DE102012004768A1 - Mounting assembly, comprises component made of high alloy steel, metal mounting unit, coating including electrochemical material, and separator made of electrochemical inert material provided between mounting unit and component - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine korrosionsgeschützte Befestigungsanordnung mit einem Bauteil aus hochlegiertem Stahl und einem metallischen Befestigungsmittel, das eine Beschichtung aus einem elektrochemisch unedleren Werkstoff als das Befestigungsmittel aufweist.The invention relates to a corrosion-resistant fastening arrangement with a component made of high-alloy steel and a metallic fastening means which has a coating of an electrochemically more noble material than the fastening means.
In Kraftfahrzeugen werden aus funktionellen Gründen zunehmend Teile aus hochlegierten Cr- und CrNi-Stählen verbaut, insbesondere im Bereich der Abgasnachbehandlung. Bei der Verwendung üblicher Befestigungselemente, deren Korrosionsschutz durch Überzüge aus elektrochemisch unedleren Werkstoffen gewährleistet wird, kommt es durch Ausbildung von Kontaktkorrosionselementen mit dem elektrochemisch edleren hochlegierten Stahl zur starken Korrosion der Befestigungs- und Verbindungselemente, die bisher durch erheblich aufwändigere hochlegierte Bauteile ersetzt werden mussten oder durch kurzfristige Korrosion im Feld auffällig wurden.In motor vehicles, parts of high-alloy Cr and CrNi steels are increasingly being used for functional reasons, in particular in the field of exhaust gas aftertreatment. When using conventional fasteners, the corrosion protection is ensured by coatings of electrochemically base materials, it comes through the formation of contact corrosion with the electrochemically noble high-alloy steel for strong corrosion of fasteners and fasteners that previously had to be replaced by considerably more expensive high-alloy components or by short-term corrosion in the field were conspicuous.
So werden bislang, um die Bildung von Kontaktkorrosionselementen zu vermeiden, Zwischenelemente zwischen den hochlegierten Stahlbauteilen und den Befestigungselementen aus elektrochemisch unedleren Werkstoffen eingesetzt. Als Zwischenelemente werden beispielsweise Kunststoffe eingesetzt, darunter fällt auch die Lackierung des Stahlbauteils und/oder des Befestigungselements, allerdings sind derartige Zwischenelemente nicht zum Verbau an temperaturbelasteten Bauteilen wie im Bereich des Abgasstrangs geeignet, da sie nicht ausreichend temperaturbeständig sind.So far, in order to avoid the formation of contact corrosion elements, intermediate elements between the high-alloy steel components and the fastening elements of electrochemically base materials are used. For example, plastics are used as intermediate elements, including the painting of the steel component and / or the fastener, however, such intermediate elements are not suitable for installation on temperature-loaded components such as in the field of the exhaust line, since they are not sufficiently temperature resistant.
Die
Die
Die in Form einer Beschichtung oder als Trennelement eingesetzten elektrochemisch unedleren Korrosionsschutzmittel schützen zwar das Befestigungselement zunächst vor Kontaktkorrosion, sind allerdings relativ schnell aufgezehrt und weisen als Opfermaterial nur eine zeitlich begrenzte Wirkung auf. Ferner können diese Beschichtungen schon bei der Montage beschädigt werden.Although the electrochemically base corrosion protection agents used in the form of a coating or as a separating element initially protect the fastening element against contact corrosion, they are consumed relatively quickly and have only a temporary effect as a sacrificial material. Furthermore, these coatings can be damaged during assembly.
Zwischenelemente aus elektrochemisch unedleren Überzügen wie Aluminium, Zink oder auch einer Keramik sind somit zwar temperaturbeständig, weisen aber Nachteile bei der Dauerhaltbarkeit in Bezug auf Festigkeit in Folge der dort auftretenden Korrosion auf.Although intermediate elements made of electrochemically base coatings such as aluminum, zinc or even a ceramic are therefore temperature-resistant, they have disadvantages in terms of durability in terms of strength as a result of the corrosion occurring there.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine hinsichtlich Korrosionsschutz und Dauerhaltbarkeit verbesserte Befestigungsanordnung aus hochlegierten Stahlbauteilen und Befestigungselementen aus elektrochemisch unedleren Werkstoffen zu schaffen.Based on this prior art, it is an object of the present invention to provide a corrosion protection and durability improved mounting arrangement of high-alloy steel components and fasteners of electrochemically baser materials.
Diese Aufgabe wird durch eine Befestigungsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weiterbildungen der Befestigungsanordnung sind in den Unteransprüchen ausgeführt.This object is achieved by a fastening arrangement with the features of
In einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Befestigungsanordnung eines Bauteils umfasst diese ein Bauteil aus hochlegiertem Stahl und ein metallisches Befestigungsmittel, das als Zwischenelement eine Beschichtung aus einem elektrochemisch unedleren Werkstoff als das Befestigungsmittel aufweist, eine Trennlage aus einem elektrochemisch inerten Werkstoff, die zwischen dem beschichteten Befestigungsmittel und dem Bauteil vorgesehen ist. Unter elektrochemisch inerten Werkstoffen sind Metalle zu verstehen, welche stabile Passivierungsschichten ausbilden. Hierzu zählen insbesondere Übergangsmetalle mit elektrochemisch nicht reduzierbaren Oxidschichten, Ventilmetalle bzw. Ventillegierungen und Ti oder Zr und deren Legierungen. Zu den im Prinzip geeigneten Ventilmetallen zählen unter anderem Tantal, Niob, Titan, Zirconium, Wolfram und Silizium.In a first embodiment of the mounting arrangement of a component according to the invention this comprises a high-alloy steel component and a metallic fastener having as intermediate element a coating of an electrochemically less noble material as the fastener, a release layer of an electrochemically inert material between the coated fastener and the component is provided. Electrochemically inert materials are metals that form stable passivation layers. These include in particular transition metals with electrochemically insoluble oxide layers, valve metals or valve alloys and Ti or Zr and their alloys. The valve metals that are suitable in principle include, among others, tantalum, niobium, titanium, zirconium, tungsten and silicon.
Die Einsatzfähigkeit einer erfindungsgemäßen Befestigungsanordnung unter mechanischen und thermischen Belastungen bleibt dabei langfristig erhalten, da die Kontaktkorrosion zwischen dem hochlegierten Stahl und der unedlen Beschichtung des Befestigungsmittels wirkungsvoll unterbunden wird.The usability of a fastening arrangement according to the invention under mechanical and thermal stresses remains long-term, since the contact corrosion between the high-alloy steel and the base coating of the fastener is effectively prevented.
Bei dem elektrochemisch inerten Werkstoff der Trennlage kann es sich beispielsweise um Ti, Zr, eine Ti-Legierung, eine Zr-Legierung oder eine Ti-Zr-Legierung handeln. The electrochemically inert material of the separating layer may be, for example, Ti, Zr, a Ti alloy, a Zr alloy or a Ti-Zr alloy.
Durch die Trennlage können kostengünstig herkömmliche beschichtete Befestigungsmittel aus niedrig legierten Stählen mit guter Dauerhaltbarkeit eingesetzt werden, anstatt auf hochlegierte Verbindungselementen mit geringerer Festigkeit zurückgreifen zu müssen. Die Befestigungsanordnungen wie etwa Schraubverbunde, weisen eine über die gesamte Lebensdauer sichergestellte mechanische Festigkeit auf.By means of the separating layer, conventional coated fastening means made of low-alloyed steels with good durability can be used cost-effectively, instead of having to resort to high-strength connecting elements with lower strength. The fastening arrangements, such as screw assemblies, have a guaranteed over the entire life mechanical strength.
Die Trennlage kann ein Bauteil, ein Blech oder eine plattierte Auflage sein. Bevorzugt kann sie als eine Unterlegscheibe, eine Unterlage oder eine Abstandshaltergruppe ausgeführt sein. Es kann sich aber auch um eine zweite Beschichtung handeln, die wenigstens partiell bzw. abschnittsweise auf einer Kontaktfläche zwischen dem beschichteten Befestigungsmittel und dem Bauteil aufgebracht ist.The separating layer may be a component, a metal sheet or a plated support. Preferably, it may be embodied as a washer, a pad or a spacer group. But it may also be a second coating, which is applied at least partially or in sections on a contact surface between the coated fastener and the component.
In einer Ausführungsform kann das Befestigungsmittel eine Schraube und die Trennlage eine Unterlegscheibe sein.In one embodiment, the fastener may be a screw and the separator may be a washer.
In einer weiteren Ausführungsform kann das als Befestigungsmittel eine Spannbandanordnung mit einem Spannband sein, und die Trennlage ist eine vollflächige Unterlage oder eine Abstandshaltergruppe aus einer Mehrzahl einzelner beabstandeter Abstandshalter. Dabei ist die vollflächige Unterlage in Bezug zu dem Spannband mit seitlichem Überstand ausgebildet. Die Schichtdicke der vollflächigen Unterlage ist bevorzugt kleiner als die Schichtdicke der Abstandshalter.In another embodiment, the fastener may be a tension band assembly with a tension band, and the release liner is a full-surface pad or spacer group of a plurality of individual spaced apart spacers. In this case, the full-surface pad is formed in relation to the strap with lateral projection. The layer thickness of the entire surface underlay is preferably smaller than the layer thickness of the spacers.
Die Befestigungsanordnung kann in einer weiteren Ausführungsform zwischen dem Bauteil und der Trennlage ein Abdichtungselement aufweisen, das bevorzugt durch eine auf die Trennlage aufgebrachte Schicht gebildet wird, die etwa durch ein aufliegendes Elastomer, eine Dichtmasse oder einen mikroverkapselten Kleber gebildet wird.In a further embodiment, the fastening arrangement may have a sealing element between the component and the separating layer, which is preferably formed by a layer applied to the separating layer, which is formed, for example, by a resting elastomer, a sealing compound or a microencapsulated adhesive.
Das Befestigungsmittel kann aus einem niedrig legierten Stahl und seine elektrochemisch unedle Beschichtung bevorzugt aus Zn bestehen; vorzugsweise kann es sich um eine Zinklamellenbeschichtung handeln.The fastening means may consist of a low alloy steel and its electrochemical base coat preferably of Zn; preferably it may be a zinc flake coating.
Das Bauteil kann Bestandteil einer Abgasanlage, bevorzugt einer Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs sein, wobei der hochlegierte Stahl des Bauteils bevorzugt ein Cr- oder ein CrNi-Stahl ist.The component may be part of an exhaust system, preferably an exhaust system of a motor vehicle, wherein the high-alloy steel of the component is preferably a Cr or a CrNi steel.
Diese und weitere Vorteile werden durch die nachfolgende Beschreibung unter Bezug auf die begleitenden Figuren dargelegt. Der Bezug auf die Figuren in der Beschreibung dient der Unterstützung der Beschreibung. Die Figuren sind lediglich eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung.These and other advantages are set forth by the following description with reference to the accompanying figures. The reference to the figures in the description is to support the description. The figures are merely a schematic representation of an embodiment of the invention.
Dabei zeigen:Showing:
Die Erfindung bezieht sich auf eine Bauteil-Befestigungsanordnung, die der Kontaktkorrosion möglichst nicht unterliegt, wenn Befestigungselemente mit kathodisch schützenden Korrosionsüberzügen im Kontakt mit Bauteilen aus hochlegierten Stählen eingesetzt werden.The invention relates to a component-mounting arrangement, which is not subject to the contact corrosion as possible when fasteners are used with cathodic protective corrosion coatings in contact with components made of high-alloy steels.
Dazu wird zwischen das Bauteil aus hochlegiertem Stahl und das Befestigungselement, das einen elektrochemisch unedleren Korrosionsschutzüberzug entsprechend einem Zwischenelement aus dem Stand der Technik, beispielsweise eine Zinklamellenbeschichtung, aufweist, eine Trennlage aus einem elektrochemisch inerten Werkstoff, vorzugsweise Ti-, Zr, oder Ti- bzw. Zr-Legierungen, eingeführt.For this purpose, between the component made of high-alloy steel and the fastening element, which has an electrochemically lower corrosion protection coating according to an intermediate element of the prior art, for example a zinc flake coating, a release layer of an electrochemically inert material, preferably Ti, Zr, or Ti or Zr alloys, introduced.
Die Trennlage kann sowohl als Bauteil, Blech, plattierte Auflage, etwa als Unterlegscheibe oder Abstandshalter, oder auch als eine Beschichtung ausgebildet sein, die das Befestigungselement bzw. dessen unedlen Korrosionsschutzüberzug zumindest im Kontaktbereich zu dem hochlegierten Stahl vollständig oder partiell abdeckt und damit den direkten Kontakt dieser beiden Verbindungspartner verhindert.The separating layer may be formed both as a component, sheet metal, plated support, such as a washer or spacer, or as a coating that completely or partially covers the fastener or its base corrosion protection coating at least in the contact area to the high-alloy steel and thus the direct contact prevents these two connection partners.
In
Erfindungsgemäß wird durch die Trennlage
Bei der Anwendung als vollflächige Lage
Ferner kann die dem hochlegierten Stahl
Neben den bereits erwähnten Vorteilen der Erhaltung der Einsatzfähigkeit bei mechanisch und thermisch hochbelasteten Befestigungsanordnungen wie etwa einer Schraubverbindung und der Sicherstellung der mechanischen Festigkeit des Befestigungsverbundes über die Lebensdauer sowie der Sicherstellung des Einsatzes von beschichteten Befestigungsmitteln anstelle von hochlegierten Verbindungselementen mit geringerer Festigkeit liegen weitere Vorteile der Erfindung in der Vermeidung von Montageproblemen, etwa durch ungünstige Schraubpaarungen, sowie in der signifikanten Erhöhung der Korrosionsbeständigkeit von Bauteilen im Sichtbereich des Kunden. Ferner wirkt sich durch die Verwendung von Standard-Verbindungselementen anstelle spezieller Bauteile aus kostenintensivem hochlegierten Stahl kostenreduzierend aus.In addition to the advantages already mentioned of preserving the usability in mechanically and thermally highly loaded mounting arrangements such as a screw and ensuring the mechanical strength of the fastening compound over the life and ensuring the use of coated fasteners instead of high-alloy fasteners with lower strength are further advantages of the invention in the avoidance of assembly problems, for example by unfavorable screw pairings, as well as in the significant increase in the corrosion resistance of components in the field of vision of the customer. Furthermore, the use of standard fasteners instead of special components made of costly high-alloy steel has a cost-reducing effect.
Zu den besonders bevorzugten Anwendungsgebieten zählen Abgasanlagen in Kraftfahrzeugen. Weitere Anwendungsfelder sind in der Verbindungstechnik bei Brennstoffzellen, aber auch hochlegierte Bauteile des Kraftstoffsystems von Kraftfahrzeugen, wie beispielsweise Kühler, Rails, Leitungen im Motorraum. Weitere Anwendungsbegiete sind Kraftfahrzeug-Außenbauteile, die aus dekorativen Aspekten aus hochlegierten Werkstoffen gefertigt, wie zum Beispiel Unterfahrschutzbleche oder Sonnenblenden. Bei den aufgeführten Anwendungen bilden die aufgeführten elektrochemisch inerten Werkstoffe stabile Passivierungsschichten aus.Particularly preferred application areas include exhaust systems in motor vehicles. Further fields of application are in the connection technology in fuel cells, but also high-alloy components of the fuel system of motor vehicles, such as radiators, rails, cables in the engine compartment. Other Anwendungsbegiete are automotive exterior components that made of decorative materials made of high-alloy materials, such as underrun protection plates or sun visors. In the applications listed, the listed electrochemically inert materials form stable passivation layers.
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| DE102006055024A1 (en) | 2006-11-22 | 2008-05-29 | Daimler Ag | Procedure for protecting exhaust line-/exhaust system from corrosion, by subjecting components of the exhaust system with cathodic protection by transcrystalline stress corrosion, and coating the component with electrochemical base coat |
| DE102007058716A1 (en) | 2007-12-06 | 2009-06-10 | Daimler Ag | Corrosion protection for fasteners of components made of high-alloy steels |
-
2012
- 2012-03-08 DE DE201210004768 patent/DE102012004768A1/en not_active Ceased
Patent Citations (3)
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