DE102014222729A1

DE102014222729A1 - Verfahren zur Erzeugung von Hybridbauteilen durch Feuerverzinken

Info

Publication number: DE102014222729A1
Application number: DE102014222729.1A
Authority: DE
Inventors: Matthias Stangl
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2014-11-06
Filing date: 2014-11-06
Publication date: 2016-05-12

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum dauerhaften Befestigen von einem ersten Eisenbauteil mit mindestens einem zweiten Metallbauteil zu einem Hybridbauteil, wobei das erste Eisenbauteil mit dem mindestens zweiten Metallbauteil in einem Vorfügeprozess an Kontaktstellen in einer die Maßhaltigkeit zueinander herstellenden Weise zu einem Zwischenaufbau verbunden wird, und anschließend der Zwischenaufbau aus dem ersten Eisenbauteil mit dem mindestens zweiten Metallbauteil feuerverzinkt wird, so dass zumindest an den Kontaktstellen eine dauerhafte Lötverbindung gebildet wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum dauerhaften Befestigen von mindestens einem ersten Eisenbauteil mit mindestens einem zweiten Metallbauteil zu einem Hybridbauteil unter Verwendung von Feuerverzinken, Hybridbauteile sind aus verschiedenen Materialien gebildete, zusammengesetzte und miteinander verbundene Bauteilgruppen. Zur Verbindung kommen die allgemein bekannten Verfahren wie Kleben und Löten oder andere stoffschlüssige Verbindungen sowie Verschrauben als kraftschlüssige Verbindung bzw. Nieten als formschlüssige Verbindung zum Einsatz. Die Vermeidung von Kontaktkorrosion stellt dabei ein massives Problem dar. Ferner ist der nötige Aufwand zur Vorbehandlung der Bauteile vergleichsweise groß und die einzusetzende Prozesstechnik teuer und arbeitsintensiv. Die Verbindungsmittel leisten zudem keinen Beitrag zur Festigkeit und Steifigkeit der Hybridbauteile.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bereit zu stellen, mit dem Hybridbauteile mit weniger Aufwand und mit verbessertem Korrosionsschutz ausgestattet werden können, wobei gleichzeitig deren Festigkeit und Steifigkeit zumindest abschnittsweise erhöht wird.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
Dabei wird erfindungsgemäß ein Verfahren zum dauerhaften Befestigen von mindestens einem ersten Eisenbauteil mit mindestens einem Metallbauteil zu einem Hybridbauteil vorgeschlagen, bei dem das erste Eisenbauteil mit dem zweiten Metallbauteil zunächst in einem Vorfügeprozess an Kontaktstellen in einer die Maßhaltigkeit zueinander herstellenden Weise zu einem Zwischenaufbau verbunden wird. Anschließend wird der aus dem ersten Eisenbauteil mit dem zweiten Metallbauteil gebildete Zwischenaufbau feuerverzinkt, so dass sich zumindest an den Kontaktstellen eine dauerhafte Lötverbindung ausbildet.
Beim Feuerverzinken wird ein metallischer Zinküberzug auf Eisen oder Stahl durch Eintauchen in geschmolzenes Zink (bei etwa 450 Grad Celsius) erzeugt. Dabei bildet sich an der Berührungsfläche eine widerstandsfähige Legierungsschicht aus Eisen und Zink und außenseitig eine reine Zinkschicht. An den Kontaktstellen des Vorfügeprozesses wird eine Lötverbindung durch das Zink erzeugt, die eine dauerhafte, im Normalbetrieb unlösbare Befestigung darstellt. Das Feuerverzinken bietet zudem einen vollständigen Korrosionsschutz auch an schwer zugänglichen Stellen, da das Zink den Zwischenaufbau vollständig umspült.
In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist eine spezielle Anordnung der zu verbindenden Bauteile vorgesehen. Das Ausführungsbeispiel ist dabei dadurch gekennzeichnet, dass flächige Abschnitte des ersten Eisenbauteils mit flächigen Abschnitten des zweiten Metallbauteils in dem Vorfügeprozess zueinander weisend verbunden werden, so dass zwischen den jeweils flächigen Abschnitten ein flächiger Spalt gebildet wird, der beim Feuerverzinken gefüllt wird, so dass eine flächige Lötverbindung entsteht. Die Fügung wird somit neben den Kontaktstellen auch durch die flächige Verbindung erzeugt. Dabei erhöht sich aufgrund des hohen E-Moduls von Zink (100.000 MPa) zudem die Festigkeit und Steifigkeit des Hybridbauteils werter. Der flächige Spalt, d. h. der Abstand zwischen den flächig anliegenden Bauteilen ist vorzugsweise in einer Größe von 0,01–0,5 mm, weiter bevorzugt 0,05–0,1 mm. Das Zink kann dann bei Feuerverzinken gut in die Zwischenräume einfließen und die flächige Verbindung herstellen.
In einer regelmäßig verwendeten Ausführung des Verfahrens ist vorgesehen, dass als mindestens ein Eisenbauteil mindestens ein Stahlbauteil und als mindestens ein Metallbauteil mindestens ein Aluminiumbauteil verwendet wird. Das Zink bildet bei dem Aluminiumbauteil (E-Modul von Aluminium 70.000 MPa) eine härtere Randschicht und erhöht dessen Festigkeit und Steifigkeit.
Als Vorfügeprozess sind verschiedene Verbindungsverfahren anwendbar, die eine Einhaltung der Maßhaltigkeit des mindestens einen ersten und mindestens einen zweiten Bauteils gewährleisten können. In einer kostengünstigen Ausführungsvariante erfolgt der Vorfügeprozess durch Verpressen in einer weiteren prozessökonomisch durchführbaren Variante durch Nieten des ersten Eisenbauteils dem mindestens zweiten Metallbauteil.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst Vorabschritte, wonach der Zwischenaufbau vor dem Feuerverzinken durch ein reinigendes Flussmittelbad geführt wird. Auch sind Vorabverfahren wie Entfetten, Beizen und Trocknen sowie nachgeordnete Verfahrensschritte wie Verputzen oder Entgraten mit umfasst.
Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht. Beispielsweise können Bauteile aus unterschiedlichem Eisen und Metall beliebig zu Hybridbauteilen kombiniert werden, solange der Prozess des Feuerverzinkens anwendbar ist.

Claims

Verfahren zum dauerhaften Befestigen von mindestens einem ersten Eisenbauteil mit mindestens einem zweiten Metallbauteil zu einem Hybridbauteil, wobei das erste Eisenbauteil mit dem mindestens zweiten Metallbauteil in einem Vorfügeprozess an Kontaktstellen in einer die Maßhaltigkeit zueinander herstellenden Weise zu einem Zwischenaufbau verbunden wird, und anschließend der Zwischenaufbau aus dem ersten Eisenbauteil mit dem mindestens zweiten Metallbauteil feuerverzinkt wird, so dass zumindest an den Kontaktstellen eine dauerhafte Lötverbindung gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass flächige Abschnitte des ersten Eisenbauteils mit flächigen Abschnitten des mindestens zweiten Metallbauteils in dem Vorfügeprozess zueinander weisend verbunden werden, so dass zwischen den jeweils flächigen Abschnitten ein flächiger Spalt gebildet wird, der beim Feuerverzinken gefüllt wird, so dass eine flächige Lötverbindung entsteht.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Eisenbauteil ein Stahlbauteil und als mindestens ein Metallbauteil mindestens ein Aluminiumbauteil verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der flächige Spalt eine Größe von 0,01–0,5 mm aufweist.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der flächige Spalt eine Größe von 0,05–0,1 mm aufweist.
Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenaufbau vor dem Feuerverzinken durch ein reinigendes Flussmittelbad geführt wird.
Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorfügeprozess durch Verpressen des ersten Eisenbauteils dem mindestens zweiten Metallbauteil erfolgt.
Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorfügeprozess durch Nieten des ersten Eisenbauteils an das mindestens zweite Metallbauteil erfolgt.