DE102009019058B3

DE102009019058B3 - Beschichtungsmaterial zum Beschichten einer metallischen Oberfläche und beschichtete Strukturbauteile und Stahlrohre

Info

Publication number: DE102009019058B3
Application number: DE102009019058A
Authority: DE
Inventors: Paul Dr. Stoll; Hubertus Dr. Giefers; Peter Dr. Remer; Leonhard Rose
Original assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH; Benteler Stahl Rohr GmbH
Current assignee: Benteler Deustchland GmbH; Benteler Automobiltechnik GmbH
Priority date: 2009-04-27
Filing date: 2009-04-27
Publication date: 2010-06-17
Anticipated expiration: 2029-04-28
Also published as: US20100310806A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Beschichtungsmaterial in Form einer Suspension zum Beschichten von metallischen Oberflächen von Bauteilen vor einer thermischen Behandlung zum Schutz gegen Korrosion. Das Beschichtungsmaterial ist dadurch gekennzeichnet, dass die feste Phase der Suspension vorwiegend aus Aluminium-Partikeln besteht und die flüssige Phase aus organischen Lösungs- und Bindemitteln besteht, wobei die feste Phase der Suspension zumindest zwei Formarten von Aluminium-Partikeln enthält, die sich durch ihre spezifische Oberfläche unterscheiden. Weiterhin wird ein Bauteil beschrieben, dessen metallische Oberfläche vor der thermischen Behandlung mit einem erfindungsgemäßen Beschichtungsmaterial beschichtet wurde und das nach der thermischen Behandlung einen Übergangswiderstand von < 1 mOhm (DIN EN ISO 18594) aufweist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Beschichtungsmaterial zum Schutz von metallischen Oberflächen gegen Korrosion. Insbesondere dient das Beschichtungsmaterial zum Schutz gegen Gaskorrosion beim Herstellungsprozess metallischer Bauteile oder Rohre und gegen allgemeine Korrosion bei der Verwendung der Bauteile und Rohre. Weiterhin handelt es sich bei den Strukturbauteilen und Rohren um Stahlbauteile und Stahlrohre, insbesondere um Strukturbauteile und Rohre für den Automobilbau, insbesondere für den Karosseriebau.
Für solche Bauteile und Rohre werden in der Regel unlegierte oder niedriglegierte Stahlsorten verwendet. Bei der thermischen Behandlung (Glühen, Härten, etc.) von unlegierten bzw. niedriglegierten Stahlteilen wird aber die ungeschützte Stahloberfläche in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre einer starken Gaskorrosion ausgesetzt. Dieser Vorgang wird auch als Verzundern bezeichnet. Da die thermische Behandlung oft bei Temperaturen oberhalb von 900°C stattfindet, ist die Zunderbildung stark ausgeprägt. Die entstehende Zunderschicht beeinflusst den nachfolgenden Bearbeitungsprozess, wie beispielsweise Warmumformung, Beschichtung, Schweißen und dergleichen negativ. Um die Zunderbildung zu vermeiden, werden heute mehr und mehr vorher beschichtete Stahlteile eingesetzt. Die Beschichtungen verleihen den Stahlteilen oft auch eine Beständigkeit nicht nur gegen Gaskorrosion, sondern auch gegen allgemeine Korrosion im Einsatz des Stahlteils. Das Problem, die Beständigkeit gegen Gaskorrosion und allgemeine Korrosion der Bauteiloberflächen zu erhöhen, ist trotz vorhandener Lösungen noch äußerst aktuell. Insbesondere bei der Massenproduktion und Verwendung von Stahlteilen, wie Rohre oder Karosseriebauteile, sind die Material- und Qualitätsverluste durch Gaskorrosion und allgemeine Korrosion nicht akzeptabel.
Zur Warmumformung von Karosseriebauteilen wird das Ausgangsmaterial in Öfen auf Temperaturen von 950°C beispielsweise im Laufe von ca. 3–15 Minuten austenitisiert. Schon eine geringe Sauerstoffkonzentration im Ofen führt dabei zu einer Gaskorrosion (Verzunderung) der Oberfläche. Bei der Entnahme des Materials bei ca. 950°C oxidiert die Oberfläche in der Luftatmoshpäre extrem schnell weiter, bis das Warmformwerkzeug, in dem das Material gehärtet wird, geschlossen wird. Lose haftender Zunder kann im Umformwerkzeug abfallen/abplatzen und das Warmformwerkzeug verschmutzen. Die Gaskorrosionsprodukte auf der Bauteiloberfläche haben sehr schädliche Auswirkungen auf die Qualität und Lebensdauer der Prozesswerkzeuge. Zudem können die Zunderfragmente im nachfolgenden Umformvorgang in das neu eingelegte Bauteil gedrückt werden, und zumindest das Aussehen der Bauteile nachteilig beeinflussen. Die gebildete oxidhaltige Oberfläche ist zudem fest- oder lose haftend und weist einen derart hohen Übergangswiderstand auf, dass Punktschweißen nicht möglich ist. Für die weitere Verarbeitung der Karosseriebauteile muss der Zunder von der Oberfläche entfernt werden. Ein wichtiges Ziel dieses Verarbeitungsschrittes ist die Punktschweißbarkeit im nachfolgenden Prozess zu gewährleisten, was nur sicher bei einem Übergangswiderstand von < 1 mOhm erreicht wird.
Als Richtwert für die Schweißbarkeit kann der Übergangswiderstand (DIN EN ISO 18594) dienen. Dieser setzt sich zusammen aus den Widerständen der beschichteten Oberfläche und des Grundmaterials. Ist dieser Übergangswiderstand kleiner als 1 mOhm, so ist erfahrungsgemäß das Punktschweißen möglich. Der Übergangswiderstand kann auch als Maß für die Schutzwirkung beziehungsweise Qualität der zu vergleichenden Beschichtungsmaterialien in erster Näherung dienen. Je geringer der Übergangswiderstand nach der thermischen Behandlung ist, desto höher ist die Schutzwirkung des Beschichtungsmaterials (unter sonst gleichen Bedingungen), insbesondere gegen allgemeine Korrosion.
Die oben beschriebenen Probleme bei der Herstellung von Karosseriebauteilen sind in vielen Fällen ähnlich den Problemen bei der Produktion von Stahl-Rohren. So wirkt die Oxid- beziehungsweise Zunderschicht auf den Rohroberflächen bei einem Dornzug-Ziehprozess, sowohl auf die Umformwerkzeuge, als auch auf die Qualität des Rohrs ebenfalls schädlich. Auch ist ein möglichst kleiner Übergangswiderstand der Rohroberfläche anzustreben, da die elektrische Leitfähigkeit der Rohroberfläche einen starken Einfluss auf nachfolgende Bearbeitungsschritte, wie beispielsweise einen galvanischen Verzinkungsprozess von Rohren, hat.
Zur Minimierung der Gaskorrosion von Stahloberflächen bei der thermischen Behandlung sowie zur Verbesserung der allgemeinen Korrosionsbeständigkeit werden derzeit verschiedene Schutzschichten eingesetzt.
Ein bekanntes Verfahren zum Beschichten von Stahloberflächen ist Aluminieren. Beim Aluminieren werden Überzüge aus Aluminium auf die Stahloberfläche durch Plattieren, mittels Metallspritzverfahren, durch Diffusion (Alitieren) oder mittels Schmelztauchverfahren aufgebracht. Beim Alitieren wird eine aluminiumreiche Oberflächenschicht auf Eisen und Stahl durch Glühen im Kontakt mit Aluminium bei Temperaturen von etwa 800°C erzeugt. Die durch Aluminieren erzeugten Schichten zeigen in der Regel eine gute Beständigkeit sowohl gegen Gaskorrosion als auch gegen allgemeine Korrosion. Jedoch sind alle Varianten des Aluminierens kostenintensiv und verbunden mit zusätzlichen, oft aufwendigen Arbeitsschritten. Zudem kann ein mit einer Al-Si-Schicht feueraluminiertes Bandmaterial nur im direkten Warmformprozess verarbeitet werden, da die feueraluminierte Schicht bei der Verformung der Oberfläche vor dem Ofenprozess abplatzen kann. Schließlich müssen für diesen Prozess bestimmte Zeit- und Temperaturparameter genau eingehalten werden. So muss die Aufheizgeschwindigkeit bis 700°C beispielsweise weniger als 12°C/s betragen, die maximale Ofentemperatur darf 930°C nicht überschreiten und die maximale Ofenzeit darf 13 Minuten nicht überschreiten.
Weiterhin sind Aluminiumpigment-basierte Lacksysteme bekannt. Ein solches Lacksystem ist beispielsweise in der DE 10 2004 049 413 A1 beschrieben. Hierbei wird eine Schicht auf eine metallische Oberfläche gebracht. Diese Schicht umfasst Hydrolysate/Kondensate mindestens eines Silans oder ein Siliconharzbindemittel, sowie gegebenenfalls ein geeignetes Lösungsmittel. Weiterhin ist mindestens ein metallischer Füllstoff enthalten. Die Beschichtung wird getrocknet und/oder ausgehärtet. Als Füllstoffe werden bei dieser Zusammensetzung insbesondere Metallpigmente verwendet.
Ein Nachteil dieser Zusammensetzung besteht darin, dass eine mit dieser Zusammensetzung beschichtete Metalloberfläche sehr empfindlich auf Fluktuationen des Oxidationspotentials in der Atmosphäre eines Schutzgasofens reagiert. Der Übergangswiderstand der Zunderschutzschicht liegt in der Regel unter 1 mOhm, wenn die Schutzgasatmosphäre einen geringen Sauerstoffgehalt (< 1–2%) aufweist. Überschreitet die Sauerstoffkonzentration im Ofen diese Werte, so steigt der elektrische Widerstand der Zunderschutzschicht drastisch über 1 mOhm an, so dass in einer Luftatmosphäre der Widerstand mehr als 12–20 mOhm erreicht.
Zudem hat es sich gezeigt, dass mit dieser Zusammensetzung beschichtete Metalloberflächen eine starke, nicht akzeptable Spritzneigung des beschichteten Materials beim Punktschweißen aufweisen, was auf einen hohen Gehalt an Bindemittelrückständen, insbesondere Rußprodukten und Siliziumverbindungen, in der Schicht zurückzuführen ist.
Zudem eignen sich die bekannten lackähnlichen Beschichtungsmaterialien nicht für die Beschichtung von Rohren, welche nach der thermischen Behandlung beispielsweise für die nachfolgende galvanische Verzinkung vorgesehen sind. Dies ist auch durch einen großen Anteil an kohlenstoff- beziehungsweise siliziumhaltigen Bindemittelrückständen in den konventionellen Zunderschutzsystemen zu erklären. Diese Rückstände wirken äußerst schädlich auf die Haftung der galvanisch aufgetragenen Zn-Schicht.
Der aufgeführte Stand der Technik zeigt, dass heutzutage keine lackähnlichen Beschichtungsmaterialien auf dem Markt existieren, welche es erlauben, Zunderschutzschichten zu erzeugen, die bei der thermischen Behandlung der Stahloberflächen bei einer Temperatur bis zu 950°C in einer Schutzgasatmosphäre und Luftatmosphäre Übergangswiderstandwerte unter 1 mOhm (DIN EN ISO 18594) aufweisen, beziehungsweise eine vorgegebene Punktschweißbarkeit mit einer ausgeprägten Beständigkeit gegen allgemeine Korrosion gewährleisten.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher ein neues Beschichtungsmaterial zu schaffen, um die Defizite des Standes der Technik zu beseitigen.
Die Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung gelöst durch ein Beschichtungsmaterial in Form einer Suspension zum Beschichten metallischer Oberflächen von Bauteilen vor einer thermischen Behandlung zum Schutz gegen Korrosion. Das Beschichtungsmaterial ist dadurch gekennzeichnet, dass die feste Phase der Suspension vorwiegend aus Aluminium-Partikeln besteht und die flüssige Phase aus organischen Lösungs- und Bindemitteln besteht, wobei die feste Phase der Suspension zumindest zwei Formarten von Aluminium-Partikeln enthält, die sich durch ihre spezifische Oberfläche unterscheiden.
Als Suspension wird im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere ein heterogenes Stoffgemisch aus einer flüssigen und einer festen Phase verstanden, bei dem die feste Phase in der flüssigen Phase nicht oder gering lösbar ist. Die erfindungsgemäße Suspension ist vorzugsweise eine lackähnliche Suspension. Bauteile, deren metallische Oberflächen vor einer thermischen Behandlung mit dem erfindungsgemäßen Beschichtungsmaterial beschichtet werden, sind insbesondere Bleche oder Rohre zur Herstellung von Strukturbauteilen oder Rohre für andere Einsatzgebiete. Die Bauteile werden nach der Beschichtung mit dem Beschichtungsmaterial einer thermischen Behandlung zugeführt. Die fertigen thermisch behandelten Bauteile stellen insbesondere Komponenten für die Automobilherstellung dar, insbesondere Strukturbauteile für die Karosserie und Rohre. Die metallischen Oberflächen sind insbesondere Stahloberflächen. Besonders bevorzugt besteht das gesamte Bauteil, das mit dem Beschichtungsmaterial beschicht werden soll, aus Stahl. Ein möglicher Stahl, der für die Bauteile verwendet werden kann, ist ein 22MnB5-Stahl, der beispielsweise von der Anmelderin unter dem Namen BTR 165 vertrieben wird. Allerdings können auch andere niedriglegierte oder unlegierte Stähle verwendet werden. Die metallische Oberfläche wird im Folgenden auch als Stahloberfläche und das Material des Bauteils als Stahl bezeichnet.
Als thermische Behandlung eines Bauteils wird im Sinne der vorliegenden Erfindung ein Erhitzen oder Erwärmen des Bauteils mit anschließendem Abkühlen oder Abschrecken verstanden. Das Abkühlen oder Abschrecken kann in unterschiedlichen Medien, wie beispielsweise Luft, Flüssigkeit oder aber in einem Werkzeug erfolgen. Im letztgenannten Fall kann beim Abkühlen des Bauteils zusätzlich eine plastische Deformation beziehungsweise Umformung erfolgen. Diese Art der thermischen Behandlung wird im Folgenden auch als Warmumformen oder Warmformen bezeichnet.
Als spezifische Oberfläche der Aluminium-Partikel wird im Sinn dieser Erfindung die Größe bezeichnet, die angibt, welche Oberfläche ein Gramm der Aluminium-Partikel besitzt. Die feste Phase besteht erfindungsgemäß vorwiegend aus Aluminium-Partikeln, wobei die Menge der Aluminium-Partikel in der festen Phase vorzugsweise mehr als 91 Gew.-% beträgt. Bindemittel, das sich in der flüssigen Phase auflöst, wird hierbei nicht zu der festen Phase gezählt. Durch diesen hohen Prozentsatz an Aluminium in dem Beschichtungsmittel kann auch bei geringer Auftragsmenge eine ausreichende Menge von Aluminium auf die metallische Oberfläche, insbesondere Stahloberfläche aufgebracht werden und diese gegen Korrosion schützen. Zudem können durch den geringen Prozentsatz anderer Bestandteile in der festen Phase Reaktionen der anderen Bestandteile beziehungsweise deren Beeinflussung auf Reaktionen des Aluminiums mit dem Eisen des Stahls minimiert werden. Die weiteren Bestandteile der festen Phase können gezielt zugegeben werden, um bestimmte, gewünschte Reaktionen und Beeinflussungen von Reaktionen zu bewirken. Die feste Phase stellt bei dem erfindungsgemäßen Beschichtungsmaterial vorzugsweise zwischen 15–30 Gew.-% der Suspension dar. Auch hierbei werden Bindemittel, die sich in der flüssigen Phase auflösen, nicht zu der festen Phase gerechnet.
Indem Aluminium-Partikel in Formarten mit unterschiedlichen spezifischen Oberflächen eingesetzt werden, kann den Anforderungen an das Aluminium bei der weiteren Behandlung und Verwendung eines aus dem Bauteil, auf das das Beschichtungsmaterial aufgebracht wird, herzustellenden oder hergestellten Bauteil Rechnung getragen werden. Zum einen kann eine ausreichende Menge an Aluminium in dem Beschichtungsmaterial zur Verfügung gestellt werden, um eine optimale, vorzugsweise geschlossene Diffusionsschicht in der Metalloberfläche zu erzeugen. Zugleich kann auch eine Formart der Aluminium-Partikel verwendet werden, die die Auftragungsfähigkeit des Beschichtungsmaterials verbessert. Die Diffusionsschicht, die die Zunderschutzschicht gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt, entsteht bei der thermischen Behandlung des mit dem Beschichtungsmaterial beschichteten Bauteils. Das Aluminium aus der festen Phase diffundiert in die Stahloberfläche ein und bildet in der Oberfläche mit dem Eisen des Stahls eine Al-Fe-Diffusionsschicht.
Erfindungsgemäß sind weiterhin das Bindemittel und das Lösungsmittel der Suspension organische Mittel. Das erfindungsgemäße Beschichtungsmaterial auf Basis organischer Lösungsmittel, wie z. B. Alkohol oder Alkohol-Kohlenwasserstoff-Gemische, enthält als Bindemittel vorzugsweise kohlenstoffbasierte Kunst- oder bevorzugt Naturharz beziehungsweise Harzderivate (zum Beispiel Kolophonium beziehungsweise Kolophonium-Glycerinester). Die genannten Harze, die die Metallpartikel auf der metallischen Oberfläche, insbesondere Stahloberfläche, halten, können im Ofenprozess möglichst rückstandslos verbrennen/abdampfen.
Gemäß einer Ausführungsform bestehen die Aluminium-Partikel aus Reinaluminium mit einem Aluminiumgehalt von 98,0–99,9%. Durch diesen hohen Prozentsatz an Aluminium wird die Bildung einer Diffusionsschicht in der metallischen Oberfläche begünstigt. Zudem kann auch ein gezieltes, teilweise Oxidieren eines Teils der Aluminium-Partikel bei dem hohen Prozentsatz gewährleistet werden. Dieses Oxidieren eines Teils der Aluminiumpartikel kann dazu führen, dass diese Partikel als Opfer dienen und das Oxidieren weiterer Aluminium-Partikel verhindert.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform stellt eine der Formarten der Aluminium-Partikel eine Kugelform oder eine Kornform dar. Als Kornform wird eine irreguläre Partikelform bezeichnet. Die kornförmigen Partikel können beispielsweise ovale oder tropfenförmige Partikel darstellen. Zudem oder alternativ kann bei dem kornförmigen Partikel auch die Oberfläche unregelmäßig sein.
Es hat sich überraschenderweise gezeigt, dass durch Verwendung von kugelförmigen oder kornförmigen Partikeln als zumindest einer Formart der Aluminium-Partikel in der Suspension des Beschichtungsmaterials aufgrund des günstigen Volumen/Fläche-Verhältnisses von Kugeln und Körnern die Aluminium-Partikel wesentlich weniger oxidieren und somit mehr Aluminium in die Diffusionsschicht beziehungsweise Schutzschicht übergeht.
Bei der ausschließlichen Verwendung von Aluminiumpartikeln mit einem geringeren Volumen/Flächen-Verhältnis, das heißt bei einer größeren spezifischen Oberfläche, das beispielsweise bei Aluminium-Pigmenten, in denen die Aluminium-Partikel als Plättchen oder Flakes vorliegt, kann hingegen eine solche Schutzschicht nicht oder nur unzureichend gebildet werden. Insbesondere kann ein Beschichtungsmaterial, in dem ausschließlich Aluminium-Partikel in Form von Pigmenten oder Flakes vorliegt, als Schutz gegen allgemeine Korrosion nur bedingt verwendet werden. Die Ursachen dafür sind keine gute Haftung beziehungsweise metallurgische Verbindung der Aluminium-Pigmente mit der Stahloberfläche. Die Pigmente (Al-Flakes) haben eine sehr große spezifische Oberfläche. Daher ist das Verhältnis zwischen Volumen (reinem Aluminium) und stets oxidierter Oberfläche der Pigmentpartikel sehr klein. Das in zu geringer Konzentration zur Verfügung stehende reine Aluminium kann aufgrund zu vieler Diffusionsbarrieren, die durch Kontaktflächen der Al-Flakes gebildet werden, keine hochkonzentrierte Diffusionsschicht in Bezug auf Aluminium-Gehalt bilden. Beim Aufheizen der Aluminiumpigmente in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre oxidieren die Partikel weiter und verschlechtern damit zunehmend die Haftung sowie die Bedingungen für die Bildung der Al-Fe-Diffusionsschicht. Das zeigt sich im Vorhandensein einer nicht geschlossen ausgebildeten Aluminium-Eisen-Diffusionsschicht. Es bilden sich nur punktuelle Diffusionsbrücken.
Dies ist in den 3a und 3b gezeigt. In diesen Figuren sind Querschliffe von Blechen bestehend aus BTR165 mit einer Beschichtung mit Al-Spray bestehend aus Al-Flakes und organischen Lösungs- und Bindemitteln (3a) und mit einer Beschichtung mit einem Lacksystem bestehend aus Al-Flakes und organisch/anorganischen Hybridpolymerbindemitteln und organischem Lösungsmittel (3b) nach der thermischen Behandlung in einem Schutzgasofen bei einem Sauerstoffgehalt von < 5%, einer Temperatur von 950°C und einer Behandlungsdauer von vier Minuten gezeigt. Die in den Abbildungen an der Oberfläche des Bleches erkennbaren weißen Stellen sind die durch das Aluminium gebildeten Diffusionsbrücken.
Bei der Verwendung eines Beschichtungsmaterial, in dem zumindest ein Teil der Aluminium-Partikel in der festen Phase der Suspension eine Kugel- oder Kornform aufweist, erfolgt aufgrund der kleineren spezifischen Oberfläche eine wesentlich geringere Oxidation und folglich geht mehr Aluminium in die Diffusions- beziehungsweise Schutzschicht über. Die kugel- oder kornförmigen Aluminium-Partikel besitzen in diesem Sinn bestimmte Selbstschutzeigenschaften und somit zeigt sich ein „Selbstschutzeffekt” der Aluminium-Partikel.
Besonders bevorzugt weisen die kugelförmigen oder kornförmigen Aluminium-Partikel in der festen Phase der Suspension eine spezifische Oberfläche im Bereich von 0,05 bis 0,50 m²/g, vorzugsweise im Bereich von 0,15 bis 0,35 m²/g auf. Mit Partikeln dieser spezifischen Oberflächen lässt sich der oben genannte Selbstschutzeffekt besonders zuverlässig erzielen. Insbesondere können mit Partikeln dieser spezifischen Oberfläche Übergangswiderstandswerte von < 1 mOhm (DIN EN ISO 18594) erhalten werden und mit Partikeln mit einer spezifischen Oberfläche im bevorzugten Bereich kann gleichzeitig eine gute Auftragbarkeit und Reproduzierbarkeit der Ergebnisse erzielt werden.
Vorzugsweise liegen 60 bis 90 Gew.-% der Aluminium-Partikel in der festen Phase der Suspension als kugelförmige Partikel und/oder in körnigen Partikelform vor. Durch diesen Prozentsatz kann eine ausreichende Menge an reinem, insbesondere nicht oxidierten, Aluminium, zur Bildung der Diffusionsschicht zur Verfügung gestellt werden. Zudem wird durch diesen Prozentsatz an kugelförmigen oder körnigen Partikelformen die Auftragungsfähigkeit des Beschichtungsmaterials auf eine metallische Oberfläche nicht beeinträchtigt, was bei einem höheren Prozentsatz dieser Formart der Aluminium-Partikel der Fall sein könnte.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform stellt eine der Formarten eine Plättchenform dar. Wie oben beschrieben, ist die alleinige Verwendung von Aluminium-Partikeln in Plättchenform, das heißt als Flakes oder Pigmente, nachteilig. Durch die erfindungsgemäß vorgesehene Kombination von plättchenförmigen Partikeln mit Partikeln einer anderen Form kann die Anwesenheit der plättchenförmigen Partikel allerdings vorteilhaft genutzt werden. Besonders bevorzugt werden die plättchenförmigen Partikel mit einer anderen Formart der Aluminiumpartikel kombiniert, die eine kleinere spezifische Oberfläche besitzen.
Die plättchenförmigen Partikel schwimmen teilweise nach dem Auftragen auf die metallische Oberfläche aufgrund ihrer Form an die Oberfläche des aufgetragenen Beschichtungsmaterials. Dort sind sie der Umgebungsatmosphäre ausgesetzt und oxidieren insbesondere bei Sauerstoffgehalt in der Atmosphäre. Die plättchenförmigen Partikel dienen somit teilweise als Opfer und schützen die weiter darunter liegenden Partikel der festen Phase des Beschichtungsmaterials.
Zudem verbessert sich durch die Kombination von plättchenförmigen und anderen Partikeln die Auftragungsfähigkeit der Suspension auf der metallischen Oberfläche.
Vorzugsweise weisen die plättchenförmigen Aluminiumpartikel eine spezifische Oberfläche im Bereich von 1 bis 8 m²/g, vorzugsweise im Bereich von 1,2 bis 5,4 m²/g auf. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben herausgefunden, dass sich bei diesen Werten der oben beschriebene Selbstschutzeffekt am stärksten zeigt. Die spezifische Oberfläche der plättchenförmigen Aluminium-Partikel oder Aluminium-Flakes im Beschichtungsmaterial ist vorzugsweise kleiner als 8 m²/g, da anderenfalls die zulässige Konzentration der Aluminium-Flakes in der festen Phase nicht höher als 5–7 Gew.-% sein kann. Ein höherer Gewichtsanteil der Aluminium-Flakes ist allerdings notwendig, um die Eigenschaften der Schutzschicht optimal einstellen zu können.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform liegen 10 bis 40 Gew.-% der Aluminiumpartikel in der Suspension als plättchenförmige Partikel, so genannte Aluminium-Flakes vor. Bei einem geringeren Gehalt von < 10 Gew.-% von plättchenförmigen Aluminium-Flakes in der Suspension verschlechtert sich die Auftragungsfähigkeit des Beschichtungsmaterials. Bei einem zu hohen Gehalt von > 40 Gew.-% von plättchenförmigen Aluminium-Flakes in der Suspension hingegen steht nicht genug reines Aluminium zur Bildung einer idealen Diffusionsschicht in der metallischen Oberfläche zur Verfügung.
Gemäß einer Ausführungsform weist die feste Phase zusätzlich zu den AluminiumPartikeln mindestens ein nicht elektrisch leitendes mikro- oder nanoskaliges Oxid eines Übergangsmetalls, auf. Insbesondere werden mikro- oder nanoskalige Oxide von Yttrium und/oder Cr (III) bevorzugt. Überraschenderweise hat sich herausgestellt, dass durch Zugabe von nicht elektrisch leitenden mikro-/nanoskaligen Oxiden von Yttrium und/oder Cr (III) in die feste Phase ein Beschichtungsmaterial geschaffen werden kann, welches nicht nur in der Schutzgasatmosphäre, sondern auch in der Luftatmosphäre gegen Gaskorrosion effektiv ist und die vorgegebene elektrische Leitfähigkeit der Zunderschutzschicht gewährleistet. Es stellte sich heraus, dass Übergangswiderstandwerte der Zunderschutzschicht beim Aufheizen in einer Schutzgasatmosphäre sowie in der Luftatmosphäre durch Anwesenheit der erwähnten Oxide im Beschichtungsmaterial deutlich unter 1 mOhm erreicht werden können.
Gemäß einer Ausführungsform liegen die nicht elektrisch leitenden mikro- oder nanoskaligen Oxide des oder der Übergangsmetalle, insbesondere von Yttrium und/oder Cr (III) in einer Menge von 0,1 bis 4 Gew.-% vor. Zudem ist die Größe dieser Oxide vorzugsweise kleiner als 1 μm. Mit dieser Konzentration und dieser Größe der Oxidpartikel kann der Effekt, dass das Beschichtungsmaterial nicht nur in der Schutzgasatmosphäre, sondern auch in der Luftatmosphäre gegen Gaskorrosion effektiv ist und die vorgegebene elektrische Leitfähigkeit der Zunderschutzschicht gewährleistet, besonders zuverlässig erzielt werden.
Zusätzlich oder alternativ zu den genannten Oxiden, kann die feste Phase gemäß einer Ausführungsform auch Titanpartikel enthalten. Hierdurch kann der Selbstschutzeffekt der zwei Formarten von Aluminium-Partikeln verbessert und stabilisiert werden. Die Anwesenheit der Ti-Partikel in der festen Phase des Beschichtungsmaterials verkleinert den Übergangswiderstand der Zunderschutzschicht beim Aufheizen in einer Stickstoffatmosphäre um den Faktor 2 bis 3. Die positive Wirkung des Titans ist mit der Tatsache verbunden, dass das Titan ein effektiver Getter ist und eine hohe Affinität zu Kohlenstoff hat. Somit vermindert oder eliminiert Titan durch Bildung entsprechender Oxikarbonitride in der Zunderschutzschicht eine schädliche Wirkung von Zersetzungsprodukten des Bindemittels der flüssigen Phase der Suspension. Insbesondere wird die schädliche Wirkung von Gasen, Bindemittelrückstände, insbesondere Rußprodukten bezüglich der Haftung, der Benetzung und der Diffusion des Aluminiums auf der metallischen Oberfläche verringert. Vorzugsweise werden Titanpartikel in einer Menge im Bereich von 0 bis 5 Gew.-% zu der festen Phase der Suspension zugegeben. Die Partikelgröße der Titanpartikel ist vorzugsweise < 45 μm.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform stellt das Bindemittel rußarme Harze, insbesondere Naturharze, dar. Bei dieser Ausführungsform kann gegebenenfalls auf eine Zugabe von Titan oder anderen Rußbindern verzichtet werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Bauteil, das vor der thermischen Behandlung mit einem erfindungsgemäßen Beschichtungsmaterial beschichtet wurde und nach der thermischen Behandlung einen Übergangswiderstand von < 1 mOhm aufweist.
Das Bauteil ist insbesondere ein Strukturbauteil für die Kraftfahrzeugkarosserie oder ein Rohr. Strukturbauteile können hierbei aus Blechen und/oder Rohren hergestellt werden.
Die Auftragung des Beschichtungsmaterials kann auf dem Band vor dem Platinenschnitt erfolgen, indem das Band in einer eigens dafür vorgesehenen Vorrichtung vor dem Richten beschichtet wird. Die Auftragung kann auch auf den ausgestanzten Platinen erfolgen. Bei indirekt warmgeformten Bauteilen kann die Auftragung nach dem Vorformen der Platinen erfolgen.
Die Beschichtung von Rohren kann durch Eintauchen oder mittels einer speziellen Applikationsvorrichtung erfolgen.
Die metallische Oberfläche sollte für das Aufbringen des erfindungsgemäßen Beschichtungsmaterials fett- und ölfrei sein, damit die lackähnliche Suspension die Stahloberfläche vollständig benetzen kann. Dazu kann ein ölfreies Band bezogen und beschichtet werden, oder die ausgestanzten Platinen, die beim Ausstanzen mit Öl in Berührung kommen, werden vom Öl durch geeignete Maßnahmen entfettet.
Die Trocknung des erfindungsgemäßen Beschichtungsmaterials auf der metallischen Oberfläche erfolgt bei Raumtemperatur oder bei leicht erhöhten Temperaturen von bis zu 60°C.
Mit der vorliegenden Erfindung wird insbesondere ein Beschichtungsmaterial zum Schutz von Stahlrohren und Stahlstrukturbauteilen im Automobilbau gegen Gaskorrosion beim Herstellungsprozess und gegen allgemeine Korrosion bei ihrer Anwendung geschaffen, welches auch die Übergangswiderstandwerte der Zunderschutzschicht unter 1 mOhm nach der thermischen Behandlung bei einer Temperatur bis zu 950° sowohl in einer Schutzgasatmosphäre als auch in der Luftatmosphäre garantiert und die Punktschweißbarkeit sowie die Beschichtungsfähigkeit in den nachfolgenden Prozessschritten gewährleistet.
Wesentliche Punkte der Erfindung beziehungsweise Ausführungsformen sind insbesondere:
Ein Beschichtungsmaterial in Form einer lackähnlichen Suspension deren feste Phase vorwiegend aus Aluminium und die flüssige Phase aus organischen Lösungs- und Bindemitteln besteht, wobei die feste Phase zumindest zwei Formarten von Al-Partikeln, die sich durch ihre spezifische Oberfläche unterscheiden, enthält. In dem Beschichtungsmaterial liegt vorzugsweise 60 bis 90 Gew.-% des Aluminium als kugelförmige Partikel oder in einer körnigen (irregulären) Partikelform vor und weist eine spezifische Oberfläche von 0,05 bis 0,50 m²/g, vorzugsweise 0,15 bis 0,35 m²/g auf. 10 bis 40 Gew.-% des Aluminium liegt vorzugsweise als plättchenförmige Partikel (Al-Flakes) vor und weist eine spezifische Oberfläche kleiner 8 m²/g, vorzugsweise von 1,2 bis 5,4 m²/g auf. Die feste Phase der Suspension kann vorzugsweise zudem mikro-/nanoskalige Oxide von Yttrium oder Chrom (III) beziehungsweise ein Gemisch aus diesen Oxiden von 0,1 bis 4 Gew.-% und/oder Titanpartikel von 0 bis 5 Gew.-% enthalten. Vorzugsweise sollte das Bindemittel im Beschichtungsmaterial möglichst rußarme Harze, beispielsweise Naturharze umfassen.
Das auf einer Stahloberfläche aufgetragene und getrocknete Beschichtungsmaterial vermindert die Gaskorrosion, verhindert somit die Verzunderung der Stahloberfläche in Öfen mit sauerstoffhaltiger Atmosphäre (einschließlich der Luftatmosphäre), und bildet nach der thermischen Behandlung von Rohren oder nach dem Warmformprozess des Blechs zu Kraftfahrzeugkarosseriebauteilen eine gegen allgemeine Korrosion beständige Schutzschicht. Die entstehende Schutzschicht weist hierbei einen Übergangswiderstand der Oberfläche auf, der die vorgegebene Punktschweißbarkeit gewährleistet.
Im Unterschied zu bekannten lackähnlichen Systemen, wo eine Schutzwirkung des Bindemittels eine entscheidende Rolle spielt, wird bei der vorliegenden Erfindung überwiegend ein „Selbstschutzeffekt” der festen Phase des Beschichtungsmaterials benutzt.
Die Erfindung wird im Folgenden erneut anhand von Beispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren beschrieben. Hierbei zeigen:
1: ein Kurvendiagramm des Übergangswiderstandes in Abhängigkeit des Massenanteils an Formarten der Al-Partikel in der Suspension;
2: einen Querschliff eines mit dem erfindungsgemäßen Beschichtungsmaterials beschichteten Blechs; und
3: Querschliffe von Blechen mit Beschichtungsmaterialien nach dem Stand der Technik.
Überraschenderweise ist es gelungen durch Auftragen von ca. 13 g/m² körniger/kugelförmiger (irregulären) Al-Partikeln mit einer spezifischen Oberfläche von ca. 0,27 m²/g (Partikelgröße ca. 7–15 μm) auf einer Stahloberfläche in Form einer Suspension auf Ethanolbasis mit Cellulosenitrat oder mit Kolophonium als Bindemittel eine Zunderschutzschicht mit einem Übergangswiderstand von ca. 1 mOhm zu erzeugen. Beim Auftragen der gleichen Menge von Al-Pigmenten (Al-Flakes) mit einer Partikelgröße ca. 15 μm und einer spezifischen Oberfläche von ca. 5,4 m²/g unter gleichen Bedingungen ergab sich nach der thermischen Behandlung ein Übergangswiderstand von mehr als 17 mOhm. Dieses Resultat zeigt, dass die körnigen oder kugelförmigen Al-Partikel aufgrund ihres günstigen Volumen/Fläche-Verhältnisses im Vergleich zu Al-Pigmenten (Al-Flakes) wesentlich geringer oxidieren und folglich mehr Aluminium in die Diffusions- beziehungsweise Schutzschicht übergeht. Sie besitzen in diesem Sinn bestimmte Selbstschutzeigenschaften und somit zeigt sich unter den oben beschriebenen Bedingungen der oben beschriebene „Selbstschutzeffekt” der Aluminiumpartikel. Dies wird auch dadurch bestätigt, dass das Cellulosenitrat ein starkes Oxidationsmittel ist und sich während des Aufheizens der Stahloberfläche bei einer Temperatur schon unter 180°C zersetzt. Aus diesen Gründen ist eine Schutzwirkung des Cellulosenitrates als Bindemittel bei der Bildung der Zunderschutzschicht ausgeschlossen.
Es stellte sich auch heraus, dass der „Selbstschutzeffekt” bei einer optimalen Kombination aus körnigen/kugelförmigen Al-Partikeln und Al-Pigmenten (Al-Flakes) im Beschichtungsmaterial deutlich verstärkt werden kann.
Der Einfluss der Al-Pigmente und des Bindemittels im Beschichtungsmaterial auf den Übergangswiderstand ist in der 1 gezeigt. Hierbei wurden Bleche aus BTR165 mit erfindungsgemäßen Beschichtungsmaterialien beschichtet und anschließend einer thermischen Behandlung in einem Schutzgasofen bei einem Sauerstoffgehalt < 5%, einer Temperatur von 950°C und einer Behandlungsdauer von vier Minuten behandelt. Es wurden Beschichtungsmaterialien mit unterschiedlichen Massenanteilen von Al-Flakes und körnigen/kugelförmigen Al-Partikeln verwendet. Zudem wurden auch unterschiedliche Bindemittel verwendet.
Wie sich aus 1 ergibt, hängt die Steigung der Kurven von dem Oxidationspotenzial der Ofenatmosphäre, der spezifischen Oberfläche der Al-Flakes und der Art des Bindemittels im Beschichtungsmaterial ab. Für die gleichen Versuchsbedingungen gilt: je kleiner die spezifische Oberfläche der Al-Flakes und je weniger Ruß ein Bindemittel bei der pyrolytischen Zersetzung bildet, desto geringer ist die Steigung der Kurve. Aus diesem Grund ist es bestrebenswert, in der vorliegenden Erfindung Bindemittel zu nutzen, die möglichst wenig Ruß bei der thermischen Behandlung entstehen lassen.
Die Veränderung der spezifischen Oberfläche der kugelförmigen/körnigen (irregulären) Al-Partikeln im Beschichtungsmaterial bei einem konstanten Wert der spezifischen Oberfläche der Al-Flakes führt zu einer Verschiebung der Kurve in 1 entlang der Y-Achse. Bei einer kleinen spezifischen Oberfläche der Al-Partikel im Beschichtungsmaterial verkleinern sich die Übergangswiderstandswerte der Zunderschutzschicht. Mit steigender spezifischer Oberfläche der Al-Partikel und entsprechender Verkleinerung der Partikelgröße verschieben sich dagegen die Kurven zu größeren Übergangswiderständen. Die Untersuchungen haben gezeigt, Übergangswiderstandswerte der Zunderschutzschicht unter 1 mOhm erreicht werden können, wenn die spezifische Oberfläche der kugelförmigen/körnigen (irregulären) Al-Partikel im Beschichtungsmaterial in einem Bereich von ca. 0,05 bis zu ca. 0,50 m²/g liegt. Unter Berücksichtigung der Auftragungsfähigkeit sowie der Reproduzierbarkeit der erzielten Ergebnisse liegt der bevorzugte Bereich von 0,15 bis 0,35 m²/g.
Einige Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind im Folgenden aufgeführt:
Beispiel 1:
In 1000 ml Isopropanol wurden 40 g Kolophonium gelöst. In der vorbereiteten Lösung wurden 230 g körnige/kugelförmige Al-Partikel (Aluminiumgehalt 99,5%) mit einer spezifischen Oberfläche von ca. 0,27 m²/g, 50 g Aluminium-Pigmente (Al-Flakes, Aluminiumgehalt 99,5%) der Fa. Benda Lutz Werke GmbH mit einer spezifischen Oberfläche von ca. 5,4 m²/g und 8 g Yttrium-Oxid-Partikel (Partikelgröße ≤ 1 μm) gegeben und homogenisiert.
Durch Eintauchen wurden entfettete Bleche aus BTR165 mit diesem lackähnlichen System beschichtet und ca. 40 s an Luft getrocknet. Die Auflage betrug ca. 20 g/m². Danach wurden diese Bleche in einem Ofen bei 950°C und 4 Minuten Ofenzeit thermisch behandelt. Der Übergangswiderstand der beschichteten Bleche nach dem Erhitzen in einer Schutzgasatmosphäre (Sauerstoffgehalt < 5%) betrug ca. 0,30 mOhm und 0,77 mOhm nach dem Erhitzen in der Luftatmosphäre. Die beschichteten Bleche zeigten eine gute Punktschweißbarkeit sowie exzellente KTL-Lackierbarkeit.
Eine Vergleichsmessung in Bezug auf allgemeine Korrosionsbeständigkeit mittels Salzsprühnebeltest zeigte eine deutliche Verbesserung (um den Faktor drei) der Korrosionsbeständigkeit gegenüber den konventionellen Zunderschutzsystemen (Aluminium Spray bestehend aus Al-Flakes und organischen Lösungs- und Bindemitteln und einem Lacksystem bestehend aus Al-Flakes und organisch/anorganischen Hybridpolymerbindemitteln und organischem Lösungsmittel).
Beispiel 2:
In ein Gemisch aus 800 ml Isopropanol und 200 ml Benzin (Siedepunkt > 140°C) wurden 50 g Kolophonium-Glycerinester gelöst. In der vorbereiteten Lösung wurden 180 g körnige/kugelförmige Al-Partikel (Aluminiumgehalt 99,5%) mit einer spezifischen Oberfläche von ca. 0,15 m²/g, 70 g Aluminium-Pigmente (Al-Flakes, Aluminiumgehalt 99,5%) mit einer spezifischen Oberfläche von ca. 1,2 m²/g und 0,7 g Cr(III)-Oxid-Nanopartikel (Partikelgröße ca. 60 nm) gegeben und homogenisiert.
Durch Eintauchen wurden entfettete Bleche aus BTR165 mit diesem lackähnlichen System beschichtet und ca. 40 s an Luft getrocknet. Die Auflage betrug in diesem Fall ca. 28 g/m². Danach wurden diese Bleche in einem Ofen bei 950°C und 4 Minuten Ofenzeit thermisch behandelt. Der Übergangswiderstand der beschichteten Bleche nach dem Erhitzen in einer Schutzgasatmosphäre (Sauerstoffgehalt < 5%) betrug ca. 0,48 mOhm. Die beschichteten Bleche zeigten eine gute Punktschweißbarkeit sowie exzellente KTL-Lackierbarkeit.
Eine Vergleichsmessung in Bezug auf allgemeine Korrosionsbeständigkeit mittels Salzsprühnebeltest zeigte eine Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit um den Faktor zwei gegenüber den konventionellen Zunderschutzsystemen (Aluminium Spray bestehend aus Al-Flakes und organischen Lösungs- und Bindemitteln und einem Lacksystem bestehend aus Al-Flakes und organisch/anorganischen Hybridpolymerbindemitteln und organischem Lösungsmittel).
Beispiel 3:
600 ml Ethanol wurden mit 400 ml Probenschutzlack „MetCoat” (enthält Bindemittel in Form einer Mischung aus organischen, kohlenstoffbasierten Polymeren) der Fa. Bühler GmbH vermischt. In die vorbereitete Lösung wurden 170 g körnige/kugelförmige Al-Partikel (Aluminiumgehalt 99,5%) mit einer spezifischen Oberfläche von ca. 0,35 m²/g, 100 g Aluminium-Pigmente (Al-Flakes, Aluminiumgehalt 99,5%) der Fa. Benda Lutz Werke GmbH mit einer spezifischen Oberfläche von ca. 8 m²/g und 10 g Titan-Partikel (Titangehalt 99,9%, Partikelgröße < 45 μm) gegeben und homogenisiert.
Die entfetteten, kaltgezogenen Rohre mit einem Außendurchmesser von 15 mm aus dem Stahl St52 wurden in einer speziell gefertigten Durchlauf-Applikationsvorrichtung mit diesem lackähnlichen System außen beschichtet und mit heißer Luft getrocknet. Die Auflage betrug in diesem Fall ca. 23 g/m². Die beschichteten Rohre wurden in einem Schutzgasofen normalisiert (880°C, 4 min).
Al-Fe-Diffusionsschichten sind trotz ihrer korrosionshemmenden Eigenschaften anfällig für Rotrost. Um dieses zu unterdrücken, wurden die auf diese Weise beschichteten und normalisierten Rohre in einer Durchlaufanlage mittels einer konventionellen Technologie zusätzlich galvanisch verzinkt. Dabei diente die erfindungsgemäß erzeugte Zunderschutzschicht als eine Primärschicht für den galvanisch aufgetragenen Zn-Überzug.
Eine Vergleichsmessung in Bezug auf allgemeine Korrosionsbeständigkeit mittels Salzsprühnebeltest zeigte eine Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit um den Faktor 1,5 gegenüber den konventionell verzinkten Rohren.
Beispiel 4:
In einem Gemisch aus 500 ml Isopropanol und 500 ml Ethanol wurden 40 g Kolophonium gelöst. In die vorbereitete Lösung wurden 200 g körnige/kugelförmige Al-Partikel (Aluminiumgehalt 99,5%) mit einer spezifischen Oberfläche von ca. 0,27 m²/g, 60 g Aluminium-Pigmente (Al-Flakes, Aluminiumgehalt 99,5%) der Fa. Benda Lutz Werke GmbH mit einer spezifischen Oberfläche von ca. 3,4 m²/g, 12 g Titan-Partikel (Titangehalt 99,9%, Partikelgröße ca. 10 μm), 1 g Cr(III)-Oxid-Nanopartikel (Partikelgröße ca. 60 nm) und 8 g Yttrium-Oxid-Partikel (Partikelgröße ≤ 1 μm) gegeben und homogenisiert.
Durch Eintauchen wurden entfettete Bleche aus BTR165 mit diesem lackähnlichen System beschichtet und ca. 40 s an Luft getrocknet. Die Auflage betrug ca. 21 g/m². Danach wurden diese Bleche in einem Ofen bei 950°C und 4 Minuten Ofenzeit thermisch behandelt. Der Übergangswiderstand der beschichteten Bleche nach dem Erhitzen in einer Schutzgasatmosphäre (Sauerstoffgehalt < 5%) betrug ca. 0,28 mOhm und 0,86 mOhm nach dem Erhitzen in der Luftatmosphäre. Die beschichteten Bleche zeigten eine gute Punktschweißbarkeit sowie exzellente KTL-Lackierbarkeit. Ein Schliff durch die Probe nach der thermischen Behandlung zeigt eine nahezu geschlossene Diffusionsschicht (siehe 2). Somit ist die Oberfläche besser vor allgemeiner Korrosion geschützt als solche Schichten nach dem Stand der Technik, die in 3 gezeigt werden. Die Diffusionsschicht, die in 2 gezeigt ist und durch Verwendung des erfindungsgemäßen Beschichtungsmaterials erzeugt wurde ist durchgehend und weist eine Tiefe von bis zu 34 μm auf.
Eine Vergleichsmessung in Bezug auf allgemeine Korrosionsbeständigkeit mittels Salzsprühnebeltest zeigte eine Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit um den Faktor drei bis vier gegenüber den konventionellen Zunderschutzsystemen (Aluminium Spray bestehend aus Al-Flakes und organischen Lösungs- und Bindemitteln und einem Lacksystem bestehend aus Al-Flakes und organisch/anorganischen Hybridpolymerbindemitteln und organischem Lösungsmittel).
Die vorliegende Erfindung weist eine Reihe von Vorteilen auf. Die lackähnliche Suspension ist im Preis pro Fläche beschichteten Materials kostengünstiger als die aus dem Stand der Technik bekannten lackähnlichen Systeme. Zudem weist das erfindungsgemäß beschichtete Bauteil, wie die feueraluminierte Schicht, nach dem Warmformen einen Korrosionsschutz auf. Durch die Beschichtung von ausgestanzten Platinen kann der Einsatz der lackähnlichen Suspension gegenüber einer Bandbeschichtung auf das Minimum reduziert werden. Die erfindungsgemäße lackähnliche Suspension enthält größtenteils nur umweltverträgliche Lösungsmittel wie beispielsweise Isopropanol. Dadurch können Gefahren, die bei bekannten Beschichtungsmitteln, die große Mengen an gesundheitsschädlichen Inhaltsstoffen enthalten, die bei der Trocknung der Schicht in einem Ofen verdampfen, auftreten, vermieden werden. Die warmgeformten Bauteile oder Rohre mit dem durch das erfindungsgemäße Beschichtungsmaterial erzeugten Zunderschutz sind auch ohne Entfernung der Schicht punktschweißbar.
Gegenüber der feueraluminierten Schicht, wird die erfindungsgemäß vorgeschlagene Beschichtung nach dem Trocken auf der Oberfläche auch bei einer Vorformung des Blechs (indirektes Warmformen) nicht abplatzen.

Claims

Beschichtungsmaterial in Form einer Suspension zum Beschichten von metallischen Oberflächen von Bauteilen vor einer thermischen Behandlung zum Schutz gegen Korrosion, dadurch gekennzeichnet, dass die feste Phase der Suspension vorwiegend aus Aluminium-Partikeln besteht und die flüssige Phase aus organischen Lösungs- und Bindemitteln besteht, wobei die feste Phase der Suspension zumindest zwei Formarten von Aluminium Partikeln enthält, die sich durch ihre spezifische Oberfläche unterscheiden.
Beschichtungsmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aluminium-Partikel aus Reinaluminium mit einem Aluminiumgehalt von 98,0–99,9% bestehen.
Beschichtungsmaterial nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Formarten eine Kugelform oder eine Kornform darstellt.
Beschichtungsmaterial nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die kugelförmigen oder kornförmigen Aluminium-Partikel eine spezifische Oberfläche von 0,05 bis 0,50 m²/g, vorzugsweise 0,15 bis 0,35 m²/g aufweisen.
Beschichtungsmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass 60 bis 90 Gew.-% der Aluminium-Partikel in der festen Phase der Suspension als kugelförmige Partikel und/oder in körniger Partikelform vorliegen.
Beschichtungsmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Formarten eine Plättchenform darstellt.
Beschichtungsmaterial nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die plättchenförmigen Aluminium-Partikel eine spezifische Oberfläche von 1 bis 8 m²/g, vorzugsweise von 1,2 bis 5,4 m²/g aufweisen.
Beschichtungsmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass 10 bis 40 Gew.-% der Aluminium-Partikel in der Suspension als plättchenförmige Partikel (Al-Flakes) vorliegen.
Beschichtungsmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die feste Phase der Suspension mindestens ein nicht elektrisch leitendes mikro- oder nanoskaliges Oxid eines Übergangsmetalls, insbesondere Yttrium und/oder Cr (III) aufweist.
Beschichtungsmaterial nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Oxide in einer Menge im Bereich von 0,1 bis 4 Gew.-% vorliegen.
Beschichtungsmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die feste Phase Titanpartikel, insbesondere in einer Menge im Bereich von 0 bis 5 Gew.-% enthält.
Beschichtungsmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel und/oder das Lösungsmittel der Suspension organische Mittel darstellen.
Beschichtungsmaterial nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel rußarme Harze, insbesondere Naturharze, darstellt
Bauteil, insbesondere Strukturbauteil oder Rohr, dessen metallische Oberfläche vor der thermischen Behandlung mit einem Beschichtungsmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 13 beschichtet wurde und das nach der thermischen Behandlung einen Übergangswiderstand von < 1 mOhm (DIN EN ISO 18594) aufweist.