DE102009030419A1

DE102009030419A1 - Verfahren zum Herstellen von Verbundbauteilen

Info

Publication number: DE102009030419A1
Application number: DE200910030419
Authority: DE
Inventors: Michael Dr. Bayer; Martin Dipl.-Ing. Blüm (FH); Sven Dipl.-Wirt. Fischer (Fh); Klaus Dipl.-Ing. Kleinhans (FH); Jose Dipl.-Ing. Rovira
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Kleinhans Klaus Dipl-Ing (fh) De; Bayer AG
Priority date: 2009-06-25
Filing date: 2009-06-25
Publication date: 2010-12-30

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils (10) für einen Kraftwagen, insbesondere für eine Kraftwagenkarosserie, bei welchem wenigstens ein Teil (12) des Bauteils durch Behandlung mit einer Zinkstaubmischung bei 300°C bis 600°C mit einer Zinkdiffusionsschicht (16) beschichtet und mittels einer kathodichen Tauchlackierung beschichtet wird, wobei wenigstens ein metallisches Teil (12) des Bauteils mit einem weiteren Teil (14) zur Erzeugung eines Verbundbauteils (10) gefügt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Verbundbauteilen nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit von Bauteilen für Kraftwagen für Kraftwagen und insbesondere für Kraftwagenkarosserien ist es bekannt, diese mit Zinkbeschichtungen zu versehen. Besonders vorteilhaft sind hierbei Zinkthermodiffusionsbeschichtungen, zu deren Herstellung ein metallisches Bauteil bei 300°C bis 600°C mit einer Zinkstaubmischung behandelt wird. Durch Feststoffdiffusion wird während dieser Behandlung eine oberflächennahe Schicht des Bauteils mit Zink angereichert, so dass sich eine Legierung bzw. intermetallische Phasen aus Zink und dem Basismetall des Bauteils ergeben. Nach außen hin schließt sich dabei in der Regel an die aufgezinkte Oberflächenschicht eine reine Zinkschicht an.
Nach erfolgter Beschichtung werden derartige Karosseriebauteile in der Regel noch durch kathodische Tauchlackierung beschichtet, um ihnen die gewünschte optische Anmutung zu verleihen. Nachteilig bei bekannten zinkthermodiffusionsbeschichteten Bauteilen ist oftmals ein hohes Bauteilgewicht, da die Zinkthermodiffusionsbeschichtung in der Regel mit Eisenmetallen und insbesondere mit Stählen durchgeführt wird. Diese zeichnen sich zwar durch sehr gute Festigkeitseigenschaften aus, die Festigkeit liegt daher jedoch oft über den tatsächlich notwendigen Werten.
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils für einen Kraftwagen nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 so weiterzuentwickeln, dass die Festigkeit derartiger Bauteile an die jeweilige Beanspruchungen angepasst werden kann und das Baugewicht gesenkt werden kann.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Bei einem derartigen Verfahren zum Herstellen eines Bauteils für einen Kraftwagen und insbesondere für eine Kraftwagenkarosserie wird wenigstens ein Teil des Bauteils durch Behandlung mit einer Zinkstaubmischung bei 300°C bis 600°C mit einer Zinkdiffusionsschicht beschichtet und mittels einer kathodischen Tauchlackierung beschichtet. Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass wenigstens ein metallisches Teil des Bauteils mit einem weiteren Teil zur Erzeugung eines Verbundbauteils gefügt wird. Durch die Kombination der Zinkthermodiffusionsbeschichtung mit der Hybridbauweise lassen sich so besonders korrosionsbeständige und dabei extrem leichte und an die tatsächlich zu erwartenden Belastungen angepasste Bauteile schaffen. Die Abfolge der Verfahrensschritte kann dabei frei an jeweilige Materialpaarungen angepasst werden, wobei in jedem Fall die Ausbildung des Verbundbauteils durch die Zinkdiffusionsbeschichtung positiv beeinflusst wird.
Zum Einen ist es möglich, die Teile des Verbundbauteils erst nach dem Fügen mittels der kathodischen Tauchlackierung zu beschichten. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn ein Verbundbauteil aus mindestens zwei verschiedenen metallischen Teilen verwendet wird. Die Zinkthermodiffusionsbeschichtung erlaubt hier eine weitestgehend freie Wahl der Materialpaarung, da die Zinkdiffusionsschicht auch bei in der Spannungsreihe weit auseinanderliegenden Metallen die Ausbildung von Lokalelementen im Kontaktbereich verhindert. Es ist daher beispielsweise die Kombination von Stahl mit Aluminium in einem Verbundbauteil möglich, ohne dass elektrochemische Korrosion auftritt bzw. ohne dass aufwändige Schutzmaßnahmen gegen die elektrochemische Korrosion getroffen werden müssen. Vorteilhafterweise werden hierbei beide metallische Teile des Verbundbauteils mit einer Zinkdiffusionsschicht beschichtet. Die Zinkdiffusionsschicht erweitert zudem die zur Verfügung stehenden Fügetechniken zum Verbinden der beiden metallischen Teile des Verbundbauteils. So erlaubt eine Zinkdiffusionsschicht beispielsweise auch das Verschweißen von eigentlich als nicht schweißbar geltenden Materialien wie bestimmten Leichtmetalllegierungen. Damit kann auf aufwändige mechanische Fügetechniken verzichtet werden. Der Wegfall von zusätzlichen Fügeelementen wie beispielsweise Stanznieten oder dergleichen führt obendrein zu einer zusätzlichen Gewichtseinsparung.
Alternativ zur kathodischen Tauchlackierung nach dem Fügen ist es auch möglich, die Teile des Verbundbauteils vor dem Fügen mittels der kathodischen Tauchlackierung zu beschichten. Dies kann dann von Vorteil sein, wenn insbesondere nahe einem Fügebereich gelegene Bereiche des Bauteils zuverlässig mitlackiert werden sollen, um beispielsweise den Korrosionsschutz zu verbessern. Die Schichtabfolge aus Zinkdiffusionsschicht und kathodischer Tauchlackierung ermöglicht auch hier die Anwendung normalerweise nicht zugänglicher Fügeverfahren. Beispielsweise ist es aufgrund der unter der KTL-Schicht gelegenen Zinkdiffusionsschicht möglich, bereits vorlackierte Teile für ein Verbundbauteil unter Ausbildung des Verbundbauteils miteinander zu verkleben. Eine Verklebung auf dem KTL-Lack war bislang weitestgehend unerwünscht, da die Haltbarkeit der Verbindung durch die Haltbarkeit der KTL-Schicht auf dem metallischen Substrat limitiert wurde. Durch die vorherige Zinkthermodiffusionsbeschichtung wenigstens eines Teils des Verbundbauteils wird allerdings die Haltbarkeit des KTL-Lackes wesentlich verbessert. Die Zinkthermodiffusionsschicht weist nämlich eine raue, schwammartige Struktur auf, durch die sich eine besonders gute Verzahnung und ein Mikroformschluss zwischen dem Lack und dem Substrat ergibt. Die Festigkeit von auf dem KTL-Lack aufgebrachten Klebeverbindungen wird so besonders stark erhöht. Auch hier sind beliebige Materialpaarungen möglich. Es kann sich um Metall-Metall-Verbundbauteile oder auch um Metall-Kunststoff-Verbundbauteile handeln.
Im Folgenden soll die Erfindung und ihre Ausführungsformen anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Hierbei zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines nach dem Fügen KTL-beschichteten Verbundbauteils und
2 eine schematische Darstellung eines vor dem Fügen KTL-beschichteten Verbundbauteils.
Das in 1 lediglich schematisch angedeutete im Ganzen mit 10 bezeichnete Verbundbauteil besteht aus einem ersten metallischen Teil 12 und einem zweiten metallischen Teil 14. Die metallischen Teile 12, 14 können dabei aus unterschiedlichen Metallen oder Metalllegierungen bestehen. Zur Herstellung des Verbundbauteils 10 werden die Teile 12, 14 zunächst mit einer Zinkdiffusionsschicht 16 beschichtet. Hierzu werden die Teile 12, 14 in eine Mischung aus Zinkstaub und einem neutralen Trägermaterial wie beispielsweise Sand eingelegt und über mehrere Stunden bei 300°C bis 600°C wärmebehandelt. Durch Feststoffdiffusion dringt Zink aus dem Zinkstaub in oberflächennahe Bereiche 18 der Bauteile 12, 14 ein, wodurch sich aus dem Basismetall der Teile 12, 14 und Zinklegierungen und intermetallische Phasen bilden. Es kommt also zunächst zu einer Zinkanreicherung der oberflächennahen Bereiche 18 der Bauteile 12, 14. Mit weiterem Fortschritt der Verzinkungsreaktion lagert sich schließlich eine Schicht 16 aus metallischem Zink auf den Oberflächen der Bauteile 12, 14 ab. Diese ist je nach Verfahrensbedingungen mehr oder weniger kompakt und bildet eine im Wesentlichen schwammartige Struktur aus.
Durch die Beschichtung mit der Zinkdiffusionsschicht 16 ist es möglich, auch Teile 12, 14 aus in der chemischen Spannungsreihe weit voneinander entfernten Metallen zu einem Verbundbauteil 10 zu fügen. Die Zinkdiffusionsschicht 16 verhindert hierbei die Ausbildung von Lokalelementen und damit elektrochemische Korrosion. So ist es beispielsweise möglich, Stahl-Aluminium-Hybridbauteile zu schaffen. Im gezeigten Beispiel erfolgt das Fügen der Teile 12, 14 zur Ausbildung des Verbundbauteils 10 vor einer späteren kathodischen Tauchlackierung, das Fügen geschah im schematisch gezeigten Beispiel durch Anbringen einer Schweißnaht 20. Nach dem Fügen der Teile 12, 14 erfolgt schließlich eine kathodische Tauchlackierung des so entstandenen Hybridbauteils 10. Die Oberfläche des Verbundbauteils 10 wird dabei mit wenigstens einer Lackschicht 22 bedeckt, welche besonders gut auf den Zinkdiffusionssichten 16 haftet.
Alternativ hierzu ist es auch möglich, die Teile 12, 14 des Verbundbauteils 10 vor dem Fügen zum Verbundbauteil 10 durch kathodische Tauchlackierung zu lackieren. Dies ist schematisch in 2 dargestellt. Wie bereits im in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Teile 12, 14, bei denen es sich auch hier um Metallteile handelt zunächst mit einer Zinkdiffusionsschicht 16 beschichtet. Nach Aufbringen der Zinkdiffusionsschicht erfolgt eine kathodische Tauchlackierung, wobei sich auf der Zinkdiffusionsschicht haftende Lackschichten 22 absetzen. Aufgrund der schwammartigen Struktur der Zinkdiffusionsschicht ergibt sich eine besonders gute Haftung des Lackes an den Teilen 12, 14. Dies ermöglicht, die bereits lackierten Teile 12, 14 durch eine Kleberaupe 24 miteinander zum Verbundbauteil 10 zu fügen. Solche Verklebungen auf der Lackschicht 22 sind bislang eher unerwünscht, da ihre Festigkeit im Wesentlichen von der Haftfestigkeit des Lackes der Schicht 22 auf den metallischen Substrat der Teile 12 und 14 limitiert wird. Aufgrund der verbesserten Haftung der Backschicht 22 an der Zinkthermodiffusionsschicht 16 wird hier allerdings eine solche Verklebung ermöglicht. Dies ermöglicht die Herstellung von Verbundbauteilen 10 auch aus nicht miteinander verschweißbaren metallischen Teilen 12, 14 oder aus Kombinationen von metallischen und Kunststoffteilen.

10: Verbundbauteil
12: metallisches Teil
14: metallisches Teil
16: Zinkdiffusionsschicht
18: oberflächennahe Bereiche
20: Schweißnaht
22: Lackschicht

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Bauteils (10) für einen Kraftwagen, insbesondere für eine Kraftwagenkarosserie, bei welchem wenigstens ein Teil (12) des Bauteils durch Behandlung mit einer Zinkstaubmischung bei 300°C bis 600°C mit einer Zinkdiffusionsschicht (16) beschichtet und mittels einer kathodischen Tauchlackierung beschichtet wird, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein metallisches Teil (12) des Bauteils mit einem weiteren Teil (14) zur Erzeugung eines Verbundbauteils (10) gefügt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Teile (12, 14) nach dem Fügen mittels der kathodischen Tauchlackierung beschichtet werden.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiteres Teil (14) aus einem Metall und/oder einer Metalllegierung verwendet wird, welches ebenfalls mit einer Zinkdiffusionsschicht (16) beschichtet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Teile (12, 14) vor dem Fügen mittels der kathodischen Tauchlackierung beschichtet werden.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Fügen durch Kleben erfolgt.