DE102009024320A1 - Coating comprises corroded nanoparticular metal-/silicon oxide layers, in whose surface, fluorine compounds are bounded, or silica, silicon oxide compound, alumina and/or titania or mixed oxides of titania/silica - Google Patents

Coating comprises corroded nanoparticular metal-/silicon oxide layers, in whose surface, fluorine compounds are bounded, or silica, silicon oxide compound, alumina and/or titania or mixed oxides of titania/silica Download PDF

Info

Publication number
DE102009024320A1
DE102009024320A1 DE200910024320 DE102009024320A DE102009024320A1 DE 102009024320 A1 DE102009024320 A1 DE 102009024320A1 DE 200910024320 DE200910024320 DE 200910024320 DE 102009024320 A DE102009024320 A DE 102009024320A DE 102009024320 A1 DE102009024320 A1 DE 102009024320A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
coating
ice
titania
silicon oxide
silica
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE200910024320
Other languages
German (de)
Other versions
DE102009024320B4 (en
Inventor
Ute Dr. Bergmann
Horst Prof. Dr. Böttcher
Silvia MÜHLE
Hartmut Prof. Worch
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Technische Universitaet Dresden
Original Assignee
FOERDERUNG VON MEDIZIN BIO und
Technische Universitaet Dresden
Gesellschaft zur Foerderung von Medizin Bio und Umwelttechnologien eV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by FOERDERUNG VON MEDIZIN BIO und, Technische Universitaet Dresden, Gesellschaft zur Foerderung von Medizin Bio und Umwelttechnologien eV filed Critical FOERDERUNG VON MEDIZIN BIO und
Priority to DE200910024320 priority Critical patent/DE102009024320B4/en
Publication of DE102009024320A1 publication Critical patent/DE102009024320A1/en
Application granted granted Critical
Publication of DE102009024320B4 publication Critical patent/DE102009024320B4/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C24/00Coating starting from inorganic powder
    • C23C24/08Coating starting from inorganic powder by application of heat or pressure and heat
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C18/00Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating
    • C23C18/02Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by thermal decomposition
    • C23C18/12Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by thermal decomposition characterised by the deposition of inorganic material other than metallic material
    • C23C18/1204Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by thermal decomposition characterised by the deposition of inorganic material other than metallic material inorganic material, e.g. non-oxide and non-metallic such as sulfides, nitrides based compounds
    • C23C18/1208Oxides, e.g. ceramics
    • C23C18/1216Metal oxides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C18/00Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating
    • C23C18/02Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by thermal decomposition
    • C23C18/12Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by thermal decomposition characterised by the deposition of inorganic material other than metallic material
    • C23C18/125Process of deposition of the inorganic material
    • C23C18/1295Process of deposition of the inorganic material with after-treatment of the deposited inorganic material
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C24/00Coating starting from inorganic powder
    • C23C24/08Coating starting from inorganic powder by application of heat or pressure and heat
    • C23C24/10Coating starting from inorganic powder by application of heat or pressure and heat with intermediate formation of a liquid phase in the layer
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C26/00Coating not provided for in groups C23C2/00 - C23C24/00
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C30/00Coating with metallic material characterised only by the composition of the metallic material, i.e. not characterised by the coating process
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F19/00Preventing the formation of deposits or corrosion, e.g. by using filters or scrapers
    • F28F19/006Preventing deposits of ice
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F19/00Preventing the formation of deposits or corrosion, e.g. by using filters or scrapers
    • F28F19/02Preventing the formation of deposits or corrosion, e.g. by using filters or scrapers by using coatings, e.g. vitreous or enamel coatings

Abstract

The coating comprises corroded nanoparticular metal-/silicon oxide layers, in whose surface, fluorine compounds are bounded. The coating has a layer thickness of 400-800 nm and a roughness of 200-2000 nm. The coating consists of silica, silicon oxide compound (R-SiO3/2, where R is alkyl radical or fluoroalkyl radical with 1-18 carbon atoms), alumina and/or titania or mixed oxides of titania/silica that contain 70-80 mol% of titania. An independent claim is included for a method for the production of a coating.

Description

Die Erfindung betrifft eine dauerhafte eisabweisende und gefrierpunktsenkende Ausrüstung von Materialoberflächen auf Basis geätzter Metalloxid-Beschichtungen. Durch die Beschichtung wird ein antiadhäsives Verhalten gegenüber umströmender Medien bis in den Temperaturbereich des Flüssig-Festphasenüberganges hinein erzielt.The The invention relates to a permanent ice-repellent and freezing point-lowering Equipment of material surfaces based on etched Metal oxide coatings. The coating becomes an antiadhesive Behavior against flowing media up to the temperature range of the liquid-solid phase transition scored into it.

Das Vereisen von technischen Anlagen und Geräten z. B. von Flugzeugtragflächen, Kraftwerken, Schleusentoren, technischen Transportmitteln im maritimen Kontext, Hochspannungsleitungen ist unerwünscht. Eis- und Rauhreifbildung führen zur Senkung des Wirkungsgrades bis hin zur Funktionsunfähigkeit von technischen Anlagen. Bei Betreibern von Anlagen im Außenbereich besteht darum die verstärkte Nachfrage nach antiadhäsiven Beschichtungen. Konkret bei Windkraftanlagen müssen Rotorblätter und Türme gegen Vereisung geschützt werden. Bei einer Vereisung der Rotorblätter bilden sich potentiell kiloschwere Eisschichten, die sich durch die Fliehkraft lösen können. Unter ungünstigen Bedingungen fliegen solche Eisschichten, Geschossen gleich, mehrere hundert Meter weit. Windkraftanlagen dürfen deshalb bei entsprechender Wetterlage nicht betrieben werden, was unerwünschte Standzeiten der Anlagen zur Folge hat. Auch das Vereisen von Starkstromleitungen und Telekommunikationseinrichtungen kann ein großes wirtschaftliches Problem darstellen. Das notwendige Enteisen ist in jedem Fall aufwändig und verursacht zusätzliche Kosten. Eis-, wasser- und schmutzabweisende Beschichtungen können die Effektivität von technischen Anlagen und Geräten erheblich verbessern.The Icing of technical equipment and devices z. B. from Aircraft wings, power plants, floodgates, technical Means of transport in the maritime context, high voltage power lines is undesirable. Ice and hoarfrost formation lead to Lowering the efficiency up to the inability to function of technical equipment. For operators of outdoor facilities is therefore the increased demand for anti-adhesive Coatings. Specifically in wind turbines need rotor blades and towers are protected against icing. at icing of the rotor blades are potentially formed Kilo-heavy ice layers, which are released by the centrifugal force can. Fly in unfavorable conditions such ice sheets, projectiles, several hundred meters far. Wind turbines may therefore not in the appropriate weather operated, resulting in undesirable downtime of the equipment entails. Also the icing of power lines and telecommunication facilities can be a big economic problem. The necessary deicing is in any case costly and causes additional costs. Ice, water and dirt repellent Coatings can reduce the effectiveness of technical equipment and devices significantly improve.

Die Entwicklung von eisabweisenden Beschichtungen hat für metallische Oberflächen eine besondere Bedeutung. Der Wärmeausdehnungskoeffizient von Eis liegt leicht über dem der gebräuchlichen Metalle, aber weit unterhalb des Wärmeausdehnungskoeffizienten von vielen Polymeren. Wenn innere Spannungen im Eis aufgrund hoher Unterkühlungsraten nicht ausgeglichen werden können, würde das bei stark differierendem Wärmeausdehnungsverhalten für Eisschichten zum Bruch führen und die Eisschichten könnten abbröckeln, während sie auf Metallen um so fester anhaften würden.The Development of ice-repellent coatings has for metallic Surfaces a special meaning. The thermal expansion coefficient of ice is slightly above that of the common one Metals, but far below the thermal expansion coefficient of many polymers. When internal tensions in ice due to high Subcooling rates can not be compensated this would be the case with strongly differing thermal expansion behavior for ice sheets to break and the ice sheets could crumble while on metals would adhere all the more firmly.

Ein großer Teil der Forschungs- und Entwicklungsarbeiten konzentrierte sich bisher auf konstruktive Maßnahmen, die das Anhaften von Eis verhindern sollen und auf Mechanismen zum Entfernen der Eisschicht. Nur ein kleiner Teil der Arbeiten war bislang darauf ausgerichtet, die Oberflächen der Werkstoffe so zu verändern, dass ein Überfrieren erschwert oder verhindert werden kann.One concentrated much of the research and development work hitherto on constructive measures, the sticking to prevent ice and mechanisms for removing the ice. Only a small part of the work has been geared towards to change the surfaces of the materials so that over-freezing can be hindered or prevented.

Nun werden zunehmend Entwicklungsergebnisse eisabweisender Beschichtungen bekannt, denen Mechanismen zur Schwächung zwischenmolekularer Kräfte an der Grenzfläche von Oberfläche und Eis zugrunde liegen. Als die Ursachen für Eisadhäsion werden elektrostatische Anziehungskräfte, Wasserstoffbrückenbindungen sowie die van der Waals-Bindungen diskutiert. Eis besteht aus polaren Wassermolekülen, die mit jeder Art von Oberfläche stark Wechselwirken, deren dielektrische Polarisation von der des Eises abweicht.Now are increasingly developing results of ice-repellent coatings known to those weakening intermolecular Forces at the interface of surface and Underlying ice. As the causes of ice adhesion become electrostatic attractions, hydrogen bonds as well as the van der Waals bonds discussed. Ice consists of polar water molecules, which interact strongly with any kind of surface whose Dielectric polarization deviates from that of the ice.

So wurde versucht, die Adhäsionskraft des Eises über ihren Anteil an elektrostatischen Anziehungskräften zu minimieren. Über eine konstante elektrische Gleichspannung sind diese Kräfte beeinflussbar. Zwischen elektrisch isolierender Beschichtung und Eis wird ein feinmaschiges Netz aufgebracht, das den elektrischen Kontakt realisiert / US 2003/0024726 A1 ; V. F. Petrenko, I. A. Ryzhkin, Surface states of Charge Carriers and Electrical Properties of the Surface Layer of Ice, J. Phys. Chem. B 1997, 101, pp. 6285-6289 /. Da dieser Mechanismus eine Leitfähigkeit des Eises voraussetzt, kann er nur für wässrige Lösungen zum Einsatz kommen (z. B. NaCl gelöst) und ist nicht für destilliertes Wasser anwendbar.Thus, attempts have been made to minimize the adhesion of ice over its contribution to electrostatic attractions. About a constant electrical DC voltage, these forces can be influenced. Between electrically insulating coating and ice, a fine-meshed network is applied, which realizes the electrical contact / US 2003/0024726 A1 ; VF Petrenko, IA Ryzhkin, Surface states of Charge Carriers and Electrical Properties of the Surface Layer of Ice, J. Phys. Chem. B 1997, 101, pp. 6285-6289 /. As this mechanism presupposes a conductivity of the ice, it can only be used for aqueous solutions (eg NaCl dissolved) and is not applicable to distilled water.

Bekannt ist, dass Wasser an Oberflächen mit verminderter Oberflächenenergie gut abperlen kann. Laut einem weitverbreiteten Gedankenmodell sollen diese hydrophoben Oberflächen auch die Adhäsion des Eises vermindern. In mehreren Arbeiten wird auf die eisabweisenden Eigenschaften hydrophober Oberflächen Bezug genommen. Eine Minimierung der Oberflächenenergie kann man z. B. mit silikonverstärkten Oberflächen erreichen. Die Oberflächen zeigen dann eine minimale Wechselwirkung mit anderen Substanzen. Derartige Systeme wurden als eisadhäsionsreduzierende Systeme vorgestellt / WO 2004 078873 A1 /. An anderer Stelle wird dargestellt, dass bereits Anteile von wenigen Prozent eines Tetrafluorethylens im Beschichtungssystem eine optimale hydrophobierende Wirkung erzielen / JP 2000044863 A /.It is known that water can bead off well on surfaces with reduced surface energy. According to a widespread thought model, these hydrophobic surfaces should also reduce the adhesion of the ice. Several papers refer to the ice-repellent properties of hydrophobic surfaces. A minimization of the surface energy can be z. B. with silicone reinforced surfaces. The surfaces then show minimal interaction with other substances. Such systems have been presented as ice adhesion reducing systems / WO 2004 078873 A1 /. Elsewhere it is shown that even proportions of a few percent of a tetrafluoroethylene in the coating system achieve an optimum hydrophobizing effect. JP 2000044863 A /.

Bisher ist allerdings unklar, ob eine Grundhydrophobie des Beschichtungssystems für seine eisabweisenden Eigenschaften notwendig ist. Die gezielte Beeinflussung der Oberflächenrauhigkeit bzw. die Rolle der Minimierung der Oberflächenrauigkeit wird ebenfalls kontrovers diskutiert. Aktuelle und auch eigene Untersuchungen zur Wechselwirkung zwischen Hydrophobie und Oberflächenrauigkeit lassen keine klare Tendenz erkennen / Laforte, Caroline, J.-L. Laforte, J.-C. Laforte; How a solid coating can reduce the adhesion of Ice an a Structure, The Tenth International Workshop an Atmospheric Icing of Structures, IWAIS 2002 /. Insgesamt können Schichtsysteme mit hydrophobierenden Eigenschaften die Adhäsion des anhaftenden Eises vermindern und damit mechanische Prozesse des Eisentfernens erleichtern. Sie können gefrierverzögernd wirken, es jedoch nicht verhindern.So far, however, it is unclear whether a basic hydrophobicity of the coating system is necessary for its ice-repellent properties. The targeted influence on the surface roughness or the role of minimizing the surface roughness is also discussed controversially. Current and own investigations on the interaction between hydrophobicity and surface roughness show no clear tendency / Laforte, Caroline, J.-L. Laforte, J.-C. Laforte; The Tenth International Workshop on Atmospheric Icing of Structures, IWAIS 2002 /. Overall, layer systems with hydrophobizing properties can reduce the adhesion of the adhering ice and there facilitate with mechanical processes of ice removal. They can have a freeze-delay effect, but they can not prevent it.

Zusätzliche Effekte werden durch eine heterogene Oberflächenstrukturierung aus Komponenten mit unterschiedlicher Hydrophobie erwartet. Hierzu sind zwei Ansätze bekannt, die sich jeweils der Technologie der Sol-Gel Schichtherstellung bedienen. SiO2-Grundschichten zeigten üblicherweise ein eher hydrophiles Verhalten, Randwinkelmessungen erbringen ein Ergebnis von ~40°. TiO2-Schichten zeigten auch kein ausgeprägt hydrophobes Verhalten, Randwinkelmessungen liegen bei ~60°. Durch eine Partikelverstärkung von Sol-Gel Schichten, vorrangig mit Silikonpartikeln, aber auch anderen, nicht namentlich aufgeführten organischen sowie anorganischen Beimengungen wird eine Modifizierung des Hydrophil-Hydrophob-Verhaltens vorgenommen / US 6,153,304 A /. Ziel ist die Einstellung eines hydrophoben, antiadhäsiven und eisophoben Charakters der Beschichtung. An andere Stelle wird eine biomimetische Adaption einer hydrophil/hydrophob gestalteten Membranoberfläche eisnukleierender Bakterien vorgestellt. Durch einige winzige hydrophile Moleküle in der Schicht wird die Eisbildung an diesen entsprechenden Stellen lokal zugelassen. Spontanes Überfrieren der Oberflächen soll vermieden werden und der Gefriervorgang gesteuert, um so die eisabweisenden Schichteigenschaften zu unterstützen / WO 2005/075112 A1 /. In einer anderen Arbeit wird eine permanente polymere Beschichtung beschrieben, die ein Vereisen der Oberfläche verhindern soll. Sie basiert auf einem Polymernetzwerk mit einer Unterteilung von hydrophoben Hauptketten und hydrophilen Seitenketten in regelmäßiger oder statistischer Verteilung. Kommen die hydrophilen Seitenketten mit feuchter Umgebung in Berührung, so solvatisieren sie. Die eisabweisende Wirkung wird mit einem Luft- oder Flüssigkeitsfilm erklärt, der daraufhin zwischen auskristallisierter, erstarrter Lösung und der beschichteten Oberfläche gebildet werden kann und bis zu einer gewissen Unterkühlung erhalten bleiben soll / WO 2008/071752 A1 /. Anwendungsbeispiele der beiden letzt beschriebenen Erfindungen demonstrieren eine eisadhäsionsreduzierende Wirkung dergestalt, dass einmal gebildeter Raureif auf erfindungsgemäß beschichteten Oberflächen einfacher mechanisch entfernt werden kann als auf unbeschichteten Flächen.Additional effects are expected from heterogeneous surface structuring of components with different hydrophobicity. For this purpose, two approaches are known, each of which uses the technology of sol-gel layer production. SiO 2 base layers usually showed a rather hydrophilic behavior, edge angle measurements yield a result of ~ 40 °. TiO 2 layers also showed no pronounced hydrophobic behavior, edge angle measurements are ~ 60 °. Through a particle reinforcement of sol-gel layers, primarily with silicone particles, but also other, not specifically listed organic and inorganic admixtures, a modification of the hydrophilic-hydrophobic behavior is made / US 6,153,304 A /. The aim is to set a hydrophobic, anti-adhesive and ice-opaque character of the coating. Elsewhere, a biomimetic adaptation of a hydrophilic / hydrophobic membrane surface of ice nucleating bacteria is presented. Some tiny hydrophilic molecules in the layer allow localized ice formation at these sites. Spontaneous freezing of the surfaces should be avoided and the freezing process should be controlled in order to support the ice-repellent layer properties. WO 2005/075112 A1 /. In another work, a permanent polymeric coating is described which is intended to prevent icing of the surface. It is based on a polymer network with a subdivision of hydrophobic backbones and hydrophilic side chains in regular or random distribution. When the hydrophilic side chains come into contact with moist surroundings, they solvate. The ice-repelling effect is explained with an air or liquid film, which can then be formed between crystallized, solidified solution and the coated surface and is to be maintained to a certain hypothermia / WO 2008/071752 A1 /. Application examples of the two last-described inventions demonstrate an ice adhesion-reducing effect in such a way that once formed hoarfrost can be removed more easily mechanically on surfaces coated according to the invention than on uncoated surfaces.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, Beschichtungen mit verbesserten eisabweisenden und gefrierpunktsenkenden Eigenschaften zu schaffen. Erreicht werden soll, dass nicht nur die vollständige Vereisung verzögert wird, sondern gefrierpunktsenkende Eigenschaften erzielt werden.It It is therefore an object of the invention to provide coatings with improved ice-repellent and freezing point-lowering properties to create. Reached that should not just be the complete icing is delayed, but freezing point depressing properties be achieved.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Beschichtung mit eisabweisender und gefrierpunktsenkender Eigenschaften gelöst, die aus geätzten nanopartikulären Metall-/Silicium-Oxidschichten besteht, in deren Oberfläche Fluorverbindungen eingebunden sind. Dazu wird die nanopartikuläre Oxidbeschichtung nachträglich mit einer fluoridhaltigen Lösung geätzt, wodurch die Oberflächenrauhigkeit der Schicht vorteilhaft verändert und durch die Bildung fluorhaltiger Oberflächenstrukturen die Eisabweisung gefördert wird.According to the invention the task by a coating with ice-repellent and freezing point lowering Properties solved from etched nanoparticulate Metal / silicon oxide layers exist in their surface Fluorine compounds are involved. This is the nanoparticulate Oxide coating later with a fluoride-containing solution etched, whereby the surface roughness of Layer advantageously changed and by the formation of fluorine-containing Surface structures promoted the ice repellency becomes.

Vorteilhaft weist die erfindungsgemäße Beschichtung eine Schichtdicke 400–800 nm und eine Rauheit von 200 bis 2000 nm auf.Advantageous the coating according to the invention has a layer thickness 400-800 nm and a roughness of 200 to 2000 nm.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung besteht die Beschichtung aus SiO2, R-SiO3/2 (R = Alkylrest oder Fluoralkylrest mit 1–18 Kohlenstoffatomen), Al2O3 und/oder TiO2. Besonders bevorzugt ist eine Beschichtung aus TiO2/SiO2-Mischoxiden mit einem Anteil von 70–80 mol-% TiO2.According to an advantageous embodiment of the invention, the coating consists of SiO 2 , R-SiO 3/2 (R = alkyl radical or fluoroalkyl radical having 1-18 carbon atoms), Al 2 O 3 and / or TiO 2 . Particularly preferred is a coating of TiO 2 / SiO 2 mixed oxides with a proportion of 70-80 mol% TiO 2 .

Zur Herstellung der erfindungsgemäßen nanopartikulären Oxidbeschichtung werden unter Nutzung der Sol-Gel-Technik Sole verwendet, die durch saure oder alkalische Hydrolyse der entsprechenden Silicium-, Aluminium- oder Titanalkoxide hergestellt werden, und nach Beschichtung beliebiger Materialoberflächen stabile Schichten aus SiO2, R-SiO3/2 (R = Alkylrest oder Fluoralkylrest mit 1–18 Kohlenstoffatomen), Al2O3 und/oder TiO2 bilden. Die Herstellung derartiger nanopartikulärer Oxidschichten kann auch aus der Gasphase (CVD, Sputtern, thermische Verdampfung) erfolgen.To produce the nanoparticulate oxide coating according to the invention, sols prepared by acidic or alkaline hydrolysis of the corresponding silicon, aluminum or titanium alkoxides are used using the sol-gel technique, and stable layers of SiO 2 , R-SiO after coating any material surfaces 3/2 (R = alkyl radical or fluoroalkyl radical having 1-18 carbon atoms), Al 2 O 3 and / or TiO 2 form. The preparation of such nanoparticulate oxide layers can also be carried out from the gas phase (CVD, sputtering, thermal evaporation).

Die erfindungsgemäßen Beschichtungen weisen eine Schichtdicke von ca. 400–800 nm, bevorzugt von 450–600 nm auf. Diese Schichten bilden ein hochelastisches, überwiegend anorganisch keramisches Netzwerk, das sich auch komplizierten Untergrundstrukturen anpasst. Nach Trocknung und Temperung auf Temperaturen über 400°C werden die Schichten mit einer fluoridhaltigen wässrigen oder alkoholischen Lösung geätzt. Durch den Ätzprozess und dessen zeitlicher Variation können Eigenschaften eingestellt werden, die ein antiadhäsives Verhalten gegenüber umströmender Medien bis in den Temperaturbereich des Flüssig-Festphasenüberganges wässriger Lösungen hinein fördern. Erzielt wird eine Oberflächenrauheit in der Größenordnung von Ra = 300–450 nm, begleitet von einer flächigen Strukturierung der Oberfläche in der Größenordnung von 200–2000 nm. Diese Oberflächengestaltung erlaubt einen Eingriff in die auftretenden laminaren und turbulenten Strömungsformen im Grenzschichtbereich des Strömungsfeldes des umströmten erfindungsgemäß beschichteten Elementes. Die sich aufbauende Wandschubspannung wird genutzt, um eventuell anhaftende Eiskristallkeime sofort abzulösen und durch das umströmende Medium von der beschichteten Oberfläche des Bauteils wegzureißen. Aufgrund der Interaktion mit dem umströmenden Medium wird das Überfrieren bzw. die Rauhreifbildung der beschichteten Bauteile innerhalb eines Unterkühlungsbereiches von 5–2 Kelvin unter dem jeweiligen Gefrierpunkt längerzeitig bzw. vollständig vermieden. Darüber hinaus ist die Eisanhaftung an den erfindungsgemäßen Beschichtungen grundlegend vermindert.The coatings of the invention have a layer thickness of about 400-800 nm, preferably from 450-600 nm. These layers form a highly elastic, predominantly inorganic ceramic network, which also adapts to complicated underground structures. After drying and tempering to temperatures above 400 ° C, the layers are etched with a fluoride-containing aqueous or alcoholic solution. By the etching process and its temporal variation properties can be adjusted, which promote an anti-adhesive behavior against flowing media into the temperature range of the liquid-solid phase transition of aqueous solutions. This results in a surface roughness in the order of Ra = 300-450 nm, accompanied by a planar structuring of the surface in the order of 200-2000 nm. This surface design allows intervention in the occurring laminar and turbulent flow forms in the boundary layer region of the flow field of the flow around the invention coated element. The building wall shear stress is used to immediately dissolve any adhering ice crystal nuclei and by the flowing medium of the be stratified layer of the component. Due to the interaction with the circulating medium, the freezing or frosting of the coated components within a subcooling range of 5-2 Kelvin below the respective freezing point is avoided for a longer time or completely. In addition, the ice adhesion to the coatings according to the invention is fundamentally reduced.

Zur Erfindung gehören auch Gegenstände, wie z. B. Bauteile, Bauelemente, Werkstücke oder Körper mit der erfindungsgemäßen Beschichtung.to Invention also includes items such. B. Components, components, workpieces or bodies with the coating according to the invention.

Erfindungsgemäß werden die Beschichtungen mit eisabweisenden und gefrierpunktsenkenden Eigenschaften wie folgt hergestellt: According to the invention the coatings with ice-repellent and freezing point-lowering properties made as follows:

(1) Beschichtung einer Materialoberfläche durch Tauchen, Sprühen, Gießen mit einem nanopartikulären Oxidsol(1) Coating of a material surface by dipping, spraying, casting with a nanoparticulate oxide sol

Das Sol wird unter Nutzung der Sol-Gel-Technik durch saure oder alkalische Hydrolyse der entsprechenden Silicium-, Aluminium- oder Titanalkoxide hergestellt und bildet nach Beschichtung beliebiger Materialoberflächen stabile nanopartikuläre Schichten aus SiO2, R-SiO3/2 (R = Alkylrest oder Fluoralkylrest mit 1–18 Kohlenstoffatomen), Al2O3 und/oder TiO2. Die Herstellung der Beschichtungslösungen kann auch durch Dispergierung von nanopartikulären kommerziellen TIO2 (z. B. Degussa P25®) in SiO2- bzw. Al2O3-Nanosolen bzw. nanopartikulären SiO2 (z. B. Lydox®, Nyakol®, Levasil®) in TiO2-Nanosolen erfolgen. Besonders vorteilhaft sind Nanosole aus TiO2/SiO2-Mischoxiden, die 70–80 mol-% TiO2 enthalten. Dieses Nanosol enthält Partikel bis zu einer Größe von ~250 nm. Das Nanosol wird durch Tauchen, Sprühen, Gießen oder andere gebräuchliche Beschichtungstechniken auf die Materialoberfläche aufgebracht.The sol is prepared using the sol-gel technique by acidic or alkaline hydrolysis of the corresponding silicon, aluminum or titanium alkoxides and forms after coating any material surfaces stable nanoparticulate layers of SiO 2 , R-SiO 3/2 (R = alkyl or Fluoroalkyl radical having 1-18 carbon atoms), Al 2 O 3 and / or TiO 2 . The preparation of the coating solutions can also by dispersing nanoparticulate commercial TiO 2 (Degussa P25 ® eg.) In SiO 2 -. Or Al 2 O 3 -Nanosolen or nanoparticulate SiO 2 (eg Lydox ®, ® Nyakol, Levasil® ®) carried out two -Nanosolen in TiO. Nanosols made of TiO 2 / SiO 2 mixed oxides containing 70-80 mol% of TiO 2 are particularly advantageous. This nanosol contains particles up to a size of ~ 250 nm. The nanosol is applied to the surface of the material by dipping, spraying, pouring or other common coating techniques.

(2) Trocknen und Tempern der Schicht oberhalb 400°C(2) drying and annealing the layer above 400 ° C

Der aufgebrachte dünne Film wird zunächst luftgetrocknet, liegt im Ergebnis amorph vor und enthält noch organischen Restbestände. Darum schließt sich eine Wärmebehandlung an. Das Tempern bei Temperaturen über 400°C dient dem Zweck der Vernetzung und Teilkristallisierung des aufgetragenen Filmes sowie der Pyrolyse, d. h. der Entfernung organischer Reste.Of the applied thin film is first air-dried, is amorphous in the result and still contains organic Remainders. This is the reason for a heat treatment at. Annealing at temperatures above 400 ° C is used the purpose of crosslinking and partial crystallization of the applied film and pyrolysis, d. H. the removal of organic residues.

(3) Ätzen der Schicht durch eine fluoridhaltige wässrige oder alkoholische Lösung(3) Etch the layer through a fluoride-containing aqueous or alcoholic solution

Nach Trocknung und Temperung auf Temperaturen über 400°C werden die Schichten mit einer fluoridhaltigen wässrigen oder alkoholischen Lösung geätzt. Dazu wird eine 0.1 bis 10%-ige wässrige Flusssäure oder eine 1–10% wässrige Lösung von NH4F oder NH4HF2 (NH4F × HF) verwendet. Dabei werden gleichzeitig einerseits chemisch gebundene organische oder anorganische fluorhaltige Komplexe dauerhaft in die oberflächennahen Schichtbereiche eingebracht und andererseits eine definierte Oberflächenrauigkeit und Oberflächenstruktur erzeugt. Die Dauer des Ätzvorganges wird auf Bauteilgröße und Ätzlösungsvolumen abgestimmt. Sie dient der bereichsweisen gezielten Funktionalisierung und Einstellung der Oberflächenstrukturierung in der Größenordnung von 200–2000 nm.After drying and tempering to temperatures above 400 ° C, the layers are etched with a fluoride-containing aqueous or alcoholic solution. For this purpose, a 0.1 to 10% aqueous hydrofluoric acid or a 1-10% aqueous solution of NH 4 F or NH 4 HF 2 (NH 4 F × HF) is used. On the one hand, chemically bound organic or inorganic fluorine-containing complexes are permanently introduced into the near-surface layer regions and, on the other hand, a defined surface roughness and surface structure are produced. The duration of the etching process is matched to component size and Ätzlösungsvolumen. It serves the purposeful functionalization and adjustment of the surface structuring on the order of 200-2000 nm.

Die Schichtdicken der erfindungsgemäßen Sol-Gel-Schichten betragen im Durchschnitt 400–800 nm. Die geringe Schichtdicke ist eine Grundvoraussetzung für die Haftungseigenschaften und notwendige Elastizität der glasartigen Schichten. Die eingestellte Porosität ist notwendig, um den Strömungsvorgang an der Grenzfläche vom umströmenden Medium zum Beschichtungssystem gezielt zu beeinflussen und Eisanhaftungen zu verhindern. Bei diesem Ätzvorgang entstehen auf der Oberfläche komplizierte fluorhaltige Verbindungen. Hinweise darauf geben IR-spektroskopische Untersuchungen des geätzten und fertig gestellten Schichtsystems. Bei den fluorhaltigen Verbindungen handelt es sich um Verbindungen, in denen der Oxidsauerstoff teilweise durch Fluor ersetzt wurde, z. B. SiOF2, TiOF2 und deren Gemische bzw. Wasserstoff aus organischen Molekülketten partiell durch Fluor ersetzt wurde, z. B. CF3.The layer thicknesses of the sol-gel layers according to the invention are on average 400-800 nm. The small layer thickness is a prerequisite for the adhesion properties and necessary elasticity of the glassy layers. The set porosity is necessary in order to influence the flow process at the interface of the medium flowing around the coating system targeted and to prevent Eisanhaftungen. In this etching process complex fluorine-containing compounds are formed on the surface. Indications for this are provided by IR spectroscopic investigations of the etched and finished layer system. The fluorine-containing compounds are compounds in which the oxide oxygen has been partially replaced by fluorine, e.g. As SiOF 2 , TiOF 2 and their mixtures or hydrogen from organic molecular chains has been partially replaced by fluorine, z. B. CF 3 .

Die Hydrophobizität der Beschichtung wurde anhand der Kontaktwinkelmessungen bewertet. Die Schichten zeigen mit einem Kontaktwinkel von 85°–90° hydrophobe Eigenschaften. Die so beschichteten Gegenstände erlauben im Falle des Überfrierens ein leichteres Abheben der Eisschicht.The Hydrophobicity of the coating was determined by contact angle measurements rated. The layers show hydrophobic contact angles of 85 ° -90 ° Properties. Allow the so coated objects in the case of freezing, an easier lifting of the ice.

Die erfindungsgemäßen Beschichtungen aus Grundsols und verankerten fluorhaltigen Schichtbestandteilen wirken gefrierverzögernd, da sie eine Reduzierung der Oberflächenspannung erreichen. Die gleichmäßig eingebrachte Oberflächenstrukturierung führt zu einer Beeinflussung der Strömungsbedingungen des angrenzenden umströmenden Mediums (Kühlwasser, Luftmassen). Dieser Mechanismus bewirkt die deutliche Gefrierpunktsenkung. Die Oberflächenstrukturierung verändert den Strömungswiderstand im oberflächennahen Bereich so, dass ein Abscheren der Eiskristallite einsetzen kann, die sich als heterogene Kristallisationskeime auf der beschichteten Oberfläche zu bilden beginnen.The coatings according to the invention from Grundsol and anchored fluorine-containing layer constituents have a freeze-retarding effect, because they achieve a reduction in surface tension. The evenly applied surface structuring leads to an influence on the flow conditions of the adjacent circulating medium (cooling water, Air masses). This mechanism causes the significant freezing point depression. The surface structuring changes the flow resistance in the near - surface area so that a shearing of the Ice crystallites can be used, posing as heterogeneous nuclei begin to form on the coated surface.

Durch die Beschichtung mit dem erfindungsgemäßen Schichtsystem wird erreicht, dass nicht nur die vollständige Vereisung verzögert wird, sondern gefrierpunktsenkende Eigenschaften erzielt werden. Die erfindungsgemäßen Beschichtungen eignen sich für den Applikationsbereich Kühlsysteme und Wärmetauscher: für Rohrinnenauskleidungen in der Kühltechnik, für die Beschichtung von Eisbreigeneratoren in der Kühltechnik. Darüber hinaus ist ein Einsatz überall dort möglich, wo Strömung eines umgebenden Mediums auftritt. Auf der Basis der Erfindung wird es möglich, Verbesserungen in Bezug auf den witterungsbeeinflussten Betrieb von technischen Anlagen zu erreichen. Denkbar ist der Einsatz des beschriebenen Beschichtungssystems für die Beschichtung von witterungsbeeinflussten Rotorblättern. Die Beschichtung eignet sich gleichzeitig für Anwendungen mit antibakteriellem Anforderungen oder Easy-to-clean-Anforderungen. Vorteilhaft ist die Beschichtung von metallischen oder keramischen bzw. glasartigen Oberflächen.By coating with the layer system according to the invention is achieved that not only the complete icing is delayed, but freezing point lowering properties are achieved. The coatings according to the invention are suitable for the application area of cooling systems and heat exchangers: for inner tube linings in cooling technology, for the coating of Eisbreigeneratoren in cooling technology. In addition, use is possible wherever flow of a surrounding medium occurs. On the basis of the invention it becomes possible to achieve improvements with regard to the weather-influenced operation of technical installations. It is conceivable to use the coating system described for the coating of weather-affected rotor blades. The coating is also suitable for applications with antibacterial requirements or easy-to-clean requirements. The coating of metallic or ceramic or glassy surfaces is advantageous.

Anhand beigefügter 1 wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. 1 zeigt eine geätzte Sol-Gelbeschichtung auf einem Substratmaterial.With attached 1 an embodiment of the invention will be explained in more detail. 1 shows an etched sol-gel coating on a substrate material.

Ein Teststück eines Aluminiumwerkstoffes, EN AW-Al 99,5, wird mittels mechanischer Politur für eine Sol-Gelbeschichtung vorbereitet und im Ultraschallbad gereinigt. Im Tauchverfahren wird ein Sol-Gelgemisch aus einer 4%-igen TEOT (Tetraethoxyorthotitanat/TEOS (Tetraethoxyorthosilikat)-Lösung im molaren Mischungsverhältnis 75%/25% bei Raumtemperatur beschichtet und bei Raumtemperatur getrocknet. Die Beschichtung wird bei 500°C getempert. Im Ergebnis dieser Wärmebehandlung bilden sich ursprünglich amorphe Bereiche des aufgebrachten Soles in teils kristalline Bereiche um. Gleichzeitig steigt der Grad der Vernetzung der aufgebrachten Sol-Gel-Schicht, d. h. es steigt die Anzahl der gebildeten Silanolbindungen O-Si-O unter weiterer Abspaltung von OH-Gruppen. Das beschichtete Teststück wird in 10%-iger Flusssäure 5 min unter Schwenken geätzt. Anschließend wird der Ätzprozess unter fließendem Wasser gestoppt und das Teststück für 20 min unter fließendem Wasser gespült.One Test piece of an aluminum material, EN AW-Al 99.5, is by mechanical polishing for a sol-gel coating prepared and cleaned in an ultrasonic bath. In the dipping process becomes a sol-gel mixture of a 4% TEOT (Tetraethoxyorthotitanate / TEOS (Tetraethoxyorthosilicate) solution in the molar mixing ratio 75% / 25% at room temperature and dried at room temperature. The coating is annealed at 500 ° C. In the result This heat treatment is originally formed amorphous areas of the applied sol in partly crystalline areas around. At the same time, the degree of networking of the applied increases Sol-gel layer, d. H. the number of silanol bonds formed increases O-Si-O with further cleavage of OH groups. The coated test piece is etched in 10% hydrofluoric acid with panning for 5 min. Subsequently, the etching process under flowing Water stopped and the test piece for 20 min under rinsed in running water.

Getestet wurden die Teststücke in einer Vereisungsanlage, mit deren Hilfe Eiskristallisation in strömendem Wasser oder strömender Luft realisiert werden kann. Die Experimente können visuell, mittels Mikroskop und mittels Filmaufzeichnung verfolgt werden. Kern dieses Messaufbaus ist eine kompakte Vereisungsanlage, die die Untersuchung von Eisbildungsbedingungen in wasserführenden Anlagen in sehr detaillierter Form ermöglicht. Das Eis wird in dieser Kammer auf den beschichteten Stirnflächen von Aluminiumkörpern gebildet (10 × 40 mm), die senkrecht zum Strömungskanal angebracht wurden. Die Probentemperatur wird einerseits durch die Temperatur des Kühlmittels des Kreislaufsystems eingestellt und kann darüber hinaus durch ein separates, Computer gesteuertes Kühlsystem über Peltierelemente eingestellt werden.tested were the test pieces in an icing system, with their Help ice crystallization in flowing or flowing water Air can be realized. The experiments can be visual, be followed by microscope and by film recording. The core of this measurement setup is a compact icing system that the study of ice formation conditions in aquifer Facilities in very detailed form possible. The ice is in this chamber on the coated faces made of aluminum bodies (10 × 40 mm), the were mounted perpendicular to the flow channel. The sample temperature on the one hand by the temperature of the coolant Circulatory system is set and can also be through a separate, computer-controlled cooling system over Peltier elements are set.

Getestet wurden die Proben unter zwei Gesichtspunkten. Einmal wird mit Hilfe eines dynamischen Strömungstests (Medium: destilliertes Wasser, Strömungsgeschwindigkeit ≤ 1,5 m/s) die Temperatur des beschichteten Werkstückes gesenkt (Kühlrate 1 K/min) gesenkt und es wird die Temperatur ermittelt, bei der die Probe vereist. Das heißt, es wird der Moment erfasst, in dem sich in der Flüssigkeit bzw. bevorzugt an den Grenzflächen von Probe zu umströmenden Medium erste stabile Kristallkeime bilden können. Zwecks Vergleichbarkeit wurden alle Versuche mit der gleichen Kühlrate durchgeführt. Mit den erfindungsgemäß beschichteten und geätzten Proben werden Unterkühlungsraten von bis zu 5 Kelvin im Vergleich zu unbeschichteten Teststücken erreicht.tested the samples were taken from two points of view. Once will help a dynamic flow test (medium: distilled Water, flow velocity ≤ 1.5 m / s) the Temperature of the coated workpiece lowered (cooling rate 1 K / min) and the temperature is determined at which the Sample iced. That is, the moment is captured in located in the liquid or preferably at the interfaces from sample to medium flowing around first stable crystal nuclei can form. For the sake of comparability, all experiments were performed at the same cooling rate. With the invention coated and etched samples become subcooling rates of up to 5 Kelvin compared to uncoated test pieces reached.

Zum Anderen wurden Dauerversuche unter konstanter Unterkühlungstemperatur durchgeführt. Da die Eisbildungstemperatur stets auch von der Unterkühlungsgeschwindigkeit/Kühlrate abhängen wird, liefern diese Dauerversuche unter konstanter Kühlung weitere wichtige Informationen. Diese Tests wiederum wurden durchgeführt, indem die Proben bei konstant gehaltener Temperatur beobachtet wurden und die Zeit bis zum Versagen durch Überfrieren gemessen wurde. Als Referenzprobe wurde wiederum eine unbeschichtete Aluminiumprobe eingesetzt. Das beschriebene Beschichtungssystem erlaubt, verglichen mit dem unbeschichteten Substratmaterial, der Aluminiumlegierung, eine beständige Unterkühlung von 2 Kelvin.To the Others were running tests under constant supercooling temperature carried out. Since the Eisbildungstemperatur always from depend on the subcooling rate / cooling rate will deliver these endurance tests under constant cooling other important information. Again, these tests were done by observing the samples at a constant temperature, and the time to failure was measured by freezing. The reference sample again was an uncoated aluminum sample used. The coating system described allows, compared with the uncoated substrate material, the aluminum alloy, a constant supercooling of 2 Kelvin.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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.This list The documents listed by the applicant have been automated generated and is solely for better information recorded by the reader. The list is not part of the German Patent or utility model application. The DPMA takes over no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - US 2003/0024726 A1 [0006] US 2003/0024726 A1 [0006]
  • - WO 2004078873 A1 [0007] WO 2004078873 A1 [0007]
  • - JP 2000044863 A [0007] - JP 2000044863A [0007]
  • - US 6153304 A [0009] - US 6153304 A [0009]
  • - WO 2005/075112 A1 [0009] WO 2005/075112 A1 [0009]
  • - WO 2008/071752 A1 [0009] WO 2008/071752 A1 [0009]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • - V. F. Petrenko, I. A. Ryzhkin, Surface states of Charge Carriers and Electrical Properties of the Surface Layer of Ice, J. Phys. Chem. B 1997, 101, pp. 6285-6289 [0006] - VF Petrenko, IA Ryzhkin, Surface states of Charge Carriers and Electrical Properties of the Surface Layer of Ice, J. Phys. Chem. B 1997, 101, pp. 6285-6289 [0006]
  • - Laforte, Caroline, J.-L. Laforte, J.-C. Laforte; How a solid coating can reduce the adhesion of Ice an a Structure, The Tenth International Workshop an Atmospheric Icing of Structures, IWAIS 2002 [0008] Laforte, Caroline, J.-L. Laforte, J.-C. Laforte; How a solid coating can reduce the adhesion of ice to a structure, The Tenth International Workshop on Atmospheric Icing of Structures, IWAIS 2002 [0008]

Claims (8)

Beschichtung mit eisabweisenden und gefrierpunktsenkenden Eigenschaften dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung aus geätzten nanopartikulären Metall-/Siliciumoxidschichten besteht, in deren Oberfläche Fluorverbindungen eingebunden sind.Characterized in that the coating consists of etched nanoparticulate metal / silicon oxide layers in the surface of which fluorine compounds are incorporated. Beschichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung eine Schichtdicke 400–800 nm und eine Rauheit von 200–2000 nm aufweist.Coating according to claim 1, characterized that the coating has a layer thickness 400-800 nm and has a roughness of 200-2000 nm. Beschichtung nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung aus SiO2, R-SiO3/2 (R = Alkylrest oder Fluoralkylrest mit 1–18 Kohlenstoffatomen), Al2O3 und/oder TiO2 besteht.Coating according to claim 1 or 2, characterized in that the coating consists of SiO 2 , R-SiO 3/2 (R = alkyl radical or fluoroalkyl radical having 1-18 carbon atoms), Al 2 O 3 and / or TiO 2 . Beschichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung aus TiO2/SiO2-Mischoxiden besteht, die 70–80 mol-% TiO2 enthalten.Coating according to one of claims 1 to 3, characterized in that the coating consists of TiO 2 / SiO 2 mixed oxides containing 70-80 mol% of TiO 2 . Verfahren zur Herstellung einer Beschichtung mit eisabweisenden und gefrierpunktsenkenden Eigenschaften, gekennzeichnet durch folgende Schritte: (1) Beschichtung einer Materialoberfläche durch Tauchen, Sprühen, Gießen mit einem nanopartikulären Oxidsol, (2) Trocknen und Tempern der Schicht oberhalb 400°C (3) Ätzen der Schicht durch eine fluoridhaltige wässrige oder alkoholische Lösung.Process for producing a coating with ice-repellent and freezing point-lowering properties, characterized through the following steps: (1) Coating of a material surface by dipping, spraying, casting with a nanoparticulate oxide sol, (2) Dry and heat the layer above 400 ° C (3) etching the layer by a fluoride-containing aqueous or alcoholic Solution. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ätzung der Schichtoberfläche 0.1 bis 10% wässrige Flusssäure verwendet wird.Method according to claim 5, characterized in that that for the etching of the layer surface 0.1 to 10% aqueous hydrofluoric acid is used. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6 dadurch gekennzeichnet, dass zur Ätzung der Schichtoberfläche eine 1–10% wässrige Lösung von NH4F oder NH4HF2 (NH4F × HF) verwendet wird.A method according to claim 5 or 6, characterized in that for etching the layer surface, a 1-10% aqueous solution of NH 4 F or NH 4 HF 2 (NH 4 F × HF) is used. Verwendung von Beschichtung mit eisabweisenden und gefrierpunktsenkenden Eigenschaften nach Anspruch 1–7 für Kühlsysteme und Wärmetauscher, für Rohrinnenauskleidungen in der Kühltechnik, für die Beschichtung von Eisbreigeneratoren in der Kühltechnik und für die Beschichtung von witterungsbeeinflussten Rotorrädern.Use of coating with ice-repellent and Freezing point lowering properties according to claims 1-7 for Cooling systems and heat exchangers, for internal pipe linings in cooling technology, for the coating of Eisbreigeneratoren in cooling technology and for the coating of weather-influenced rotor wheels.
DE200910024320 2009-06-03 2009-06-03 Coatings with ice-repellent and freezing point-lowering properties, process for their preparation and use Expired - Fee Related DE102009024320B4 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE200910024320 DE102009024320B4 (en) 2009-06-03 2009-06-03 Coatings with ice-repellent and freezing point-lowering properties, process for their preparation and use

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE200910024320 DE102009024320B4 (en) 2009-06-03 2009-06-03 Coatings with ice-repellent and freezing point-lowering properties, process for their preparation and use

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102009024320A1 true DE102009024320A1 (en) 2010-12-09
DE102009024320B4 DE102009024320B4 (en) 2012-11-08

Family

ID=43049291

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE200910024320 Expired - Fee Related DE102009024320B4 (en) 2009-06-03 2009-06-03 Coatings with ice-repellent and freezing point-lowering properties, process for their preparation and use

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102009024320B4 (en)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011018716A1 (en) 2011-04-26 2012-10-31 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Microcapsule useful for micro-encapsulation, comprises an outer sheath and a volume of an antifreeze agent, which is enclosed by the outer sheath
EP2597412A1 (en) * 2011-11-28 2013-05-29 Alfa Laval Corporate AB Block-type plate heat exchanger with anti-fouling properties
WO2013081536A1 (en) * 2011-11-28 2013-06-06 Alfa Laval Corporate Ab Shell and tube heat exchanger with improved anti-fouling properties
EP2674613A3 (en) * 2012-06-15 2015-01-14 Gamesa Innovation & Technology, S.L. Method for optimizing the efficiency of wind turbine blades
EP2918829A1 (en) * 2014-03-11 2015-09-16 Gamesa Innovation & Technology, S.L. Ice-resistant paint for wind turbine blades
WO2017050418A1 (en) * 2015-09-23 2017-03-30 Linde Aktiengesellschaft Heat transfer tube, air-heated evaporator and method for producing a heat transfer tube
DE102020112185A1 (en) 2020-05-06 2021-11-11 Volkswagen Aktiengesellschaft Heat exchanger for a vehicle

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012025087B4 (en) 2012-12-20 2019-05-09 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Rotor blade having a freezing point lowering anti-icing coating, rotor, apparatus, method of making a coated rotor blade and use of a coating
DE102017111846A1 (en) 2017-05-30 2018-12-06 Otto-Von-Guericke-Universität Magdeburg Process for the production of locally modified molded parts

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4535026A (en) * 1983-06-29 1985-08-13 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Antireflective graded index silica coating, method for making
US5268196A (en) * 1988-05-30 1993-12-07 Ford Motor Company Process for forming anti-reflective coatings comprising light metal fluorides
JP2000044863A (en) 1998-07-31 2000-02-15 Ntt Advanced Technology Corp Ethylene tetrafluoride resin-silicone resin mixture coating and its coating film
US6153304A (en) 1994-08-16 2000-11-28 Decora Incorporated Hydrophobic coating system for application to an inorganic, organic or metallic substrate
US20030024726A1 (en) 1997-06-16 2003-02-06 Victor F. Petrenko Systems and methods for modifying ice adhesion strength
WO2004078873A2 (en) 2003-03-03 2004-09-16 The Timken Company Wear resistant coatings to reduce ice adhesion on air foils
WO2005075112A1 (en) 2004-02-10 2005-08-18 Multi Sign A/S Surface coating with anti-dew and ice non-stick properties
WO2008071752A1 (en) 2006-12-13 2008-06-19 Leibniz-Institut Für Polymerforschung Dresden E.V. Permanent coating of surfaces for inhibiting and/or preventing them from icing up, and use for that purpose

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4535026A (en) * 1983-06-29 1985-08-13 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Antireflective graded index silica coating, method for making
US5268196A (en) * 1988-05-30 1993-12-07 Ford Motor Company Process for forming anti-reflective coatings comprising light metal fluorides
US6153304A (en) 1994-08-16 2000-11-28 Decora Incorporated Hydrophobic coating system for application to an inorganic, organic or metallic substrate
US20030024726A1 (en) 1997-06-16 2003-02-06 Victor F. Petrenko Systems and methods for modifying ice adhesion strength
JP2000044863A (en) 1998-07-31 2000-02-15 Ntt Advanced Technology Corp Ethylene tetrafluoride resin-silicone resin mixture coating and its coating film
WO2004078873A2 (en) 2003-03-03 2004-09-16 The Timken Company Wear resistant coatings to reduce ice adhesion on air foils
WO2005075112A1 (en) 2004-02-10 2005-08-18 Multi Sign A/S Surface coating with anti-dew and ice non-stick properties
WO2008071752A1 (en) 2006-12-13 2008-06-19 Leibniz-Institut Für Polymerforschung Dresden E.V. Permanent coating of surfaces for inhibiting and/or preventing them from icing up, and use for that purpose

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Laforte, Caroline, J.-L. Laforte, J.-C. Laforte; How a solid coating can reduce the adhesion of Ice an a Structure, The Tenth International Workshop an Atmospheric Icing of Structures, IWAIS 2002
V. F. Petrenko, I. A. Ryzhkin, Surface states of Charge Carriers and Electrical Properties of the Surface Layer of Ice, J. Phys. Chem. B 1997, 101, pp. 6285-6289

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011018716A1 (en) 2011-04-26 2012-10-31 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Microcapsule useful for micro-encapsulation, comprises an outer sheath and a volume of an antifreeze agent, which is enclosed by the outer sheath
EP2597412A1 (en) * 2011-11-28 2013-05-29 Alfa Laval Corporate AB Block-type plate heat exchanger with anti-fouling properties
WO2013079332A1 (en) * 2011-11-28 2013-06-06 Alfa Laval Corporate Ab Block-type plate heat exchanger with anti-fouling properties
WO2013081536A1 (en) * 2011-11-28 2013-06-06 Alfa Laval Corporate Ab Shell and tube heat exchanger with improved anti-fouling properties
CN104067082A (en) * 2011-11-28 2014-09-24 阿尔法拉瓦尔股份有限公司 Shell and tube heat exchanger with improved anti-fouling properties
US20140311718A1 (en) * 2011-11-28 2014-10-23 Alfa Laval Corporate Ab Block-type plate heat exchanger with anti-fouling properties
EP2674613A3 (en) * 2012-06-15 2015-01-14 Gamesa Innovation & Technology, S.L. Method for optimizing the efficiency of wind turbine blades
EP2918829A1 (en) * 2014-03-11 2015-09-16 Gamesa Innovation & Technology, S.L. Ice-resistant paint for wind turbine blades
WO2017050418A1 (en) * 2015-09-23 2017-03-30 Linde Aktiengesellschaft Heat transfer tube, air-heated evaporator and method for producing a heat transfer tube
DE102020112185A1 (en) 2020-05-06 2021-11-11 Volkswagen Aktiengesellschaft Heat exchanger for a vehicle

Also Published As

Publication number Publication date
DE102009024320B4 (en) 2012-11-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102009024320B4 (en) Coatings with ice-repellent and freezing point-lowering properties, process for their preparation and use
Wang et al. Ice accretion on superhydrophobic aluminum surfaces under low-temperature conditions
Momen et al. Properties and applications of superhydrophobic coatings in high voltage outdoor insulation: A review
Tang et al. Superhydrophobic and anti-icing properties at overcooled temperature of a fluorinated hybrid surface prepared via a sol–gel process
Zuo et al. Anti-frosting performance of superhydrophobic surface with ZnO nanorods
Zuo et al. Fabrication and anti-icing property of coral-like superhydrophobic aluminum surface
Menini et al. Elaboration of Al2O3/PTFE icephobic coatings for protecting aluminum surfaces
Sarshar et al. Effects of contact angle hysteresis on ice adhesion and growth on superhydrophobic surfaces under dynamic flow conditions
Kiruthika et al. Large area defrosting windows based on electrothermal heating of highly conducting and transmitting Ag wire mesh
DE102012208653B4 (en) Process for the preparation of a surface coating with ice-repellent properties, surface coating and their use
Liao et al. Anti-icing performance in glaze ice of nanostructured film prepared by RF magnetron sputtering
Chen et al. Superhydrophobic micro-nano structures on silicone rubber by nanosecond laser processing
Zuo et al. Improving the anti-icing/frosting property of a nanostructured superhydrophobic surface by the optimum selection of a surface modifier
CN104134499A (en) High-voltage composite insulator
Zuo et al. Understanding the anti-icing property of nanostructured superhydrophobic aluminum surface during glaze ice accretion
US20200399170A1 (en) Coated glass sheet and method for producing same
DE102006060340B4 (en) Use of a durable coating of metal or glass surfaces to inhibit and / or prevent icing
CN104761743A (en) Simple general preparation method of silicone rubber super-hydrophobic surface
CN110863225A (en) Ice-thinning modification method for surface of aluminum substrate
Crick et al. A single step route to superhydrophobic surfaces through aerosol assisted deposition of rough polymer surfaces: duplicating the lotus effect
Han et al. Ice-phobic behavior of superhydrophobic Al surface undervarious etching conditions
TWI708267B (en) Patterned transparent conductive film and process for producing such a patterned transparent conductive film
KR101392335B1 (en) Fabrication method of superhydrophobic coating layer with excellent adhesion strength and fabric and the superhydrophobic coating layer thereby
Hu et al. Aluminium films roughened by hot water treatment and derivatized by fluoroalkyl phosphonic acid: wettability studies
Prodi-Schwab et al. Modified procedure for the sol–gel processing of indium–tin oxide (ITO) films

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final

Effective date: 20130209

R081 Change of applicant/patentee

Owner name: TECHNISCHE UNIVERSITAET DRESDEN, DE

Free format text: FORMER OWNER: GESELLSCHAFT ZUR FOERDERUNG VON , TECHNISCHE UNIVERSITAET DRESDEN, , DE

Owner name: TECHNISCHE UNIVERSITAET DRESDEN, DE

Free format text: FORMER OWNERS: GESELLSCHAFT ZUR FOERDERUNG VON MEDIZIN-, BIO- UND UMWELTTECHNOLOGIEN E.V., 01259 DRESDEN, DE; TECHNISCHE UNIVERSITAET DRESDEN, 01069 DRESDEN, DE

R082 Change of representative

Representative=s name: KAILUWEIT & UHLEMANN PATENTANWAELTE PARTNERSCH, DE

R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee