DE102017118289A1 - Bauteil für ein Kraftfahrzeug und Verfahren zum Herstellen eines beschichteten Bauteils aus einem Magnesiumwerkstoff - Google Patents

Bauteil für ein Kraftfahrzeug und Verfahren zum Herstellen eines beschichteten Bauteils aus einem Magnesiumwerkstoff Download PDF

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Abstract

Bauteil (10) für ein Kraftfahrzeug, umfassend einen aus einem Magnesiumwerkstoff hergestellten Grundkörper (12), wobei eine Sichtoberfläche (14) des Grundkörpers (12) einen arithmetischen Mittenrauwert Ra von 1-40 µm aufweist, und eine Klarlack-Beschichtung (40), die auf der Sichtoberfläche (14) des Grundkörpers (12) angeordnet ist und eine Schichtdicke von max. 60 µm aufweist, derart, dass die unter der Klarlack-Beschichtung (40) angeordnete Oberflächenstruktur (15) des Grundkörpers (12) optisch und haptisch wahrnehmbar ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Magnesium-Bauteil für ein Kraftfahrzeug.
  • Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines beschichteten Bauteils aus einem Magnesiumwerkstoff.
  • Zur Gewichtsreduzierung von Kraftfahrzeugen werden vermehrt Bauteile eingesetzt, die aus einem Magnesiumwerkstoff hergestellt sind. Dabei weisen Magnesiumwerkstoffe eine im Vergleich zu Aluminiumwerkstoffen und insbesondere zu Stahlwerkstoffen geringe Dichte bei relativ guten mechanischen Eigenschaften auf. Die aus einem Magnesiumwerkstoff hergestellten Bauteile werden als Exterieur- und Interieurbauteile, beispielsweise als Teile der Fahrzeugsitze oder der Instrumententafel, eingesetzt.
  • Zur Bereitstellung eines Korrosionsschutzes und/oder zur Verbesserung der Optik der Magnesiumbauteile, insbesondere sichtbarer Magnesiumbauteile, werden diese beschichtet. Die Beschichtung erfolgt üblicherweise durch eine Pulverbeschichtung. Die DE 10 2012 112 394 A1 offenbart ein derartiges aus einem Magnesiumwerkstoff hergestelltes Bauteil. Um einen Korrosionsschutz an den Oberflächen des Bauteils bereitzustellen, wird das Bauteil durch thermisches Spritzen beschichtet.
  • Nachteilhaft an derartigen Beschichtungen von Magnesiumbauteilen ist, dass die Bauteile bzw. vordefinierte Oberflächen der Bauteile derart durch die Beschichtung abgedeckt werden, dass die unter der Beschichtung angeordnete metallische Oberfläche haptisch und optisch nicht mehr wahrnehmbar ist.
  • Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein aus einem Magnesiumwerkstoff hergestelltes Bauteil und ein Verfahren zu seiner Herstellung bereitzustellen, welches einen Korrosionsschutz aufweist und dessen metallische Oberfläche optisch und haptisch wahrnehmbar ist.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Bauteil für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 und ein Verfahren gemäß dem korrespondierenden Anspruch 6 gelöst.
  • Das Bauteil weist einen Grundkörper auf, der aus einem Magnesiumwerkstoff hergestellt ist. Der Grundkörper weist eine Sichtoberfläche auf, die einen arithmetischen Mittenrauwert Ra von üblicherweise 1-40 µm aufweist. Der Mittenrauwert Ra beschreibt die Rauheit einer technischen Oberfläche, die beispielsweise durch Zerspanen, Urform- oder Umformprozesse hergestellt wurde. Der arithmetischen Mittenrauwert Ra bestimmt sich durch die Ermittlung der Höhen- und Tiefenunterschiede der rauen Oberfläche entlang einer Messstrecke, eine Berechnung eines bestimmten Integrals des ermittelten Rauheitsverlaufes auf der Messstrecke und abschließend eine Division des ermittelten Ergebnisses durch die Länge der Messstrecke.
  • Auf der Sichtoberfläche des Grundkörpers ist eine Klarlack-Beschichtung angeordnet. Die Klarlack-Beschichtung weist eine Schichtdicke von maximal 60 µm auf und dient als Korrosionsschutz des aus einem Magnesiumwerkstoff hergestellten Grundkörpers.
  • Als Klarlack wird vorzugsweise ein 2-Komponenten-Klarlack eingesetzt, der einen Stammlack und einen Härter aufweist. Der 2-Komponenten-Klarlack ist im Vergleich zu einem 1-Komponenten-Klarlack beständiger gegen chemische Stoffe und erlaubt dünne Schichtdicken. Der Klarlack kann als Nasslack, Pulverlack, Hybridlack oder Sol-Gel-System ausgebildet sein, und kann durch Sprühen, Fluten, Tauchen oder Pulvern aufgetragen werden. Der Klarlack ist dabei vorzugsweise thermisch, UV- oder thermisch-UV-aushärtend ausgebildet.
  • Durch die im Vergleich zu dick auftragenden Beschichtungen, dünne Schichtdicke der Klarlack-Beschichtung und die optischen und mechanischen Eigenschaften der Klarlack-Beschichtung ist die metallische Sichtoberfläche des Grundkörpers trotz der Beschichtung optisch und haptisch wahrnehmbar. Hierdurch wird die Magnesium-Natur des betreffenden Bauteils erfahrbar.
  • Vorzugsweise weist die Klarlackbeschichtung eine Schichtdicke von 20-40 µm auf, wodurch die Oberflächenstruktur der Sichtoberfläche optisch und haptisch besonders gut wahrnehmbar ist. Bei neueren Lacksystemen ist allerdings auch eine geringere Schichtdicke von ca. 5 µm möglich.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung weist die Klarlack-Beschichtung eine Klarlack-Oberfläche auf, die einen arithmetischen Mittenrauwert Ra von mindestens 0,5 µm aufweist. Dabei entspricht die Oberflächenstruktur der Klarlack-Oberfläche weitgehend der Oberflächenstruktur der Sichtoberfläche, so dass die metallische Oberfläche des Grundkörpers trotz der Beschichtung optisch und haptisch im Wesentlichen erfahrbar bleibt.
  • Vorzugsweise ist der Grundkörper ein Magnesium-Gussbauteil, wobei durch Gießen des Grundkörpers komplexe Geometrien des Grundkörpers herstellbar sind. Ein oft verwendeter Magnesiumgusswerkstoff ist AZ91, wobei AZ91 eine Magnesium-Druckgusslegierung ist, die sich aus Magnesium, Aluminium, Zink und Mangan zusammensetzt. Die Magnesiumlegierung AZ91 weist eine hohe Festigkeit, sehr gute Gießeigenschaften und eine vergleichsweise hohe Korrosionsbeständigkeit auf. Alternativ kann der Grundkörper ein Magnesium-Blech oder -Strangpressprofil sein.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Bauteil ein sichtbares Kraftfahrzeug-Interieurbauteil, wobei das Bauteil ein Designelement oder ein tragendes Element, wie beispielsweise eine Mittelkonsole, sein kann. Alternativ kann das Bauteil als Kraftfahrzeug-Exterieurteil eingesetzt werden.
  • Außerdem ist die Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines beschichteten Bauteils aus einem Magnesiumbauteil bereitzustellen, wobei die metallische Oberfläche des Bauteils trotz Beschichtung optisch und haptisch wahrnehmbar ist.
  • Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Herstellen eines beschichteten Bauteils aus einem Magnesiumbauteil mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 6 gelöst.
  • Das Verfahren weist die folgenden Verfahrensschritte auf:
    1. a) Bearbeitung einer Sichtoberfläche des Bauteils durch ein Strahlverfahren, und
    2. b) Auftragen einer Klarlack-Beschichtung auf die durch das Strahlverfahren bearbeitete Sichtoberfläche
  • Nach dem Urformen bzw. Umformen, beispielsweise Strangpressen, weist die Sichtoberfläche eine inhomogene Oberflächenstruktur auf, wobei die Oberflächenstruktur Täler und Spitzen unterschiedlicher Höhe bzw. Tiefe aufweist. Außerdem entstehen beim Herstellungsvorgang, beispielsweise beim Druckgießen des Grundkörpers, oftmals Schlieren und Verfärbungen an der Sichtoberfläche, welche unter anderem aus den Strömungen der Schmelze beim Gießprozess, durch die Abkühlvorgänge sowie durch die eingesetzten Trennmittel im Gießprozess resultieren bzw. entstehen. Durch das Strahlen der Sichtoberfläche wird die inhomogene Oberflächenstruktur verdichtet und die Schlieren und Verfärbungen werden abgeschwächt bzw. entfernt, so dass eine homogene metallische Oberfläche des Grundkörpers nach dem Strahlen vorliegt. Zusätzlich können vor dem Auftragen der Klarlack-Beschichtung andere Vorbehandlungen des Bauteils erfolgen, beispielsweise zum Entgraten, Reinigen oder Passivieren des Bauteils.
  • Das Strahlen kann beispielsweise durch Druckstrahlen oder durch Schleuderradstrahlen erfolgen. Beim Schleuderradstrahlen werden Strahlkörper in ein Schleuderrad eingeleitet, die Strahlkörper durch die Rotation des Schleuderrades beschleunigt und die beschleunigten Strahlkörper in einem breit gefächerten Strahl auf die Sichtoberfläche des Grundkörpers ausgeworfen.
  • Das Strahlverfahren wird durch eine Almenintensitätsmessung quantifiziert, wobei bei der Almenintensitätsmessung die Strahl-Intensität des Strahlens ermittelt wird. Hierbei wird während des Strahlprozesses ein Almen-Prüfstreifen, der aus einem Federstahl hergestellt ist, gestrahlt und über die Durchbiegung des Almen-Prüfstreifens die akkumulierte Strahl-Intensität bestimmt. Für die Almenintensitätsmessung können drei unterschiedliche Prüfstreifen, Typ N, Typ A oder Typ C eingesetzt werden, wobei die unterschiedlichen Prüfstreifen in der Blechstärke variieren und die Blechstärke ausgehend von Typ N ansteigt.
  • Bei dem vorliegenden exemplarischen Strahlprozess wird ein Prüfstreifen Typ N eingesetzt, wobei sich der Prüfstreifen im Bereich bevorzugt zwischen 0,1 und 0,42 mm durchbiegt.
  • Nach dem Strahlen wird die durch das Strahlen vorbereitete Sichtoberfläche mit einem Klarlack beschichtet, wobei eine dünne Schicht des Klarlacks auf die Sichtoberfläche aufgetragen wird. Die Schichtdicke der Klarlack-Beschichtung ist maximal 60 µm, so dass die Oberflächenstruktur der gestrahlten und homogenen Sichtoberfläche weiterhin optisch und haptisch wahrnehmbar ist.
  • Vorzugsweise sind die Strahlkörper Aluminiumkörner, z.B. Aluminiumdrahtkörner. Die Aluminiumkörner werden üblicherweise zum Putzen, Verdichten und Egalisieren von dünnwandigen Bauteilen eingesetzt, wobei die dünnwandigen Bauteile durch die Aluminiumkörner ohne Verzug gestrahlt werden können. Dadurch können auch dünne, aus einem Magnesiumwerkstoff hergestellte Designelemente gestrahlt werden. Außerdem wird der Glanzgrad der Sichtoberfläche durch das Strahlen mit den Aluminiumkörnern erhöht.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung weisen die Aluminiumkörner einen Durchmesser von 0,3-3,0 mm auf. Dadurch wird eine feine und homogene Oberflächenstruktur der Sichtoberfläche erzeugt.
  • Vorzugsweise weist der Klarlack ein Mattierungsmittel und/oder Tönungsmittel auf, wodurch eine matte metallische Sichtoberfläche trotz der Klarlack-Beschichtung geschaffen wird. Dabei kann die Klarlack-Oberfläche bei der Glanzgradmessung beispielsweise 30-60 Glanzeinheiten aufweisen, wobei die Messung bei einem Winkel von 60° erfolgt.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert.
    • Hierbei zeigt die 1 schematisch einen Grundkörper des Bauteils nach dem Urformen, und
    • die 2 und 3 zeigen schematisch die einzelnen Verfahrensschritte des Verfahrens zum Herstellen eines beschichteten Bauteils aus einem Magnesiumwerkstoff.
  • Die 1 zeigt einen Grundkörper 12 eines zu beschichteten Bauteils 10. Der Grundkörper 12 ist aus einem Magnesiumwerkstoff hergestellt, beispielsweise AZ91, und weist eine Sichtoberfläche 14 auf. Die Sichtoberfläche ist im verbauten Zustand des Bauteils sichtbar. Die Sichtoberfläche 14 weist eine nach dem Urformprozess entstandene inhomogene Oberflächenstruktur 15 auf, wobei die Oberflächenstruktur 15 Täler und Spitzen unterschiedlicher Höhe bzw. Tiefe aufweist. Außerdem weist die Sichtoberfläche 14 Schlieren und Verfärbungen auf, welche beispielsweise durch im Druckgussprozess eingesetzte Trennmittel und/oder durch Strömungen der Schmelze im Druckgussprozess entstanden sind.
  • Die 2 zeigt den ersten Verfahrensschritt zum Herstellen eines beschichteten Bauteils 10 aus einem Magnesiumwerkstoff. In dem ersten Verfahrensschritt wird die Sichtoberfläche 14 des Grundkörpers 12 gestrahlt. Das Strahlen erfolgt durch eine Strahlvorrichtung 20, beispielsweise eine Druck- oder eine Schleuderradstrahlvorrichtung. Die Strahlvorrichtung 20 ist mit einem Strahl 24 zu der Sichtoberfläche 14 ausgerichtet, wobei der Strahl 24 eine Vielzahl von Strahlkörpern 26 aufweist, welche auf die Sichtoberfläche 14 geschleudert werden. Die Strahlkörper 26 sind Aluminiumkörner 27, die einen Durchmesser von 0,6-1,0 mm aufweisen und aufgrund ihrer mechanischen Eigenschaft die Sichtoberfläche 14 reinigen, verdichten und egalisieren.
  • In der 2 sind rechts von der Strahlvorrichtung 20 die nicht gestrahlte, inhomogene Oberflächenstruktur 15 und links von der Strahlvorrichtung 20 eine gestrahlte Oberflächenstruktur 17 der Sichtoberfläche 14 dargestellt. Die gestrahlte Oberflächenstruktur 17 weist, im Gegensatz zu der nicht gestrahlten Oberflächenstruktur 15, eine feinere, verdichtete und gesäuberte Oberflächenstruktur auf, die einen arithmetischen Mittenrauwert Ra von 2-6 µm aufweist.
  • Die 3 zeigt den zweiten Verfahrensschritt zum Herstellen eines beschichteten Bauteils 10 aus einem Magnesiumwerkstoff. In dem zweiten Verfahrensschritt wird die gestrahlte Oberflächenstruktur 17 der Sichtoberfläche 14 mit einer Klarlack-Beschichtung 40 beschichtet. Der Beschichtungsprozess erfolgt durch eine Lackiervorrichtung 30, wobei die Lackiervorrichtung 30 mit einem Lackstrahl 34 auf die Sichtoberfläche 14 ausgerichtet ist. Eine die Klarlack-Beschichtung 40 aufweisende Klarlack-Oberfläche 42 ist links von der Lackiervorrichtung 30 und die gestrahlte Oberflächenstruktur 15 ist rechts von der Lackiervorrichtung 30 abgebildet.
  • Die Klarlack-Beschichtung 40 weist eine Schichtdicke von 30 µm auf und die Klarlack-Oberfläche 42 weist einen arithmetischen Mittenrauwert Ra von 1,5 µm auf. Durch eine derartige Klarlack-Beschichtung 40 ist die metallische und von der Klarlack-Beschichtung 40 abgedeckte Sichtoberfläche 14 optisch und haptisch wahrnehmbar.
  • Es sind auch andere konstruktive Ausführungsformen als die beschriebenen Ausführungsformen möglich, die in den Schutzbereich des Hauptanspruchs fallen.
  • 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
    • DE 102012112394 A1 [0004]

Claims (9)

  1. Bauteil (10) für ein Kraftfahrzeug, umfassend einen aus einem Magnesiumwerkstoff hergestellten Grundkörper (12), wobei eine Sichtoberfläche (14) des Grundkörpers (12) einen arithmetischen Mittenrauwert Ra von 1-40 µm aufweist, und eine Klarlack-Beschichtung (40), die auf der Sichtoberfläche (14) des Grundkörpers (12) angeordnet ist und eine Schichtdicke von max. 60 µm aufweist, derart, dass die unter der Klarlack-Beschichtung (40) angeordnete Oberflächenstruktur (15) des Grundkörpers (12) optisch und haptisch wahrnehmbar ist.
  2. Bauteil (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Klarlack-Beschichtung (40) eine Schichtdicke von 5 - 40 µm aufweist.
  3. Bauteil (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Klarlack-Beschichtung (40) eine Klarlack-Oberfläche (42) aufweist, wobei die Klarlack-Oberfläche (42) einen Mittenrauwert Ra von mindestens 0,5 µm aufweist.
  4. Bauteil (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (12) ein Magnesium-Gussbauteil ist.
  5. Bauteil (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (10) ein sichtbares Kraftfahrzeug-Interieurbauteil ist.
  6. Verfahren zum Herstellen eines beschichteten Bauteils (10) aus einem Magnesiumwerkstoff, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte: a) Bearbeitung der Sichtoberfläche (12) des Bauteils (12) durch ein Strahlverfahren, und b) Auftragen einer Klarlack-Beschichtung (40) auf die durch das Strahlverfahren bearbeiteten Sichtoberfläche (12).
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlkörper (26) Aluminiumörner (27) sind.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Aluminiumkörner (27) einen Durchmesser von 0,6-1 mm aufweisen.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Klarlack-Beschichtung (40) ein Mattierungsmittel und/oder ein Tönungsmittel aufweist.
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