DE102014018650A1

DE102014018650A1 - Bauteil, insbesondere Strukturbauteil für einen Kraftwagen, sowie Verfahren zum Herstellen eines solchen Bauteils

Info

Publication number: DE102014018650A1
Application number: DE102014018650.4A
Authority: DE
Inventors: Damien Close; Peter Feuser; Regis Lallement; Robert Mayrhofer; Felix Raschke; Nicolas Stein; Albert Tidu
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2014-12-13
Filing date: 2014-12-13
Publication date: 2016-06-16

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Bauteil (10), insbesondere ein Strukturbauteil für einen Kraftwagen, mit einem aus einem warmumformbaren Stahl gebildeten Grundkörper (12), welcher zumindest in einem Teilbereich mit einer Zink aufweisenden Beschichtung (14) versehen ist, wobei die Beschichtung (14) aus einer Zink-Cobalt-Mangan-Legierung ausgebildet ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils (10), insbesondere eines Strukturbauteils für einen Kraftwagen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Bauteil, insbesondere ein Strukturbauteil für einen Kraftwagen, sowie ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Bauteils der in den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche angegebenen Art.
Ein solches Bauteil und Verfahren sind beispielsweise aus der WO 2013/056848 A1 als bekannt zu entnehmen. Das Bauteil weist ein aus einem warmumformbaren Stahl gebildeten Grundkörper auf, welcher zumindest in einem Teilbereich mit einer Beschichtung versehen ist. Die Beschichtung weist zumindest Zink auf. Üblicherweise wird eine wenigstens eine Schicht aufweisende Beschichtung auch als Beschichtungssystem bezeichnet.
Im Rahmen eines Verfahrens zum Herstellen eines solchen Bauteils wird der Grundkörper zumindest in einem Teilbereich mit der Beschichtung versehen und zusammen mit der Beschichtung warmumgeformt.
Bei dem Grundkörper handelt es sich beispielsweise um ein warmumformbares Blech, wobei der Grundkörper zum Beispiel aus Bohrstahl gebildet ist. Im Rahmen einer Warmumformung wird der Grundkörper zusammen mit der Beschichtung hohen Temperaturen ausgesetzt.
Im Karosseriebau haben sich bei vielen Automobilherstellern pressgehärtete Stähle etabliert, um Gewichtsreduzierungen im Vergleich zu konventionellen Stellen erreichen zu können. Herkömmliche Zinkauflagen führen insbesondere beim einstufigen Presshärten aufgrund von mechanischen und thermischen Spannungen bei der Warmumformung zu Rissbildungen im Grundwerkstoff. Daher erfolgt das Presshärten bei dieser Art von Beschichtungen üblicherweise nur zweistufig.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Bauteil sowie ein Verfahren der eingangs genannten Art bereitzustellen, wodurch ein verbesserter Korrosionsschutz und verbesserte Umformeigenschaften beim Presshärten erzielt werden können.
Diese Aufgabe wird durch ein Bauteil sowie durch ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Um einen verbesserten Korrosionsschutz und verbesserte Umformeigenschaften beim Presshärten eines Bauteils zu erzielen, ist es bei dem erfindungsgemäßen Bauteil vorgesehen, dass die Beschichtung aus einer Zink-Cobalt-Mangan-Legierung ausgebildet ist.
Die Legierung von Zink mit Cobalt führt zu einer Erhöhung der Schmelztemperatur der Beschichtung, wodurch eine Flüssigmetallversprödung stark reduziert werden kann. Bei einem Gewichtsanteil von beispielsweise einem Prozent des Cobalts erhöht sich die Schmelztemperatur der Beschichtung von circa 420°C bei reinem Zink auf circa 567°C.
Durch die Legierung von Zink mit Mangan kann insbesondere der kathodische Korrosionsschutz stark erhöht werden, da Mangan ein niedrigeres elektrochemisches Potential als reines Zink aufweist. Außerdem wird durch die Legierung von Zink mit Mangan die Schmelztemperatur der Beschichtung ebenfalls erhöht. Bei einem Gewichtsanteil von 23 Prozent Mangan erhöht sich die Schmelztemperatur von 420°C bei reinem Zink auf circa 740°C.
Außerdem entstehen sehr stabile Korrosionsprodukte mit geringer Auflösegeschwindigkeit bei der Legierung von Zink mit Mangan und Cobalt. Dadurch werden die Korrosionsschutzeigenschaften erheblich verbessert.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Gewichtsanteil von Cobalt an der Zink-Cobalt-Mangan-Legierung bis zu 15 Prozent beträgt. In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Gewichtsanteil von Mangan an der Zink-Cobalt-Mangan-Legierung der Beschichtung bis zu 70 Prozent beträgt. Durch die Verwendung von bis zu 15 Gewichtsprozent Cobalt und bis zu 70 Gewichtsprozent Mangan werden besonders gute Werkstoffeigenschaften bei dem Bauteil erzielt.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen eines Bauteils, insbesondere eines Strukturbauteils für einen Kraftwagen, wird zumindest in einem Teilbereich eines aus einem warmumformbaren Stahl gebildeten Grundkörper eine Zink aufweisende Beschichtung aufgetragen und anschließend zusammen mit der Beschichtung warmumgeformt. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dabei dadurch aus, dass die Beschichtung aus einer Zink-Cobalt-Mangan-Legierung ausgebildet ist. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Bauteils sind dabei als vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens anzusehen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der einzigen Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Die Zeichnung zeigt in der einzigen Figur eine schematische Seitenansicht eines Bauteils, welches einen aus einem warmumformbaren Stahl gebildeten Grundkörper umfasst, der zumindest in einem Teilbereich mit einer Beschichtung versehen ist.
Ein Bauteil 10, bei welchem es sich beispielsweise um ein Strukturbauteil für einen Kraftwagen handeln kann, ist in einer schematischen Darstellung in der einzigen Figur gezeigt. Das Bauteil 10 umfasst einen aus einem warmumformbaren Stahl gebildeten Grundkörper 12. Der Grundkörper 12 ist in einem Teilbereich mit einer Beschichtung 14 versehen. Die Beschichtung 14 ist aus einer Zink-Cobalt-Mangan-Legierung ausgebildet.
Mit anderen Worten wird durch die Beschichtung 14 ein Beschichtungssystem bereitgestellt. Das Bauteil 10 kann insbesondere im Karosseriebau eingesetzt werden, wobei das Bauteil 10 vorzugsweise dafür pressgehärtet wird. Bei konventionellen Zinkauflagen beziehungsweise aus Zink ausgebildeten Beschichtungen besteht das Problem, dass insbesondere beim einstufigen Presshärten aufgrund von mechanischen und thermischen Spannungen bei der Warmumformung Rissbildungen im Grundkörper 12 entstehen. Aufgrund der aus einer Zink-Cobalt-Mangan-Legierung ausgebildeten Beschichtung 14 werden die Korrosionsschutzeigenschaften des Bauteils 10 beim Presshärten erheblich verbessert.
Durch die Legierung von Zink mit Mangan wird der kathodische Korrosionsschutz des Bauteils 10 beim Presshärten stark erhöht, da Mangan ein niedrigeres elektrochemisches Potential als reines Zink aufweist. Außerdem wird die Schmelztemperatur der mit Mangan legierten Beschichtung 14 gegenüber einer reinen Verwendung von Zink erhöht. Bei reinem Zink beträgt die Schmelztemperatur circa 420°C wohingegen bei einem Gewichtsanteil des Mangans von 23 Prozent sich die Schmelztemperatur der Beschichtung 14 auf circa 740°C erhöht.
Die Legierung von Zink mit Cobalt führt ebenfalls zur Erhöhung der Schmelztemperatur der Beschichtung 14, wodurch insbesondere die Flüssigmetallversprödung stark reduziert werden kann. Bei einem Gewichtsanteil des Cobalts von einem Prozent erhöht sich die Schmelztemperatur gegenüber reinem Zink von 420°C auf circa 567°C.
Durch die Ausbildung der Beschichtung 14 aus der Zink-Cobalt-Mangan-Legierung entstehen sehr stabile Korrosionsprodukte mit geringer Auflösungsgeschwindigkeit. Durch die beschriebene Zusammensetzung der Beschichtung 14 werden also die Korrosionsschutzeigenschaften des Bauteils 10 verbessert. Besonders gute Werkstoffeigenschaften werden bei einer Verwendung von bis zu 15 Gewichtsprozent Cobalt und bis zu 70 Gewichtsprozent Mangan in der Beschichtung 14 erzielt.
Die Beschichtung 14 kann beispielsweise durch eine physikalische oder chemische Gasphasenabscheidung oder auch durch ein elektrolytisches Verfahren auf dem Grundkörper 12 aufgebracht werden.
Beim Herstellen des Bauteils 10 wird zunächst in einem Teilbereich des Grundkörpers 12 die Beschichtung 14 aufgetragen. Anschließend wird der Grundkörper 12 zusammen mit der Beschichtung 14 warmumgeformt. Dabei wird der Grundkörper mit samt der Beschichtung 14 über eine Austenitisierungstemperatur des Grundkörpers 12 erhitzt und dann in einem gekühlten Werkzeug umgeformt und schnell abgekühlt. Aufgrund der erläuterten Zusammensetzung der Beschichtung 14 wird insbesondere der kathodische Korrosionsschutz des Bauteils 10 nach dem Warmumformen gewährleistet.
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

WO 2013/056848 A1 [0002]

Claims

Bauteil (10), insbesondere Strukturbauteil für einen Kraftwagen, mit einem aus einem warmumformbaren Stahl gebildeten Grundkörper (12), welcher zumindest in einem Teilbereich mit einer Zink aufweisenden Beschichtung (14) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (14) aus einer Zink-Cobalt-Mangan-Legierung ausgebildet ist.
Bauteil (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gewichtsanteil von Cobalt an der Zink-Cobalt-Mangan-Legierung der Beschichtung (14) bis zu 15 Prozent beträgt.
Bauteil (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Gewichtsanteil von Mangan an der Zink-Cobalt-Mangan-Legierung der Beschichtung (14) bis zu 70 Prozent beträgt.
Verfahren zum Herstellen eines Bauteils (10), insbesondere eines Strukturbauteils für einen Kraftwagen, bei welchem zumindest in einem Teilbereich eines aus einem warmumformbaren Stahl gebildeten Grundkörpers (12) eine Zink aufweisende Beschichtung (14) aufgetragen und anschließend zusammen mit der Beschichtung (14) warmumgeformt wird, dadurch gekennzeichnet, dass als die Beschichtung (14) eine Zink-Cobalt-Mangan-Legierung aufgetragen wird.