AT412403B - Korrosionsgeschütztes stahlblech - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines korrosionsgeschützten Stahlbleches.

Weiters bezieht sich die Erfindung auf ein mit einer Beschichtung korrosionsgeschütztes Stahlblech oder auf einen daraus gebildeten Gegenstand.

Bleche aus Kohlenstoffstahl und niedrig legiertem Stahl sind wenig korrosionsbeständig, benö-5 tigen daher im praktischen Gebrauch durchwegs eine dichte Schutzschicht auf der Oberfläche, um eine Oxidation derselben zu verhindern. Für die meisten Verwendungszwecke von Stahlblech, insbesondere auch im Automobilbau und für Profilstahl, hat sich ein kathodischer Korrosionsschutz, bei welchem auf der Teiloberfläche eine Zinkschicht aufgebracht ist, besonders gut bewährt. 10 Ein Beschichten ist nach DIN 8580 das Aufbringen einer festhaftenden Schicht auf ein Werkstück. Das Bauteil besteht dann aus einem Grundwerkstoff mit Stützfunktion sowie einem Oberflächenwerkstoff mit Schutzfunktion. Für ein Aufbringen einer metallischen Schicht stehen nach dem Stand der Technik im Wesentlichen Schmelztauchverfahren, elektrolytische Verfahren, Plattierverfahren, thermische Aufspritz-15 verfahren, Abscheideverfahren ohne äußere Stromquelle und Vakuum- Aufdampfverfahren zur Verfügung.

Zinkschichten auf Stahlteile werden zumeist nach dem Schmelztauchverfahren oder einem Elektrolyseverfahren aufgebracht, wobei sich bei Blechen vielfach eine elektrolytische bzw. galvanische Aufbringung von Reinzink auf die Oberfläche bewährt hat. 20 Werden jedoch elektrolytisch verzinkte Stahlteile auf hohe Temperaturen erwärmt, erfolgt an der Grenzfläche Stahl-Zink eine Diffusion unter Bildung einer intermetallischen £isen-Zink-Mischphase. Diese Mischphasenausbildung ist temperaturabhängig und wird durch steigende Temperaturen intensiviert. Dabei verringert sich der Zinkgehalt in der Schicht auf Werte, die keinen kathodischen Korrosionsschutz mehr bewirken können. Weiters erfolgt mit Steigen der Temperatur 25 ein Oxidieren und/oder ein Abdampfen von Zink im distalen Bereich der Beschichtung.

Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen und setzt sich zum Ziel, ein Verfahren anzugeben, mit welchem eine galvanisch aufgebrachte Zinkschicht auch bei einer Wärmebehandlung des Stahlteiles bei Temperaturen von 800°C bis 950°C und höher eine kathodisch für das Stahlblech wirkende Beschichtung ergibt. 30 Weiters ist es Aufgabe der Erfindung, ein mit einer Beschichtung korrosionsgeschütztes Stahlblech oder einen daraus gebildeten Gegenstand zu schaffen.

Das Ziel wird mit einem Verfahren der genannten Art erreicht, bei welchem in einem ersten Schritt mindestens eine elektrolytisch erstellte Zinkschicht und mindestens eine im Wesentlichen aus Aluminium bestehende Schicht auf eine Blechoberfläche aufgebracht werden, wonach in 35 einem zweiten Schritt das beschichtete Blech gezielt erwärmt und abgekühlt wird, wobei eine intermetallische Beschichtung aus einer zinkreichen, kathodisch wirkenden Phase und einer eisenreichen Phase am Blech gebildet werden.

Die mit der Erfindung erreichten Vorteile sind im Zusammenhang mit der reaktionskinetischen Wirkung von Aluminium, insbesondere aufgebracht nach dem PVD-Verfahren, in geringen Kon-40 zentrationen von unter 5 Gew.-% bezogen auf die Zinkschicht bzw. im Zink zu sehen. Aluminium in der Zinkschicht kann einerseits durch Behinderung einer Fe-Zn-Diffusion ein längeres Auffechter-halten höherer Zn-Konzentrationen in der Schicht ermöglichen, auch wenn diese durch hohe Temperaturen verflüssigt wird. Andererseits behindert Aluminium allenfalls eine distale Zinkoxidation und ein Abdampfen des Metalles. 45 Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden im zweiten Schritt das Zinkmetall verflüssigt und in diesem Aluminiummetall gelöst, wobei im distalen Schichtbereich eine Oxidation von Aluminium und dadurch eine Abreicherung von metallischem Aluminium und eine Anreicherung von Al203 bzw. Tonerde an der Schichtoberfläche erfolgen und derart eine Abdampfspene und/oder einen Oxidationsschutz für Zinkmetall erstellt wird. so Es wurde gefunden, dass flüssiges Zinkmetall metallisches Aluminium rasch löst und unmittelbar nach einer Verflüssigung die vorteilhaften distalen Wirkungen von Aluminium eintreten, es kann jedoch von Vorteil sein, mehrlagige Beschichtungen am Blech im ersten Schritt, zum Beispiel mit Aluminum-Zink-Aluminium, vorzusehen. In diesem Fall kann die proximale Aluminiumschicht durch eine Behinderung der Fe-Zn-Diffusion ein längeres Aufrechterhalten höherer Zn-Konzentrationen in 55 der Schicht ermöglichen, auch wenn diese durch hohe Temperaturen verflüssigt wird. Als 2

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Beschichtungsarten für Aluminium können solche aus dem gas- oder dampfförmigen Zustand, zum Beispiel Aufdampfen, lonenplattieren und dergleichen, Anwendung finden.

Von besonderem Vorteil ist ein Verfahren, nach welchem bei einer Temperaturerhöhung des beschichteten Bleches im zweiten Schritt auf eine Temperatur von ca. 800°C und höher bei weit-5 gehender Vermeidung des Abdampfens und Oxidierens von Zink eine gesteuerte Fe-Zn-Diffusion im proximalen Schichtbereich und die Ausbildung einer intermetallischen Zn-Fe-Al-Phase erfolgt, welche Phase verflüssigt wird, wobei eine zinkreiche und eine eisenreiche Phase gebildet und bei der Abkühlung die Phasen separiert erhalten und verfestigt werden.

Die zinkreiche Phase, in welcher eisenreiche Phasenteile eingelagert werden, bildet einen 10 durchgehenden Schichtbereich aus, der auf Grund des hohen Zinkgehaltes eine ununterbrochene flächige kathodische Korrosionsschutzwirkung erstellt. Die eisenreichen Phasenteile und der erhöhte Tonerdegehalt im distalen Schichtbereich können auch verbessernd auf die Haftwirkung von Lacken wirken.

Die weitere Aufgabe der Erfindung wird gelöst bei einem mit einer Beschichtung korrosionsge-15 schützten Stahlblech oder einem daraus gebildeten Gegenstand, bei welchem die Oberflächenschicht in Gew.-% mehr als 0,1, jedoch weniger als 5,0 Aluminium aufweist und aus zwei intermetallischen Eisen-Zink-Phasen gegebenenfalls mit Anteilen aus metallischem Zink gebildet ist.

Der Vorteil einer Ausbildung von zwei Eisen-Zink-Phasen ist darin zu sehen, dass sich die eisenreiche Phase haftverstärkend für eine weitere Beschichtung, zum Beispiel mit Lack, darstellt 20 und der im Wesentlichen blechoberflächenparallel durchgehende zinkreiche Phasenteil einen kathodischen Korrosionsschutz bewirkt.

Wenn nun die Oberflächenschicht am Stahlblech eine eisenreiche Phase mit einem Verhältnis Zink zu Eisen von höchstens 0,95 (Zn/Fe s 0,95) und die zinkreiche Phase ein Verhältnis von Zink zu Eisen von mindestens 2,0 (Zn/Fe ä 2,0), vorzugsweise von 2,3 bis 19,0 (Zn/Fe = 2,3 bis 19,0) 25 aufweist, so genügen Schichtdicken von größer 3 pm, um einen hochwertigen kathodischen Korrosionsschutz einzustellen.

Eine besonders wirksame gegen Korrosion schützende Beschichtung ist auf Stahlblech erzielbar, bei welchem der Blechwerkstoff eine Materialfestigkeit von größer 750 MPa hat, ein Vergütungsgefüge besitzt und mindestens eines der Elemente mit Konzentrationsgrenzen in Gew.-% von

Kohlenstoff 0,1 bis 0,4, vorzugsweise 0,15 bis 0,3 Silizium bis 1,9, vorzugsweise 0,11 bis 1,5 Mangan bis 3,0, vorzugsweise 0,8 bis 2,5 Chrom bis 1,5. vorzugsweise 0,1 bis 0,9 Molybdän bis 0,9, vorzugsweise 0,1 bis 0,5 Nickel bis 0,9 Titan bis 0,2, vorzugsweise 0,02 bis 0,1 Vandin bis 0,2 Wolfram bis 0,2 Aluminium bis 0,2, vorzugsweise 0,02 bis 0,07 Bor bis 0.01, vorzugsweise 0,0005 bis 0,005 Schwefel MAX 0,01, vorzugsweise MAX 0,008 Phosphor MAX 0,025, vorzugsweise MAX 0,01 Rest Eisen und Verunreinigungen aufweist. Bevorzugt ist ein Stahlblech, bei welchem der Aluminiumgehalt in Form von Tonerde bzw. 45 Al203 an der Außenoberfläche höher ist als die Aluminiumkonzentration im proximalen Bereich der

Oberflächenschicht.

In praktischen Versuchen bei der Herstellung von thermisch vergüteten Blechteilen wurde festgestellt, dass trotz einer für die Blechlegierung erforderlichen Austenitisierung bei einer Temperatur von 900°C ein kathodischer Korrosionsschutz erhalten werden kann, wenn gemäß dem Verfahren so nach der Erfindung eine Oberflächenschicht mit einer zinkreichen Phase bei erhöhtem distalen Tonerdegehalt an der Blechoberfläche gebildet ist. 3 55

Claims (1)

10 15 20 25 30 AT 412 403 B PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zur Herstellung eines korrosionsgeschützten Stahlbleches mit einer kathodisch wirkenden Beschichtung, bei welchem in einem ersten Schritt mindestens eine elektrolytisch erstellte Zinkschicht und mindestens eine im Wesentlichen aus Aluminium bestehende Schicht auf eine Blechoberfläche aufgebracht werden, wonach in einem zweiten Schritt das beschichtete Blech gezielt erwärmt und abgekühlt wird, wobei eine intermetallische Beschichtung aus einer zinkreichen, kathodisch wirkenden Phase und eine eisenreiche Phase am Blech gebildet werden. 2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem im zweiten Schritt das Zink verflüssigt und in diesem Aluminiummetall gelöst werden, wobei an der Blechoberfläche im proximalen Schichtbereich eine Sperrphase aus Fe2Al5-xZnx zur Vermeidung einer intensiven Fe-Zn-Diffusion gebildet wird und/oder im distalen Schichtbereich eine Oxidation von Aluminium und dadurch eine Abreicherung von metallischem Aluminium und eine Anreicherung von Tonerde an der Schichtoberfläche erfolgen und derart eine Abdampfsperre und ein Oxidationsschutz für Zinkmetall erstellt wird. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem bei einer Temperaturerhöhung des beschichteten Bleches im zweiten Schritt auf ca. 800°C und höher bei weitgehender Vermeidung des Oxidierens und/oder Abdampfens von Zn eine gesteuerte Fe-Zn-Diffusion im proximalen Schichtbereich und die Ausbildung einer intermetallischen ZnFeAl-Phase erfolgt, welche Phase verflüssigt wird, wobei eine Zn-reiche und eine Fe-reiche Phase gebildet und diese bei der Abkühlung separiert erhalten und verfestigt werden. 4. Mit einer Beschichtung korrosionsgeschütztes Stahlblech oder ein daraus gebildeter Gegenstand, bei welchem die Oberflächenschicht in Gew.-%, mehr als 0,1, jedoch weniger als 5,0 Aluminium aufweist und aus zwei intermetallischen Eisen-Zink-Phasen gebildet ist. Stahlblech nach Anspruch 4, bei welchem die Oberflächenschicht eine eisenreiche Eisen-Zink-Phase und eine zinkreiche Eisen-Zink-Phase gegebenenfalls mit Anteilen an metallischem Zink aufweist. Stahlblech nach einem der Ansprüche 4 oder 5, bei welchem die eisenreiche Phase in der Oberflächenschicht ein Verhältnis Zink zu Eisen von höchstens 0,95 (Zn/Fe s 0,95), insbesondere von 0,20 bis 0,80 (Zn/Fe = 0,20 bis 0,80) und die zinkreiche Phase ein Verhältnis Zink zu Eisen von mindestens 2,0 (Zn/Fe 2 2,0), vorzugsweise von 2,3 bis 19,0 (Zn/Fe = 2,3 bis 19,0) aufweist und die Oberflächenschicht eine Dicke von größer 3 pm besitzt. 7. Stahlblech nach einem der Ansprüche 4 bis 6, bei welchem der Blechwerkstoff eine Materialfestigkeit von größer 750 MPa hat, ein Vergütungsgefüge besitzt und mindestens eines der Elemente mit Konzentrationsgrenzen in Gew.-% von 5. 6. 35 Kohlenstoff 0,1 bis 0,4, vorzugsweise 0,15 bis 0,3 Silizium bis 1,9, vorzugsweise 0,11 bis 1,5 40 Mangan bis 3,0, vorzugsweise 0,8 bis 2,5 Chrom bis 1,5, vorzugsweise 0,1 bis 0.9 Molybdän bis 0,9, vorzugsweise 0,1 bis 0,5 Nickel bis 0,9 Titan bis 0,2, vorzugsweise 0,02 bis 0.1 45 Vandin bis 0,2 Wolfram bis 0,2 Aluminium bis 0,2, vorzugsweise 0,02 bis 0,07 Bor bis 0,01. vorzugsweise 0,0005 bis 0,005 Schwefel MAX 0,01, vorzugsweise MAX 0,008 50 Phosphor MAX 0,025, vorzugsweise MAX 0,01 Rest Eisen und Verunreinigungen aufweist. 8. Stahlblech nach einem der Ansprüche 4 bis 7, bei welchem der Aluminiumgehalt in Form von Al203 an der Außenoberfläche höher ist als die Aluminiumkonzentration im-proximalen Bereich der Oberflächenschicht. 4 55 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 AT 412 403 B KEINE ZEICHNUNG 5 55