DE102005002706B4

DE102005002706B4 - Beschichtungsverfahren

Info

Publication number: DE102005002706B4
Application number: DE102005002706A
Authority: DE
Inventors: Elisabeth Danger; Martin Pohl
Original assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Current assignee: Thermission Ag Ch
Priority date: 2005-01-19
Filing date: 2005-01-19
Publication date: 2009-03-05
Anticipated expiration: 2025-01-20
Also published as: EP1683892A1; US20060159858A1; DE102005002706A1; EP1683892B1

Abstract

Verfahren zum Aufbringen einer festen metallischen Beschichtung auf ein Profilbauteil aus Stahlblech, wobei das Profilbauteil in einem Behandlungsraum mit einem zink- oder zinkoxidhaltigen Metallpulver eingenebelt und das Metallpulver elektrostatisch auf der Oberfläche des Profilbauteils vollflächig abgeschieden wird, worauf eine Wärmebehandlung des Profilbauteils bei einer Temperatur zwischen 280°C und 350°C über einen Zeitraum von 0,5 h bis 4 h vorgenommen wird, bei welcher durch einen Diffusionsprozess zwischen dem Stahlblech und dem Metallpulver bis zu 5 μm bis 40 μm dicke Eisen-Zink-Legierungsschichten ausgebildet werden, woran sich ein Abkühlung des Profilbauteils anschließt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen einer fest haftenden metallischen Beschichtung auf ein Profilbauteil aus Stahlblech.
Die Beschichtung von Profilbauteilen aus Stahlblech erfolgt mit dem Ziel, deren Eigenschaften zu verbessern. Hierdurch können insbesondere die Korrosionsanfälligkeit, aber auch der Verschleiß bei den beschichteten Profilbauteilen vermindert werden.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich insbesondere auf den Korrosionsschutz von Profilbauteilen aus Stahlblech und hier insbesondere auf das Überziehen der Profilbauteile aus Stahlblech mit Zink.
Verfahren zum formlosen Auftragen von fest haftenden Schichten aus formlosen Stoffen auf metallische Oberflächen, insbesondere Bleche, sind im Stand der Technik bekannt. Hierzu zählen das Feuerverzinken, das Spritzverzinken durch thermisches Spritzen, Flammspritzen, Hochgeschwindigkeitsflammspritzen, Lichtbogenspritzen oder Plasmaspritzen, das Sherardisieren und das galvanische Verzinken.
Die bekannten Verfahren sind ausgereift und erfüllen ihren Zweck je nach Anwendungsfall bzw. Anforderung an die Beschichtung gut. Insbesondere im Hinblick auf die Erzeugung einer hochwertigen Beschichtung bei hohen Stückzahlen, wie sie im Automobilbau vorliegen, erscheint jedoch eine Verbesserung bzw. Vereinfachung und Rationalisierung wünschenswert. Hierbei bietet das Sherardisieren interessante Ansatzpunkte, wobei dieses Verfahren derzeit zur Beschichtung von Schüttgütern bei kleinen fertig vorgeformten Gegenständen wie Schrauben oder Muttern mit Zink zur Anwendung gelangt.
Die EP 1 059 365 A1 zeigt ein Verfahren zur Herstellung eines korrosionsbeständigen Rohres auf, bei dem zinkhaltiges Metallpulver elektrostatisch auf dem Rohr abgeschieden wird, das Rohr anschließend durch einen Induktionsofen geschoben wird und anschließend in einem weiteren Ofen bei einer Temperatur von 230°C bis 260°C über einen Zeitraum von 10 Sekunden bis 33 Sekunden wärmebehandelt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein für die praktische Anwendung insbesondere im Automobilbau rationelleres und verbessertes Verfahren zum Aufbringen einer festen metallischen Beschichtung auf ein Profilbauteil aus Stahlblech aufzuzeigen.
Die Lösung dieser Aufgabe besteht nach der Erfindung in einem Verfahren gemäß den Maßnahmen von Patentanspruch 1.
Vorteilhafte Weiterbildungen des grundsätzlichen Erfindungsgedankens zeigen die abhängigen Patentansprüche 2 bis 8 auf.
Zum Beschichten eines Profilbauteils aus Stahlblech wird dieses metallisch rein in einem Behandlungsraum mit einem zink- oder zinkoxidhaltigen Metallpulver eingenebelt. Elektrostatisch wird auf der Oberfläche des Profilbauteils vollflächig Metallpulver abgeschieden. Das Profilbauteil wird dann einer Wärmebehandlung unterzogen, bei welcher durch einen Diffusionsprozess zwischen dem Stahlblech und dem Metallpulver die feste stoffschlüssige Beschichtung ausgebildet wird. Bei der Wärmebehandlung kommt es zur Ausbildung eines vom Sherardisieren bekannten Überzugs aus dem Eisen des Stahlblechs und dem Metallpulver an der Oberfläche. Die Dicke der Beschichtung hängt neben dem Aufladungspotential von der Temperatur und der Behandlungszeit ab. Im Rahmen der Erfindung erfolgt die Wärmebehandlung bei einer Temperatur zwischen 280°C und 350°C, vorzugsweise in einem Temperaturbereich von 300°C bis 320°C. Innerhalb einer Wärme behandlungszeit von 0,5 bis 4 Stunden bilden sich so im nahen Oberflächenbereich des Profilbauteils aus Stahlblech bis zu 5–40 μm dicke Eisen-Zink-Legierungsschichten aus.
Vorliegend kommt in erster Linie ein Metallpulver mit dem Hauptbestandteil Zink bzw. Zinkoxid zur Anwendung, welches gegebenenfalls Additive zur Verbesserung der chemischen und physikalischen Eigenschaften der Beschichtung enthält. Bei der Wärmebehandlung von mit Zinkpulver bedeckten Profilbauteilen entstehen so infolge der Diffusionsvorgänge zwischen dem Grundmetall und dem Beschichtungsmetall Eisen-Zink-Legierungsschichten. Die Überzüge sind gleichmäßig und duktil.
Vor dem Beschichten werden die Profilbauteile einer Oberflächenbehandlung unterzogen. Hierbei findet eine Reinigung der Profilbauteile statt, so dass die Profilbauteile metallisch blank sind. Dies kann beispielsweise durch einen Beizvorgang erfolgen, insbesondere ist jedoch an ein Sandstrahlen gedacht.
Der Auftrag des Metallpulvers auf das Profilbauteil erfolgt elektrisch bzw. elektrostatisch. Bevorzugt wird hierzu das Metallpulver im Behandlungsraum elektrisch aufgeladen, wohingegen das Profilbauteil im Behandlungsraum elektrisch geerdet aufgehängt ist. Durch die Spannungsdifferenz schlägt sich das Metallpulver gleichmäßig verteilt und vollflächig auf der Oberfläche des Profilbauteils nieder.
Möglich ist auch die umgekehrte Vorgehensweise, bei der das Metallpulver ungeladen ist und an das Profilbauteil ein Hochspannungspotential angelegt, dieses also elektrisch aufgeladen wird.
Die Wärmebehandlung teilt sich auf in eine Aufheizphase bis zum Erreichen der Behandlungstemperatur und eine Haltephase, in der die Behandlungstemperatur über einen bestimmten Zeitraum gehalten wird. Vorzugsweise erstreckt sich die Aufheizphase über einen Zeitraum von 0,5 h bis 2 h. In einzelnen Fällen ist es denkbar, dass die Wärmebehandlung nach der Aufheizphase beendet ist. Grundsätzlich kann daher von einer Haltephase ausgegangen werden, die sich über einen Zeitraum von 0 h bis 2 h erstreckt.
Besonders rationell erfolgt die Beschichtung der Profilbauteile in einem Durchlaufprozess. In der Praxis ist insbesondere daran gedacht, warmgeformte Profilbauteile nach dem Warmformvorgang in einer sich direkt anschließenden Anlage mit pulverförmigem Zink zu versehen und in einem Durchlaufofen den Diffusionsprozess durchzuführen. Hierdurch werden logistische und technische Abläufe vereinfacht bzw. eingespart, was ein großes Kostenersparnispotential eröffnet. Gegebenenfalls kann vor der Beschichtung der Bauteile, wie oben beschrieben, eine Oberflächenbehandlung, beispielsweise durch Sandstrahlen, vorgenommen werden.
Angestrebt ist, die beschichteten Profilbauteile gleichmäßig abzukühlen. Zur Rationalisierung sollte der Abkühlvorgang weniger als eine Stunde betragen.
Zur Einstellung der Qualität und der Eigenschaft der Beschichtung können im Metallpulver neben Zink oder Zinkoxid weitere Komponenten enthalten sein, wodurch Einfluss auf das chemische Verhalten, insbesondere im Hinblick auf die Korrosionsbeständigkeit, und das physikalische Verhalten, insbesondere im Hinblick auf die Haftfestigkeit der Beschichtung, ebenso wie der Geometrie der Beschichtung und der Schichtdickenverteilung genommen werden kann.
Die Erfindung schafft ein rationelles einfaches Verfahren zur Erzeugung einer qualitativ hochwertigen Beschichtung, insbesondere einer Zinkschicht auf Profilbauteilen aus Stahlblech. Es kann ein gleichmäßiger Überzug erzeugt werden. Die Beschichtung erfolgt trocken bei guter Ausnutzung des Beschichtungsmaterials. Prozessbedingte Verluste am Metallpulver sind minimiert. Die erzeugten Überzüge auf den Profilbauteilen sind verformungsfähig, was ebenfalls vorteilhaft ist.

Claims

Verfahren zum Aufbringen einer festen metallischen Beschichtung auf ein Profilbauteil aus Stahlblech, wobei das Profilbauteil in einem Behandlungsraum mit einem zink- oder zinkoxidhaltigen Metallpulver eingenebelt und das Metallpulver elektrostatisch auf der Oberfläche des Profilbauteils vollflächig abgeschieden wird, worauf eine Wärmebehandlung des Profilbauteils bei einer Temperatur zwischen 280°C und 350°C über einen Zeitraum von 0,5 h bis 4 h vorgenommen wird, bei welcher durch einen Diffusionsprozess zwischen dem Stahlblech und dem Metallpulver bis zu 5 μm bis 40 μm dicke Eisen-Zink-Legierungsschichten ausgebildet werden, woran sich ein Abkühlung des Profilbauteils anschließt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Metallpulver im Behandlungsraum elektrisch aufgeladen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Profilbauteil im Behandlungsraum elektrisch aufgeladen wird.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Wärmebehandlung bei einer Temperatur zwischen 300°C und 320°C erfolgt.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Wärmebehandlung eine Aufheizphase und eine Haltephase umfasst und sich die Aufheizphase über einen Zeitraum von 0,5 h bis 2 h und sich die Haltephase über einen Zeitraum von 0 h bis 2 h erstreckt.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Abkühlung des Profilbauteils in einem Zeitraum von kleiner oder gleich 1 h erfolgt.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Profilbauteil vor dem Eintritt in den Behandlungsraum einer Oberflächenbehandlung unterzogen wird.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Beschichtung des Profilbauteils in einem Durchlaufprozess erfolgt.