DE102009030420A1

DE102009030420A1 - Verfahren zum Herstellen von metallischen Bauteilen für Kraftwagen

Info

Publication number: DE102009030420A1
Application number: DE200910030420
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 Verfahren zum Herstellen von metallischen Bauteilen (10) für Kraftwagen, bei welchem das Bauteil (10) durch Behandlung mit einer Zinkstaubmischung bei 300°C bis 600°C mit einer Zinkthermodiffusionsschicht (14) beschichtet wird, wobei das Bauteil (10) anschließend mit einer weiteren metallischen Beschichtung (20) beschichtet wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von metallischen Bauteilen für Kraftwagen nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Es ist allgemein bekannt, metallische Bauteile durch Behandlung mit einer Zinkstaubmischung bei 300°C bis 600°C mit einer Zinkdiffusionsschicht zu beschichten. Hierbei wird zunächst eine oberflächennahe Schicht des Bauteils durch Feststoffdiffusion mit Zink unter Bildung von Legierungen oder intermetallischen Phasen aus Zink und dem Basismetall des Bauteils angereichert. Auf diese Zink-angereicherte Schicht lagert sich schließlich eine Schicht aus reinem Zink auf, welche eine größtenteils schwammartige Struktur aufweist. Derartige Verfahren sind beispielsweise als Sherardisieren bekannt. Die RU2117717 , RU2180018 und DE 10 2004 035 049 B4 beschreiben derartige Verfahren zur Herstellung von Zinkthermodiffusionsbeschichtungen.
Diese Beschichtung weist sehr gute Korrosionsschutzwirkung auf Stählen auf. Die optische Erscheinung der Beschichtung ist dagegen grau, matt und wenig ansprechend. Sie ist daher nicht als Sichtfläche für Bauteile mit hochwertiger Anmutung geeignet.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 so weiterzuentwickeln, dass Bauteile mit verbesserter optischer Anmutung hergestellt werden können.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Bei einem derartigen Verfahren zum Herstellen von metallischen Bauteilen für Kraftwagen wird das Bauteil zunächst durch Behandlung mit einer Zinkstaubmischung bei 300°C bis 600°C mit einer Zinkdiffusionsschicht beschichtet. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, das Bauteil anschließend mit einer weiteren metallischen Beschichtung zu beschichten. Hierbei handelt es sich zur Verbesserung der optischen Anmutung um eine glänzende metallische Schicht. Dabei können die üblichen Metalle, insbesondere Al oder Cr gewählt werden. Diese sind darüber hinaus chemisch und physikalisch sehr gut mit der Zinkdiffusionsschicht kompatibel. Besonders geeignet ist das Aluminium.
Die metallische Beschichtung kann dabei im Wesentlichen frei nach gestalterischen Gesichtspunkten gewählt werden, da die bedeutsamen funktionellen Eigenschaften von zusätzlichen Beschichtungen auf dem metallischen Grundkörper des Bauteils bereits durch die Zinkdiffusionsschicht erzielt werden. Insbesondere wirkt die Zinkdiffusionsschicht bereits korrosionshemmend und ist dabei hochgradig unempfindlich gegen mechanische Einflüsse. Die Zinkdiffusionsschicht bildet weiterhin einen extrem guten Haftgrund für die weitere metallische Beschichtung, da die schwammartige Struktur zu einem Mikroformschluss mit der weiteren Beschichtung führt. Damit lassen sich sowohl optisch ansprechende als auch sehr gut haftende Schichten realisieren, welche gleichzeitig unempfindlich gegen Korrosion und mechanische Einflüsse sind.
Das Aufbringen der weiteren metallischen Beschichtung kann dabei mit an sich bekannten Verfahren geschehen. Es ist möglich, die weitere metallische Beschichtung sowohl galvanisch als auch durch physikalische oder chemische Gasphasenabscheidung aufzubringen. Eine besonders bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens beinhaltet die Bedampfung der Zinkdiffusionsschicht mit Aluminium. Hierdurch lassen sich besonders ansprechende optische Effekte erzielen. Durch die Zinkdiffusionsschicht ist es zudem ermöglicht, das Aluminium auf nahezu beliebige metallische Substrate aufzudampfen, da die Zinkdiffusionsschicht die Ausbildung von Lokalelementen verhindert. Es können somit auch Metalle wie beispielsweise Stahl mit Aluminium beschichtet werden, deren Normalpotential einen großen Abstand zum Normalpotential des Aluminiums aufweist. Elektrochemische Korrosion wird durch die Zinkdiffusionsschicht nahezu vollständig unterbunden.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Felge für ein Rad eines Kraftwagens mit einem Felgenkörper aus Stahl oder Edelstahl mit einer metallischen Oberflächenbeschichtung, insbesondere aus Aluminium, wobei zwischen der Oberflächenbeschichtung und dem Felgenkörper eine Zinkthermodiffusionsschicht vorgesehen ist. Die Herstellung einer derartigen Felge ist aufgrund des stählernen Grundkörpers besonders kostengünstig. Durch die Aluminiumbeschichtung des Grundkörpers erhält die Felge dennoch eine ansprechende optische Anmutung, die derjenigen einer Leichtmetallfelge entspricht.
Im Folgenden soll die Erfindung und ihre Ausführungsformen anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Die einzige Figur zeigt hierbei eine schematische Darstellung der Schichtabfolge auf einem mit einem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten metallischen Bauteil.
Zur Herstellung eines optisch ansprechenden und gleichzeitig hoch korrosionsbeständigen, im Ganzen mit 10 bezeichneten Bauteils wird der metallische Grundkörper 12 des Bauteils 10 zunächst mit einer Zinkthermodiffusionsschicht 14 beschichtet. Hierzu wird der metallische Grundkörper 12 in eine Mischung aus Zinkstaub und einem neutralen Trägermaterial wie beispielsweise Sand eingelegt und über mehrere Stunden hinweg bei 300°C bis 600°C wärmebehandelt. Durch Feststoffdiffusion dringen Zinkatome in eine oberflächennahe Schicht 16 des metallischen Grundkörpers 12 ein und bilden dort mit dem Basismetall des metallischen Grundkörpers 12 Legierungen und/oder intermetallische Phasen. Durch die Zinkanreicherung wird die oberflächennahe Schicht des metallischen Grundkörpers 12 zunächst gehärtet. Im weiteren Verlauf der Beschichtung scheidet sich schließlich eine Thermodiffusionsschicht 14 aus im wesentlichen reinem Zink auf der Oberfläche 18 des metallischen Grundkörpers 12 ab. Diese hat eine schwammartige, raue Struktur. Zur Verbesserung der optischen Anmutung des Bauteils 10 wird schließlich eine weitere metallische Beschichtung 20 auf die Oberfläche 22 der Thermodiffusionsschicht 14 aufgebracht. Dies kann sowohl galvanisch als auch durch Gasphasenabscheidung geschehen. Aufgrund der schwammartigen Struktur der Zinkthermodiffusionsschicht 14 haftet die metallische Beschichtung 20 besonders gut auf deren Oberfläche 22.
Der metallische Grundkörper 12 des Bauteils 10 kann dabei sowohl aus Stahl als auch aus Leichtmetallen bestehen. Dies ermöglicht die Anwendung des Verfahrens auf eine Vielzahl von im Kraftwagenbau verwendeten Bauteilen. Die Zinkthermodiffusionsschicht 14 haftet selbst extrem gut auf dem metallischen Grundkörper 12 und schützt diesen vor Korrosion. Aufgrund der hohen Haftung zwischen Zinkthermodiffusionsschicht 14 und Grundkörper 12 ist der Grundkörper 12 zudem besonders gut gegen mechanische Einflüsse geschützt. Durch die geringe Schichtdicke werden Einflüsse auf die mechanischen Eigenschaften des Grundkörpers 12 des Bauteils 10 im Wesentlichen vermieden.
Je nach Kombination von Materialien für den Grundkörper 12 und die metallische Beschichtung 20 kann das Verfahren vielfältige Anwendungen im Kraftwagenbau finden.
So ist es beispielsweise möglich, Leichtmetallbauteilen durch eine Edelstahlbeschichtung eine Edelstahlanmutung zu verleihen. In der Umkehr ist es natürlich auch denkbar, Stahlbauteile zu verwenden, und diesen durch Aluminiumbeschichtung eine hochwertige Leichtmetallanmutung zu verleihen. Die Beschichtung mit Aluminium kann beispielsweise bei Radfelgen aus Stahl Anwendung finden, die in der Herstellung wesentlich kostengünstiger sind als Leichtmetallfelgen. Durch die Aluminiumbeschichtung erhalten sie jedoch das gleiche hochwertige optische Erscheinungsbild.
Zur Bedampfung mit Aluminium wird besonders bevorzugt die physikalische Gasphasenabscheidung verwendet. Hierzu wird das zu beschichtende Substrat im Hochvakuum mit Aluminiumionen beschossen. Diese können thermisch oder beispielsweise auch durch Argon-Ionen-Beschuss aus einer Aluminiumquelle auf das zu beschichtende Substrat hin beschleunigt werden. Man erhält hierbei höchst haftfeste, korrosionsbeständige und dabei nur wenige Nanometer dicke Schichten. Die Bedampfung mit Aluminium kann an vielen Bauteilen, wie beispielsweise Zierleisten, der Dachreling, Blenden, Griffleisten oder dergleichen als Ersatz für die Verchromung dienen. Durch den Auftrag auf die Zinkthermodiffusionsschicht kommt es dabei nicht zu Kontaktkorrosion, die bei Verchromung auftreten kann. Verglichen mit üblichen Verchromungsverfahren ist das Verfahren zudem preiswerter und einfacher durchzuführen. Alternativ zum Auftrag von Aluminium durch physikalische Gasphasenabscheidung ist auch eine galvanische Beschichtung mit anderen Metallen möglich.

10: Bauteil
12: metallischer Grundkörper
14: Zinkthermodiffusionsschicht
16: oberflächennahe Schicht
18, 22: Oberflächen
20: metallische Beschichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- RU 2117717 [0002]
- RU 2180018 [0002]
- DE 102004035049 B4 [0002]

Claims

Verfahren zum Herstellen von metallischen Bauteilen (10) für Kraftwagen, bei welchem das Bauteil (10) durch Behandlung mit einer Zinkstaubmischung bei 300°C bis 600°C mit einer Zinkthermodiffusionsschicht (14) beschichtet wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (10) anschließend mit einer weiteren glänzenden metallischen Beschichtung (20) beschichtet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere metallische Beschichtung (20) galvanisch aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere metallische Beschichtung (20) durch physikalische oder chemische Gasphasenabscheidung aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere metallische Beschichtung (20) durch Bedampfung mit Aluminium und/oder Chrom aufgebracht wird.
Felge für ein Rad eines Kraftwagens mit einem Felgenkörper aus Stahl oder Edelstahl, mit einer metallischen Oberflächenbeschichtung insbesondere aus Aluminium, wobei zwischen der Oberflächenbeschichtung und dem Felgenkörper eine Zinkthermodiffusionsschicht vorgesehen ist.
Felge nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die metallische Oberflächenbeschichtung eine Lackschicht trägt.