CN109837495A - 经涂覆的钢基材和由经涂覆的钢基材生产硬化组件的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于热成形的经涂覆的钢基材，其包含：第一涂层(4)，其包含85重量％的铝；以及覆在第一涂层(4)上面的第二涂层(11)，其中，第二涂层(11)是含铜涂层。本发明还提供一种生产硬化成形部件的方法，所述方法包括以下步骤：用铝涂层(4)涂覆钢基材(2)，施加含铜涂层(11)；从钢基材(2)加工坯料；并且使坯料热成形以产生硬化成形部件。

Description

经涂覆的钢基材和由经涂覆的钢基材生产硬化组件的方法
说明
本发明涉及经涂覆的钢基材和由经涂覆的钢基材生产硬化组件的方法。
用于金属组件腐蚀保护的涂覆系统以及由经涂覆的组件制成的热成形部件是本领域已知的。实际上，铝硅涂覆的高强度和超高强度淬火和回火钢、特别是含锰硼的淬火和回火钢(例如22MnB5或34MnB5)用于机动车的安全相关主体组件。然而，铝硅涂层倾向于在热成形期间载氢，这可能导致氢致裂纹(氢脆)。为了避免这种现象，已知向铝涂层施加另一涂层。该额外的涂层旨在减少热成形过程期间铝涂层的不希望的氢吸收。
由EP 2 270 257 A1(对应于US 2012/0073351 A1)已知一种涂覆钢板和用于对涂覆钢板进行热形成的方法。钢板具有铝涂层和覆盖性表面涂层。表面涂层包含具有纤锌矿晶体结构的化合物。作为具有纤锌矿晶体结构的化合物，提及了AlN、GaN、InN、TiN、TlN、MnS、MnSe、ZnO、ZnS、CdS、CdSe，特别是ZnO。
由WO 2016 132194 A1已知一种钢板和用于生产压制硬化(press harden)组件的方法，所述钢板具有基于铝的第一涂层和基于锌的第二涂层。锌涂层的厚度小于或等于1.1毫米。
本发明的目的在于提供可热成形的经涂覆的钢板，所述钢板在热成形过程期间具有特别低的氢吸收，并且其表面能够简单且良好地进一步加工。
作为一个方案，提出了一种用于热成形的经涂覆的钢基材，其包含：含至少85重量％的铝的第一涂层；以及覆在第一涂层上面的第二涂层；其中，第二涂层是含铜涂层。
经涂覆的钢基材的优点是含铜涂层在后续加工期间用作阻止不希望的可扩散氢吸收的屏障。在含铜涂层的情况下，任意含铜或铜合金的涂层都应包括在本发明的范围内。含铜涂层还可以含有其它合金元素，例如锌。优选使用锌铜涂层，在施加时其包含至少60重量％的锌和至少1重量％的铜。含铜涂层具体是纳米晶体涂层。在本发明的上下文中，纳米晶体理解为晶体物质，其平均晶粒尺寸在纳米范围内，例如小于20纳米，特别是小于10纳米。
钢基材可以是可硬化钢材料，例如，具体是含镁的钢。除了镁之外，钢可以还有其它微合金元素，例如，质量含量优选为至多1000ppm的铌和/或钛，和/或低质量比的其它微合金元素，例如硼和/或钒。可用钢材料的示例是17MnB5、22MnB5、26MnB5或34MnB5，但不限于此例如，起始材料(带材)可以具有至少450Mpa的拉伸强度。例如，由经涂覆的钢基材制成的成形部件的最终拉伸强度在至少一些区域处可以是至少1100MPa，优选至少1300MPa，特别是至少1500MPa，甚至特别优选1900MPa或更高。其它部件也可能具有低于1100MPa的较低拉伸强度，因此具有较高的延展性。
钢基材的起始材料可以是厚度恒定的材料或者具有可变板厚的材料。不同板厚的示例包括由多个板焊接在一起制成的坯料[称为拼焊板(Tailor Welded Blank，TWB)]，或者通过柔性轧制生产的具有不同厚度的单片坯料[称为连续变截面辊轧板(Tailor RolledBlank，TRB)]。可以以带材(卷)、矩形坯料、轮廓切割坯料(contour cut blank)形式提供钢基材。
第一涂层包含至少85重量％的铝，其包括使用纯铝涂层(100重量％的Al)以及使用合金的可能性，所述合金含有作为主要合金成分的至少85重量％铝和任选的其它合金组分，例如硅，例如5-15重量％的硅，和/或至多5重量％铁和/或较小比例的其它合金元素。在本公开上下文中，由于主要成分铝，术语铝涂层/涂层或铝基涂层/涂层通常用于第一涂层/涂层，由此概念性地包括上述其它合金组成的可能性。例如，铝涂层可以在具有至少85重量％的铝以及视情况而定的其他合金成分的熔融浴中以热浸工艺施加到钢基材上，或通过其它已知的涂覆工艺施加。熔体的示例性组合物，就所施加的涂层而言，可含有至多3重量％的铁、9至12重量％的硅，其余为铝。应理解还可以含有不可避免的杂质，其适用于本公开的任意组合物。第一涂层的厚度例如可以为5微米至50微米，优选10微米至35微米。
第二涂层的最小厚度可以是至少10纳米(10nm)，特别是至少200纳米(200nm)。例如，纳米晶体涂层的最大厚度可以是至多2微米(2μm)，特别是至多800纳米(800nm)。本公开中提及的用于锌镍涂层的合金组合物(例如，至少60重量％Zn和至少5重量％Cu)具体是指锌镍涂层的上部和/或中部深度范围。
锌铜涂层、特别是纳米晶体锌铜涂层的施加可以通过例如无电沉积和/或电解沉积在经铝涂覆的钢基材上来进行。或者，第二涂层也可以通过浸渍、PVD、CVD或热浸电镀来施加。
在施加至钢基材时第二涂层可以具体包含80重量％至90重量％的锌和/或10重量％至20重量％的铜。第一个可能性可以是第二涂层仅包含锌和铜。或者，第二涂层还可以包含其它合金成分，特别是多至5重量％的铁和/或多至10％重量％的镍，或其它。
该目的通过用以下步骤生产硬化成形部件的方法进行进一步解决：用铝涂层涂覆钢基材，在施加至钢基材时铝涂层含有至少85重量％的铝；对钢基材进行轧制；施加含铜涂层，其中，含铜涂层在钢基材已经用铝涂层涂覆后进行施加；从钢基材加工坯料；使坯料热成形以生产硬化成形部件。硬化成形部件还可以称为硬化组件。
该方法获得了与经涂覆的钢基材基本相同的优点，因此在这方面可以参考上述说明。应理解，根据本发明和有效实施方式的经涂覆的钢基材的上述特征也可以用于所述方法，反之亦然，与方法相关的所有特征也可以用于产品。含铜涂层形成了阻止不希望的可扩散氢吸收的屏障，特别是在随后的热成形过程中。发现所提出的方法可以实现可扩散氢吸收下降超过50％。以此方式，可以避免或至少减少钢材料的不希望的氢脆。总之，这导致硬化组件非常高的机械强度或耐磨性。含铜涂层可以具体作为锌铜涂层施加，在施加时其含有至少60重量％的锌和至少1重量％，优选至少5重量％的铜。
优选施加纳米晶体锌铜涂层，例如通过无电沉积、电解沉积、电化学(镀锌)沉积、PVD工艺、CVD工艺、和/或热浸电镀工艺来施加。特别高效的方法是无电涂覆或无电金属沉积，具体包括进行涂覆处理而不使用外部电源。根据一个可能的实施方式，纳米晶体锌铜涂层可以通过合金化锌酸盐酸洗溶液(其也可称为锌酸盐酸洗剂或锌酸盐溶液)的方式来施加。锌酸盐酸洗溶液具体可以至少包含氢氧化钠，氧化锌，络合剂和金属盐，如铁和铜。合金化锌酸盐酸洗的pH值可以是例如11-14。例如，涂覆可以在20℃至98℃的温度下发生。涂覆后，经涂覆的钢基材可以进行干燥，例如通过热空气干燥进行。
将锌铜涂层施加至经铝涂覆的钢基材所花费时间可以是例如至少0.5分钟和/或多至5.0分钟。涂覆时间越长，纳米晶体锌铜涂层越厚。优选地，对持续时间进行选择，使得第二涂层的厚度为10纳米(10nm)至2微米(2μm)，特别是200纳米(200nm)至800纳米(800nm)。
对于良好的粘附性，如果在施加纳米晶体锌铜涂层之前使铝涂层表面活化是有利的，这可以例如通过酸洗来完成。含铝酸洗剂可以用于该目的。活化去除了铝涂层的外部氧化层，实现了铝涂层与待施加的锌铜涂层的粘合的有利条件。在活化前，根据表面情况，钢基材可以任选地进行去油污。在活化后，钢基材可以任选地进行分割。
在生产硬化组件的过程中，将基材作为带材沿其长度轧制为所需的厚度。轧制可以按照常规轧制或柔性轧制进行。常规轧制沿着长度产生均匀厚度，而柔性轧制沿着带材的长度产生可变厚度。根据本发明的方法特别适用于柔性轧制带材，因为即使较薄的轧制基材部分在施加纳米晶体锌铜涂层之后也具有增加的抗氢扩散性，因此降低了微裂的趋势，特别是在这些较薄的区域中尤为如此。钢基材可以在轧制之前或之后用铝涂层进行涂覆。
该所述方法的合适点，由轧制的带材生产坯料。该加工步骤也被称为分离。分离可以通过机械切割或激光切割进行。在本公开的上下文中，术语坯料应包括从带材上切割下来的矩形金属坯料以及轮廓切割坯料。轮廓切割坯料是由带材制成的金属板元件，其外轮廓已经调整为最终产品的形状。由钢基材生产坯料可以在用纳米晶体锌铜涂层涂覆钢基材之前或之后发生。在第一个情况下，在涂覆前进行分离，涂覆可以逐件进行。在第二种情况下，在涂覆后进行分离，涂覆可以通过浸浴在带材的连续过程中进行，这是特别高效的。
在施加纳米晶体锌铜涂层之后，金属板坯料进行热成形，如果需要，可以插入其它工艺步骤。在热成形期间，至少部分坯料被加热至奥氏体化温度；然后将其放置在热成形工具中并在热成形工具中成形并快速冷却，从而产生硬化的成形部件，其也可称为硬化组件。加热在合适的加热装置中进行，例如在炉中进行。通过部件在成形工具中快速冷却，实现了硬化的至少部分马氏体微结构。成形工具中的热成形和快速冷却也称为压制硬化。
由于锌铜涂层，加热装置中的氢吸收显著降低，因为锌铜涂层阻止或至少抑制了水蒸气与铝涂层的反应。此外，由于锌铜涂层，工具中的磨耗减少，这降低了磨损并延长了使用寿命。另一个优点是加热装置中的停留时间可以由于暗表面而减少，因此锌铜涂层的吸收程度更高。最后，另一个优点是锌铜涂层可以在稍后的步骤中磷化，即，或者磷酸盐层可以粘附至锌铜涂层，而不是铝涂覆表面。
热成形可以根据第一种可能性作为间接工艺进行，其包括如下步骤：冷预成形，随后将冷预成形组件加热至奥氏体化温度，以及随后热成形以产生产品的最终轮廓。热成形也可以作为直接工艺进行，其特征在于，将组件直接加热到奥氏体化温度，然后在一个步骤中将其热成形为所需的最终轮廓。不进行在先的(冷)预成形。
由于根据现有方法，热成形过程中的载氢(hydrogen load)特别低，因此可以省略炉内的露点控制。锌铜涂层的另一个优点是，在某些情况下，在压制硬化后可以省略表面清洁，并且锌铜涂层的表面允许磷化，这进而导致更好的腐蚀保护。
基于附图在下文中对优选实施方式进行说明。此处附图显示了：
图1以第一实施方式示意性显示的根据本发明的方法；
图2以第二实施方式示意性显示的根据本发明的方法；
图3A以横截面示意性显示的根据本发明的经涂覆的钢基材；
图3B根据本发明的经涂覆的钢基材的放大截面图(扫描电子显微镜)；
图4A在轧制后经铝涂覆的钢基材表面的放大俯视图；
图4B在施加纳米晶体锌铜涂层后经铝涂覆的钢基材表面的放大俯视图；
图4C热成形后根据本发明涂覆的钢基材表面的放大俯视图；
图5A热成形前根据本发明的经涂覆的钢基材的层结构(GDOES分析)的图示；
图5B热成形后根据本发明的经涂覆的钢基材的层结构(GDOES分析)的图示；
图6A热成形后铝经涂覆的钢基材(没有锌铜涂层)表面的放大俯视图；
图6B热成形后根据本发明的经涂覆的钢基材表面的放大俯视图；
图7使用经铝涂覆的钢基材(没有锌铜涂层)与使用本发明的经涂覆的钢基材相比，扩散到涂覆金属板中的氢的比较图。
图8各自轧制后，使用经铝涂覆的钢基材(没有锌铜涂层)与使用本发明的经涂覆的钢基材进行比较的停留时间的图示。
图1至图8一起在下文中进行描述。
图1显示了在第一实施方式中根据本发明用于由经涂覆的钢基材生产硬化产品的方法。在本公开上下文中，钢基材应当包括由钢材料生产的可硬化扁钢，其屈服强度可以是150至1100MPa，并且拉伸强度为300至1200MPa，但其不限于此。钢材料的碳含量为至少0.1质量％，并且/或者特别是至少0.2质量％，并且多至0.35质量％。例如，22MnB5可以用作钢基材12，还可以使用其它可硬化钢材料，特别是含有锰的那些，例如，17MnB5、26MnB5或34MnB5。扁钢产品可以作为由其生产的带材或坯料提供。
在加工步骤S1中，钢基材2(在其初始状态下缠绕成卷3，并且也可以称为钢带或带材)设置有第一涂层4。在施加到钢基材时，第一涂层包含(即，含有)至少85重量％铝。本设计规定第一涂层还包含(即，含有)多至15重量％的硅。应理解可以硅含量为代价包含其它合金元素，例如总重量百分比多至5％的铁和/或其它。通过在涂覆装置6的熔融浴5中进行热浸渍将铝涂层施加到钢基材2上，因此，其它的常见涂覆工艺(例如电解涂覆)也可以。
在施加第一涂层4之后，通过轧制机械加工经涂覆的钢基材2。在图4A中，在轧制后铝涂覆铁基材2的表面使用扫描电子显微镜以高度放大的形式显示。可以看到轧制轨道和由箭头R标记的轧制方向。
在这种情况下，经涂覆的钢基材2通过柔性轧制来进行轧制，但不限于此。为此目的，将在柔性轧制之前沿其长度具有基本恒定的板厚的钢带2通过辊7、8进行轧制，以此方式提供沿轧制方向的可变板厚。在轧制期间，对该过程进行监控和控制，其中从板厚测量9获得的数据被用作控制辊7、8的输入信号。在柔性轧制状态下，带材12沿轧制方向具有不同的厚度。在柔性轧制后，带材2重新缠绕成卷3，以使得其可以进入下一个工艺步骤。
根据一个修改的实施方式，钢带2也可以使用常规轧制工艺进行轧制，即，沿其长度具有均匀的板厚。根据施加柔性轧制和常规轧制的另一改进的实施方式，第一涂层(S1)也可以在轧制(S2)之后施加，即，反转步骤S1和S2的顺序。
在轧制工艺后，钢带2可以在后续加工步骤中拉直，该加工步骤在条带拉直装置中进行。拉直加工步骤是任选的，并且也可以省略掉。
在轧制(S1)和对应的拉直(如需要)之后，在加工步骤S3中使经铝涂覆的钢基材2分离。在该加工步骤中，由铝涂覆钢带生产单个的板坯料，例如，通过冲压和/或切割装置10进行生产。取决于待生产的板坯料的形状，可以将带材2冲压为轮廓切割坯料，其中，不会进一步使用的边缘作为废料掉出，或者带材2可以简单地横切分段。
在分离后，现在是坯料形式的经铝涂覆的钢基材2用第二涂层11进行涂覆。第二涂层作为纳米晶体锌铜涂层11施加至钢基材2，其中，施加状态时，第二涂层包含至少60重量％的锌和至少5重量％的铜，以及任选的其它合金成分，例如，多至5重量％的铁和/或多至10重量％的镍。设置有铝涂层4和锌铜涂层11的钢基材2的结构示意性显示于图3A，并且代表图3A截面III的扫描电子显微镜放大图示意性显示于图3B中。可见，纳米晶体锌铜涂层11比铝涂层4薄许多。铝涂层4的厚度D4可以为例如5微米至50微米，优选10微米至35微米。锌铜涂层11的层结构厚度D11取决于涂覆加工的类型和持续时间，并且例如，可以为10纳米至2微米。设置有纳米晶体锌铜涂层11的钢基材的高度放大的俯视图显示于图4B中。可以看到锌铜涂层11的细粒晶体结构，以及通过轧制产生的轧制痕迹，其标记为轧制方向R。
通过无电沉积和/或电解沉积将锌铜涂层11施加至经铝涂覆的钢基材2。为此目的，在本实施方式中，坯料2单独或分组浸入填充有电解液12的电解涂覆装置14的浸浴13中。优选涂覆在无电流(即，无电镀)的情况下进行的，特别是在20℃至98℃下进行。可以使用合金化锌酸盐酸洗溶液作为电解液，其可以具体包含氢氧化钠，氧化锌，络合剂和金属盐，如铁和铜。合金化锌酸盐酸洗的pH值可以是例如11-14。在一个示例性实施方式中，合金化锌酸盐酸洗液可以包含至少一种或多种以下成分：10至345克/升氢氧化钠、多至87克/升碳酸锌、多至23克/升氯化铁(II)、多至63克/升氧化锌、45至100克/升酒石酸钾钠、多至7克/升葡萄糖酸钠、多至4克/升水杨酸、多至24克/升硫酸锌、多至20克/升硫酸镍、多至25克/升氰化钠和/或多至1克/升硝酸钠。
在将铝涂覆坯料2浸入锌酸盐酸洗液12中后，锌酸盐层沉积在坯料2的表面上。锌酸盐层的沉积是基于具有如下部分反应的氧化还原反应。使用氢氧化铝的形成以及铝的氧化(反应1)，在三个步骤中进行锌沉积。
(1)Al+3OH-＝>Al(OH)3+3e-
此处，元素铝通过释放三个电子与三个氢氧根基团结合。而且，铝酸盐通过氢氧化钠(苛性钠)与氢氧化铝反应形成(反应2)。
(2)Al(OH)3+NaOH＝>NaAl(OH)4
同时，结合在锌酸盐中的锌被还原为元素锌(反应3)。锌酸盐分离成二价锌和4个氢氧根基团。2个电子与二价锌的结合完成了元素锌的形成。锌的还原以及其在铝硅表面上的沉积如下：
(3)Zn(OH)4 2-＝>Zn2++4OH-
Zn2++2e-＝>Zn
锌沉积的整个反应(4)总结在以下步骤中，其中涂层厚度依赖于时间。
(4)3Na2Zn(OH)4+2Al＝>2NaAl(OH)4+3Zn+4NaOH
铜和锌一起沉积。在没有外电流的情况下所沉积的薄的导电锌酸盐层主要包含锌，还包含铜，但也可以包含其它金属，例如镍或铁。锌酸盐过程受到浴温、过程持续时间、铝的合金类型(Al/AlSi)和所添加的离子的影响。锌晶体的形状随着锌酸盐酸洗液的溶液浓度变化。
沉积物11的层厚可以随着坯料2在锌酸盐酸洗液12中的停留时间而变化。优选地，对持续时间进行选择，使得第二涂层4分别获得10纳米(10nm)至2微米(2μm)的厚度，特别是200纳米(200nm)至800纳米(800nm)的厚度。例如，将锌铜涂层11施加至经铝涂覆的钢基材2所需要的时间可以是至少0.5分钟和/或多至5.0分钟。应理解，其它涂覆工艺(例如，电化学(镀锌)沉积、PVD工艺、CVD工艺或热浸电镀工艺也可以用于将纳米晶体锌铜涂层11施加至经铝涂覆的钢基材。
在施加纳米晶体锌铜涂层11之前，铝涂层4的表面可以在中间步骤中活化。例如，活化可以通过含铝的酸洗剂发生。活化去除了铝涂层4的外部氧化层，实现了将铝涂层4与待施加的锌铜涂层11粘合的有利条件。
例如，可以借助锌酸盐工艺以湿化学去除铝氧化物层。为此目的，使用适合基材2的酸洗溶液。锌酸钠在制备酸洗溶液后形成，该酸洗溶液主要由水性NaOH-碱性氧化锌溶液组成(反应1)。锌酸盐酸洗溶液因此是锌酸钠溶液与过量NaOH，并且因此通常是强碱性pH值。
(1)ZnO+2NaOH+H2O＝>Na2Zn(OH)4
在酸洗溶液与工业铝表面(technical aluminium surface)反应时，存在的氧化物层会溶解以形成铝酸钠(反应2)。
(2)Al2O3+2NaOH+3H2O＝>2NaAl(OH)4
上游活化过程为铝涂层4上所沉积的锌铜涂层11的高粘合强度提供了特别好的条件，从而防止了铝的不希望的再氧化。化学工艺或机械工艺(研磨)也可以代替用于活化本文作为示例描述的表面的酸洗处理。
在步骤S4中施加纳米晶体锌铜涂层11后，坯料在加工步骤S5中热形成。在热成形中，将半成品加热到通常高于材料的AC1和/或AC3温度的温度，例如，750℃至1000℃。加热可以通过合适的方法以针对性的方式进行，例如感应加热、传导加热、在辊底式炉中加热、通过热板接触加热、红外线或其它已知方法。在加热到奥氏体化温度后，随后将半成品放入热成形工具15中并在其中成形并淬火，即冷却得非常快，使得由此产生的部件中至少部分地形成了马氏体硬化结构。
热成形(S5)可以按照根据第一个可能性的直接工艺进行。坯料2直接加热至奥氏体化温度，然后在一个步骤中热成形为所需的最终轮廓。不进行在先的(冷)预成形。热成形还可以作为间接工艺进行，其包括如下步骤：冷预成形，随后将冷预成形组件加热至奥氏体化温度，和随后热成形以产生所形成部件的最终轮廓。
图4显示出使用扫描电子显微镜高度放大的热成形部件的表面。与图4B的比较显示出在热成形之前存在的细锌铜晶体(图4B)已经在热成形后结合在一起形成了更大的晶粒结构(图4C)。
图5A和5B显示出在热成形之前(图5A)和之后(图5B)根据本发明的经涂覆的钢基材2的层结构。图示是使用辉光放电光谱(辉光放电发射光谱，GDOES)的分析结果。辉光放电光谱法是用于金属和其它固体(其也可以是非金属固体)定量分析的光谱法。在图5A和5B中，x轴显示出工件距离表面的深度，以微米(μm)计。y轴显示出各合金成分的质量浓度(k)，以百分比计。质量浓度(k)用右侧框中的基础值按标度表示。各合金元素(Fe、Si、O、Al、Cu、Zn)的绝对比例由可在y轴上读取的百分比值乘以在框中表示的相应标度值来获得。对于铜(Cu)，例如，在热成形之前(图5A)，表面上的值(深度d＝0μm)是在框中给出的10％的标度值的约76％(在y轴上读取的质量浓度k)，即总共约7.6％。因此，该图显示出锌的值约为54％，铝的值约为22％，硅的值约为13.7％(＝76％×18％)，工件表面的氧含量低于1％(深度＝0μm)。在1μm的深度处，存在典型的铝涂覆材料分布，其中质量比例为约90％的铝，9％的硅，约1％的剩余物(含有铁、铜、锌和氧)。从约20μm的深度开始，钢基材(此处为22MnB5)的质量分布为约98％的铁，并且其余则分布在剩余的合金组分中。
在热成形(图5B)之后，由于扩散过程，铝和硅的含量已经从约1μm至20μm之间的深度迁移到钢基材中的超过30μm的更深深度，并且因此而减少。因此，在1μm的深度处，在热成形之后，铝的比例仅为约40％，硅的比例为约4％，而铁的比例已上升至约50％。同样在表面处，即，特别是在纳米晶体锌铜涂层11的区域中，特别是在多至1μm的深度处，扩散过程导致质量浓度的变化。因此，表面上的锌比例从约54％降低至约50％，并且铜的比例从热成形前的约7.6％降低至热成形后的2％。
在图6A和6B中，仅涂覆有铝涂层4(但未涂覆有锌铜涂层)的工件表面(图6A)和根据本发明涂覆有铝涂层4和锌铜涂层11的工件表面(图6B)的光栅电子图像并列显示。在根据图6A的具有铝涂层(而在其上没有进一步涂覆)的基材的情况下，可以看到相对粗糙的表面结构。相反，根据本发明具有施加至铝涂层4上锌铜涂层11的基材2具有根据图6B的非常细粒的(即细晶体)表面结构。
该过程的主要优点是在加热装置中锌铜涂层11防止或至少抑制水蒸气与铝涂层4反应。因此，氢脆的风险最小化，这在所形成部件的强度和使用寿命上具有总体积极影响。
测试表明，与根据常规方法生产成形部件(其中没有将锌铜涂层施加到铝上)相比，根据本发明生产成形部件时可以显著降低可扩散氢(Hdiff)的吸收。这是由于含铜的第二涂层11，特别是纳米晶体锌铜涂层11的形成，其形成了对抗可扩散氢的屏障。
图7显示了上述比较结果，y轴显示了所吸收的可扩散氢(Hdiff)的量。虚线左侧的柱表示仅涂覆有铝4(但未涂覆有锌铜)的工件的吸收氢。虚线右侧的三个柱表示根据本发明的工件所吸收的氢，其设置有施加至工件的铝涂层4和锌铜涂层11，即，用1分钟(左柱)、3分钟(中间柱)和5分钟(右柱)的不同涂覆持续时间进行施加。可以看到，可扩散氢(Hdiff)的吸收分别随着持续时间增加和锌铜涂层的厚度增加而降低。还可以看到，与没有锌铜涂层11的样品(Hdiff＝100％)相比，具有锌铜涂层11的本发明样品中可扩散氢(Hdiff)的吸收显著降低，即，对于1分钟涂覆持续时间的样品显著降低54％，对于3分钟涂覆持续时间的样品显著降低62％，对于5分钟涂覆持续时间的样品显著降低60％。
根据本发明涂覆的钢基材和相应的根据本发明的方法的另一个优点是：由于锌铜涂层11，热成形工具15中的磨损减少。
与在热成形期间坯料加热(S5)有关的测试还表明，与常规钢基材(只有铝涂层，但没有锌铜涂层)相比，根据本发明涂覆有铝涂层和的纳米晶体锌铜涂层的经涂覆的钢基材2加热显著更快。该效果也是由于纳米晶体锌铜涂层11，其具有深色表面，因此具有更高的热吸收程度。
图8显示出根据本发明的经涂覆的钢基材2的加热速率(显示为实线)以及常规经铝涂覆的钢基材的加热速率(显示为虚线)。y轴以摄氏度T(℃)显示温度；x轴以秒t(秒)显示时间。可见，根据本发明涂覆有铝涂层4和锌铜涂层11的钢基材2在约100秒后到达Ac3温度(对于22MnB5为约870℃)，而经铝涂覆的基材在相对更长的约130秒达到。因此，可以减少本发明钢基材2在加热装置中的停留时间，这导致更快的循环时间。
最后，另一个优点是锌铜涂层11可以在稍后的步骤中磷化，或者磷酸盐层可以粘附至锌铜涂层11，而不是经铝涂覆的表面。磷酸盐层改进了稍后施加至成形部件的阴极浸涂涂层的粘附性，这继而导致改进的腐蚀保护。
应理解，根据本发明的方法还可以进行修改。。例如，也可以在本文提及的步骤之间提供未单独显示的中间步骤。例如，在施加纳米晶体锌铜涂层11后，经涂覆的钢基材2可以设置有保护层，例如，漆，其保护涂层直至热成形。
图2显示了根据第二实施方式的根据本发明用于由经涂覆的钢基材2生产成形部件的方法。这基本上对应于根据图1的方法，因此关于共同特征，请参考上文的描述。相同或修改的组件和步骤分别具有与图1中相同的附图标记。在下文中，基本上涉及本方法的不同之处。
加工步骤S1(铝涂层4的施加)、S2(轧制)和S5(热成形)对应于根据图1的工艺步骤S1、S2和S5。
本工艺中的区别仅在于纳米晶体涂层11(步骤S3)和分离(步骤S4)的步骤顺序，与根据图1的方法相比，其是颠倒的。亦即，在图2所示方法中，在步骤S3中，轧制(S2)后，带状的经铝涂覆的钢基材2设置有纳米晶体锌铜涂层11。这通过填充有电解液12的浸浴13以连续工艺完成。如图1所示的实施方式，纳米晶体锌铜涂层11施加有锌酸盐酸洗。关于所有进一步的细节，参考以上说明以避免重复。
在施加纳米晶体涂层11后，带在步骤S4中分离为坯料。这按照根据图1的方法完成，在此方面参考附图1方法的说明。分离后，存在具有铝涂层4和纳米晶体锌铜涂层11的坯料，然后使其进行热成形。热成形按与图1中描述的方法以相同的方式进行，再次参考附图1的方法。图3至图8中给出的所有细节同样适用于图2所示的方法。
附图标记列表
2 钢基材
3 卷
4 第一涂层
5 熔融浴
6 涂覆装置
7 辊
8 辊
9 厚度控制
10 切割装置
11 第二涂层
12 电解流体
13 浸浴
14 涂覆装置
15 热成形工具
D 厚度
d 深度
Hdiff 可扩散氢
k 质量浓度
R 方向
S1-S6 加工步骤
T 温度
t 时间

Claims (16)

1.用于热成形的经涂覆的钢基材，其包含：
第一涂层(4)，所述第一涂层(4)包含至少85重量％的铝；以及
覆在第一涂层(4)上面的第二涂层(11)，
其特征在于，第二涂层(11)含有铜。
2.如权利要求1所述的经涂覆的钢基材，其特征在于，
第二涂层(11)是锌铜涂层，其在施加状态下包含至少60重量％的锌和至少5重量％的铜，特别是80至90重量％的锌和10至20重量％的铜。
3.如权利要求1或2所述的经涂覆的钢基材，其特征在于，
第二涂层(11)包含多至5重量％的铁和/或多至10重量％的镍。
4.如权利要求1或2所述的经涂覆的钢基材，其特征在于，
第二涂层(11)仅含有锌和铜。
5.如权利要求1至4中任一项所述的经涂覆的钢基材，其特征在于，
第二涂层(11)的厚度(D11)为多至2微米(2μm)，特别是多至800纳米(800nm)，并且/或者
第二涂层(11)的厚度(D11)为至少10纳米(10nm)，特别是至少200纳米(200nm)。
6.如权利要求1至5中任一项所述的经涂覆的钢基材，其特征在于，
第二涂层(11)通过无电沉积、电解沉积、镀锌工艺、PVD工艺、CVD工艺、或热浸涂覆工艺施加。
7.一种制造硬化成形部件的方法，所述方法包括以下步骤：
用铝涂层(4)涂覆钢基材(2)，其中当施加至钢基材时(2)铝涂层(4)包含至少85重量％的铝；
施加含铜涂层(11)，其中，含铜涂层(11)在用铝涂层(4)涂覆(S3)钢基材(2)后进行施加；
从钢基材(2)加工坯料；
坯料进行热成形以生产硬化成形部件。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，
含铜涂层(11)是锌铜涂层，在施加时其包含至少60重量％的锌和5重量％的铜。
9.如权利要求7或8所述的方法，其特征在于
含铜涂层(11)通过特别是无电沉积被施加到钢基材(2)。
10.如权利要求8或9所述的方法，其特征在于
锌铜涂层(11)通过合金化锌酸盐酸洗溶液的方式施加，特别是所述溶液至少包含氢氧化钠，氧化锌，络合剂和金属盐如铁盐和铜盐。
11.如权利要求7至10中任一项所述的方法，其特征在于，
含铜涂层(11)在0.5分钟至5.0分钟内施加至钢基材(2)。
12.如权利要求7至11中任一项所述的方法，其特征在于，
在施加含铜涂层前，铝涂层(4)的表面经活化，特别是通过在含铝酸洗液中酸洗来活化，铝涂层的外部氧化物层被去除。
13.如权利要求7至12中任一项所述的方法，其特征在于，
进行轧制、特别是柔性轧制，其中轧制在用铝涂层(4)涂覆钢基材(2)之前或之后进行。
14.如权利要求7至13中任一项所述的方法，其特征在于，
在用含铜涂层(11)涂覆钢基材(2)之前或之后，从钢基材(2)加工坯料。
15.如权利要求7至14中任一项所述的方法，其特征在于，
坯料的热成形包括以下部分步骤：
将坯料的至少一个区域加热至奥氏体化温度；
将坯料插入热成形工具(15)；
在热成形工具(15)中热成形并冷却坯料，以生产硬化成形部件。
16.如权利要求7-15中任一项所述的方法，其特征在于：
硬化部件进行磷化处理。
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