(57)【要約】本発明は、金属加工物上に防錆性の機能表面を形成する方法において、前記加工物に複数の層を提供し、少なくとも一層が防錆層であるようにする方法に関する。これらの層はプラズマコーティングにより単一工程で提供し、プラズマは化学物質の混合物を含む。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属加工物上に防錆性の機能表面を形成する方法において、前記加工物に複数の層を単一工程のプラズマコーティングによって提供し、少なくとも一層が防錆層であるようにした方法。
【請求項２】
前記防錆層が疎水性層であることを特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記防錆層が腐食インヒビターを含むことを特徴とする、請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
少なくとも一層が親水性層であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項記載の方法。
【請求項５】
少なくとも一層が抗微生物作用を有する層であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
少なくとも一層が触媒作用を有することを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
少なくとも一層のためのプラズマにガス状化学物質、特に副族元素の有機金属化合物を添加することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項記載の方法。
【請求項８】
少なくとも一層のためのプラズマに気化性の化学物質を添加することを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項記載の方法。
【請求項９】
少なくとも一層のためのプラズマに微細に霧状化した化学物質を添加することを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項記載の方法。
【請求項１０】
少なくとも一層のためのプラズマに粉体、特に微細に分散した粉体を添加することを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１項記載の方法。
【請求項１１】
プラズマコーティングはプロセスガス又はプロセスガス混合物の圧力１０〜１０００ｍｂａｒ、特に２０〜８００ｍｂａｒ又は５０〜５００ｍｂａｒで行われることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか１項記載の方法。
【請求項１２】
化合物活性化のためにプラズマを圧力範囲１０−５ｍｂａｒ〜１ｂａｒ、特に１０−３ｍｂａｒ〜５００ｍｂａｒ又は１０−２ｍｂａｒ〜１００ｍｂａｒで用いることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか１項記載の方法。
【請求項１３】
層の全厚が０．０５μｍ〜５μｍ、特に０．１μｍ〜４μｍ又は０．３μｍ〜２μｍであることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか１項記載の方法。
【請求項１４】
コーティングされる加工物の温度が１５℃〜７００℃、特に２０℃〜６５０℃又は２５℃〜４５０℃であることを特徴とする、請求項１〜１３のいずれか１項記載の方法。
【請求項１５】
表面を請求項１〜１３のいずれか１項記載の方法でコーティングした熱交換器、特にアルミニウム製熱交換器。
【請求項１６】
熱交換器がアルミニウム製熱交換器であることを特徴とする、請求項１５記載の熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属加工物、例えば自動車用エアコンの熱交換器に防錆性の機能表面を形成する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属への有機コーティングの主たる役割は、金属から製作された加工物に装飾的な外観を付与することと、加工物を腐食から保護することである。腐食には次の二種に大別される。即ち単に加工物の外観が損なわれる、いわゆる外観腐食と、加工物を完全に破壊し得る、いわゆる機能的腐食である。この二種の腐食に対して有機コーティングは、例えば化学的前処理と塗料とを組み合わせることによって効果的な保護を提供する。腐食処理の間、薄い転化層が発生し、腐食性媒体に対するバリア層を形成する。
【０００３】
特に熱交換器の場合は、熱交換器の外側表面に、例えば通過する気流に含まれる水分が堆積した湿潤表面が腐食する他、細菌も繁殖し、その結果好ましくない臭気が発生する。対策として、例えば気化器等のアルミニウム製熱交換器のアルミニウム表面へクロムめっきすること及び／又はエポキシ樹脂又はポリウレタンの表面塗料層を施すことが既に知られている。この場合、浸漬による塗装方法では、最終的に達成される膜厚は約５００ｎｍ〜１５００ｎｍの範囲である。殺菌作用を示すこのようなコーティングによって、細菌の繁殖、延いては臭気の発生を著しく低減できるが、保水量が増し、従って熱伝達効率が低下するという難点が生じる。
【０００４】
アルミニウム製熱交換器の防食性を高めるためには、前述した塗装法と同様、通常は湿式不動態化法、例えば黄色クロム酸不動態化、緑色クロム酸不動態化又はクロムフリー不動態化が用いられる。これらの湿式不動態化法は、プロセス手順が、酸洗、洗浄、コーティング、洗浄、乾燥など連続する複数の工程からなるために処理時間が比較的長い。コーティングプロセスの他に、排水処理工程や排気処理工程も必要となる。塗装法でも同様に原則として、塗料と母材との間に補助的付着をもたらすための前処理が必要である。
【０００５】
他方、いわゆる低温プラズマ重合技術によって母材上に補助的付着層としてポリマー層を提供し、次いで提供すべきコーティング層の付着性を改善することが知られている。このコーティング技術ではプラズマ中にモノマーを導入し、次にこれが重合してコーティングすべき表面にポリマーとして析出する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、金属加工物に防錆性の機能表面を形成して、表面の性質を改善する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的は、本発明に従いプラズマコーティングにより加工物の表面に単一の工程で複数の層を提供し、それらのうち少なくとも一層が防錆層であるようにして、金属加工物上に防錆性の機能表面を形成する方法によって解決される。
【０００８】
更に本発明は、本発明による方法でコーティングされた表面を有する熱交換器に関する。
【０００９】
本発明は、後処理コスト及び物流管理コストの削減（水及び化学物質の節約）により、例えば熱交換器の製造コストを低減させる廉価な方法を提供するという思想に基づいている。このために、浸漬、吹付け又は溢流塗工（Flutapplikation; flood application）を必要としない、単一工程のマルチプラズマコーティングにより表面コーティングを形成する方法を提供する。単一工程のマルチプラズマコーティング法によれば、簡素化したプロセス管理が可能となるが、これは同時に時間効率の高いコーティング技術である。更に必要な火炎装置又はプラズマ装置を既存のろう付け炉に組み込むことも可能であり、またいわゆるバッチ炉や連続炉で、いわゆるインライン製品改質（真空ろう付け又はＣＡＢろう付け）も可能である。その際、ろう付けプロセス後に熱交換器に貯蔵された残留熱を利用することもできる。更にこの方法により、ろう付け炉から分離しているプラズマ装置又は火炎装置によって、ろう付け加工物を選択的に加熱することが可能である。
【００１０】
単一工程のマルチプラズマコーティングにより、防錆性、疎水性、親水性、触媒性及び／又は抗菌性を有する、固く付着した薄層が形成される。この場合、種々異なる性質を有する層を相前後して析出させることができる。
【００１１】
本発明における金属加工物は、特に熱交換器、好ましくはアルミニウム製熱交換器、特に好ましくは気化器を意味する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
マルチプラズマコーティングにより加工物表面に複数の層を提供する際、少なくとも一層は防錆層として形成される。少なくとも一層の疎水性層を発生させることにより、改善された防錆を達成できる。更に腐食インヒビター（インヒビター）を一以上の層に組み入れることによって防錆を達成できる。例えば、複数の疎水性層を発生させ、これらの層に腐食インヒビターを組み入れることによっても防錆を達成できる。
【００１３】
この方法で提供される層の少なくとも一層は、親水性層とすることができる。この場合、親水性層は上層であることが好ましく、複数の親水性層がある場合には上側の複数層であることが好ましい。
【００１４】
この方法で提供される層の少なくとも一層は、抗微生物作用を有する層とすることができる。この場合、抗微生物作用を有する層は上層であることが好ましく、複数の抗微生物作用を有する層がある場合には上側の複数層であることが好ましい。
【００１５】
抗微生物作用を有する層は、細菌及び真菌に対抗する作用によって繊維製品をこれらの生物による被害や破壊から保護する。抗微生物作用物質とは、微生物を駆除するための薬剤として理解されたい。
【００１６】
マルチプラズマコーティング法で提供される層の少なくとも一層は、触媒能を有する層であることができる。この場合、触媒作用を有する層は上層であることが好ましく、複数の親水性作用を有する層がある場合には上側の複数層であることが好ましい。
【００１７】
プラズマガスとしては、適切なものである限り、いかなる気体をも使用できる。好ましくはアルゴンやヘリウムなどの希ガスや、空気、酸素、窒素及び／又は窒素酸化物、炭化水素、ハロゲン化炭化水素、ＳＦ６、水素又はアンモニア等を使用できる。これらの気体は混合して使用することもできる。
【００１８】
プラズマに、例えばプロセスガスを添加することができる。これはガス状の化学物質及び／又は気化性の化学物質であることができる。更にプラズマに微細に霧状化した化学物質（エアロゾル）を添加することができる。プロセスガスとエアロゾルはプラズマ中において混合物として存在することもできる。
【００１９】
好適な実施形態においては、プラズマに微細に分散した粉体を添加する。この場合、粉体粒子の径は１ｎｍ〜５０００ｎｍである。粉体は金属、金属混合物及び／又はそれらの化合物若しくは化合物の混合物であることができる。このような粉体は特にプラズマプロセスガスと混合でき、とりわけエアロゾルを生成することが好都合である。
【００２０】
プロセスガス又はプロセスガス混合物及び／又はエアロゾル又はエアロゾル混合物は、次の化学物質を含むことができる。
【００２１】
１）副族元素、好ましくはＰＳＥ（ＰＳＥ＝元素の周期系）のＩＶ〜ＶＩ族元素の有機金属化合物、例えばオルトチタン酸テトライソプロピル、ジルコニウム（ＩＶ）プロピレート、前記化合物のハロゲン化誘導体若しくはカルボニル、又はそれらの混合物、
２）ＰＳＥのＩＩＩ〜ＶＩＩ主族元素の有機化合物若しくは有機金属化合物等の化合物、
ａ）ホウ酸系化合物。例えばホウ酸トリメチル、ホウ酸アルキルエステル又はそれらの混合物、
ｂ）ＳｉＯｘ系化合物。例えばシラン、シロキサン、シラザン、ケイ酸又はそれらの混合物、
ｃ）アルミニウム系化合物。例えばトリメチルアルミニウム、
ｄ）リン酸系化合物。例えばリン酸トリメチルエステル、
ｅ）一以上のフラーレン化合物、及び／又は
ｆ）ａ）〜ｄ）の化合物のハロゲン化誘導体。
３）副族元素、好ましくはＰＳＥのＩＶ〜ＶＩ副族元素の有機金属化合物、例えばフッ化チタン（ＩＶ）若しくは酸化チタン（ＩＶ）、塩化チタン（ＩＶ）、塩化ジルコニウム（ＩＶ）若しくはフッ化ジルコニウム（ＩＶ）又は酸化ジルコニウム（ＩＶ）若しくはフッ化バナジウム（Ｖ）若しくは酸化バナジウム（Ｖ）、又はそれらの混合物。
４）ＰＳＥのＩＩＩ〜ＶＩ主族元素のハロゲン化合物。例えばテトラフルオロ炭化水素、フッ化ホウ素（ＩＩＩ）、フッ化ケイ素（ＶＩ）又はそれらの混合物。
５）主族ＶＩＩの元素。例えばフッ素、臭素、ヨウ素又はそれらの混合物。
６）金属粉体及び／又は金属粉体混合物。例えばスズ、ジルコニウム、チタン及び／又は金属合金の粉体。
【００２２】
気体として存在せず、気化又は昇華によっても気体にならない化学物質は、有機溶剤及び／又は無機溶剤に溶解させればプラズマ中に導入できる。これらのエアロゾルは一種以上のガス状又は気化性の化学物質を含むことができる。粉体は、特にプラズマガスとしても機能する保護ガス中に微細に分散して、プラズマに添加される。
【００２３】
本来のコーティングの前に、表面の浄化又は活性化を行うことができる。ここでは気体として酸素、酸化窒素、一酸化炭素及び二酸化炭素、更に水、空気、希ガス、窒素又は水素を使用できる。これらの気体は、混合して使用することもできる。
【００２４】
マルチプラズマコーティングはプロセスガス又はプロセスガス混合物の圧力１０ｍｂａｒ〜１０００ｍｂａｒ、好ましくは２０ｍｂａｒ〜８００ｍｂａｒ、特に好ましくは５０ｍｂａｒ〜５００ｍｂａｒで行われる。
【００２５】
この方法で使用されるプラズマは、低圧プラズマの範囲から大気プラズマの範囲において用いることができる。この範囲は１０−５ｍｂａｒ〜１．０１３２５ｂａｒ、特に１０−３ｍｂａｒ〜５００ｍｂａｒ、特に好ましくは１０−２ｍｂａｒ〜１００ｍｂａｒである。
【００２６】
加工物、例えば熱交換器の層の全厚は０．０５μｍ〜５μｍ、好ましくは０．１μｍ〜４μｍ、特に好ましくは０．３μｍ〜２μｍである。
【００２７】
コーティングされる加工物、例えば熱交換器の温度は１５℃〜７００℃、好ましくは２０℃〜６５０℃、特に好ましくは２５℃〜４５０℃である。
【００２８】
マルチプラズマコーティングにより、加工物上に好ましくは酸素含有（酸化物）層を形成することができる。それぞれの層はプラズマに添加された化学物質及び／又はプラズマに添加された化学物質混合物の反応生成物からなることができる。更に母材の表面層には酸化物、フッ化物又はこれらの混合物が相応の割合で含まれても良い。
【００２９】
次に、アルミニウム熱交換器のマルチプラズマコーティングの一例を示す。
【００３０】
２５００ｍＬ反応炉においてプラズマプロセスガス混合物を１０ＭＨｚ〜２０ＭＨｚの範囲の高周波、圧力０．０２ｍｂａｒ〜０．１ｍｂａｒ及び出力７００〜１５００Ｗａｔｔで励起する。
【００３１】
第１段階において、アルミニウム製熱交換器の表面を酸素５０ｓｃｃｍ〜２００ｓｃｃｍ及び水素３００ｓｃｃｍ〜１０００ｓｃｃｍで清浄又は活性化する。
【００３２】
それに続く第２段階において、アルミニウム製熱交換器の表面への主たるコーティングを、２０ｓｃｃｍ〜１００ｓｃｃｍのＨＭＤＳＯと５０〜３００ｓｃｃｍの酸素とのプラズマプロセスガス混合物を用いて行う。
【００３３】
コーティング層に親水性作用を持たせるための最上層を、２ｓｃｃｍ〜３０ｓｃｃｍのＨＭＤＳＯと３００〜１０００ｓｃｃｍの酸素とのプラズマプロセスガス混合物を用いて形成する。
【国際調査報告】
2007529624.tif 000002
2007529624.tif 000003
2007529624.tif 000004
2007529624.tif 000005
2007529624.tif 000006
2007529624.tif 000007