-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Hybridbauteils aus einem ersten Bauteil eines ersten Metalls und einem zweiten Bauteil eines zweiten Metalls.
-
Hybridbauteile sind im Stand der Technik grundsätzlich bekannt. Beispielsweise werden diese im Automobilbau eingesetzt und können Komponenten der Fahrzeugkarosserie bilden. Dieses benannte Anwendungsgebiet ist das bevorzugte Anwendungsgebiet für die nachfolgend weiterhin beschriebene Erfindung, die Erfindung ist jedoch auf dieses Anwendungsgebiet nicht beschränkt.
-
Häufig werden Hybridbauteile, die ein erstes und ein zweites Bauteil umfassen, die miteinander verbunden sind, eingesetzt um Vorteile beider Bauteile bzw. Bauteilmaterialien in einem gemeinsamen Hybridbauteil zu erschließen.
-
So werden beispielsweise im Stand der Technik metallische Bauteile mit nicht metallischen Bauteilen zu Hybridbauteilen verarbeitet, um die günstigen Kosten und/oder die einfachere Verarbeitbarkeit der klassischen metallischen Bauteile mit den Gewichts- und Stabilitätsvorteilen nicht metallischer, insbesondere faserbasierter Kunststoff-Bauteile zu kombinieren.
-
Ansätze zur Kombination zweier metallischer Bauteile in einem Hybridbauteil sind im Stand der Technik ebenso bekannt. Hierbei zeigt es sich jedoch als wesentlicher Nachteil, dass im Grenzflächenbereich der zwei aus verschiedenen Metallen kombinierten Bauteile aufgrund entstehender galvanischer Spannungen Kontaktkorrosionsschäden auftreten können, die die Lebensdauer eines solchen Hybridbauteils und besonders der darin enthaltenen elektrochemisch unedleren Metallkomponente stark beschränken.
-
Besonders problematisch ist die Fertigung eines Hybridbauteils aus zwei Bauteilen verschiedener Metalle, wenn eines der Bauteile an das andere durch den urformenden Prozess des Gießens angefügt wird, da in diesem Fall mechanische Maßnahmen der Beabstandung der Bauteile aufgrund der bei Gießen vorliegenden Prozessparameter versagen, insbesondere aufgrund der hohen Temperatur der Metallschmelze. Es ist somit eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Hybridbauteils aus einem ersten Bauteil eines ersten Metalls und einem zweiten Bauteil eines zweiten Metalls bereitzustellen, mit dem die Probleme auftretender Kontaktkorrosionen zwischen den Bauteilen reduziert, bevorzugt insgesamt vermieden werden.
-
Besonders bevorzugt soll das Verfahren eine Lösung bereitstellen bei einer Herstellung von Hybridbauteilen, bei denen die Bauteile durch den urformenden Prozess des Gießens aneinander angefügt werden. Hybridbauteile im Sinne der Erfindung sind somit solche Bauteile, bei denen eines der Bauteile unmittelbar beim Fügeprozess durch urformendes Gießen entsteht, bzw. entstanden ist. Besonders bevorzugt soll das Verfahren weiterhin auch ein gegen andere äußere Einflüsse geschütztes Bauteil bereitstellen. Solche anderen Einflüsse können insbesondere Umwelteinflüsse, wie beispielsweise eine Salzbelastung bei Fahrzeugen im Winter sein.
-
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass an/auf der Oberfläche des ersten Bauteils eine Schicht aus einem separierenden Material gebildet wird. Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, diese Schicht zumindest in denjenigen Oberflächenbereichen des ersten Bauteils zu bilden, die nachfolgend in Kontakt kommen mit dem Metall des zweiten Bauteils. In bevorzugter Ausführung wird diese Schicht aus dem separierenden Material an/auf der gesamten Oberfläche des ersten Bauteils gebildet.
-
Es ist sodann erfindungsgemäß vorgesehen, dass dieses die Schicht aus dem separierenden Material aufweisende erste Bauteil in eine Gussform eingebracht wird und hiernach die Gussform mit einer metallischen Schmelze zur Bildung eines urgeformten zweiten Bauteils aus einem zweiten Metall gefüllt wird, wobei das zweite Bauteil formschlüssig und/oder kraftschlüssig in Teilbereichen an die Schicht (aus dem separierenden Material) des ersten Bauteils angegossen wird.
-
Dieses Angießen kann beispielsweise so erfolgen, dass das zweite Bauteil sich nur einseitig an das erste Bauteil anschließt und/oder dass das zweite Bauteil mehrseitig das erste Bauteil umgibt, insbesondere also das erste Bauteil im Gussprozess von der metallischen Schmelze umgossen wird. Die Erfindung kann somit auch vorsehen, dass im Hybridbauteil Bereiche vorhanden sind, in denen das erste Bauteil nur einseitig von dem Metall des zweiten Bauteils kontaktiert ist und auch Bereiche, in denen das erste Bauteil vom Metall des zweiten Bauteils mehrseitig, insbesondere allseitig umschlossen ist.
-
Erfindungswesentlich ist es, dass das zweite Bauteil nur in Teilbereichen der Gesamtoberfläche des mit der Schicht versehenen ersten Bauteils an die Schicht dieses ersten Bauteils angegossen wird, worunter zu verstehen ist, dass im Hybridbauteil nach dem Gießprozess das mit der Schicht versehene erste Bauteil weiterhin zumindest bereichsweise sichtbar ist, beispielsweise aus dem zweiten Bauteil heraus- bzw. hervorragt.
-
Die Erfindung sieht in einem letzten wesentlichen Schritt vor, dass die gesamte Oberfläche des durch den Gießprozess zusammengefügten Hybridbauteils mit einer Schutzschicht beschichtet wird, wobei die Schutzschicht die äußere Oberfläche des zweiten Bauteils und nicht bedeckte Oberflächenbereiche des ersten Bauteiles, insbesondere vom zweiten Bauteil nicht bedeckte Oberflächenbereiche, insbesondere vom zweiten Bauteil nicht bedeckte und mit dem separierenden Material versehene Oberflächenbereiche des ersten Bauteiles überdeckt.
-
So kann erfindungsgemäß mit diesem Verfahren bewirkt werden, dass durch die Schicht aus einem separierenden Material an/auf der Oberfläche des ersten Bauteiles, die zumindest in den Bereichen gebildet wird, in denen das zweite Bauteil das erste Bauteil kontaktiert, kein direkter Kontakt zwischen den Metallen des ersten und zweiten Bauteils entstehen kann, da die gefügten Bauteile durch diese Schicht auf einem Abstand gehalten werden, sodass Effekte der Kontaktkorrosion, die durch galvanische Spannungen zwischen den Metallen entstehen können, zumindest reduziert werden, bevorzugt gemäß der Erfindung unterbunden werden. Insbesondere hält die Schicht aus einem separierenden Material die Metalle der beiden Bauteile auf einem Abstand, insbesondere welcher der Schichtdicke des separierenden Materials entspricht.
-
Bevorzugt ist die Schicht aus einem separierenden Material gegenüber den Temperaturen, die beim Gießen vorherrschen, beständig, insbesondere hinsichtlich einer möglichen Degeneration des Schichtmaterials bei der Gießtemperatur als auch hinsichtlich der Möglichkeit einer Schichtablösung von der Bauteiloberfläche durch die temperaturbedingten Spannungen. Die separierende Schicht, welche eine Beabstandung der Bauteile (bzw. von deren Metalloberflächen) bewirkt, ist bevorzugt aus einem elektrisch isolierenden Material gebildet.
-
Eine Beschichtung der gesamten Oberfläche des gebildeten Hybridbauteils mit der Schutzschicht bewirkt weiterhin, dass ein zusätzlicher Schutz gegen Umwelteinflüsse, beispielsweise durch eine Salzwasserbelastung, sowohl bei dem nach dem Gießprozess bis dahin ungeschützten Metall des zweiten Bauteils als auch bei dem ersten Bauteil erzielt wird.
-
In den Bereichen, in denen das erste Bauteil eine Schicht aus separierendem Material ausserhalb der Kontaktbereiche zwischen erstem und zweitem Bauteil aufweist, insbesondere in bevorzugter Ausführung also in allen Oberflächenbereichen des ersten Bauteils, die aus dem zweiten Bauteil herausragen, kann so die Schutzschicht auf die separierende Materialschicht des ersten Bauteils aufgetragen werden.
-
Insbesondere kann trotz der in diesem bevorzugten Fall bereits vorliegenden Beschichtung des ersten Bauteils, mit dem separierenden Material in dem so geschaffenen Hybridbauteil eine weitere Beschichtung erfindungsgemäß sinnvoll sein, da die Schicht aus einem separierenden Material beispielsweise gewählt sein kann zur Ausbildung einer guten Schutzwirkung gegen Kontaktkorrosion, jedoch gegebenenfalls keine genügende Schutzwirkung gegen äußere Umwelteinflüsse aufweist.
-
So besteht durch die erfindungsgemäße Beschichtung des fertig gebildeten Hybridbauteils mit der benannten Schutzschicht die Möglichkeit, die separierende, z.B. isolierende Schicht auf dem ersten Bauteil ausdrücklich anzupassen, hinsichtlich den notwendigen Eigenschaften zur Vermeidung einer Kontaktkorrosion und einer Dauerhaftigkeit beim Gießprozess, ohne jedoch weitere Schutzwirkungen, wie z.B. gegen Umwelteinflüsse in Betracht ziehen zu müssen. Die jeweiligen Schichten können so hinsichtlich ihres jeweils benötigten Nutzens optimal angepasst werden.
-
Die Erfindung erschließt demnach die Möglichkeit, hybride Bauteile aus zwei verschiedenen Metallen zu bilden, ohne dass Probleme einer Kontaktkorrosion die Qualität des Bauteils reduzieren, so dass mit der Erfindung die positiven Eigenschaften der beiden jeweiligen Metalle erschlossen werden können.
-
Erfindungsgemäß wird unter einem ersten Metall und einem zweiten Metall bevorzugt verstanden, dass diese Metalle unterschiedlich sind, wobei der Begriff eines Metalls im Sinne der Erfindung auch Metalllegierungen und nicht nur reine Metalle umfassen soll. So können im Sinne der Erfindung auch verschiedene Metalle vorliegen, wenn trotz gleichen überwiegenden Bestandteilen in einer Legierung die beiden Legierungen von erstem und zweitem Bauteil grundsätzlich verschieden sind, z.B. also eine Umformlegierung oder Knetlegierung im ersten Bauteil kombiniert wird mit einer Gusslegierung im zweiten Bauteil, insbesondere bei demselben überwiegenden Metallbestandteil, wie z.B. Aluminium.
-
Die Erfindung kann in einer möglichen Ausführungsform vorsehen, dass beispielsweise das erste Bauteil hergestellt wird durch Umformen eines Halbzeuges aus einem ersten Metall, z.B. eines Blechs aus einem ersten Metall. Es können so mit der Erfindung die Vorteile umgeformter Bauteile, wie beispielsweise deren höhere Wertigkeit z.B. in Bezug auf die Festigkeit, und die Vorteile von durch Gießen urgeformter Bauteile kombiniert werden, die in der geometrischen Form weniger Einschränkungen aufweisen, als die zuvor genannten umgeformten Bauteile. Es können so mit der Erfindung Hybridbauteile hergestellt werden, welche die Vorteile z.B. der Festigkeit umgeformter Bauteile mit der hohen Formvariabilität gegossener Bauteile in sich kombinieren.
-
Die Erfindung kann alternativ aber auch vorsehen, als erstes Bauteil ein solches auszuwählen, dass durch spanende Bearbeitung aus einem metallischen Rohling hergestellt ist, z.B. durch Fräsen. Ebenso besteht die Möglichkeit als erstes Bauteil ein solches einzusetzen, welches durch Urformung entstanden ist, beispielsweise durch eine generative Fertigung, z.B. nach den Prinzipien des 3D-Drucks, also beispielsweise durch schichtweisen Aufbau oder auch durch Gießen aus einem ersten Metall.
-
So ist für die Zwecke der Erfindung im Wesentlichen der Ursprung des ersten Bauteils aus dem ersten Metall irrelevant, wohingegen es hinsichtlich des zweiten Bauteiles erfindungsgemäß maßgeblich ist, dass dieses durch den Prozess des Gießens an das erste Bauteil angegossen wird.
-
Besonders bevorzugt ist es, wenn das erste Bauteil ein umgeformtes, gelochtes Bauteil, insbesondere Blech ausbildet, denn in diesem Fall ergibt sich durch die Lochung ein besonders sicherer Formschluss zwischen dem ersten Bauteil und dem im Gießprozess daran und/oder darum herum gegossenen zweiten Bauteil, da hier die flüssige Metallschmelze auch durch die gelochten Bereiche des ersten Bauteils hindurch dringen kann.
-
Grundsätzlich kann es die Erfindung vorsehen, dass beim ersten Bauteil und beim zweiten Bauteil beliebige Metalle zum Einsatz kommen. Grundsätzlich kann das erste Metall des ersten Bauteiles auch identisch sein zum zweiten Metall des zweiten Bauteils, was bei der Erfindung jedoch eine eher untergeordnete Relevanz hat, da erst durch die Verwendung verschiedener Metalle beim ersten und zweiten Bauteil neben der Formvariabilität beim Gießen auch zusätzlich die vorteilhaften Eigenschaften verschiedener Metalle in dem Hybridbauteil kombiniert werden können.
-
So kann es die Erfindung besonders bevorzugt vorsehen, dass das zweite Bauteil gebildet wird aus einer Leichtmetall-Gusslegierung. Neben der Formvariabilität beim Gießen wird somit zusätzlich auch erschlossen, dass das Hybridbauteil deutlich weniger Gewicht aufweist im Vergleich zu einem klassischen Bauteil, welches aus nur einem einzigen Metall gefertigt wurde.
-
Wenngleich es die Erfindung, wie eingangs genannt, vorsehen kann, dass beim ersten Bauteil grundsätzlich beliebige Metalle zum Einsatz kommen können, wie beispielsweise auch Stahl, ist es bei der Erfindung besonders bevorzugt, dass das erste Bauteil aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gebildet wird und das zweite Bauteil aus Magnesium oder einer Magnesiumlegierung gebildet wird.
-
So weist Magnesium gegenüber Aluminium nochmals deutliche Gewichtsvorteile auf, ist jedoch das unedlere Metall von beiden und führt so üblicherweise bei einem Kontakt zwischen Aluminium und Magnesium zu einer galvanischen Kontaktkorrosion, die die Erfindung jedoch durch die Bildung einer Schicht aus einem separierenden, insbesondere isolierenden Material auf dem Aluminium des ersten Bauteils unterbindet oder zumindest verringert.
-
Die hier beschriebene Materialpaarung aus Aluminium beim ersten Bauteil und Magnesium beim zweiten Bauteil bildet eine besonders bevorzugte Ausführung der Erfindung. Bei dieser Ausführung ist das erste Bauteil aus Aluminium zumindest bereichsweise an oder in dem gegossenen Bauteil aus Magnesium angeordnet. Grundsätzlich kann es die Erfindung auch vorsehen, dass das erste Bauteil aus Magnesium oder einer Magnesiumlegierung gebildet wird und das zweite Bauteil aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, sodass demnach bei dieser Ausführung dieselbe Materialpaarung vorliegt, jedoch mit einer örtlichen Vertauschung der beiden Metallkomponenten.
-
Die Erfindung kann auch andere Materialpaarungen erschließen, wie beispielsweise Stahl beim ersten Bauteil, besonders bevorzugt als umgeformtes Blech, insbesondere mit Löchern bzw. Ausnehmungen darin und Aluminium oder auch Magnesium beim zweiten gegossenen Bauteil. Hierbei sind jedoch gegenüber der erfindungsgemäß bevorzugten Materialpaarung von Aluminium und Magnesium größere Ausdehnungsunterschiede zu erwarten. Die Paarung von Aluminium und Magnesium ist somit auch aufgrund weniger thermisch induzierter Spannungen die bevorzugte Ausführungsform.
-
Als Gussverfahren können grundsätzlich im Stand der Technik die etablierten Verfahren zum Einsatz kommen, wie beispielsweise Sandguss, Druckguss oder Kokillenguss, sowie deren Prozessvarianten wie z.B. Vakuumdruckguss, Kippkokillendruckguss, Niederdruckkokillenguss oder Gegendruckkokillenguss. Die Erfindung ist somit auf kein besonderes Gießverfahren beschränkt.
-
Wie eingangs erwähnt, ist es ein wesentlicher Effekt der Schicht aus einem separierenden, insbesondere isolierenden Material auf der Oberfläche des ersten Bauteils, dass diese Schicht einen unmittelbaren Kontakt zwischen den metallischen Oberflächen von erstem und zweitem Bauteil verhindert, wodurch somit eine direkte elektrische Leitung zwischen den Metallen verhindert wird.
-
Grundsätzlich kann es die Erfindung vorsehen, dass eine solche Schicht aus einem separierenden Material auf die Oberfläche des ersten Bauteils aufgetragen wird, z. B. durch übliche im Stand der Technik bekannte Beschichtungsprozesse, wie z.B. Spin-Coating, Chemical Vapor Deposition (CVD) oder Physical Vapor Deposition (PVD).
-
Besonders bevorzugt ist es dem gegenüber jedoch, wenn die Schicht aus einem separierenden, insbesondere isolierenden Material auf der Oberfläche des ersten Metalls durch eine Oxidation des Metalls des ersten Bauteils gebildet wird. Eine solche Schicht, die aus dem Oxid des Metalls des ersten Bauteils gebildet ist, wird bevorzugt nicht auf der Oberfläche des Bauteils aufgetragen, sondern entsteht erfindungsgemäß bevorzugt durch eine Umwandlung der metallischen Oberfläche in das Oxid dieses Metalls. In diesem Fall bildet die Schicht aus einem separierenden, bevorzugt isolierenden Material die Oberfläche des ersten Bauteils, insbesondere ist die Schicht in diesem Fall Teil des ersten Bauteils.
-
Auf diese Art und Weise wird ein besonders sicherer Verbund zwischen der Schicht aus dem separierenden Material und dem Metall geschaffen. Die Bildung einer Schicht durch Umwandlung der metallischen Oberfläche in das Oxid dieses Metalls ist beispielsweise von Aluminium bekannt, bei welchem das Aluminium selbst bei üblichen Umgebungsbedingungen die Umwandlung in das Oxid selbsttätig vollzieht und sich somit im Wesentlichen passiviert. Solche Schichten weisen jedoch keine genügende Dicke auf, um den thermischen Belastungen des Giessprozesses zu widerstehen.
-
Erfindungsgemäß besonders bevorzugt ist es demnach, durch eine verfahrenstechnische Umwandlung der metallischen Oberfläche in das Oxid dieses Metalls eine Oxidschicht bereitzustellen, die eine Mindestdicke von 5 Mikrometer, weiter bevorzugt mindestens 10 Mikrometer, weiter bevorzugt mindestens 20 Mikrometer, noch weiter bevorzugt mindestens 30 Mikrometer aufweist.
-
Eine besonders bevorzugte Ausführung des Verfahrens kann vorsehen, dass die Schicht aus einem isolierenden Material auf der Oberfläche des ersten Bauteils als eine poröse Schicht ausgebildet wird. Insbesondere erleichtert dies die Anbringung der Schutzschicht auf dieser porösen separierenden Schicht, da diese Schicht aufgrund der Porosität eine vergleichsweise große Oberfläche bildet.
-
Diese Ausführung ist insoweit besonders bevorzugt als dass diese geeignet ist, aufgrund der isolierenden Eigenschaften des porösen Oxid-Materials eine galvanische Trennung zwischen dem ersten und zweiten Bauteil zu erzeugen, sodass Kontaktkorrosionen reduziert oder sogar ausgeschlossen sind, wobei weiterhin aufgrund der Porosität dieser Schicht und der damit einhergehenden Oberflächenvergrößerung gegenüber geschlossenen Schichten eine verbesserte Haftung der nachfolgenden Schutzschicht erzielt wird.
-
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform, insbesondere beim Einsatz von Aluminium bzw. einer Aluminiumlegierung im ersten Bauteil, kann eine solche poröse Schicht gebildet werden, durch das Verfahren des Eloxierens der Oberfläche des ersten Bauteils.
-
Das Verfahren des Eloxierens erfolgt in einem elektrischen Feld, wobei sich durch die Umwandlung des Aluminiums auf der Oberfläche des Bauteiles sich sukzessiv der Kontaktwiderstand erhöht, wodurch sich Spannungsüberschläge durch die oxydische Schicht ausbilden, die einen Entladungskanal erzeugen, der nach der Schichtbildung deren Porosität begründet.
-
Besonders bevorzugt ist es, wenn die Schicht aus einem separierenden, insbesondere isolierenden Material auf der Oberfläche des ersten Bauteils durch eine plasmaelektrolytische Oxidation (PEO) des Metalls des ersten Bauteils erzeugt wird, vorzugsweise bei Aluminium für das erste Bauteil.
-
Dieses Verfahren zur Erzielung eines isolierenden Materials auf der Oberfläche des ersten Bauteils durch das Oxid des Metalls dieses ersten Bauteils ist insoweit sehr vorteilhaft, weil hierdurch eine quasikeramische, poröse Schicht mit vergleichsweise großer Dicke aufgebaut wird, die besonders widerstandsfähig ist gegenüber der Temperaturlast beim nachfolgenden Gießprozess des zweiten Bauteils. Bevorzugt können so Schichtdicken des Oxids des Metalls des ersten Bauteils (bevorzugt Aluminium) von mehr als 30 Mikrometer, weiter bevorzugt mehr als 40 Mikrometer und noch weiter bevorzugt mehr als 50 Mikrometer erzeugt werden. Im Vergleich zum Eloxieren werden bei der plasmaelektrolytischen Oxidation größere Schichtdicken erzielt und insbesondere auch größere Porositäten, die auch eine elektrische Leitfähigkeit der Schicht bei Anwesenheit eines Elektrolyten bewirken.
-
Aufgrund der deutlich erhöhten Widerstandsfähigkeit gegen die thermische Belastung ist somit das Bilden der Schicht aus einem separierenden, isolierenden Material auf der Oberfläche des ersten Bauteils durch die plasmaelektrolytische Oxidation besonders bevorzugt. Eine solche PEO-Schicht erzeugt somit eine zuverlässige Separierung der Metalle, ist unempfindlich gegenüber einem Übergießen mit Schmelze und kann ergänzend unter Anwesenheit eines Elektrolyten weiter beschichtet werden
-
Bei der plasmaelektrolytischen Oxidation (PEO) erfolgt eine Oxidierung der Metalloberfläche in einem Elektrolyten, vorzugsweise einem wässrigen Elektrolyten. Das zu oxidierende Bauteil wird mit der Anode verbunden und zusammen mit einer Kathode in den Elektrolyten eingebracht. Das Bauteil bildet anfänglich eine chemisch erzeugte Schicht, deren Wachstum durch das Spannungspotential bewirkt wird. Durch fortschreitende Erhöhung des Potentials wird die gebildete Schicht bei Erreichen der Durchschlagspannung lokal durchschlagen, wodurch plasmachemische Reaktionen erzeugt werden, die auch anhand von Funken auf der Oberfläche erkennbar sind. Diese Reaktionen laufen mit dem hydrolytisch gespaltenen Sauerstoff ab. Durch ein Aufrechterhalten dieser Reaktion wächst auf der Metalloberfläche eine keramische Oxidschicht, wobei die Spannung zur Aufrechterhaltung erhöhend nachreguliert wird.
-
Als abschließende Schutzschicht, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren nach dem Prozess des Gießens des Hybridbauteiles auf diesem appliziert wird, kann grundsätzlich jegliche Schicht eingesetzt werden, die das so hergestellte Hybridbauteil vor weiteren äußeren Einflüssen schützt.
-
Beispielsweise kann eine Beschichtung mit einem Lack vorgesehen sein oder aus einer Zweikomponenten-Beschichtungsmasse, wie beispielsweise aus einem Epoxidharz.
-
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ergibt sich, wenn diese Schutzschicht durch eine elektrophoretische Abscheidung, z.B. anodische oder bevorzugt kathodische Tauchlackierung erzeugt wird. Dies wird besonders dann von der Erfindung unterstützt, wenn die zuvor benannte Schicht aus einem separierenden, insbesondere isolierenden Material auf der Oberfläche des ersten Bauteils als eine poröse Schicht ausgebildet ist, die eine elektrische Leitfähigkeit durch die Schicht hindurch bei Anwesenheit eines Elektrolyten aufweist, wie es z.B. bei der plasmaelektrolytischen Oxidation der Fall ist.
-
Es ergibt sich nämlich so die Möglichkeit, dass die Abscheidung eines Beschichtungsstoffes, z.B. elektrophoretisch, insbesondere durch kathodische Tauchlackierung, sowohl auf der metallischen Schicht des zweiten Bauteils erfolgen kann als auch auf der Oberfläche des ersten Bauteils, selbst wenn dieses bereits eine separierende, aber poröse Schicht aufweist.
-
Bei der elektrophoretischen Abscheidung werden in einem elektrischen Feld die geladenen kolloidalen Teilchen eines Abscheidungsstoffes in einem Elektrolyten von der Elektrode entgegengesetzter Ladung angezogen und scheiden sich auf dieser ab. Das Hybridbauteil der Erfindung bildet somit bei diesem Prozess diejenige Elektrode aus, an der die Abscheidung erfolgen soll.
-
Neben einem vollständigen Oberflächenschutz des erfindungsgemäß hergestellten Hybridbauteils ergibt sich damit bei dem hergestellten Bauteil auch eine gleichmäßige farbige Erscheinung des Bauteils, dem der unbefangene Betrachter die hybride Bauform durch reine Betrachtung nicht entnehmen kann. Das Hybridbauteil gemäß der Erfindung erscheint dem Betrachter somit in einer einfarbigen Ausgestaltung, beispielsweise in Schwarz.
-
Die Erfindung kann es vorsehen, dass der letzte Schritt der Beschichtung, insbesondere mittels einer elektrophoretischen Abscheidung, z.B. kathodischer Tauchlackierung erst dann vorgenommen wird, wenn das durch Gießen hergestellte Hybridbauteil ohne die letzte Schutzschicht in einem weiteren Verbund mit einem oder mehreren Bauteilen integriert ist, z. B. in einer Fahrzeugkarosserie. So kann das nach dem Gießen hergestellte hybride Bauteil in die Fahrzeugkarosserie integriert werden und hiernach die gesamte Karosserie tauchlackiert werden, wodurch sich diese Tauchlackierung sowohl auf die Oberflächenbereiche des zweiten Bauteils des Hybridbauteils als auch auf die nicht bedeckten Oberflächenbereiche des ersten Bauteils, insbesondere mit der separierenden Schicht versehenen ersten Bauteils erstreckt.
-
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert:
- Die 1 zeigt in schematischer Darstellung ein erstes Bauteil 1 gemäß der Erfindung, wie beispielsweise als umgeformtes Blech, bevorzugt aus Aluminium. Die Umformung kann hier z. B. dadurch vorgenommen sein, dass das Blech neben solchen Umformungen, die das Metall aus der ursprünglichen Blechebene herausverformen auch Ausnehmungen 1a insbesondere Lochungen umfasst. Dies hat den Vorteil, dass im nachfolgenden Gießprozess das Metall des zweiten Bauteils durch solche Lochungen 1a hindurchdringen kann und hierdurch ein besonders guter Formschluss und/oder Kraftschluss zwischen dem ersten und zweiten Bauteil erzielt wird.
-
Erfindungsgemäß vorgesehen ist es, dass das in der 1 gezeigte erste Bauteil in eine Gussform eingelegt wird, um den erfindungsgemäß zweiten wesentlichen Schritt zur Bildung des Hybridbauteils zu erzielen. Das erste Bauteil 1 kann vollständig in die Gussform eingelegt werden oder auch nur teilweise, d.h. dass das Bauteil 1 aus der Gussform auch herausragen kann.
-
Unabhängig von der konkreten Anordnung in der Gussform ist es jedoch gemäß der Erfindung vorgesehen, dass die Oberfläche des Bauteils 1 beim Gießen des zweiten Bauteils 2 nur teilweise bedeckt wird.
-
Um wie eingangs genannt, zu erzielen, dass zumindest in den Bereichen, in denen eine Bedeckung des ersten Bauteiles 1 mit dem Metall des zweiten Bauteiles 2 beim Gießen erzeugt wird, keine Kontaktkorrosion entsteht, sieht es die Erfindung vor, dass zumindest die kontaktierten Oberflächenbereiche, bevorzugt die gesamte Oberfläche des Bauteils 1 vor dem Schritt des Gießens mit einer Schicht aus einem die Bauteile 1 und 2 separierenden, bevorzugt isolierenden Material versehen wird, beispielsweise und besonders bevorzugt durch Umwandlung des Metalls in der Oberfläche des ersten Bauteils 1 in sein Oxid, beispielsweise und weiterhin besonders bevorzugt durch das Verfahren der plasmaelektrolytischen Oxidation, wodurch eine Oxidschicht, bevorzugt eine keramische Oxidschicht auf dem Bauteil 1 erzielt wird, die neben einer isolierenden Wirkung gegenüber der Kontaktkorrosion den Vorteil der Porosität mit sich bringt, somit also unter Einwirkung von Elektrolyten leitfähig ist.
-
Die 2 zeigt das erfindungsgemäße Hybridbauteil nach dem Prozessschritt des Gießens. Dieses Hybridbauteil ist gebildet durch das Bauteil 1 wie es in der 1 zu sehen ist sowie das Bauteil 2, welches schraffiert in der 2 dargestellt ist. Durch die Ausnehmungen 1a des Bauteils 1 kann sich das Metall des Bauteils 2 durch das Bauteil 1 hindurch erstrecken und so einen besonders guten Formschluss mit diesem erzeugen. Eine nachfolgende Ablösung, beispielsweise durch Delamination, kann so wirkungsvoll verhindert werden.
-
Durch die vor dem Gießen erzeugte separierende, insbesondere isolierende Schicht auf dem Bauteil 1, wird in den vom Metall des Bauteils 2 überdeckten Bereichen eine Kontaktkorrosion verhindert. Das so hergestellte Hybridbauteil, das nach dem Gießen vorliegt wird nun erfindungsgemäß insgesamt mit wenigstens einer weiteren Schutzschicht versehen.
-
Die 3 zeigt in einer Schnittdarstellung mögliche lokale Grenzflächenzustände zwischen dem Bauteil 1, in diesem Beispiel ein umgeformtes Blech, insbesondere Aluminiumblech und dem Bauteil 2 aus einem gegossenen Metall, insbesondere Magnesium.
-
Es zeigt sich, dass in dem mit „A“ markierten Bereich das Bauteil 1 keinen lokalen Kontakt zum Bauteil 2 hat. Im Wesentlichen steht in einem solchen Bereich „A“ das Bauteil 1 aus dem Bauteil 2 frei hervor.
-
Gemäß der Erfindung weist das Bauteil 1 jedoch auch in diesem Bereich „A“ auf der metallischen Oberfläche eine separierende, insbesondere isolierende Schicht 3, bevorzugt aus dem Oxid des betreffenden Metalls auf, z. B. gebildet durch plasmaelektrische Oxidation und eine weitere darauf angeordnete Schutzschicht 4, die eine zusätzliche äußere Korrosionsschutzbarriere darstellt, beispielsweise durch eine elektrophoretische Beschichtung, z.B. kathodische Tauchlackierung.
-
In dem gebildeten Hybridbauteil kann es noch weitere andere Grenzflächenzustände geben, wie beispielsweise am Ort „B“, denn hier ist es erkennbar, dass das Bauteil 1 nur einseitig von dem Metall des Bauteils 2 überdeckt ist. Somit ist in diesem Bereich „B“ das Bauteil 1 nicht von dem Bauteil 2 umgossen, sondern lediglich das Bauteil 2 an das Bauteil 1 einseitig angegossen. Erkennbar ist, dass zwischen dem Bauteil 1 und dem Bauteil 2 die Schicht aus einem separierenden Material 3 vorliegt, die eine Kontaktkorrosion zwischen den beiden Metallen von Bauteil 1 und Bauteil 2 wirkungsvoll verhindert oder zumindest reduziert.
-
Auch an diesem Ort sind die am weitesten außen liegenden Oberflächen durch die Schutzschicht 4 gegeben.
-
Als weiterer Grenzflächenzustand kann es z. B. im Bereich „C“ vorgesehen sein, dass das Bauteil 1 beidseits, d. h. sowohl dessen Oberfläche als auch Unterfläche und insbesondere auch die seitlichen Kanten und somit bevorzugt vollständig vom Metall des Bauteils 2 umgossen ist. Das Bauteil 1 ist somit in einem solchen Bereich in das Bauteil 1 eingebettet.
-
Erkennbar ist hier, dass das Bauteil 1 jeweils über die separierende Schicht 3, z. B. aufgebaut über plasmaelektrische Oxidation, mit dem Bauteil 2 indirekt in Kontakt steht, wobei die beiden Metalle galvanisch entkoppelt sind. Durch diesen mittelbaren Kontakt über das separierende Material wird, wie zuvor erwähnt, die Kontaktkorrosion zwischen den beiden Metallen, insbesondere innenliegend Aluminium und außen umgebend Magnesium, verhindert. Auch hier ist erkennbar, dass die äußere Oberfläche des Hybridbauteils durch die Schutzschicht 4 vor Umwelteinflüssen geschützt ist.
-
Beispielsweise durch das Prinzip der kathodischen Tauchlackierung kann diese Schicht 4 abgeschieden werden auf der metallischen Oberfläche des Bauteils 2, ebenso wie auf der separierenden, insbesondere isolierenden Schicht 3 des Bauteils 1, da erfindungsgemäß diese separierende Schicht 3 porös ausgebildet sein kann, somit also unter Einwirkung eines Elektrolyten ein Stromfluss durch die Schicht 3 möglich ist und die kathodische Abscheidung der Tauchlackierung hierdurch ermöglicht wird.
