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Die
Erfindung betrifft ein Metallblech sowie ein Verfahren zum Herstellen
eines Metallblechs.
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Metallbleche
werden als Halbzeuge für
die Herstellung von unterschiedlichen Waren, insbesondere auch für Haushaltsgeräte, oder
in der Automobilindustrie eingesetzt. Hierbei müssen die Bleche für die jeweiligen
Anwendungsfälle
geeignet ausgebildet sein. So ist in der Regel erforderlich, dass
die Metallbleche mit einem Korrosionsschutz versehen sind. Auch
soll die Oberfläche
möglichst
kratzunempfindlich sein. Diese Anforderungen werden durch die Verwendung
von hochspeziellen Stahl- oder Edelstahlblechen und/oder in Kombination
mit speziellen Lackierungen erreicht. Die Verwendung von hochwertigen
Stahl- oder Edelstahlblechen ist jedoch vergleichsweise teuer.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Metallblech sowie ein
Verfahren zu dessen Herstellung anzugeben, wobei das Metallblech
gute mechanische Eigenschaften aufweist und gleichzeitig in der
Herstellung kostengünstig
ist.
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Die
Aufgabe wird gemäß der Erfindung
gelöst
durch ein Metallblech mit einem Grundblech, auf das eine Beschichtung
aus einer duktilen metallischen Matrix mit eingelagerten Feststoffpartikeln
aufgebracht ist. Das Grundblech ist daher mit einer metallischen
Schutzschicht versehen, die zur Einstellung der gewünschten
Oberflächeneigenschaften eingelagerte
Feststoffpartikel aufweist.
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Aufgrund
der auf das Grundblech aufgebrachten Beschichtung ist die Verwendung
von hochwertigen und teuren Grundblechen, insbesondere Edelstahlblechen
nicht erforderlich. Vielmehr wird vorzugsweise ein einfaches kostengünstiges
Stahlblech als Grundblech herangezogen. Insgesamt wird durch die
Beschichtung ein Verschleiß-
und Korrosionsschutz ausgebildet.
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Von
besonderem Vorteil bei der Beschichtung ist hierbei die Kombination
eines duktilen metallischen Grundwerkstoffs mit darin eingelagerten Feststoffpartikeln.
Unter duktiler metallischer Matrix wird hierbei ein vergleichsweise
weicher metallischer Grundwerkstoff verstanden, der eine Vickers-Härte von maximal etwa 180–230 HV01 aufweist. Die Härtebestimmung nach Vickers
ist der Norm DIN EN ISO 6507 zu entnehmen.
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Durch
die Kombination der duktilen Matrix mit den darin eingelagerten
Feststoffpartikeln wird das Grundblech mit einer Beschichtung versehen, die
den jeweiligen mechanischen oder thermisch-mechanischen Belastungen
standhält.
Durch die Duktilität
der Matrix besteht keine Gefahr einer Rissbildung, insbesondere
können
beispielsweise thermische Dehnungen aufgrund der Duktilität ausgeglichen
werden.
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Als
duktile metallische Matrix wird gemäß einer zweckdienlichen Weiterbildung
eine Bronzelegierung bzw. eine Nickellegierung verwendet. Insbesondere
die Bronzelegierung wird wegen ihrer guten duktilen Eigenschaften
und ihrer vergleichsweise guten Zugfestigkeit bevorzugt. Mit einer
derartigen duktilen metallischen Matrix lassen sich Umformungen am
Metallblech vornehmen, ohne dass die Beschichtung beschädigt wird.
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Gemäß einer
bevorzugten Alternative ist für die
duktile Matrix eine Nickel-Kobaltlegierung vorgesehen. Der Nickelanteil
an der Legierung beträgt hierbei
vorzugsweise etwa zwischen 65 und 95 Vol% und insbesondere etwa
90 Vol%.
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Um
eine kratzunempfindliche Oberfläche
zu erhalten ist gemäß einer
zweckdienlichen Weiterbildung vorgesehen, dass als Feststoffpartikel
Hartstoffpartikel eingelagert sind. Diese weisen im Vergleich zu
der duktilen Matrix eine zumindest um den Faktor zwei höhere Härte auf.
Derartige Hartstoffpartikel sind insbesondere Borcarbidpartikel
oder auch Diamantpartikel. Durch die Einlagerung dieser Hartstoffpartikel
in der duktilen Matrix wird eine sehr harte Oberfläche erzeugt,
die auch extremen mechanischen Belastungen widersteht. Aufgrund
der Einbettung in die duktile Matrix besteht hierbei trotz der sehr hohen
Oberflächenhärte keine
oder nur eine geringe Gefahr eines Sprödrisses in der Beschichtung.
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Alternativ
oder ergänzend
zu der Einlagerung von Hartstoffpartikeln werden gemäß einer zweckdienlichen
Ausgestaltung Farbstoffpartikel eingelagert. Durch die Einlagerung
der Farbstoffpartikel kann daher das Metallblech in einer gewünschten Farbe
bereitgestellt werden. Es sind keinerlei zusätzliche Lackierungsmaßnahmen
erforderlich und vorgesehen. Als Farbstoffpartikel werden hierbei
vorzugsweise metallische Partikel eingelagert, die eine spezielle
Farbanmutung hervorrufen.
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So
werden vorzugsweise Nickel- und Diamantpartikel in die insbesondere
als eine Bronzelegierung ausgebildete metallische Matrix eingelagert, um
eine hochglänzende
silbrige Oberfläche
zu erzielen. Zur Erzielung einer weißen Oberfläche werden vorzugsweise Palladiumpartikel
in die Bronzelegierung eingelagert.
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Alternativ
oder ergänzend
werden gemäß einer
bevorzugten Weiterbildung als Feststoffpartikel insbesondere organische
Geruchsstoff-Partikel eingelagert. Unter Geruchs- oder Riechstoff-Partikel werden
derartige Einlagerungen verstanden, die einen für den Menschen wahrnehmbaren
Geruch, insbesondere Duft haben. Dies bietet sich beispielsweise
für Küchenhaushaltsgeräte an.
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Als
Feststoffpartikel werden je nach Zielrichtung unterschiedliche Partikelarten
wahlweise oder in Kombination eingesetzt. Für die Ausbildung einer hohen
Oberflächenhärte werden
allgemein Hartstoffpartikel, beispielsweise keramische Hartstoffpartikel, eingelagert.
Für die
Erzeugung von speziellen Farbeffekten werden insbesondere metallische
Feststoffpartikel eingelagert. Schließlich besteht auch die Möglichkeit
der Einlagerung von organischen Partikeln, über die spezielle Geruchsstoffe
in die Beschichtung eingelagert werden.
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Zweckdienlicherweise
weisen die eingelagerten Feststoffpartikel eine Größe auf,
die im μm-Bereich
oder auch im nanoskaligen Bereich liegt. Insbesondere sind die Partikel < 50 μm und liegen beispielsweise
in einem Bereich von 10 und 50 μm. Bei
der Verwendung von Feststoffpartikeln im nanoskaligen Bereich lassen
sich sehr plane Oberflächen mit
einer geringen Rauhigkeit erhalten.
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Weiterhin
ist in einer zweckdienlichen Ausgestaltung vorgesehen, dass der
Anteil der Feststoffpartikel in der Beschichtung bei etwa 10–40 Vol%
und insbesondere etwa bei 25 Vol% liegt.
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Die
Schichtdicke der aufgebrachten Beschichtung liegt vorzugsweise im μm-Bereich
bis etwa 0,5 mm.
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Derartige
Metallbleche werden bevorzugt für Haushaltsgeräte, wie
beispielsweise die so genannte weiße Ware (Kühlschränke, Herde, Spülmaschinen, etc.)
eingesetzt. Ein weiteres bevorzugtes Anwendungsgebiet ist der Einsatz
in der Kraftfahrzeugindustrie.
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Die
Aufgabe wird gemäß der Erfindung
weiterhin gelöst
durch ein Verfahren zum Herstellen des Metallblechs, wobei auf ein
Grundblech eine Beschichtung aus einer duktilen metallischen Matrix
mit eingelagerten Feststoffpartikeln aufgebracht wird. Vorzugsweise
wird hierbei die Beschichtung elektrolytisch aufgebracht. Durch
das elektrolytische Beschichten wird ein stoffschlüssiger Kontakt
zwischen dem Grundblech und der Beschichtung und damit eine sehr
dauerhafte Verbindung zwischen dem Grundblech und der Beschichtung
erzielt. Zudem lässt
sich das elektrolytische Beschichtungsverfahren problemlos und im
großen
Maßstab
durchführen.
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Zweckdienlicherweise
wird hierbei die Beschichtung in einem kontinuierlichen Verfahren,
insbesondere einem so genannten Bandbeschichtungsverfahren aufgebracht.
Alternativ hierzu besteht auch die Möglichkeit, bereits in ihre
Endform gebrachte Grundbleche in einem Tauchbad mit der Beschichtung
elektrolytisch zu versehen.
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Unter
Bandbeschichtungsverfahren wird hierbei ein Verfahren verstanden,
bei dem das in einem Stahlwerk kaltgewalzte und als durchgehendes Stahlband
vorliegendes Stahlblech kontinuierlich durch eine Beschichtungsanlage
geführt
wird und hierbei sukzessive bereichsweise beschichtet wird.
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Das
Beschichten erfolgt daher vor dem Ablängen des Stahlblechs auf die
gewünschte
Länge und
insbesondere auch vor dem Umformen des Stahlblechs in die gewünschte Endgeometrie.
Gemäß einer
zweckdienlichen Weiterbildung ist daher auch vorgesehen, dass das
Metallblech mit der aufgebrachten Beschichtung umgeformt und insbesondere
tiefgezogen wird. Aufgrund der duktilen metallischen Matrix ist
eine Umformung ohne Beschädigung
der Beschichtung möglich.
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Beim
elektrolytischen Beschichtungsverfahren wird das Grundblech elektrisch
als Kathode geschaltet. Gleichzeitig wird als Anode eine Verbrauchselektrode
aus dem aufzubringenden duktilen metallischen Grundwerkstoff vorgesehen.
Die eingelagerten Feststoffpartikel werden beim elektrolytischen Auftragsverfahren
in den zwischen der Kathode und der Anode angeordneten Elektrolyten
eingebracht, so dass die Feststoffpartikel mit den Metallionen von der
zum Grundblech wandern.
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Die
mit dem Beschichtungsverfahren erzeugte Oberfläche weist bei der Verwendung
von Hartstoffpartikeln eine sehr hohe Oberflächenhärte auf und ist daher sehr
kratzunempfindlich. Allgemein lassen sich die erzeugten Oberflächen noch
mecha nisch nachbehandeln, um insbesondere sehr geringe Rauhigkeitswerte,
beispielsweise mit einem Rauhigkeitswert Ra < 0,1 μm. Ra ist hierbei die mittlere
Rauhigkeit, die das arithmetische Mittel der Abweichung der einzelnen
Oberflächenpunkte
zu einer Mittellinie angibt. Ein Rauhigkeitswert Ra < 0,1 μm bedeutet
daher, dass im Mittel der Abstand der einzelnen Oberflächenpunkte
zu einer Mitten-Höhenlinie < 0,1 μm ist. Bei
der Verwendung von Hartstoffpartikeln zur Erzeugung von extrem harten
Oberflächen
kann die Oberfläche
mit an sich bekannten Oberflächenbearbeitungsvorgängen bearbeitet
werden.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen
jeweils in schematischen und stark vereinfachten Darstellungen:
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1 einen
Querschnitt durch ein Metallblech und
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2 eine
Vorderansicht eines Haushaltsgeräts.
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Das
Metallblech 1 gemäß 1 ist
gebildet durch ein als einfaches Stahlblech ausgebildetes Grundblech 2,
auf das eine Beschichtung 4 aufgebracht ist, die aus einer
duktilen Matrix 6 mit darin eingelagerten Feststoffpartikeln 8 besteht.
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Die
Beschichtung 4 ist elektrolytisch in einem vorzugsweise
kontinuierlichen Bandbeschichtungsverfahren aufgebracht. Durch die
aufgebrachte Beschichtung 4 ist insbesondere ein nachfolgendes
Lackieren oder eine nachfolgende Korrosionsschutzbeschichtung nicht
erforderlich und nicht vorgesehen.
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Das
in 1 gezeigte Metallblech 1 liegt daher
nach dem Beschichten als ein durchgehendes "Endlos-"Metallband vor.
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Aus
diesem Metallblech 1 werden dann einzelne Teilbleche für die Herstellung
beispielsweise eines Gehäuses
einer in 2 dargestellten Waschmaschine 10 herangezogen.
Hierzu wird das Metallblech 1 geeignet abgelängt und
anschließend
umgeformt, insbesondere tiefgezogen. Bei Bedarf ist weiterhin eine
mechanische Bearbeitung der Oberfläche mit geeigneten Werkzeu gen
vorgesehen, um spezielle Oberflächentopografien
und insbesondere sehr geringe Oberflächenrauhigkeiten zu erreichen.
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Als
Feststoffpartikel 8 werden wahlweise oder in Kombination
Hartstoffpartikel, insbesondere Borcarbidpartikel oder Diamantpartikel,
daneben Farbstoffpartikel oder auch Geruchspartikel, etc. eingelagert.
Die Feststoffpartikel 8 weisen üblicherweise eine Größe < 50 μm auf. Der
Anteil der Feststoffpartikel beträgt etwa 25 Vol%.
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Als
duktile Matrix 6 wird insbesondere eine Bronzelegierung
verwendet. Alternativ zur Bronzelegierung ist auch eine Nickellegierung,
insbesondere eine Nickel-Kobaltlegierung mit einem Nickelanteil von
etwa 65–95
Vol% vorgesehen.
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Der
besondere Vorteil eines derartigen Metallblechs 1 mit der
speziellen aufgebrachten metallischen duktilen Beschichtung mit
den darin eingelagerten Feststoffpartikeln 8 ist darin
zu sehen, dass insbesondere keine weitergehenden Lackiermaßnahmen
erforderlich und vorgesehen sind. Durch die Verwendung eines kontinuierlichen
Bandbeschichtungsverfahrens ist das Aufbringen der Beschichtung vergleichsweise
einfach, da erprobt und damit kostengünstig. Durch den Entfall einer
zusätzlichen
Lackierungsmaßnahme
sind insgesamt die Kosten vergleichsweise gering gehalten. Insbesondere
wird als Grundblech 2 ein einfaches, insbesondere niedrig
legiertes Stahlblech herangezogen.