CN101328992B - 汽车管路以及用于制造汽车管路的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有金属管的汽车管路，其中在所述金属管的外表面上镀覆铝层。在所述铝层的外表面上设有氧化铝层。所述氧化铝层形成所述汽车管路的外层。在所述金属管的外表面和所述铝层之间设有镍层，所述镍层的厚度为0.3至1.5μm。本发明还涉及一种用于制造汽车管路的方法，其中在金属管的、优选钢管的未镀层的外表面上镀覆厚度为0.3至1.5um的镍层，并且采用热浸工艺直接在镍层上镀覆铝层，并且对通过热浸工艺镀覆的铝层这样地进行冷却，使得在所述铝层的外表面上产生厚度为4至30nm，最好为5至25nm，优选为6至20nm的氧化铝层。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有金属管的汽车管路，其中在金属管的外表面上镀覆有铝层。本发明还涉及一种用于制造这种汽车管路的方法。下面，也将汽车管路简称为管路。
背景技术
上述类型的汽车管路实际上基本是公知的。这种公知的汽车管路通常具有至少一个设置在铝层上的塑料层，该塑料层通常形成汽车管路的外层，并且还用于管路的腐蚀防护和磨粒磨损防护。由实际公知的很多汽车管路必须以比较昂贵的方式制得。
发明内容
本发明的技术问题在于，提供一种开头部分所述类型的汽车管路，这种汽车管路可相对简易和低廉地制得，却仍保证最佳的腐蚀防护。本发明的技术问题还在于，提供一种用于制造这种汽车管路的相应的方法。
为了解决技术问题，本发明给出了具有金属管的汽车管路的教导，其中在金属管的外表面上镀覆一铝层，其中在铝层的外表面上设有氧化铝层，其中该氧化铝层形成汽车管路的外层，并且在所述金属管的外表面和所述铝层之间设有镍层，所述镍层的厚度为0.3至1.5μm。在本发明的范围内，氧化铝系指AlxOy，特别是Al2O3。
金属管可以是单壁的金属管(单壁管)或双壁的金属管(双壁管)。在本发明的范围内，金属管是钢管。钢管合乎目的地通过钢带的卷曲来制得，该钢带可以在一侧或两侧镀覆有另一种金属的层。根据本发明的特别优选的实施方式，铝层采用热浸工艺(Hot-Dip-Verfahren)来镀覆。在本发明的范围内，氧化铝层是汽车管路的外层。这意味着特别是在外部的氧化铝层上合乎目的地不再镀覆附加的层或塑料层。
根据本发明的一种优选的实施方式，金属管、特别是钢管的外表面是未镀层的金属表面，特别是未镀层的钢表面。于是，铝层直接地且在未中间连接另一层的情况下镀覆到金属管的金属表面或钢表面上。根据一种优选的实施变形方案，金属管是双卷曲的金属管/钢管(双壁管)。该双卷曲的管合乎目的地由金属带或钢带制成，该钢带优选仅在一侧镀覆有铜。为了制造该管，将带卷曲，且优选借助于铜层对双卷曲的管的两层进行焊接。在这种情况下产生外侧未镀层的金属管/钢管，即具有未镀层的外金属表面/钢表面的金属管/钢管。在本发明的该第一种实施方式中，将铝层直接地镀覆到未镀层的金属表面/钢表面上。在此也可以涉及单壁的管(单壁管)的未镀层的金属外侧面/钢外侧面。
根据本发明的第二种优选的实施方式，在金属管的外表面和铝层之间设有镍层。其中镍层合乎目的地镀覆到形成金属管的外表面的未镀层的金属表面/钢表面上，然后优选在该镍层上直接镀覆铝层。在此同样优选采用热浸工艺进行铝层镀覆。
根据本发明的一种优选的实施方式，镍层首先在一侧镀覆到金属带或钢带的未镀层的金属表面/钢表面上，金属带或钢带接下来卷曲成单壁的或双壁的金属管/钢管，从而镍层形成已卷曲的管的外表面。在本发明的范围内，对相应的单壁的金属管/钢管进行纵缝焊接。原则上，镍层也可以镀覆到圆筒形的金属管/钢管的未镀层的金属表面/钢表面上。优选在单壁或双壁的金属管/钢管的镀有镍层的外表面上直接地镀覆铝层，更确切地说，优选采用热浸工艺进行镀覆。
如果根据本发明的一种实施变形方案，金属管/钢管是双壁的金属管/钢管，则该金属管/钢管优选通过对金属带/钢带的卷曲来制得，金属带/钢带最好在一侧镀有铜，且合乎目的地在另一侧镀有镍。于是在本发明的范围内，将带卷起，且优选对双壁的金属管/钢管的两层进行焊接，其中在该双壁的金属管的外表面上设有镍镀层。最好在该镍镀层上紧靠地镀覆铝镀层，更确切地说，优选采用热浸工艺进行镀覆。
根据另一种推荐的实施变形方案，在金属管的外表面上设有一铜层，从而该铜层设置在金属管和铝层之间。其中根据本发明，铜层直 接地，即在未中间连接另一层的情况下设置在金属管的外表面上。在该实施变形方案中，金属管同样可以是单壁的或双壁的。优选在铜层和铝层之间设有一镍层或上面已经说明的镍层。其中镍层合乎目的地一方面直接邻接铜层，另一方面直接邻接铝层，即未中间连接其它层。铜层的厚度最好为50至300nm，优选为50至200nm，更优选为50至150nm，特别优选为70至130nm。如果金属管是双壁的金属管/钢管，则该金属管优选通过对金属带/钢带的卷曲来制得，该金属带/钢带最好在两侧镀覆有铜。同样在本实施变形方案中，铝层优选采用热浸工艺镀覆有在金属管的外表面上镀覆的铜层。
本发明基于如下认识，铝层、特别是采用热浸工艺镀覆的铝层最好既附在金属管的外侧的未镀层的钢表面上，又附在金属管/钢管的设有镍层的外表面上。
如果在金属管的外表面上或者在设置在外表面上的铜层上镀覆一镍层，则该镍层的厚度合乎目的地为0.2至50μm，优选为0.2至10μm，更优选为0.2至5μm。根据本发明的一种特别优选的实施方式，镍层的厚度小于5μm，更优选小于4μm。本发明的一种特别推荐的实施方式的特征在于，镍层的厚度为0.2至3μm，优选为0.3至2.5μm，特别优选为0.3至1.5μm。
根据本发明，铝层的厚度小于250μm。铝层的厚度最好为10至200μm，优选为20至180μm，更优选为25至150μm，特别优选为30至150μm。按照推荐，铝层的厚度在40至150μm的范围内，优选在50至150μm的范围内，更优选在80至150μm的范围内，特别优选在90至140μm的范围内。此外，铝层的厚度系指金属铝层(无氧化铝层)的厚度。
根据本发明，汽车管路的外表面由氧化铝层构成。其中在本发明的范围内，氧化铝层直接位于铝层上，更确切地说，未中间连接其它层。氧化铝层的厚度合乎目的地为4至30nm，优选为5至25nm，特别优选为6至20nm。在本发明的范围内，氧化铝层特别是指含有多于20％原子的氧的层。
根据本发明的推荐的实施方式，管路的外轮廓的圆度最大为500μm，优选最大为400μm，更优选最大为300μm，特别优选最大为200μm。更特别推荐管路的圆度最大为170μm。其中管路的外轮廓的圆度定义为两个同心圆的直径差，这两个同心圆中，一个为尽可能大的内圆，另一个为尽可能小的外圆，管路的外轮廓完全夹在这些圆之间。换句话说，管路的所有横截面的外轮廓的圆周线都必须完全处于由所述的两个同心圆形成的公差范围内。符合前面说明的外轮廓圆度令人意想不到地有助于解决技术问题和管路或其层结构的机械抵抗能力。
下面，管路的外层指由铝层和氧化铝层构成的层或整个层。根据推荐，外层的层厚波动最大为100μm，最好最大为80μm，优选最大为60μm，更优选最大为50μm，特别优选最大为40μm。层厚波动指在管路横截面上外层的最大层厚和外层的最小层厚之间的差。在解决技术问题和管路层的粘附强度(Haftfestigkeit)的方面，符合上述层厚波动令人意想不到地被证明是有效的。
本发明的一种特别优选的实施方式的特征在于，管路的外表面的平均粗糙度Ra符合目的地小于8μm，最好小于7μm，优选小于6.8μm，更优选小于6.5μm，特别优选小于6μm。平均粗糙度Ra定义为粗糙度曲线的纵坐标值的绝对值的算术平均值(DIN EN ISO 4287)。根据本发明的大力推荐的实施方式，管路的外表面的最大粗糙度值Rt符合目的地小于50μm，最好小于45μm，更优选小于40μm。其中最大粗糙度值Rt定义为在测量段内粗糙度曲线的最高波峰值和最低波谷值的总和(DIN EN ISO 4287)。根据本发明，前述粗糙度值Ra或Rt由沿着管路圆周的粗糙度测量来确定。合乎目的地，在测量粗糙度时，管路在显示粗糙度曲线的粗糙度测量探头下旋转。已表明，前述粗糙度值或粗糙度特征值特别适于解决本发明的技术问题。
根据推荐，铝层含有至少85％重量百分比的铝，最好至少90％重量百分比的铝，优选至少95％重量百分比的铝，更优选至少98％重量百分比的铝。其中根据本发明，铝层由具有前述百分比的铝成分的铝 合金构成。根据本发明的一种特别优选的实施方式，铝层由按照2003年7月的标准EN 573-3(系列1000至8000)的铝合金或者铝构成。推荐的是，铝层的铝或铝合金含有“硅、铁、铜、锰、镁、铬、镍、锆、硼、铋、铅、钴、锌、钛、镓、钒”组的至少一种成分或至少一种元素。本发明的一种特别优选的实施变形方案的特征在于，铝层的铝或铝合金含有硅和铁，优选还含有锌和/或铜和/或锰和/或镁和/或钛，其中铝或铝合金含有至少85％重量百分比的铝，推荐至少90％重量百分比的铝，优选至少95％重量百分比的铝，特别优选至少99％重量百分比的铝。
根据本发明的特别优选的实施方式，铝层的铝或铝合金含有0.05至0.22％重量百分比的硅和0.05至0.27％重量百分比的铁。优选还含有0.02至0.09％重量百分比的锌。具有所述百分比的硅和铁和优选还具有所述百分比的锌的前述铝或铝合金最好还含有0.01至0.04％重量百分比的铜和/或0.01至0.04％重量百分比的锰和/或0.01至0.04％重量百分比的镁和/或0.01至0.04％重量百分比的铁。根据推荐，在铝或铝合金中，除了铝之外仅含有硅和铁以及优选还含有锌，合乎目的地还含有铜和/或锰和/或镁和/或铁。根据所述后一实施变形方案，含有分别至多仅0.03％重量百分比的其它成分。在解决本发明的技术问题方面，已证明，前述铝或铝合金的组合物是特别有效的。所述的一个或多个实施方式一方面引起较大的腐蚀抵抗力，另一方面还会引起管路的大的机械抵抗能力，以及引起复合层的令人意想不到大的粘附强度。
特别是在使用前述组合物工作时，可以实现铝层的特别大的粘附强度。本发明基于如下认识，铝层的粘附强度合乎目的地采用一定的测试方法来确定。为此，就直线的管路件而言，或者就基本直线的管路件而言，外层(铝层和氧化铝层)沿着管路圆周直至金属管/钢管的外表面被开设有切口。接下来，管路在切口的区域中弯曲180°或者大约弯曲180°，从而切口处于弯曲半圆的顶点或最高点。最好使得管路的外直径为4至5.5mm，弯曲半径为7至9mm，特别是外直径为 4.75mm，弯曲半径为8mm。根据推荐，管路的外直径为5.5以上至6.5mm，弯曲半径在11和14mm之间，特别是管路的外直径为6mm，弯曲半径为12mm。在管路的外直径为6.5以上至8.5mm时，弯曲半径最好为15至23mm，特别是管路的外直径为8mm，弯曲半径为19mm。根据推荐，管路的外直径为8.5以上至12mm，弯曲半径在23和31mm之间，特别是外直径为10mm，弯曲半径为27mm。根据本发明的特别优选的实施方式，弯曲半径R按照下述公式根据管外直径x来选择(R和x的值分别以mm为单位)：
R(x)＝0.121x2+1.83x-3.44。
根据本发明，如果在弯曲试验时在切口的区域中或者在弯曲半圆上未出现外层开裂，则管路适合本发明。根据上述的说明铝层组合物合乎目的地如此设定，使得在弯曲试验的情况下不出现外层开裂。外层或铝层的良好的粘附强度还会引起管路的高的腐蚀抵抗能力。
为了解决技术问题，本发明还给出了用于制造汽车管路的方法教导，其中在金属管的、优选钢管的外表面上采用热浸工艺镀覆铝层，和其中在铝层的外表面上产生氧化铝层。根据本发明的方法的第一种实施变形方案，铝层直接地镀覆到金属管/钢管的未镀层的外表面上。根据本发明的方法的第二种实施变形方案，在金属管/钢管的该未镀层的外表面上首先镀覆一镍层，然后在镍层上合乎目的地直接镀覆铝层。其中根据一种实施方式，镍层可以镀覆到金属带/钢带的未镀层的外表面上，该金属带/钢带然后卷曲成单壁或双壁的金属管/钢管，接下来在镍层上合乎目的地直接镀覆铝层。本发明的方法的一种实施方式还包括上述在金属管/钢管的未镀层的外表面上或者在然后卷曲成单壁或双壁的金属管/钢管的金属带/钢带上镀覆一铜层。
根据本发明，对采用热浸工艺镀覆的铝层按照如下的说明进行冷却，即形成厚度为4至30nm，优选为5至25nm，特别优选为6至20nm的氧化铝层。在产生氧化铝层时，铝与相应的空气中存在的氧气反应成氧化铝AlxOy。其中氧化铝层的层厚由工艺参数、特别是由铝的温度和空气的氧浓度得到。根据本发明，如此地设定铝的温度和/或空气 的氧浓度，使得得到氧化铝层的上述层厚。
本发明首先基于如下认识，本发明的汽车管路可以以根据情况简单且不昂贵的方式来制造。然而本发明的汽车管路仍具有突出的抗腐蚀性。本发明的汽车管路的一个非常显著的优点在于，该管路与塑料镀层的管不同，还可以在较高温度的情况下使用，而且特别是还可以在高于相应的塑料的软化点的温度的情况下使用。在这样的温度下不能使用塑料镀层的管路。另外，本发明的汽车管路的特点在于惊人高的机械抵抗能力。特别是根据本发明由双壁管制成的汽车管路已表明卓有成效。尽管采用相对简单的制造方式，却仍可以实现相比于由现有技术已知的其它汽车管路显著的优点。由于制造成本低廉，本发明的汽车管路也可以根据情况成本低廉地制造。
下面借助实施例详细说明本发明：用在一侧镀覆有铜且在另一侧镀覆有镍的钢带卷曲成双壁的钢管(双壁管)，而且镍镀层位于双壁的钢管的外表面上。合乎目的地借助于铜镀层对两个管壁进行焊接。外侧镍层的厚度优选为0.5至1.5μm。接下来，该双壁的镀有镍层的钢管在热浸工艺的框架下镀覆铝镀层。其中铝层厚度为30至200μm。可以按照如下说明对具有铝层的管进行冷却，即在管外侧或者在铝层的外侧形成氧化铝层。该方法合乎目的地如此实施，使得氧化铝层的厚度为4至30nm，优选为5至25nm。根据推荐，该管路的圆度最大为500μm。外层的层厚波动最好最大为40μm。根据推荐，管路的外表面的粗糙度Ra小于6μm。优选管路的外表面的最大粗糙度值Rt小于40μm。根据推荐，使用用于铝层的按照EN 573-3(2003)的铝ENAW-1070A。铝层最好具有至少99.5％重量百分比的铝，优选具有99.7％重量百分比的铝。根据推荐，所述铝含有0.05至0.22％重量百分比的硅、0.05至0.27％重量百分比的铁、0.02至0.09％重量百分比的锌、0.01至0.04％重量百分比的铜、0.01至0.04％重量百分比的锰、0.01至0.04％重量百分比的镁、0.01至0.04％重量百分比的钛。
附图说明
下面借助示出实施例的附图详细说明本发明。图中示意地示出：
图1为在第一种实施方式中本发明的汽车管路的剖视图；和
图2示出在第二种实施方式中根据图1的主题；和
图3示出在弯曲试验中本发明的汽车管路。
具体实施方式
在根据图1的第一种实施方式中，已在双壁的钢管1的开始未镀层的外表面上镀覆铝层2。其中合乎目的地按照热浸工艺对铝层2进行镀覆。在铝层2上直接设置一形成汽车管路的外表面的氧化铝层3。
在根据图2的第二种实施方式中，在双壁的钢管1的外表面上首先镀覆一镍层4。在该镍层4上设有铝层2，其中铝层2合乎目的地同样采用热浸工艺来镀覆。氧化铝层3在外侧与铝层2相接，氧化铝层3在根据图2的实施例中同样形成汽车管路的外表面。在制造根据图2的双壁的钢管1时，使用在侧面或表面上镀覆有镍的钢带，然后钢带卷曲成双壁的钢管1。在本实施方式中，在钢管1的外表面和镍层4之间还可以中间连接一在图2中未示出的铜层。
图3示出本发明的优选的弯曲试验。在图3的上部示出钢管1的直线的管路件。在外层(铝层2和氧化铝层3)中沿着钢管1的圆周开设一切口5，该切口5恰好延伸到钢管1的外表面。接下来，钢管1弯曲180°，如图3的下部分所示。在弯曲之后，切口5应位于弯曲半圆的最高点或最顶点。其中弯曲半径合乎目的地根据管路的外直径来选择。这已在上面详细说明。在图3的下部可看到，钢管1的外层未开裂，因此该钢管1以有利的方式适用于本发明。
Claims (15)
1.一种具有金属管的汽车管路，其中在所述金属管的外表面上镀覆铝层(2)，其中在所述铝层(2)的外表面上设有氧化铝层(3)，所述氧化铝层(3)是所述汽车管路的外层，并且在所述金属管的外表面和所述铝层(2)之间设有镍层(4)，所述镍层的厚度为0.3至1.5μm。
2.如权利要求1所述的汽车管路，其中所述金属管的外表面是未镀层的金属表面。
3.如权利要求1至2中任一项所述的汽车管路，其中在所述金属管的外表面和所述铝层(2)之间设有铜层，其中所述铜层的厚度为50至300nm。
4.如权利要求3所述的汽车管路，其中在铜层和铝层(2)之间设有镍层(4)，且该镍层一方面直接邻接所述铜层，另一方面直接邻接所述铝层(2)。
5.如权利要求1至2中任一项所述的汽车管路，其中所述铝层(2)的厚度为10至200μm。
6.如权利要求1至2中任一项所述的汽车管路，其中所述氧化铝层(3)的厚度为4至30nm。
7.如权利要求1至2中任一项所述的汽车管路，其中所述管路的外轮廓的圆度最大为500μm。
8.如权利要求1至2中任一项所述的汽车管路，其中所述外层的层厚波动最大为100μm。
9.如权利要求1至2中任一项所述的汽车管路，其中所述管路的外表面的平均粗糙度Ra小于8μm。
10.如权利要求1至2中任一项所述的汽车管路，其中所述管路的外表面的最大粗糙度Rt小于50μm。
11.如权利要求1至2中任一项所述的汽车管路，其中所述铝层(2)含有至少95％重量百分比的铝以及含有硅和/或铁。
12.如权利要求11所述的汽车管路，其中所述铝层(2)还含有铜和/或锌。
13.如权利要求12所述的汽车管路，其中所述铝层(2)还含有锰和/或镁。
14.一种用于制造汽车管路的方法，其中在金属管的未镀层的外表面上镀覆厚度为0.3至1.5um的镍层(4)，并且采用热浸工艺直接在镍层(4)上镀覆铝层(2)，并且对通过热浸工艺镀覆的铝层这样地进行冷却，使得在所述铝层的外表面上产生厚度为4至30nm的氧化铝层。
15.如权利要求14所述的方法，其中使用钢管作为金属管。
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