3,8 bis etwa 2,0 und ein Verhältnis von SiO₂ zu B₂O₃ von etwa 10:1 bis etwa 200:1 aufweist; und
- Aushärten der Silikatlösung auf der Oxidschicht zum Bereitstellen einer Silikatbeschichtungsschicht durch Folgendes:
  - Erhitzen der beschichteten Passivschicht auf eine Temperatur von mindestens 200 °C oder mindestens 230 °C; oder
  - Aussetzen der beschichteten Passivschicht gegenüber einer Infrarotquelle.
63. Der Prozess von Ausführungsform 61 oder 62, wobei die Beizlösung 10 % - 20 % v/v (150 g/l - 300 g/l) 70 %ige Salpetersäure und von 1 % bis 2 % v/v (12 g/l - 24 g/l) 60 %ige Fluorwasserstoffsäure enthält.
64. Der Prozess von einer der Ausführungsformen 61 bis 63, wobei die passivierende Lösung 15 % bis 30 % v/v 70 %ige Salpetersäure enthält und der Prozess für mindestens etwa 20 Minuten durchgeführt wird und bei einer Temperatur von etwa 15 °C bis etwa 60 °C durchgeführt wird.
65. Der Prozess von einer der Ausführungsformen 61 bis 63, wobei die passivierende Lösung 1 % bis 15 % w/v Zitronensäure enthält und der Prozess für mindestens etwa 4 Minuten durchgeführt wird und bei einer Temperatur von etwa 21 °C bis etwa 70 °C durchgeführt wird.
66. Der Prozess von einer der Ausführungsformen 61 bis 65, welcher das Aussetzen des Metalls oder der Metalllegierung gegenüber einer gasförmigen oxidierenden Umgebung für bis zu 1 Stunde zwischen dem Schritt des Beizens und der chemischen Passivierung und für bis zu etwa 1 Stunde zwischen dem Schritt der chemischen Passivierung und dem Schritt des Aufbringens der Beschichtung aus einer wässrigen Silikatlösung umfasst.
67. Der Prozess von einer der Ausführungsformen 61 bis 65, welcher das Aussetzen des Metalls oder der Metalllegierung gegenüber einer gasförmigen oxidierenden Umgebung für bis zu 2 Stunden zwischen dem Schritt des Beizens und dem Schritt des Aufbringens der Beschichtung aus einer wässrigen Silikatlösung umfasst.
68. Der Prozess von einer der Ausführungsformen 1 bis 8, welcher Folgendes umfasst:
- Bereitstellen eines Metall- oder Metalllegierungssubstrates, welches eine Oxidschicht aufweist;
- Entfernen der vorhandenen Oxidschicht von dem Metall oder der Metalllegierung durch abrasives Strahlen;
- Waschen des gestrahlten Metalls oder der gestrahlten Metalllegierung;
- Aussetzen des Metalls oder der Metalllegierung gegenüber einer gasförmigen oxidierenden Umgebung (z.B. Luft) für bis zu 48 Stunden (vorzugsweise bis zu 24 Stunden) zum Ausbilden einer neuen Oxidschicht auf der Oberfläche des Metalls oder der Metalllegierung;
- Aufbringen einer Beschichtung aus einer wässrigen Silikatlösung auf die neue Metall- oder Metalllegierungsoxidschicht;
- Aushärten der aufgebrachten Beschichtung auf der neuen Oxidschicht zum Bereitstellen einer Silikatbeschichtungsschicht durch Folgendes:
  - Erhitzen der Beschichtung auf eine Temperatur von mindestens 200 °C oder mindestens 230 °C; oder
  - Aussetzen der Beschichtung gegenüber einer Infrarotquelle.
69. Der Prozess von einer der Ausführungsformen 1 bis 8, welcher Folgendes umfasst:
- Bereitstellen eines Metall- oder Metalllegierungssubstrates, welches eine Oxidschicht aufweist;
- Entfernen der vorhandenen Oxidschicht von dem Metall oder der Metalllegierung durch abrasives Strahlen;
- Waschen des gestrahlten Metalls oder der gestrahlten Metalllegierung;
- Aussetzen des Metalls oder der Metalllegierung gegenüber einer gasförmigen oxidierenden Umgebung (z.B. Luft) für bis zu 48 Stunden (vorzugsweise bis zu 24 Stunden) zum Ausbilden einer neuen Oxidschicht auf der Oberfläche des Metalls oder der Metalllegierung;
- Aufbringen einer Beschichtung aus einer wässrigen Silikatlösung auf die neue Metall- oder Metalllegierungsoxidschicht, wobei die wässrige Silikatlösung einen pH von 10 bis 13 aufweist, SiO₂ und M₂O und wahlweise B₂O₃ enthält, wobei M ausgewählt ist aus Li, Na, K oder einer Mischung davon, und ein Verhältnis von SiO₂ zu M₂O von etwa 3,8 bis etwa 2 und, wenn B₂O₃ vorliegt, ein Verhältnis von SiO₂ zu B₂O₃ von etwa 10:1 bis etwa 200:1 aufweist;
- Aushärten der aufgebrachten Beschichtung auf der neuen Oxidschicht zum Bereitstellen einer Silikatbeschichtungsschicht durch Folgendes:
  - Erhitzen der Beschichtung auf eine Temperatur von mindestens 200 °C oder mindestens 230 °C; oder
  - Aussetzen der Beschichtung gegenüber einer Infrarotquelle.
70. Der Prozess von einer der Ausführungsformen 1 bis 8, welcher Folgendes umfasst:
- Bereitstellen eines Metall- oder Metalllegierungssubstrates, welches eine Oxidschicht aufweist;
- Entfernen der vorhandenen Oxidschicht von dem Metall oder der Metalllegierung durch abrasives Strahlen;
- Waschen des gestrahlten Metalls oder der gestrahlten Metalllegierung;
- Aussetzen des Metalls oder der Metalllegierung gegenüber einer gasförmigen oxidierenden Umgebung (z.B. Luft) für bis zu 48 Stunden (vorzugsweise bis zu 24 Stunden) bei Raumtemperatur zum Ausbilden einer neuen Oxidschicht auf der Oberfläche des Metalls oder der Metalllegierung;
- Aufbringen einer Beschichtung aus einer wässrigen Silikatlösung auf die neue Metall- oder Metalllegierungsoxidschicht, wobei die wässrige Silikatlösung einen pH von 10 bis 13 aufweist, SiO₂ und M₂O und wahlweise B₂O₃ enthält, wobei M ausgewählt ist aus Li, Na, K oder einer Mischung davon, und ein Verhältnis von SiO₂ zu M₂O von etwa 3,8 bis etwa 2 und, wenn B₂O₃ vorliegt, ein Verhältnis von SiO₂ zu B₂O₃ von etwa 10:1 bis etwa 200:1 aufweist;
- Aushärten der aufgebrachten Beschichtung auf der neuen Oxidschicht zum Bereitstellen einer Silikatbeschichtungsschicht durch Folgendes:
  - Erhitzen der Beschichtung auf eine Temperatur von mindestens 200 °C oder mindestens 230 °C; oder
  - Aussetzen der Beschichtung gegenüber einer Infrarotquelle.
71. Der Prozess von einer der Ausführungsformen 1 bis 8, welcher Folgendes umfasst:
- Bereitstellen eines Metall- oder Metalllegierungssubstrates, welches eine Oxidschicht aufweist;
- vollständiges Entfernen der vorhandenen Oxidschicht von dem Metall oder der Metalllegierung durch abrasives Strahlen mittels eines Abrasivmittels (zum Beispiel Sand);
- Waschen des gestrahlten Metalls oder der gestrahlten Metalllegierung zum Entfernen des Abrasivmittels;
- Aussetzen des Metalls oder der Metalllegierung gegenüber einer gasförmigen oxidierenden Umgebung (z.B. Luft) für bis zu 48 Stunden (vorzugsweise bis zu 24 Stunden) bei Raumtemperatur zum Ausbilden einer neuen Oxidschicht auf der Oberfläche des Metalls oder der Metalllegierung, wobei der Zeitraum von bis zu 48 Stunden (vorzugsweise bis zu 24 Stunden) bei Einleitung des Schrittes des abrasiven Strahlens beginnt;
- Aufbringen einer Beschichtung aus einer wässrigen Silikatlösung auf die neue Metall- oder Metalllegierungsoxidschicht, wobei die wässrige Silikatlösung einen pH von 10 bis 13 aufweist, SiO₂ und M₂O und wahlweise B₂O₃ enthält, wobei M ausgewählt ist aus Li, Na, K oder einer Mischung davon, und ein Verhältnis von SiO₂ zu M₂O von etwa 3,8 bis etwa 2 und, wenn B₂O₃ vorliegt, ein Verhältnis von SiO₂ zu B₂O₃ von etwa 10:1 bis etwa 200:1 aufweist;
- Aushärten der aufgebrachten Beschichtung auf der neuen Oxidschicht zum Bereitstellen einer Silikatbeschichtungsschicht durch Folgendes:
  - Erhitzen der Beschichtung auf eine Temperatur von mindestens 200 °C oder mindestens 230 °C; oder
  - Aussetzen der Beschichtung gegenüber einer Infrarotquelle.
72. Der Prozess von einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei die ausgehärtete Silikatbeschichtungsschicht eine Dicke von weniger als 5 µm aufweist.
73. Der Prozess von einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei die ausgehärtete Silikatbeschichtungsschicht eine Dicke von etwa 10 nm bis etwa 5000 nm aufweist.
74. Der Prozess von einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei die beschichtete Oxidschicht, hergestellt durch chemische Passivierung oder Aussetzung gegenüber einer gasförmigen oxidierenden Umgebung, eine Dicke von weniger als etwa 50 µm aufweist.
75. Der Prozess von einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei die beschichtete Oxidschicht, hergestellt durch chemische Passivierung oder Aussetzung gegenüber einer gasförmigen oxidierenden Umgebung, eine Dicke von etwa 1 nm bis etwa 25 µm aufweist.
76. Der Prozess von einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei die ausgehärtete Silikatbeschichtungsschicht eine Dicke von weniger als 5 µm aufweist und die Oxidschicht eine Dicke von weniger als 10 µm aufweist.
77. Der Prozess von einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei die ausgehärtete Silikatbeschichtungsschicht eine Dicke von weniger als 550 nm aufweist und die Oxidschicht eine Dicke von weniger als 2 µm aufweist.
78. Der Prozess von einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei das Metall oder die Metalllegierung ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Zink, Mangan, Magnesium, Aluminium, Titan, Eisen, Chrom, Nickel, Blei, Edelstahl, Kupfer, Molybdän, Zinn, Niob oder Kombinationen oder Legierungen davon.
79. Der Prozess von Ausführungsform 78, wobei das Metall oder die Metalllegierung ausgewählt ist aus Edelstahl, Titan oder einer Titanlegierung.
80. Der Prozess von einer der vorhergehenden Ausführungsformen, welcher ferner das Versiegeln der unversiegelten Oxidschicht nach dem chemischen Passivierungsschritt zum Bereitstellen einer versiegelten, Passivschicht umfasst.
81. Der Prozess von Ausführungsform 80, welcher ferner eine Versiegelungszeit von weniger als 6 min/µm und mindestens 5 min/µm, 4 min/µm, 3 min/µm, 2 min/µm, 1 min/µm, 30 s/µm oder 10 s/µm umfasst, wobei das Ausbilden der versiegelten Passivschicht aus der unversiegelten Schicht aus dem Heißversiegelungsprozess besteht.
82. Der Prozess von einer der Ausführungsformen 80 bis 82, welcher ferner das Halten der versiegelten Passivschicht in einer feuchten Atmosphäre, in Wasser oder beschichtet mit Wasser und das anschließende Ausbilden der beschichteten Passivschicht durch das Aufbringen der wässrigen Silikatlösung umfasst.
83. Der Prozess von einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei das Metall oder die Metalllegierung zwischen der Einleitung des Schrittes des Entfernens einer vorhandenen Oxidschicht oder, wenn ein derartiger Schritt vorliegt, der Einleitung des Reinigungsschrittes, und dem Schritt des Aufbringens der wässrigen Silikatlösung für maximal bis zu 48 Stunden Luft ausgesetzt wird.
84. Der Prozess von einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei das Metall oder die Metalllegierung zwischen der Einleitung des Schrittes des Entfernens einer vorhandenen Oxidschicht oder, wenn ein derartiger Schritt vorliegt, der Einleitung des Reinigungsschrittes, und dem Schritt des Aufbringens der wässrigen Silikatlösung für maximal bis zu 24 Stunden Luft ausgesetzt wird.
85. Ein Prozess zur Beschichtung eines Metall- oder Metalllegierungsproduktes, welcher Folgendes umfasst:
1. a. Bereitstellen eines gebeizten Metalls, wobei das Metall einem Verfahren unterzogen wurde, welches Folgendes umfasst:
  1. i. wahlweise Reinigen der Oberfläche des Metalls oder der Metalllegierung;
  2. ii. Entfernen einer vorhandenen Oxidschicht von dem Metall oder der Metalllegierung durch Beizen; und
2. b. Ausbilden einer Oxidschicht auf der Oberfläche des Metalls oder der Metalllegierung mittels chemischer Passivierung und/oder Aussetzung gegenüber einer gasförmigen oxidierenden Umgebung;
3. c. Aufbringen einer Beschichtung aus einer wässrigen Silikatlösung auf die Metall- oder Metalllegierungsoxidschicht; und
4. d. Aushärten der aufgebrachten Beschichtung auf der Oxidschicht zum Bereitstellen einer Silikatbeschichtungsschicht durch Folgendes:
  1. i. Erhitzen der beschichteten Passivschicht auf eine Temperatur von mindestens 200 °C oder mindestens 230 °C; oder
  2. ii. Aussetzen der beschichteten Passivschicht gegenüber einer Infrarotquelle.
86. Ein Prozess zur Beschichtung eines Metall- oder Metalllegierungsproduktes, welcher Folgendes umfasst:
1. a. Bereitstellen eines Metalls oder einer Metalllegierung, das/die zum Entfernen einer Oxidschicht abrasivem Strahlen unterzogen wurde;
2. b. Ausbilden einer neuen Oxidschicht auf der Oberfläche des Metalls oder der Metalllegierung mittels chemischer Passivierung und/oder Aussetzung gegenüber einer gasförmigen oxidierenden Umgebung;
3. c. Aufbringen einer Beschichtung aus einer wässrigen Silikatlösung auf die neue Metall- oder Metalllegierungsoxidschicht; und
4. d. Aushärten der aufgebrachten Beschichtung auf der Oxidschicht zum Bereitstellen einer Silikatbeschichtungsschicht durch Folgendes:
  1. i. Erhitzen der beschichteten Passivschicht auf eine Temperatur von mindestens 200 °C oder mindestens 230 °C; oder
  2. ii. Aussetzen der beschichteten Passivschicht gegenüber einer Infrarotquelle.
87. Ein Prozess zur Beschichtung eines Metall- oder Metalllegierungsproduktes, welcher Folgendes umfasst:
1. a. Bereitstellen eines Metalls oder einer Metalllegierung, das/die zum Entfernen einer Oxidschicht abrasivem Strahlen unterzogen wurde;
2. b. Ausbilden einer neuen Oxidschicht auf der Oberfläche des Metalls oder der Metalllegierung durch Aussetzung gegenüber Luft für bis zu etwa 48 Stunden;
3. c. Aufbringen einer Beschichtung aus einer wässrigen Silikatlösung auf die neue Metall- oder Metalllegierungsoxidschicht; und
4. d. Aushärten der aufgebrachten Beschichtung auf der Oxidschicht zum Bereitstellen einer Silikatbeschichtungsschicht durch Folgendes:
  1. i. Erhitzen der beschichteten Passivschicht auf eine Temperatur von mindestens 200 °C oder mindestens 230 °C; oder
  2. ii. Aussetzen der beschichteten Passivschicht gegenüber einer Infrarotquelle.
88. Der Prozess von Ausführungsform 87, wobei das Verfahren das Ausbilden einer neuen Oxidschicht auf der Oberfläche des Metalls oder der Metalllegierung durch Aussetzung gegenüber Luft für bis zu etwa 24 Stunden umfasst.
89. Ein Prozess zur Beschichtung eines Metall- oder Metalllegierungsproduktes, welcher Folgendes umfasst:
1. a. Bereitstellen eines gebeizten und passivierten Metalls, wobei das Metall einem Verfahren unterzogen wurde, welches Folgendes umfasst:
  1. i. wahlweise Reinigen der Oberfläche des Metalls oder der Metalllegierung;
  2. ii. Entfernen einer vorhandenen Oxidschicht von dem Metall oder der Metalllegierung durch Beizen; und
  3. iii. Ausbilden einer Oxidschicht auf der Oberfläche des Metalls oder der Metalllegierung mittels chemischer Passivierung und/oder Aussetzung gegenüber einer gasförmigen oxidierenden Umgebung;
2. b. Aufbringen einer Beschichtung aus einer wässrigen Silikatlösung auf die Metall- oder Metalllegierungsoxidschicht; und
3. c. Aushärten der aufgebrachten Beschichtung auf der Oxidschicht zum Bereitstellen einer Silikatbeschichtungsschicht durch Folgendes:
  1. i. Erhitzen der Beschichtung auf eine Temperatur von mindestens 200 °C oder mindestens 230 °C; oder
  2. ii. Aussetzen der Beschichtung gegenüber einer Infrarotquelle.
90. Ein Prozess zur Beschichtung eines Metall- oder Metalllegierungsproduktes, welcher Folgendes umfasst:
1. a. Bereitstellen eines Metalls oder einer Metalllegierung, das/die abrasivem Strahlen unterzogen wurde und welche/s eine natürliche passivierte Oxidschicht aufweist, die durch Aussetzung gegenüber einer gasförmigen oxidierenden Umgebung (zum Beispiel Luft) für einen Zeitraum von bis zu 48 Stunden ausgebildet wurde;
2. b. Aufbringen einer Beschichtung aus einer wässrigen Silikatlösung auf das Metall oder die Metalllegierung, welche/s die Oxidschicht aufweist; und
3. c. Aushärten der aufgebrachten Beschichtung auf der Oxidschicht zum Bereitstellen einer Silikatbeschichtungsschicht durch Folgendes:
  1. i. Erhitzen der Beschichtung auf eine Temperatur von mindestens 200 °C oder mindestens 230 °C; oder
  2. ii. Aussetzen der Beschichtungsschicht gegenüber einer Infrarotquelle.
91. Der Prozess von Ausführungsform 90, wobei das bereitgestellte Metall oder die bereitgestellte Metalllegierung abrasivem Strahlen unterzogen wurde und eine natürliche passivierte Oxidschicht aufweist, die durch Aussetzung gegenüber einer gasförmigen oxidierenden Umgebung (zum Beispiel Luft) für einen Zeitraum von bis zu 24 Stunden ausgebildet wurde.
92. Ein Metallprodukt, welches eine Beschichtung umfasst, die gemäß einer der Ausführungsformen 1 bis 91 erhalten wird oder erhalten werden kann.
93. Ein Verfahren zur Herstellung eines beschichteten Gegenstands, welches das Anbringen eines beschichteten Metall- oder Metalllegierungsproduktes, das gemäß einem Verfahren nach einer der Ausführungsformen 1 bis 91 hergestellt wird, an dem Gegenstand umfasst.

Es sollte verstanden werden, dass dem Fachmann auf dem Gebiet verschiedene Änderungen und Modifikationen an den hierin beschriebenen derzeit bevorzugten Ausführungsformen offensichtlich sein werden. Derartige Änderungen und Modifikationen können vorgenommen werden, ohne sich vom Geist und Umfang des vorliegenden Gegenstands zu entfernen und ohne seine beabsichtigten Vorteile zu schmälern. Es ist daher beabsichtigt, dass derartige Änderungen und Modifikationen durch die angehängten Ansprüche abgedeckt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2009/117379 [0009]
WO 2016/039809 [0009]

Claims

Beschichtetes Metall- oder Metalllegierungsprodukt, herstellbar nach einem Verfahren, das Folgendes umfasst: Bereitstellen eines Metallsubstrats ausgewählt aus Aluminium, einer Aluminiumlegierung, Titan, einer Titanlegierung oder Edelstehl; Entfernen einer vorhandenen Oxidschicht von dem Metallsubstrat durch Beizen, mechanisches Reinigen oder eine Kombination davon; Ausbilden einer neuen Oxidschicht auf der Oberfläche des Metallsubstrats durch Inkontaktbringen des Metallsubstrats mit einer passivierenden Lösung, umfassend eine Säure ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Salpetersäure, Schwefelsäure, Phosphorsäure, Zitronensäure, Wasserstoffperoxid oder Natriumdichromat oder jeder Kombination davon, und/oder Aussetzen des Metallsubstrats gegenüber einer gasförmigen oxidierenden Umgebung für einen Zeitraum von bis zu 48 Stunden; Aufbringen einer Beschichtung aus einer wässrigen Silikatlösung auf die Metallsubstratoxidschicht; und Aushärten der aufgebrachten Beschichtung auf der Oxidschicht zum Bereitstellen einer Silikatbeschichtungsschicht wie folgt: a) Erhitzen der beschichteten Passivschicht auf eine Temperatur von mindestens 200 °C; oder b) Aussetzen der beschichteten Passivschicht an eine Infrarotquelle.
Beschichtetes Produkt, herstellbar nach einem Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die wässrige Silikatlösung SiO₂, M₂O und wahlweise B₂O₃ enthält, wobei M ausgewählt ist aus Li, Na, K und einer Mischung davon.
Beschichtetes Produkt, herstellbar nach einem Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die vorhandene Oxidschicht durch Sandstrahlen entfernt wird und die neue Oxidschicht durch Aussetzen des Metalls oder der Metalllegierung an Luft für bis zu etwa 48 Stunden ausgebildet wird.
Beschichtetes Produkt, herstellbar nach einem Verfahren gemäß Anspruch 3, wobei die neue Oxidschicht durch Aussetzen des Metallsubstrats an Luft für bis zu etwa 24 Stunden ausgebildet wird.
Beschichtetes Produkt, herstellbar nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 3 bis 4, welcher ferner einen Schritt des Waschens des Metallsubstrats vor dem Aufbringen der Beschichtung aus wässriger Silikatlösung umfasst.
Beschichtetes Produkt, herstellbar nach einem Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die vorhandene Oxidschicht durch Beizen mittels einer sauren Beizlösung, welche Salpetersäure, Fluorwasserstoffsäure, Chlorsäure, Schwefelsäure, Phosphorsäure, Natriumpersulfat, Wasserstoffperoxid oder eine Kombination davon enthält, von dem Metallsubstrat entfernt wird.
Beschichtetes Produkt, herstellbar nach einem Verfahren gemäß Anspruch 6, wobei die Beizlösung Salpetersäure und/oder Fluorwasserstoffsäure enthält.
Beschichtetes Produkt, herstellbar nach einem Verfahren gemäß Anspruch 6 oder 7, wobei die saure Beizlösung 10 % - 20 % v/v (150 g/l - 300 g/l) 70 %ige Salpetersäure und von 1% bis 2 % v/v (12 g/l - 24 g/l) 60 %ige Fluorwasserstoffsäure enthält, wobei die saure Beizlösung wahlweise 15 % v/v (225 g/l) 70 %ige Salpetersäure und 1,5 % v/v (18 g/l) 60 %ige Fluorwasserstoffsäure enthält.
Beschichtetes Produkt, herstellbar nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die saure Beizlösung ein prozentuales Verhältnis von Salpetersäure zu Fluorwasserstoffsäure von 10:1 aufweist.
Beschichtetes Produkt, herstellbar nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei das Beizen für mindestens 1 Minute bei einer Temperatur von mindestens 15 °C durchgeführt wird.
Beschichtetes Produkt, herstellbar nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 oder 6 bis 10, wobei die passivierende Lösung von etwa 1 % bis etwa 30 % Zitronensäure oder von etwa 15% bis etwa 30 % v/v 70 %ige Salpetersäure enthält.
Beschichtetes Produkt, herstellbar nach einem Verfahren gemäß Anspruch 11, wobei die Passivierung für mindestens 3 Minuten bei einer Temperatur zwischen 15 °C und 80 °C durchgeführt wird.
Beschichtetes Produkt, herstellbar nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 oder 6 bis 10, wobei die passivierende Lösung 15% bis 30 % v/v 70 %ige Salpetersäure enthält, und wobei der Schritt der chemischen Passivierung wahlweise für mindestens 20 Minuten bei einer Temperatur von 15 °C bis 60 °C durchgeführt wird.
Beschichtetes Produkt, herstellbar nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 oder 6 bis 10, wobei die passivierende Lösung 1% bis 15 % w/v Zitronensäure enthält, und wobei der Schritt der chemischen Passivierung wahlweise für mindestens 4 Minuten bei einer Temperatur von 15 °C bis 70 °C durchgeführt wird.
Beschichtetes Produkt, herstellbar nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 oder 6 bis 14, wobei die Passivierung mittels Folgendem durchgeführt wird: a) 20 % - 25 % v/v 70 %iger Salpetersäurelösung bei Raumtemperatur für mindestens 30 Minuten; b) 20 % - 25 % v/v 70 %iger Salpetersäurelösung erhitzt auf 45 °C - 60 °C für mindestens 20 Minuten; c) 4 % - 10 % w/v Zitronensäurelösung bei einer Temperatur von 20 °C - 50 °C für mindestens 20 Minuten; d) 4 % - 10 % w/v Zitronensäurelösung bei einer Temperatur von 50 °C - 60 °C für mindestens 10 Minuten; e) 4 % - 10 % w/v Zitronensäurelösung bei einer Temperatur von 60 °C - 70 °C für mindestens 4 Minuten; f) 22,5 % v/v 70 %iger Salpetersäurelösung bei Umgebungstemperatur für etwa 30 Minuten; oder g) 7 % w/v Zitronensäurelösung bei Umgebungstemperatur für etwa 30 Minuten.
Beschichtetes Produkt, herstellbar nach einem Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schritt des Ausbildens einer neuen Oxidschicht auf der Oberfläche des Metallsubstrats das Aussetzen des Metallsubstrats gegenüber einer gasförmigen oxidierenden Umgebung für etwa 10 bis etwa 120 Minuten bei einer Temperatur von etwa 15 °C bis etwa 25 °C umfasst.
Beschichtetes Produkt, herstellbar nach einem Verfahren gemäß Anspruch 1, das weiterhin folgende Schritte umfasst: Reinigen der Oberfläche des Metallsubstrats; Entfernen einer vorhandenen Oxidschicht von dem Metallsubstrat durch Beizen mittels einer sauren Beizlösung, welche Salpetersäure und Fluorwasserstoffsäure enthält, mit einem pH von etwa 1; Ausbilden einer Oxidschicht auf der Oberfläche des Metallsubstrats mittels einer chemischen passivierenden Lösung, welche Salpetersäure oder Zitronensäure enthält und einen pH von etwa 1 aufweist; Aufbringen einer Beschichtung aus einer wässrigen Silikatlösung auf das Metallsubstrat, wobei die wässrige Silikatlösung einen pH von etwa 10 bis etwa 13 aufweist, SiO₂, M₂O und B₂O₃ enthält, wobei M aus Li, Na, K oder einer Mischung davon ausgewählt ist, und ein Verhältnis von SiO₂ zu M₂O von etwa 3,8 bis etwa 2,0 und ein Verhältnis von SiO₂ zu B₂O₃ von etwa 10:1 bis etwa 200:1 aufweist; und Aushärten der Silikatlösung auf der Oxidschicht zum Bereitstellen einer Silikatbeschichtungsschicht durch Folgendes: Erhitzen der beschichteten Passivschicht auf eine Temperatur von mindestens 200 °C; oder Aussetzen der beschichteten Passivschicht gegenüber einer Infrarotquelle.
Beschichtetes Produkt, herstellbar nach einem Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren das Erhitzen der beschichteten Passivschicht auf eine Temperatur von mindestens 230 °C umfasst.
Beschichtetes Produkt, herstellbar nach einem Verfahren gemäß Anspruch 17 oder 18, wobei die Beizlösung 10 % - 20 % v/v (150 g/l - 300 g/l) 70 %ige Salpetersäure und von 1% bis 2 % v/v (12 g/l - 24 g/l) 60 %ige Fluorwasserstoffsäure enthält.
Beschichtetes Produkt, herstellbar nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 17 bis 18, wobei die passivierende Lösung 15% bis 30 % v/v 70 %ige Salpetersäure enthält und die Passivierung für mindestens etwa 20 Minuten und bei einer Temperatur von etwa 15 °C bis etwa 60 °C durchgeführt wird.
Beschichtetes Produkt, herstellbar nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 17 bis 18, wobei die passivierende Lösung 1% bis 15 % w/v Zitronensäure enthält und die Passivierung für mindestens etwa 4 Minuten und bei einer Temperatur von etwa 21 °C bis etwa 70 °C durchgeführt wird.
Beschichtetes Produkt, herstellbar nach einem Verfahren gemäß Anspruch 1, das weiterhin folgende Schritte umfasst: Entfernen der vorhandenen Oxidschicht von dem Metall oder der Metalllegierung durch abrasives Strahlen; Waschen des gestrahlten Metalls oder der gestrahlten Metalllegierung; Aussetzen des Metalls oder der Metalllegierung gegenüber Luft für bis zu 48 Stunden bei Raumtemperatur zum Ausbilden einer neuen Oxidschicht auf der Oberfläche des Metalls oder der Metalllegierung; Aufbringen einer Beschichtung aus einer wässrigen Silikatlösung auf die neue Metall- oder Metalllegierungsoxidschicht, wobei die wässrige Silikatlösung einen pH von 10 bis 13 aufweist, SiO₂ und M₂O und wahlweise B₂O₃ enthält, wobei M ausgewählt ist aus Li, Na, K oder einer Mischung davon, und ein Verhältnis von SiO₂ zu M₂O von etwa 3,8 bis etwa 2 und, wenn B₂O₃ vorliegt, ein Verhältnis von SiO₂ zu B₂O₃ von etwa 10:1 bis etwa 200:1 aufweist; Aushärten der aufgebrachten Beschichtung auf der neuen Oxidschicht zum Bereitstellen einer Silikatbeschichtungsschicht durch Folgendes: Erhitzen der Beschichtung auf eine Temperatur von mindestens 200 °C; oder Aussetzen der Beschichtung gegenüber einer Infrarotquelle.
Beschichtetes Produkt, herstellbar nach einem Verfahren gemäß Anspruch 22, welcher das Erhitzen der Beschichtung auf eine Temperatur von mindestens etwa 230 °C umfasst.
Beschichtetes Produkt, herstellbar nach einem Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die ausgehärtete Silikatbeschichtungsschicht eine Dicke von weniger als 5 µm aufweist und/oder die beschichtete Oxidschicht, hergestellt durch die Passivierung, eine Dicke von weniger als etwa 50 µm aufweist.
Beschichtetes Produkt, herstellbar nach einem Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren einen Schritt des Reinigens der Oberfläche des Metalls oder der Metalllegierung vor dem Entfernen einer vorhandenen Oxidschicht umfasst und der Schritt des Reinigens das Entfernen jeglichen Fettes von der Oberfläche des Metalls oder der Metalllegierung umfasst.
Beschichtetes Produkt, herstellbar nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 25, wobei das Verfahren einen Schritt des Reinigens der Oberfläche des Metalls oder der Metalllegierung umfasst und der Schritt des Reinigens eine abrasive Behandlung der Oberfläche des Metalls oder der Metalllegierung, zum Beispiel Sandstrahlen der Oberfläche des Metalls oder der Metalllegierung, umfasst.