BR112015000360B1

BR112015000360B1 - conjunto de um elemento com base em alumínio e um elemento feito de aço, peça para um veículo e uso de uma peça

Info

Publication number: BR112015000360B1
Application number: BR112015000360-5A
Authority: BR
Inventors: Christian Allely; Astrid Coffigny-Gregoire; Laurence Dosdat; Stéphane Morel
Original assignee: Arcelormittal
Priority date: 2013-05-13
Filing date: 2013-05-13
Publication date: 2020-12-29
Also published as: US20190255921A1; MX360930B; IN2015DN00128A; RU2583424C1; EP2875164B1; MX2015000522A; WO2014184599A1; CN104487605A; ES2579382T3; MA37745B1; EP2875164A1; PL2875164T3; CN104487605B; JP2015532677A; HUE027742T2; KR101577174B1; ZA201500011B; BR112015000360B8; MA37745A1; EP2875164B8

Abstract

CONJUNTO DE UM ELEMENTO COM BASE EM ALUMÍNIO E UM ELEMENTO FEITO DE AÇO, PEÇA PARA UM VEÍCULO, VEÍCULO E USO DE UMA PEÇA. A presente invenção refere-se a um conjunto (1) de um elemento com base em alumínio (2) e um elemento feito de aço (3) colocado sobre pelo menos uma das superfícies do mesmo, com um revestimento metálico feito de liga de zinco-alumínio-magnésio, incluindo de 2,3% a 3,3% em peso de magnésio, de 3,5% a 3,9% em peso de alumínio, o restante do revestimento metálico consistindo de zinco, impurezas inevitáveis e possivelmente um ou mais elementos adicionais escolhidos entre Si, Sb, Pb, Ti, Ca, Mn, Sn, La, Ce, Cr, Ni ou Bi, a referida superfície revestida do elemento (3) feito de aço estando em contato pelo menos parcial com o referido elemento com base em alumínio (2), em que o referido contato pode ser provocado por meio de uma camada de adesivo e/ou selante cuja espessura é inferior a 5 mm. A invenção também se refere a uma peça para um veículo que inclui pelo menos um desses conjuntos e a um veículo.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção refere-se a um conjunto de uma peça com base em alumínio e uma peça feita de aço fornecida com um revestimento feito de liga de zinco-alumínio-magnésio, colocado sobre pelo menos uma das superfícies da mesma para estar em contato pelo menos parcial com a peça com base em alumínio.

[002] Este conjunto, por exemplo, se destina ao uso na fabricação de peças da estrutura de veículos, tais como abertura de portas e semelhantes, sem, no entanto, ser limitado às mesmas.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[003] Os revestimentos metálicos essencialmente constituídos de zinco são utilizados tradicionalmente pelas suas propriedades boas de proteção contra a corrosão. A adição de magnésio no revestimento aumenta acentuadamente a resistência a corrosão deste revestimento, o que produz a habilidade de redução da sua espessura ou o fornecimento de uma maior segurança de proteção contra a corrosão ao longo do tempo. Além disso, a adição de alumínio também faz com que seja possível a melhora da resistência à corrosão.

[004] A necessidade constante de se procurar uma redução de peso para reduzir as emissões de CO2 leva à necessidade de se procurar soluções híbridas que combinam especialmente alumínio e aço revestido com zinco. No entanto, tal combinação gera um fenômeno complexo de desenvolvimento de corrosão através da ligação galvânica dos dois materiais.

[005] A solicitação de patente EP 2.141.255 apresenta conjuntos onde o processo envolve a adição de magnésio no revestimento de aço em uma quantidade que poderá variar especialmente entre 0,8% e 10% em peso. A adição de 0,8% a 3, 5% de alumínio neste mesmo revestimento, também pode ser considerada.

[006] No entanto, a resistência à corrosão destes conjuntos continua a estar baixa demais ao longo do tempo, e, portanto, existe a necessidade de melhoria da mesma.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[007] Para este fim, a invenção refere-se a um conjunto de acordo com a reivindicação 1 e ao uso do mesmo de acordo com a reivindicação 6.

[008] O conjunto também poderá incluir os detalhes característicos da reivindicação 2 ou da reivindicação 3.

[009] A invenção também se refere a uma peça de acordo com a reivindicação 4 ou 5, a um veículo de acordo com a reivindicação 6 e a um uso de acordo com a reivindicação 7.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[010] A invenção será agora ilustrada por meio de exemplos indicativos que são apresentados somente para fins de informação, sem limitações, sendo feita referência às figuras anexas nas quais: - a figura 1 representa esquematicamente um conjunto de acordo com a invenção; - a figura 2 representa as curvas de medição que detalham a evolução da profundidade média de corrosão de painéis de alumínio dentro dos conjuntos de acordo com a invenção, em comparação com os conjuntos de acordo com o estado da técnica; - a figura 3 representa as curvas de medição, detalhando a evolução da densidade de corrente do acoplamento galvânico dos conjuntos de acordo com a invenção em comparação com os conjuntos com base no estado da técnica.

DESCRIÇÃO DE REALIZAÇÕES DA INVENÇÃO

[011] O conjunto 1 de acordo com a invenção, primeiramente compreende um primeiro elemento com base de alumínio, e que aqui tem a forma de um painel 2. Isto significa incluir alumínio puro e todas as suas ligas contendo pelo menos 85% em peso de alumínio, incluindo nelas as séries 1000 a 7000 que são constituídas por alumínio sem nenhum elemento aditivo de liga, com várias composições: - alumínio sem nenhum elemento de liga:1000 - alumínio + cobre: 2000 - alumínio + manganês: 3000 - alumínio + silício: 4000 - alumínio + magnésio: 5000 - alumínio + magnésio + silício: 6000 - alumínio + zinco + magnésio: 7000

[012] Este painel 2 tem dimensões adequadas adaptadas para o uso subsequente do conjunto de acordo com a invenção. Em uma realização preferida, o conjunto 1 em questão é integrado em uma porta de veículo, o painel com base em alumínio sendo colocado no lado externo do veículo.

[013] O painel com base em alumínio 2 também poderá incluir ainda sobre pelo menos uma parte da sua superfície, um ou mais revestimentos protetores, tais como os revestimentos do tipo de fosfatação e/ou cataforese, como aqueles usualmente aplicados sobre as estruturas sem pintura de veículos. O conjunto com o segundo elemento 3 de revestimento do aço sendo geralmente executado antes da passagem da estrutura sem pintura nos banhos de revestimento dos tipos de fosfatação e/ou de revestimento de cataforese, sendo, portanto, revestidas somente as partes situadas fora da zona do conjunto.

[014] O segundo elemento dos conjuntos de acordo com a invenção é, portanto, o elemento de liga 3 feito de aço colocado pelo menos sobre uma das superfícies do mesmo, com um revestimento metálico feito de uma liga de zinco- alumínio-magnésio, incluindo 2,3% a 3,3% em peso de magnésio, 3,5% a 3,9% em peso de alumínio, o resto do revestimento metálico sendo constituído por zinco, e impurezas inevitáveis, e possivelmente um ou mais elementos adicionais escolhidos entre Si, Sb, Pb, Ti, Ca, Mn, Sn, La, Ce, Cr, Ni ou Bi.

[015] O teor em peso de cada elemento adicional geralmente é menos de 0,3%. Os elementos adicionais, entre outras coisas, poderão fornecer a habilidade para melhorar a dutibilidade ou a adesão do revestimento sobre o elemento de aço. A pessoa adestrada na Arte que conhece os seus efeitos sobre as características do revestimento saberá utilizar o mesmo de acordo com o objetivo adicional ou complementar desejado.

[016] O revestimento poderá finalmente conter elementos residuais provenientes, por exemplo, do banho de revestimento, quando é utilizado um processo de revestimento por mergulho a quente. Ele poderá ser contaminado com impurezas derivadas dos lingotes de alimentação ou resultantes da passagem do elemento de aço no banho de revestimento. Entre estes pode ser referência especialmente ao ferro, o teor do qual poderá ser de até 5% em peso e geralmente é entre 2% e 4% em peso no revestimento.

[017] Em uma realização preferida, o revestimento compreende 2,3% a 3,3% em peso de magnésio e 3,6% a 3,9% em peso de alumínio.

[018] Em uma realização preferida, a relação em peso entre o magnésio e o alumínio no revestimento metálico é rigorosamente menor ou igual a 1, de preferência, exatamente inferior a 1, e mais de preferência, é exatamente inferior a 0,9.

[019] O revestimento metálico geralmente tem uma espessura que é menor ou igual a 30 micrometros (microns) ou mesmo 25 micrometros, e maior ou igual a 3 micrometros ou mesmo cinco micrometros.

[020] Conforme mencionado anteriormente acima, os dois elementos 2, 3 são montados de uma forma tal que a superfície revestida do elemento 3 feito de aço está pelo menos em contato parcial com o elemento com base em alumínio 2. Em uma realização preferida, o conjunto poderá ser feito especialmente por meio de um método mecânico como a fixação dos dois elementos em uma zona de montagem 5 localizada, no exemplo mostrado na figura 1, na parte inferior da porta formada pelo conjunto 1.

[021] Tal fixação poderia consistir de uma dobra simples de um dos elementos em volta do outro, conforme mostrado na figura 1, onde o elemento 2 é colocado de forma a envolver o elemento 3. É claro que é também possível executar-se qualquer outro tipo de montagem mecânica conhecido pela pessoa adestrada na Arte.

[022] É também possível montar-se os painéis de acordo com a invenção por meio de uma colagem estrutural utilizando-se um adesivo ou um selante estrutural que viabilize uma montagem tal que as tensões mecânicas nas quais um ou outro dos elementos 2, 3 são submetidos são transferidas para o outro elemento 3, 2. As camadas de adesivos e/ou selantes sendo muito finas (geralmente menores do que 5 mm, ou mesmo menos de 1 milímetro e mesmo menos de 200 micrometros), seriam consideradas de forma que tais quantidades de montagem por colagem colocassem em contato os dois elementos 2, 3 sendo equivalentes a uma montagem mecânica simples.

[023] É bastante possível, obviamente, combinar-se uma colagem estrutural e uma montagem mecânica para aumentar a robustez do conjunto.

[024] Visando-se enfatizar a o desempenho melhorado obtido através da utilização dos conjuntos de acordo com a invenção, serão detalhados alguns exemplos concretos de realizações, em comparação com conjuntos baseados no estado da técnica.

EXEMPLOS

[025] Para todos os exemplos das realizações detalhadas, foram criadas amostras de conjuntos com a montagem de painéis feitos de alumínio AA6061 e painéis de aço revestidos com ligas de alumínio-zinco-(magnésio) com composição variável, os revestimentos tendo uma espessura uniforme de 7,5 micrometros.

[026] Estes conjuntos consistem de um primeiro painel de aço revestido, tendo um tamanho com 10 cm de largura por 20 cm de altura. O processo envolve a montagem através de colagem de um painel de alumínio tendo um tamanho de 10 cm de largura por 4 cm de altura e tendo uma espessura de 1 milímetro. O painel de alumínio é colocado no centro do painel de aço e o espaçamento entre os dois painéis devido a presença do adesivo é de 120 micrometros, o que simula um conjunto com aquele de uma porta de veículo motorizado. A zona ativa onde os dois lados não pintados estão de frente um com o outro tem uma dimensão de 6 cm de largura por 4 cm de altura. Um fio de cobre liga os dois lados para fazer com que eles entrem em contato elétrico e, portanto, sejam capazes de simular uma corrosão galvânica na zona ativa.

[027] A zona inativa dos dois lados é protegida por uma pintura obtida por fosfatação, seguida por cataforese. A fosfatação é executada em três etapas com os produtos da companhia Chemetall: (i) agente de remoção de graxa Gardoclean S 5176 + aditivo H7352, (ii) agente de refino Gardolene ZL6, (iii) banho de fosfatação Gardobond R24TA. A cataforese foi executada com produtos da companhia PPG: agente de adesão W772 + aditivo P978; T = 32 ° C; t = 150 segundos; U = 200 V; cozinhamento: T = 180 ° C; tempo de duração = 35 minutos; espessura de cataforese: 20 micrometros.

TESTE DE CORROSÃO

[028] O teste usado é o teste VDA 233-102 que faz com que as amostras sejam submetidas a uma série de ciclos de tratamento, cada ciclo durando uma semana, com uma sucessão de sub-ciclos A, B e C de 24h cada um. - Ciclo A: ciclo com tratamento por um período de 3h, colocando-se na presença de uma aspersão salina a 35 ° C; - Ciclo B: ciclo de 24h sem tratamento, com uma aspersão salina em uma temperatura que varia entre 25 ° C e 50 ° C e uma umidade relativa que varia entre 70% e 95%; - Ciclo C: ciclo sem o tratamento com uma aspersão salina, em uma temperatura que varia entre -15 ° C e 50 ° C, e uma umidade relativa que varia entre 70% e 95%.

[029] A solução salina usada é uma solução aquosa contendo 1% em peso de cloreto de sódio.

TESTE DE ACOPLAMENTO GALVÂNICO

[030] Para se avaliar a densidade de corrente galvânica gerada pelo conjunto de alumínio e aço revestido, é necessário ligar-se eletricamente o painel de alumínio na zona revestida pelo tratamento de cataforese à zona inferior do painel de aço revestido, colocando-se entre os mesmos um amperímetro de resistência zero (Bio-Logic Potentiostat VMP3).

TESTE DE TRIANGULAÇÃO A LEISER

[031] Para avaliar o grau de corrosão das zonas do painel de aço revestido incluído entre as amostras do conjunto descritas anteriormente, são executadas medições para se determinar a espessura de corrosão do alumínio por triangulação a leiser sobre a superfície inteira de uma amostra, e então é obtido das mesmas o valor máximo observado, em micrometros.

TESTES

[032] Foram feitas amostras de conjuntos de painéis de alumínio e painéis de aço revestidos com ligas de zinco-alumínio- (magnésio) de composição variável, conforme descrito acima anteriormente, e então foram submetidas ao teste VDA 233-102.

[033] No final de cada ciclo, uma primeira amostra foi submetida a medições de espessura de corrosão do elemento de alumínio por uma técnica de triangulação a leiser.

[034] Os resultados nos ciclos 6 e 12 são resumidos e apresentados na tabela 1 e os resultados detalhados, ciclo por ciclo, são apresentados na figura 2.

[035] Uma segunda amostra foi posteriormente submetida à medição do potencial de acoplamento galvânico. Os resultados nos ciclos 6 e 12 são resumidos e apresentados na tabela 2 e os resultados detalhados, ciclo por ciclo, são apresentados na figura 3. TABELA 1 - PROFUNDIDADE MÁXIMA DE CORROSÃO

[036] Descobriu-se que a amostra 3 faz com que seja possível obter-se resultados significativamente muito melhores do que os testes comparativos 1 e 2. Certamente, na realidade, foi observada alguma melhoria na resistência à corrosão entre a amostra 2 e a amostra 1 depois de 12 ciclos; no entanto, a melhoria obtida na amostra 3 é significativamente de maior magnitude e principalmente é muito surpreendente. Além disso, se fossem considerados os resultados após o término de 6 ciclos, existiria uma clara indicação de uma diferença de comportamento que é expressamente significativo entre o teste de acordo com a invenção e os testes comparativos, a profundidade máxima de corrosão do elemento de alumínio sendo dividida por um fator de mais de 15. TABELA 2 - ACOPLAMENTO GALVÂNICO

[037] Foi notado que a amostra 4 faz com que seja possível obterem-se resultados significativamente muito melhores do que os testes comparativos 1 a 3. Certamente, é realmente observada alguma melhoria na resistência à corrosão entre as amostras 2 e 3 e a amostra 1; no entanto, a melhoria obtida na amostra 4 é outra vez neste caso, de magnitude significativamente maior, e bastante surpreendente, especialmente porque a amostra 3 contendo um teor maior de alumínio e magnésio do que a amostra 2, apresenta na análise final, níveis de desempenho que são idênticos àqueles da amostra 2, o que não leva a esperar-se que um aumento adicional no teor de alumínio e magnésio melhoraria os níveis de desempenho, especialmente nestas proporções.

Claims

1. CONJUNTO (1) DE UM ELEMENTO COM BASE EM ALUMÍNIO (2) E UM ELEMENTO (3) FEITO DE AÇO, provido sobre pelo menos uma das superfícies do mesmo, caracterizado por ter um revestimento metálico feito de liga de zinco-alumínio-magnésio que inclui de 2,3% a 3,3% em peso de magnésio, de 3,5% a 3,9% em peso de alumínio, o restante do revestimento metálico consistindo de zinco, impurezas inevitáveis e possivelmente um ou mais elementos adicionais selecionados dentre Si, Sb, Pb, Ti, Ca, Mn, Sn, La, Ce, Cr, Ni ou Bi, a superfície revestida do elemento (3) feita de aço estando em contato, pelo menos parcialmente, com o elemento com base em alumínio (2).

2. CONJUNTO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo contato, pelo menos parcial, ser provocado por meio de uma camada de adesivo e/ou selante cuja espessura é inferior a 5 mm.

3. CONJUNTO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 2, caracterizado pelo revestimento metálico, feito de liga de zinco-alumínio-magnésio, incluir de 2,3% a 3,3% em peso de magnésio e de 3,6% a 3,9% em peso de alumínio, o restante do revestimento metálico consistindo de zinco, impurezas inevitáveis e possivelmente um ou mais elementos adicionais selecionados dentre Si, Sb, Pb, Ti, Ca, Mn, Sn, La, Ce, Cr, Ni ou Bi.

4. CONJUNTO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo elemento com base em alumínio (2) e o elemento (3) feito de aço serem montados por cravamento.

5. PEÇA PARA UM VEÍCULO, caracterizada por compreender pelo menos um conjunto (1), conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 4.

6. PEÇA, de acordo com a reivindicação 5, caracterizada por ser constituída por uma porta de veículo, o elemento com base em alumínio (2) constituindo a parte externa da referida porta e o elemento (3) feito de aço constituindo a parte interna da porta.

7. USO DE UMA PEÇA, feita de aço provida sobre pelo menos uma das superfícies da mesma com um revestimento metálico feito de liga de zinco- alumínio-magnésio que inclui de 2,3% a 3,3% em peso de magnésio, de 3,5% a 3,9% em peso de alumínio, o restante do revestimento metálico consistindo de zinco, impurezas inevitáveis e possivelmente um ou mais elementos adicionais selecionados dentre Si, Sb, Pb, Ti, Ca, Mn, Sn, La, Ce, Cr, Ni ou Bi, caracterizado por ser para a fabricação do conjunto (1), conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 4 ou da peça, conforme definida em qualquer uma das reivindicações 5 a 6.