CH700836B1 - Aluminium-Verbundwalzblechprodukt. - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Aluminium-Verbundwalzblechprodukt, umfassend ein Kernmaterial und ein Plattierungsschichtmaterial, welches auf wenigstens einer Seite des Kernmaterials aufgebracht ist, wobei das Plattierungsschichtmaterial eine innere Oberfläche und eine äussere Oberfläche aufweist und wobei die innere Oberfläche zu dem Kernmaterial gerichtet ist, und wobei das Kernmaterial aus einer Aluminiumlegierung, gewählt aus den AA7xxx-Serie-Legierungen besteht, und wobei das Plattierungsschichtmaterial aus einer AA4xxx-Serie-Legierung besteht.

Description

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Aluminium-Verbundwalzblechprodukt, in der Form eines Fahrzeugkarosserieblechs oder eines Fahrzeugrohbauteils, wobei eine Plattierungsschicht auf wenigstens einer Seite eines Kernmaterials aufgebracht ist bzw. wird. Die Erfindung bezieht sich darüber hinaus auf eine Verbindungs- bzw. Verbundstruktur, welche ein derartiges Aluminium-Verbundwalzblechprodukt beinhaltet.

[0002] Wie dies nachfolgend erkannt werden wird, beziehen sich, ausser es ist anders angegeben, Aluminiumlegierungsbezeichnungen und Temperbezeichnungen auf die Aluminum Association Bezeichnungen in Aluminum Standards and Data and the Registration Records, wie sie durch die Aluminum Association 2009 veröffentlicht wurden.

[0003] Für jegliche Beschreibung von Legierungszusammensetzungen oder bevorzugten Legierungszusammensetzungen sind alle Bezugnahmen auf Prozentsätze Gewichtsprozent, ausser es ist anders angegeben.

[0004] In der Herstellung von Fahrzeugen wurden insbesondere Aluminiumlegierungen der AA5xxx- und AA6xxx-Serie-Legierungen wie AA5051, AA5182, AA5454, AA5754, AA6009, AA6016, AA6022 und AA6111 verwendet, um Karosseriepaneele bzw. -platten herzustellen, während die eine Last tragenden bzw. aufnehmenden strukturellen bzw. Konstruktionsteile, wie Türträger und Säulenverstärkungen, üblicherweise aus Stahl aufgrund seiner höheren Festigkeit hergestellt werden. Beispielsweise wird die B-Säulen-Verstärkung, welche eine wichtige Rolle beim Schützen der Insassen eines Fahrzeugs in einem Seitenaufprallunfall spielt, gegenwärtig aus einem Stahl ultrahoher Festigkeit, beispielsweise Bor-Stahl hergestellt. Eine derartige B-Säule wird aus einem gewalzten Stahlblech in einem Heiss- bzw. Warm-Pressvorgang hergestellt.

[0005] Es besteht ein zunehmendes Interesse innerhalb der Kraftfahrzeugindustrie, 7xxx-Serie-Aluminiumlegierungen für strukturelle bzw. Konstruktionsteile und für abgehängte bzw. Aufhängungsteile zu verwenden. Verglichen mit den 6xxx-und 5xxx-Serie-Legierungen können die 7xxx-Serie-Legierungen eine beträchtlich höhere mechanische Festigkeit aufweisen. Diese höheren Niveaus an Festigkeit bzw. Stärke bieten Gewichtseinsparungsmöglichkeiten gegenüber Komponenten, welche gegenwärtig aus Stahl hergestellt sind. Jedoch ist ein Nachteil der 7xxx-Serie-Legierungen ihre begrenzte Schweissbarkeit.

[0006] Es ist ein Ziel bzw. Gegenstand der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Aluminium-Verbundwalzblechprodukt der oben erwähnten Art zur Verfügung zu stellen, und welches für eine Verwendung als ein Fahrzeugkarosserieblech ausgebildet ist.

[0007] Diese und andere Ziele und weitere Vorteile werden durch die vorliegende Erfindung betreffend ein Aluminium-Verbundwalzblechprodukt in der Form eines Fahrzeugkarosserieblechs erfüllt oder übertroffen, und umfassend ein Kernmaterial und ein Plattierungsschichtmaterial, welches auf wenigstens einer Seite des Kernmaterials aufgebracht ist bzw. wird, wobei das Plattierungsschichtmaterial eine innere Oberfläche und eine äussere Oberfläche aufweist und wobei die innere Oberfläche zu dem Kernmaterial gerichtet ist, und wobei das Kernmaterial aus einer Aluminiumlegierung besteht, gewählt aus den AA7xxx-Serie-Legierungen, und wobei das Plattierungsschichtmaterial aus einer AA4xxx-Serie-Legierung besteht.

[0008] Gemäss der vorliegenden Erfindung wird eine Verbundstruktur zur Verfügung gestellt, welche aus einer AA7xxx-Serie-Aluminiumlegierung hergestellt ist, welche die erforderliche hohe Festigkeit dem Fahrzeugstruktur- bzw. Konstruktionsteil verleiht, wobei in dem Kern an wenigstens einer Seite eine Plattierung bzw. Beschichtung vorgesehen ist, welche verbesserte Oberflächeneigenschaften bietet, um ein Schweissen oder Verbinden, insbesondere mittels eines Laserschweissens und Laserhartlötens zu erleichtern. Der Verbindungsvorgang kann ohne den Zusatz eines Flussmaterials durchgeführt werden, welches üblicherweise bei Schweissvorgängen unter Verwendung von Schweissdrähten verwendet wird. Darüber hinaus erlaubt der vorliegende Zugang die Herstellung von komplex geformten geschweissten oder verbundenen Strukturen, welche andernfalls schwierig aufgrund des begrenzten Zugangs des Schweissdrahts herzustellen sind. Es wurde auch gefunden, dass aufgrund der Fliessfähigkeit der geschmolzenen AA4xxx-Serie-Legierung während des Schweiss- oder Löt- bzw. Hartlötvorgangs es besser ist, als wenn ein Schweissdraht verwendet wird. Die bessere Fliessfähigkeit resultiert unter anderem in einer visuell schöneren Verbindung, jedoch auch in einer erhöhten Festigkeit bzw. Stärke, beispielsweise bis zu etwa 5% der Verbindung im Vergleich zu der Verwendung eines Schweissdrahts.

[0009] Geeignete AA7xxx-Serie-Kernlegierungen sind diejenigen, welche einen Zn-Gehalt von bis zu 9,7%, und vorzugsweise bis zu etwa 6,5%, und einen Cu-Gehalt von bis zu etwa 2,6%, und vorzugsweise bis zu etwa 2,0% aufweisen, insbesondere die AA7116-, AA7020-, AA7021-, AA7029-, AA7050-, AA7075-, AA7081-, AA7181-, AA7085-, AA7003- und AA7005-Serie-Legierungen, und Modifikationen davon sind für eine Anwendung als Fahrzeugblech und Fahrzeugstrukturteil geeignet, wenn sie gemäss der vorliegenden Erfindung beschichtet bzw. plattiert sind. Legierungen aus den AA7021-, AA7081- und AA7085-Serie-Legierungen sind am bevorzugtesten im Hinblick auf ihre Festigkeitsfähigkeiten, nachdem sie einem Paint-bake- bzw. Farbeinbrenn-Zyklus unterworfen wurden, welcher in der Fahrzeugindustrie verwendet wird.

[0010] Das Plattierungsmaterial, welches in Übereinstimmung mit der Erfindung aufgebracht bzw. angewandt wird, ist typischerweise eine AA4xxx-Serie, welche einen Si-Gehalt in einem Bereich von 8% bis 12% aufweist. Und ist typischerweise eine Legierung von der AA4045-Serie.

[0011] Das Plattierungsmaterialprodukt kann normale und/oder unvermeidbare Elemente und Verunreinigungen enthalten, typischerweise jeweils < 0,05% und insgesamt < 0,2%, und der Rest wird durch Aluminium bereitgestellt.

[0012] In einer Ausführungsform der Plattierungsschicht kann sie darüber hinaus ein oder mehrere Benetzungsmittel umfassen, welche(s) die Oberflächenspannung verringert (verringern), um einen Schweissvorgang zu erleichtern, wobei das Benetzungsmittel in einem Bereich von 0,01% bis 0,8%, und vorzugsweise in einem Bereich von 0,02% bis 0,5% zugesetzt ist, und vorzugsweise gewählt aus der Gruppe ist, bestehend aus: Ag, Be, Bi, Ce, La, Pb und Sn. Als einzelner Zusatz ist Bi bevorzugt, beispielsweise etwa 0,1%.

[0013] Das Verbundwalzblechprodukt in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung kann nur aus einem Plattierungsblech bestehen, welches nur auf einer Seite des Kernmaterials aufgebracht ist. In einer anderen Ausführungsform kann die Plattierung bzw. Beschichtung auf beiden Seiten des Kernmaterials aufgebracht sein. Als ein Resultat zeigt das Verbundwalzblechmaterial exzellent ausgeglichene Eigenschaften, insbesondere Festigkeit und Formbarkeit und Verbindbarkeit mittels eines Laserhartlötens oder Laserschweissens.

[0014] Obwohl die Abmessungen des Aluminiumverbundmaterials auf vielerlei Arten variiert werden können (zumeist bedingt durch die spezifische Verwendung und gegenläufige Anforderungen) weist für eine Verwendung als ein Fahrzeugblech oder Fahrzeugrohbauteil das Kernmaterial eine bevorzugte Dicke in dem Bereich von 0,5 mm bis 3,5 mm, vorzugsweise 0,7 mm bis 1,5 mm auf. Die Plattierungsschicht oder Plattierungsschichten ist bzw. sind viel dünner als das Kernblech, wobei jede Plattierungsschicht etwa 2% bis 20% der gesamten Dicke des Verbundblechs beträgt bzw. darstellt. Eine Plattierungsschicht oder ein Plattierungsblech stellt typischerweise etwa 2% bis 10% der gesamten Dicke des Verbundblechs; beispielsweise etwa 5% oder etwa 8% dar.

[0015] Das Verbundwalzblechprodukt gemäss dieser Erfindung kann verwendet werden, um strukturelle bzw. Konstruktionsteile aus einem AA7xxx-Serie-Aluminiumlegierungsblech in der Form eines Fahrzeugstruktur- bzw. -konstruktionsteils oder eines Fahrzeugrohbauteils herzustellen. Genauer ein strukturelles Teil, gewählt aus der Gruppe, umfassend: Türträger, Dachträger, Seitenträger, Armaturenbrett-Abstützträger, Säulenverstärkung, Tunnel und B-Säulen-Verstärkung.

[0016] In einem weiteren Aspekt der Erfindung bezieht sie sich auf ein Fahrzeugkarosseriepaneel und auf ein Fahrzeugkonstruktionsteil, welches aus dem Fahrzeugkarosserieblech in der Form eines Verbundblechmaterials gemäss dieser Erfindung hergestellt wird.

[0017] In einem weiteren Aspekt der Erfindung bezieht sie sich auf eine Verbindungs- bzw. Verbund-Fahrzeugstruktur, wobei die Struktur das Aluminium-Verbundwalzblech gemäss dieser Erfindung umfasst und welches beispielsweise mittels eines Laserschweissens oder Laserhartlötens mit einem anderen metallischen Teil verbunden ist. Das andere metallische Teil kann aus einer Aluminiumlegierung, beispielsweise einer anderen oder derselben AA7xxx-Serie-Legierung, oder einem Fahrzeugstahlprodukt, vorzugsweise einem galvanisiertem Stahlprodukt, hergestellt sein. Die galvanisierte Schicht bzw. Lage des Stahlprodukts und die AA4xxx-Serie-Plattierungsschicht sind zueinander in dem Verbindungsvorgang gerichtet und können miteinander zusammenwirken. Es wurde gefunden, dass die relativ geringe Menge von Zn auf dem Stahlprodukt keinen nachteiligen Effekt auf die Eigenschaften der Verbindung aufweist, welche in dem Laserschweiss- oder Laserhartlötvorgang gebildet wird. Das Zink kann sogar einen gewissen günstigen galvanischen Korrosionsschutz der gebildeten Verbindung verleihen.

[0018] In einem weiteren Aspekt bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Herstellen eines Aluminiumverbundblechmaterials, in welchem eine Plattierungsschicht an wenigstens einer Seite eines Kernmaterials aufgebracht bzw. angewandt wird. In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung umfasst das Kernmaterial eine Aluminiumlegierung aus der definierten AA7xxx-Serie, und wobei die definierte Plattierungsschicht an dem Kernmaterial mittels eines Walzplattierens festgelegt wird, um das erforderliche metallurgische Bonden bzw. Verbinden zwischen dem Kernmaterial und der Plattierungsschicht zu erzielen.

[0019] Ein derartiges Walzplattierverfahren ist sehr wirtschaftlich und resultiert in einem sehr effektiven Verbundblechmaterial, welches die gewünschten Eigenschaften zeigt.

[0020] Selbstverständlich kann das Walzplattierverfahren durch verschiedene zusätzliche Be- bzw. Verarbeitungsschritte begleitet werden, wie beispielsweise ein Glühen zum Bestimmen der endgültigen Eigenschaften des Fahrzeugkarosserieblechs in der Form des Verbundblechmaterials.

[0021] Wenn ein derartiges Walzplattierverfahren zum Herstellen des Verbundblechmaterials gemäss der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird, ist es bevorzugt, dass sowohl das Kernmaterial als auch die Plattierungsschicht einer Dickenreduktion während des Walzplattierens unterliegen bzw. ausgesetzt werden.

[0022] Beispielsweise kann das Kernmaterial anfangs ein etwa 400 mm dicker Block mit einer Plattierungsschicht von anfangs etwa 24 mm Dicke an beiden Seiten sein. Nach einem Walzplattieren ist die endgültige Dicke des Kernmaterials etwa 1 mm, während die endgültige Dicke der Plattierungsschicht beispielsweise etwa 60 µm beträgt.

[0023] Es wird festgehalten, dass die ursprünglichen bzw. anfänglichen Abmessungen und abschliessenden Abmessungen des Verbundwalzprodukts sowohl durch die Eigenschaften des Walzplattierverfahrens bzw. -prozesses als auch durch die geforderten Eigenschaften des fertiggestellten Blechprodukts bestimmt werden.

[0024] Das Walzplattierverfahren kann in verschiedenen Weisen durchgeführt werden. Beispielsweise ist es möglich, dass das Walzplattierverfahren sowohl ein Heisswalzen als auch ein Kaltwalzen beinhaltet.

[0025] Darüber hinaus kann das Walzplattierverfahren ein einstufiges Verfahren oder ein mehrstufiges Verfahren sein, in welchem während aufeinanderfolgender Walzenstufen bzw. -schritte das Material in den Abmessungen verringert wird. Getrennte Walzschritte können dann durch andere Bearbeitungsschritte, beispielsweise Glühschritte, Erhitzungs- bzw. Erwärmungsschritte, Abkühlschritte etc., getrennt sein bzw. werden.

[0026] In einem anderen Aspekt der Erfindung bezieht sie sich auch auf ein Verfahren zum Herstellen eines Verbundblechprodukts, wobei das Verfahren umfasst: (i) ein Bereitstellen einer Plattierung auf wenigstens einer Fläche eines Kernrohlings durch ein gemeinsames Giessen, um einen beschichteten bzw. plattierten Rohling zu bilden, und (ii) ein Walzen des plattierten Rohlings, um einen Verbundblechgegenstand herzustellen, welcher eine Kernmaterialschicht und wenigstens eine Plattierschicht bzw. -lage aufweist.

[0027] In einer Ausführungsform wird der gemeinsame Giessschritt (i) durch ein Giessen des Kernrohlings auf die Plattierungsschicht an einem Punkt durchgeführt, wo sich das Metall der Plattierungsmetallschicht auf einer Temperatur zwischen der Solidus-Temperatur und Liquidus-Temperatur des Metalls der Plattierungsmetallschicht befindet, um eine im Wesentlichen kontinuierliche metallurgische Verbindung zwischen den Metallschichten zu erzeugen. Dieses gemeinsame bzw. Co-Giessverfahren und eine Vorrichtung sind auch in der US-Patentanmeldung Nr. 2005/0 011 630 beschrieben, welche am 20. Januar 2005 veröffentlicht wurde (wobei die Offenbarung dieser Veröffentlichung spezifisch hierin durch Bezugnahme aufgenommen wird).

[0028] In einer anderen Ausführungsform wird der gemeinsame Giessschritt (i) durch ein Giessen der Plattierungsschicht in einer geschmolzenen Form auf einen festen bzw. starren Kernrohling durchgeführt, wie dies beispielsweise in der WO 2010/000 553 geoffenbart ist, veröffentlicht am 7. Januar 2010 (wobei die Offenbarung dieser Veröffentlichung spezifisch hierin durch Bezugnahme aufgenommen ist).

[0029] Die Erfindung ist nicht auf die vorher beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, welche weit innerhalb des Rahmens der Erfindung variiert werden können, wie sie durch die beigeschlossenen Ansprüche definiert ist.

Claims (17)

1. Aluminium-Verbundwalzblechprodukt in der Form eines Fahrzeugkarosserieblechs und umfassend ein Kernmaterial und ein Plattierungsschichtmaterial, welches auf wenigstens einer Seite des Kernmaterials aufgebracht ist, wobei das Plattierungsschichtmaterial eine innere Oberfläche und eine äussere Oberfläche aufweist und wobei die innere Oberfläche zu dem Kernmaterial gerichtet ist, und wobei das Kernmaterial aus einer Aluminiumlegierung besteht, gewählt aus den AA7xxx-Serie-Legierungen, und wobei das Plattierungsschichtmaterial aus einer AA4xxx-Serie-Legierung besteht.

2. Aluminium-Verbundwalzblechprodukt nach Anspruch 1, wobei das Verbundwalzblechprodukt aus einem Kernmaterial besteht, welches eine Plattierungsschicht bzw. -lage auf beiden Oberflächen des Kernmaterials aufweist.

3. Aluminium-Verbundwalzblechprodukt nach Anspruch 1, wobei das Verbundwalzblechprodukt aus einem Kernmaterial besteht, welches eine Plattierungsschicht auf lediglich einer Oberfläche des Kernmaterials aufweist, und wobei vorzugsweise die äussere Oberfläche der Plattierungsschicht frei von weiteren metallischen Schichten ist.

4. Aluminium-Verbundwalzblechprodukt nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Kernmaterial eine AA7xxx-Serie-Legierung ist, welche Zn bis zu 9,7%, vorzugsweise bis zu 6,5%, und gegebenenfalls darüber hinaus Cu bis zu 2,6%, vorzugsweise bis zu 2,0%, enthält.

5. Aluminium-Verbundwalzblechprodukt nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Kernmaterial eine AA7xxx-Serie-Legierung ist, gewählt aus der Gruppe von AA7116-, AA7020-, AA7021-, AA7029-, AA7050-, AA7075-, AA7081-, AA7085-, AA7003- und AA7005-Serie-Legierungen.

6. Aluminium-Verbundwalzblechprodukt nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Kernmaterial eine AA7xxx-Serie-Legierung ist, gewählt aus der Gruppe von AA7021-, AA7081- und AA7085-Serie-Legierungen.

7. Aluminium-Verbundwalzblechprodukt nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Plattierungsschichtmaterial aus einer AA4xxx-Serie-Legierung besteht, welche 7% bis 13% Si enthält.

8. Aluminium-Verbundwalzblechprodukt nach Anspruch 7, wobei das Plattierungsschichtmaterial aus einer AA4xxx-Serie-Aluminiumlegierung besteht, welche darüber hinaus 0,01% bis 0,8%, vorzugsweise 0,02% bis 0,5%, eines Benetzungsmittels umfasst, gewählt aus der Gruppe, bestehend aus: Ag, Be, Bi, Ce, La, Pb und Sn.

9. Aluminium-Verbundwalzblechprodukt nach Anspruch 7 oder 8, wobei das Plattierungsschichtmaterial eine Aluminiumlegierung innerhalb der AA4045-Serie ist.

10. Aluminium-Verbundwalzblechprodukt nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Kernmaterial eine Dicke in einem Bereich von 0,5 mm bis 3,5 mm, und vorzugsweise in einem Bereich von 0,7 mm bis 1,5 mm aufweist.

11. Aluminium-Verbundwalzblechprodukt nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die eine oder beide Plattierungsschichten eine Dicke in einem Bereich von 2% bis 20%, und vorzugsweise in einem Bereich von 2% bis 10%, der gesamten Dicke des Verbundwalzblechprodukts aufweist oder aufweisen.

12. Fahrzeugrohbauteil, welches aus dem Aluminium-Verbundwalzblechprodukt gemäss einem der Ansprüche 1 bis 11 hergestellt ist.

13. Fahrzeugstrukturteil, welches aus dem Aluminium-Verbundwalzblechprodukt gemäss einem der Ansprüche 1 bis 11 hergestellt ist.

14. Fahrzeugstrukturteil gemäss Anspruch 13, wobei das strukturelle Teil gewählt ist aus der Gruppe von: Türträger, Dachträger, Seitenträger, Armaturenbrett-Abstützträger, Säulenverstärkung, Tunnel und B-Säulen-Verstärkung.

15. Verbindungs-Fahrzeugstruktur, umfassend ein Aluminium-Verbundwalzblechprodukt gemäss einem der Ansprüche 1 bis 11 und verbunden mittels Laserschweissen oder Laserhartlöten an ein anderes Aluminiumlegierungsprodukt.

16. Verbund-Fahrzeugstruktur, umfassend ein Aluminium-Verbundwalzblechprodukt gemäss einem der Ansprüche 1 bis 11 und verbunden mittels Laserschweissen oder Laserhartlöten an ein anderes Aluminiumlegierungsprodukt.

17. Verbund-Fahrzeugstruktur, umfassend ein Aluminium-Verbundwalzblechprodukt gemäss einem der Ansprüche 1 bis 11 und verbunden mittels Laserschweissen oder Laserhartlöten an ein galvanisiertes Stahlprodukt.