DE102018114840A1 - Process for producing a coating on profile components made of sheet steel - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Beschichtung auf Profilbauteilen aus Stahlblech in einem Durchlaufprozess. Hierzu werden pressgehärtete Profilbauteile bereitgestellt und diese auf ein Transportsystem beladen. Auf dem Transportsystem werden die Profilbauteile einer mechanischen Reinigung unterzogen. An die mechanische Reinigung, insbesondere einer Strahlbehandlung, schließt sich eine Antioxydationsbehandlung der Profilbauteile an, bevor diese mit einem Metallpulver beaufschlagt werden, so dass sich Metallpulver vollflächig auf der Oberfläche der Profilbauteile befindet. Hierauf werden die Profilbauteile am Transportsystem in einen Durchlaufofen überführt und wärmebehandelt derart, dass durch einen Diffusionsprozess zwischen den Profilbauteilen und dem Metallpulver die Beschichtung ausgebildet wird. Nach Verlassen des Durchlaufofens werden die Profilbauteile vom Transportsystem entladen.The invention relates to a method for producing a coating on profile components made of sheet steel in a continuous process. For this purpose, press-hardened profile components are made available and loaded onto a transport system. The profile components are mechanically cleaned on the transport system. The mechanical cleaning, in particular a blasting treatment, is followed by an antioxidation treatment of the profile components before they are exposed to a metal powder, so that metal powder is located on the entire surface of the profile components. The profile components on the transport system are then transferred to a continuous furnace and heat treated in such a way that the coating is formed by a diffusion process between the profile components and the metal powder. After leaving the continuous furnace, the profile components are unloaded from the transport system.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Beschichtung auf Profilbauteilen aus Stahlblech, insbesondere auf Struktur- oder Karosseriebauteilen von Kraftfahrzeugen, in einem Durchlaufprozess.The invention relates to a method for producing a coating on profile components made of sheet steel, in particular on structural or body components of motor vehicles, in a continuous process.

Die Beschichtung von Profilbauteilen aus Stahlblech erfolgt mit dem Ziel, deren Eigenschaften zu verbessern. Hierdurch können insbesondere die Korrosionsbeständigkeit aber auch die Verschleißfestigkeit erhöht werden.Profile components made of sheet steel are coated with the aim of improving their properties. As a result, in particular the corrosion resistance but also the wear resistance can be increased.

Verfahren zum Auftragen von festhaftenden Beschichtungen aus formlosen Stoffen auf metallische Oberflächen sind im Stand der Technik bekannt. Hierzu zählen das Feuerverzinken ebenso wie das Spritzverzinken, das galvanische Verzinken oder das Sherardisieren (Diffusionsverzinkung).Methods for applying firmly adhering coatings made of shapeless substances to metallic surfaces are known in the prior art. This includes hot-dip galvanizing as well as spray galvanizing, galvanizing or sharding (diffusion galvanizing).

Das Sherardisieren ist in der DIN EN ISO 17668:2016 „Zink-Diffusionsschichten auf Eisen - Sherardisieren - Anforderungen“ international spezifiziert. Der Prozess ist diffusionsgesteuert und wird über eine Wärmebehandlung ausgeführt, wobei eine Schicht über die Dampfphase des Zinks erzeugt wird. Die Schichtabscheidung erfolgt durch Phasenreaktion mit der Oberfläche der metallischen Profilbauteile, bei der eine Zink-Eisen-Legierungsschicht entsteht. Die Schicht wächst aus der Oberfläche der Profilbauteile und ist daher konturnah.Sherardization is in the DIN EN ISO 17668: 2016 "Zinc diffusion layers on iron - sharding - requirements" internationally specified. The process is diffusion controlled and is carried out via a heat treatment, whereby a layer is created over the vapor phase of the zinc. The layer is deposited by a phase reaction with the surface of the metallic profile components, which creates a zinc-iron alloy layer. The layer grows from the surface of the profile components and is therefore close to the contour.

Durch die DE 10 2005 002 706 A1 zählt ein Verfahren zum Aufbringen einer festen metallischen Beschichtung, insbesondere aus Zink bzw. einer Zinklegierung, auf ein Profilbauteil aus Stahlblech zum Stand der Technik. Hierbei wird das Profilbauteil in einem Behandlungsraum mit einem Metallpulver eingenebelt. Das Metallpulver wird elektrostatisch auf der Oberfläche des Profilbauteils vollflächig abgeschieden. In einem sich anschließenden Wärmebehandlungsvorgang erfolgt ein Diffusionsprozess zwischen dem Stahlblech und dem Metallpulver, wobei die Beschichtung ausgebildet wird. Die Beschichtung der Profilbauteile erfolgt in einem Durchlaufprozess. Mit diesem an sich innovativen und rationellen Verfahren konnten jedoch bislang keine qualitativ befriedigenden Beschichtungen erzielt werden.Through the DE 10 2005 002 706 A1 includes a method for applying a solid metallic coating, in particular made of zinc or a zinc alloy, to a profile component made of sheet steel according to the prior art. The profile component is fogged in a treatment room with a metal powder. The metal powder is deposited electrostatically over the entire surface of the profile component. In a subsequent heat treatment process, a diffusion process takes place between the steel sheet and the metal powder, the coating being formed. The profile components are coated in a continuous process. So far, however, no qualitatively satisfactory coatings have been achieved with this innovative and rational process.

Die EP 2 271 784 B1 offenbart ein Verfahren zum Beschichten einer Oberfläche eines metallischen Profilbauteils mit Zink, welches als Sherardisierverfahren durchgeführt wird. Die zu beschichtenden Profilbauteile werden zusammen mit Zink als Beschichtungsmittel bei einer Temperatur zwischen 200°C und 500°C in einem Reaktionsraum wärmebehandelt. Bei dem Reaktionsraum handelt es sich insbesondere um langsam rotierende geschlossene Behälter, beispielsweise einer Trommel oder einem Drehofen. Vor dem Beginn der Wärmebehandlung wird der Sauerstoffgehalt der in dem Reaktionsraum enthaltenen Atmosphäre auf weniger gleich 5 Vol.-% eingestellt. Des Weiteren wird dem Reaktionsraum vor der Wärmebehandlung ein Flussmittel zugeführt.The EP 2 271 784 B1 discloses a method for coating a surface of a metallic profile component with zinc, which is carried out as a shard process. The profile components to be coated are heat-treated together with zinc as a coating agent at a temperature between 200 ° C and 500 ° C in a reaction chamber. The reaction space is, in particular, slowly rotating closed containers, for example a drum or a rotary kiln. Before the start of the heat treatment, the oxygen content of the atmosphere contained in the reaction space is set to less than or equal to 5% by volume. Furthermore, a flux is supplied to the reaction chamber before the heat treatment.

Dieses Verfahren ist jedoch relativ aufwändig und kostenintensiv.However, this process is relatively complex and expensive.

Generell ist anzumerken, dass das Sherardisierverfahren mit einer Wärmebehandlung in langsam rotierenden geschlossenen Behältern bzw. Retorten sehr aufwändig und zeitintensiv ist. Hierbei wird neben der Retorte auch gegebenenfalls ein Füllstoff erhitzt, so dass große thermische Massen erhitzt werden müssen. Die Temperatur des Beschichtungsgutes wird indirekt über die Trommelwand gesteuert. Dieser Prozess ist sehr träge und schlecht steuerbar. Zudem erfolgt die Erwärmung der Bauteile indirekt über die Aufheizung der Retorte. Dies hat zur Folge, dass die Materialeigenschaften der zu beschichtenden Profilbauteile nachteilig beeinflusst werden können.In general, it should be noted that the sharding process with heat treatment in slowly rotating closed containers or retorts is very complex and time-consuming. In addition to the retort, a filler may also be heated, so that large thermal masses must be heated. The temperature of the coating material is controlled indirectly via the drum wall. This process is very slow and difficult to control. In addition, the components are heated indirectly by heating the retort. As a result, the material properties of the profile components to be coated can be adversely affected.

Der Erfindung liegt ausgehend vom Stand der Technik die Aufgabe zugrunde, ein rationelles und effizientes Verfahren zur Herstellung von qualitativ hochwertigen Beschichtungen auf Profilbauteilen aus Stahlblech aufzuzeigen.Starting from the prior art, the invention is based on the object of demonstrating a rational and efficient method for producing high-quality coatings on profile components made of sheet steel.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht in einem Verfahren nach Anspruch 1.The solution to this problem consists in a method according to claim 1.

Vorteilshafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis 11.Advantageous refinements and developments of the method according to the invention are the subject of dependent claims 2 to 11.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer Beschichtung auf Profilbauteilen aus Stahlblech in einem Durchlaufprozess sieht folgende Schritte vor:

  • - Bereitstellen von zumindest bereichsweise gehärteten, insbesondere pressgehärteten, Profilbauteilen,
  • - Beladen eines Transportsystems mit den Profilbauteilen,
  • - Reinigen der Profilbauteile,
  • - Antioxidationsbehandlung der Profilbauteile,
  • - Aufbringen von Metallpulver auf die Oberfläche der Profilbauteile,
  • - Wärmebehandlung der Profilbauteile in einem Durchlaufofen, bei welcher durch einen Diffusionsprozess zwischen den Profilbauteilen und dem Metallpulver die Beschichtung ausgebildet wird,
  • - Entladen der Profilbauteile vom Transportsystem.
A method according to the invention for producing a coating on profile components made of sheet steel in a continuous process provides the following steps:
  • Provision of at least regionally hardened, in particular press-hardened, profile components,
  • - loading a transport system with the profile components,
  • - cleaning the profile components,
  • - antioxidant treatment of the profile components,
  • - application of metal powder to the surface of the profile components,
  • Heat treatment of the profile components in a continuous furnace, in which the coating is formed by a diffusion process between the profile components and the metal powder,
  • - Unloading the profile components from the transport system.

Die Beschichtung erfolgt in einem Durchlaufprozess. Hierzu werden pressgehärtete Profilbauteile bereitgestellt und diese auf ein Transportsystem beladen. Bei dem Transportsystem handelt es sich um einen Stetigförderer, auf dem die Profilbauteile in einer Kette kontinuierlich oder in Einheiten zusammengefasst diskontinuierlich durch den Prozess bewegt werden. Der Transport der Profilbauteile kann liegend, stehend oder hängend erfolgen, insbesondere beinhaltet das Transportsystem eine Hängeförderanlage. Die Profilbauteile sind am Transportsystem allseitig zugänglich. Auf dem Transportsystem werden die Profilbauteile einer mechanischen Reinigung unterzogen. An die mechanische Reinigung, insbesondere einer Strahlbehandlung, schließt sich eine Antioxydationsbehandlung der Profilbauteile an, bevor diese mit einem Metallpulver beaufschlagt werden, so dass sich Metallpulver vollflächig auf der Oberfläche der Profilbauteile ablegt. Hierauf werden die Profilbauteile am Transportsystem in einen Durchlaufofen überführt und wärmebehandelt derart, dass durch einen Diffusionsprozess zwischen den Profilbauteilen und dem Metallpulver die Beschichtung ausgebildet wird. Nach Verlassen des Durchlaufofens werden die Profilbauteile vom Transportsystem entladen. The coating takes place in a continuous process. For this purpose, press-hardened profile components are provided and loaded onto a transport system. The transport system is a continuous conveyor on which the profile components are moved through the process discontinuously in a chain continuously or in units. The profile components can be transported lying, standing or hanging, in particular the transport system includes a suspended conveyor system. The profile components are accessible from all sides on the transport system. The profile components are mechanically cleaned on the transport system. The mechanical cleaning, in particular a blasting treatment, is followed by an antioxidation treatment of the profile components before they are exposed to a metal powder, so that metal powder is deposited over the entire surface of the profile components. The profile components on the transport system are then transferred to a continuous furnace and heat treated in such a way that the coating is formed by a diffusion process between the profile components and the metal powder. After leaving the continuous furnace, the profile components are unloaded from the transport system.

Erfindungswesentlicher Aspekt ist die Antioxidationsbehandlung vor dem Aufbringen des Metallpulvers auf die Oberfläche der Profilbauteile und der Wärmebehandlung der Profilbauteile in einem Durchlaufofen. Diese Maßnahme verhindert den negativen Einfluss von Sauerstoff an der Oberfläche der zu beschichtenden Profilbauteile. Sauerstoff führt zur Oxidation an den zu beschichtenden Oberflächen und verhindert bzw. verschlechtert die Diffusion zwischen dem Beschichtungsstoff und dem Beschichtungsgut, also dem Metallpulver und den Profilbauteilen.An aspect essential to the invention is the antioxidation treatment before the metal powder is applied to the surface of the profile components and the heat treatment of the profile components in a continuous furnace. This measure prevents the negative influence of oxygen on the surface of the profile components to be coated. Oxygen leads to oxidation on the surfaces to be coated and prevents or deteriorates the diffusion between the coating material and the coating material, that is to say the metal powder and the profile components.

Insbesondere handelt es sich bei den Profilbauteilen um warmumgeformte und pressgehärtete Profilbauteile. Hierbei wird ein Stahlblech aus einem borlegierten Stahl, insbesondere einer Bor-Mangan-Stahl-Legierung, auf eine Temperatur über AC3 erwärmt und danach schnell, d. h. in der Regel in weniger als 5 s, umgeformt und im Presswerkzeug eingespannt einer Schnellkühlung unterzogen, so dass ein martensitisches und/oder bainitisches Gefüge erzielt wird. Durch diese Maßnahmen erhält man ein Produkt mit hoher Formgenauigkeit, guter Maßhaltigkeit und hohen Festigkeitswerten, welches sich sehr gut für Struktur-, Karosserie- und Sicherheitsbauteile im Fahrzeug eignet. Die Profilbauteile können auch nur bereichsweise gehärtet sein, also lokal unterschiedliche Gefüge und/oder Materialeigenschaften aufweisen.In particular, the profile components are hot-formed and press-hardened profile components. Here, a steel sheet made of a boron-alloyed steel, in particular a boron-manganese-steel alloy, is heated to a temperature above AC3 and then quickly, i.e. H. usually in less than 5 s, reshaped and clamped in the press tool, subjected to rapid cooling so that a martensitic and / or bainitic structure is achieved. These measures result in a product with high dimensional accuracy, good dimensional stability and high strength values, which is very suitable for structural, body and safety components in the vehicle. The profile components can also be hardened only in some areas, that is to say they have locally different structures and / or material properties.

Die Umformung kann direkt oder indirekt erfolgen. Bei der direkten Warmumformung wird das Bauteil bei einer stahlabhängigen Temperatur austenitisiert, zur gekühlten Matrize bzw. dem Presswerkzeug transferiert und dann umgeformt. Auf diese Weise sind komplexe Geometrien formbar, weil der Werkstoff bei hohen Temperaturen über sehr gute Formbarkeit verfügt.The forming can take place directly or indirectly. In direct hot forming, the component is austenitized at a steel-dependent temperature, transferred to the cooled die or the pressing tool and then formed. In this way, complex geometries can be formed because the material has excellent formability at high temperatures.

Bei der indirekten Warmumformung wird das Bauteil zuerst kalt bzw. ungeheizt vorgeformt bzw. tiefgezogen. Anschließend wird das Bauteil auf die Austenitisierungstemperatur geheizt und fertiggeformt. Dieser zusätzliche Schritt erweitert die Formgrenzen für sehr komplexe Geometrien.With indirect hot forming, the component is first cold or unheated preformed or deep drawn. The component is then heated to the austenitizing temperature and fully formed. This additional step extends the shape limits for very complex geometries.

Als Beschichtungsstoff kommt insbesondere ein Metallpulver auf Basis von Zink oder einer Zinklegierung zur Anwendung. Hierbei kann es sich um reines Zinkpulver handeln, aber auch um ein mit Additiven ergänzt formuliertes Metallpulver. Die einzelnen Zinkkörner sind in der Regel mit einer Oxidhaut überzogen.In particular, a metal powder based on zinc or a zinc alloy is used as the coating material. This can be pure zinc powder, but it can also be a metal powder formulated with additives. The individual zinc grains are usually covered with an oxide skin.

Das Reinigen erfolgt mechanisch, insbesondere durch Druckluftstrahlen oder Schleuderradstrahlen mit festem Strahlmittel. Hierbei wird die Oberfläche der Profilbauteile durch die Einwirkung von Strahlmittel, z. B. Sand, Korund oder Stahlkies als Schleifmittel, von Verunreinigungen aus vorherigen Prozessschritten befreit.The cleaning is done mechanically, in particular by compressed air blasting or blast wheel blasting with solid blasting media. Here, the surface of the profile components by the action of blasting media, for. B. sand, corundum or steel gravel as an abrasive, freed from impurities from previous process steps.

Die Antioxidationsbehandlung erfolgt im Anschluss an die Reinigung der Profilbauteile.The antioxidant treatment is carried out after cleaning the profile components.

Bei der Antioxidationsbehandlung werden vorhandene Oxide, Oxidschichten oder Oxidfilme von der Oberfläche der zu beschichtenden Profilbauteile entfernt. Darüber hinaus reduziert die Antioxidationsbehandlung eine weitere Oxidation oder verhindert sie gänzlich. Weiterhin kann die Oberflächenrauheit der Profilbauteile eingestellt werden. Auf diese Weise wird die Oberfläche für den sich anschließenden Beschichtungsvorgang aktiviert.In the antioxidation treatment, existing oxides, oxide layers or oxide films are removed from the surface of the profile components to be coated. In addition, the antioxidant treatment reduces further oxidation or prevents it altogether. The surface roughness of the profile components can also be adjusted. In this way, the surface is activated for the subsequent coating process.

Die Antioxidationsbehandlung kann nasschemisch durchgeführt werden. Dies kann durch einen Beizvorgang erfolgen. Hierzu werden die mechanisch gereinigten Profilbauteile in ein Beizbad eingetaucht oder mit einer Beize besprüht. Bei dieser Antioxidationsbehandlung werden nicht definierte Schichten, insbesondere Oxidschichten bzw. Oxidfilme, entfernt.The antioxidant treatment can be carried out wet-chemically. This can be done by a pickling process. For this purpose, the mechanically cleaned profile components are immersed in a pickling bath or sprayed with a pickle. This antioxidant treatment removes undefined layers, in particular oxide layers or oxide films.

Die nasschemische Antioxidationsbehandlung kann mit wässrigen Lösungen von Chlorwasserstoff (HCl) und einem anschließenden Auftrag einer wässrigen Lösung auf Basis von Natriumhydroxid (NaOH) oder einer Eisen(II)-Chloridlösung (FeCl2-Lösung) erfolgen. Hierbei können die Profilbauteile grundsätzlich in die wässrigen Lösungen getaucht oder mit diesen besprüht oder eingenebelt werden.The wet chemical antioxidation treatment can be carried out using aqueous solutions of hydrogen chloride (HCl) and then applying an aqueous solution based on sodium hydroxide (NaOH) or an iron (II) chloride solution (FeCl 2 solution). Here, the profile components can in principle be immersed in the aqueous solutions or sprayed or fogged with them.

Bei der Antioxidationsbehandlung kann ein Auftrag von einem den Diffusionsprozess begünstigenden Mittel erfolgen. Dies kann durch Benetzen mit einem Flussmittel geschehen. Das Flussmittel kann ausgewählt sein aus der Gruppe, welche aus Aluminiumchlorid, Zinkchlorid, Ammoniumchlorid, Calciumchlorid, Chlor, Chlorwasserstoff, Fluorwasserstoff und beliebigen Kombinationen von zwei oder mehr der vorgenannten Verbindungen besteht. In the case of the antioxidation treatment, an application can be carried out by an agent which favors the diffusion process. This can be done by wetting with a flux. The flux can be selected from the group consisting of aluminum chloride, zinc chloride, ammonium chloride, calcium chloride, chlorine, hydrogen chloride, hydrogen fluoride and any combination of two or more of the aforementioned compounds.

Ein weiterer Aspekt sieht vor, dass die Antioxidationsbehandlung ein Bekeimen der Oberfläche der Profilbauteile mit Metallpartikeln beinhaltet. Insbesondere erfolgt dies mit Zinkpartikeln. Hierzu kann feines Zinkpulver auf die Oberfläche der Profilbauteile aufgerieben oder beispielsweise durch einen Strahlprozess mit gröberen Zinkpartikeln erfolgen. Auf diese Weise werden lokale Keimzellen für ein Schichtwachstum geschaffen. Gleichzeitig wird eine Oxidation an der Oberfläche der Profilbauteile behindert und somit der Diffusionsprozess begünstigt.Another aspect provides that the antioxidant treatment involves germinating the surface of the profile components with metal particles. In particular, this is done with zinc particles. For this purpose, fine zinc powder can be rubbed onto the surface of the profile components or, for example, by a blasting process with coarser zinc particles. In this way, local germ cells are created for layer growth. At the same time, oxidation on the surface of the profile components is hindered and the diffusion process is thus promoted.

Eine Antioxidationsbehandlung der zu beschichtenden Profilbauteile kann auch durch eine zusätzliche nasschemische oder elektrolytische Ausbildung einer Beschichtung mit einem edleren Metall, beispielsweise Kupfer, sein. Diese zusätzliche metallische Beschichtung kann auch durch mechanisches Auftragen, beispielsweise Aufreiben eines Metallwerkstoffes, z. B. Messing, über eine Messingbürste sein. Diese derart vorbeschichteten Profilbauteile werden anschließend erfindungsgemäß durch einen Diffusionsprozess mit einer metallischen Beschichtung, insbesondere einer Zinkbeschichtung versehen.An antioxidation treatment of the profile components to be coated can also be provided by an additional wet chemical or electrolytic formation of a coating with a more noble metal, for example copper. This additional metallic coating can also be done by mechanical application, for example rubbing on a metal material, e.g. B. brass, over a brass brush. These profile components precoated in this way are then provided according to the invention by means of a diffusion process with a metallic coating, in particular a zinc coating.

Vor dem Aufbringen des Metallpulvers auf die Oberfläche der zu beschichtenden Profilbauteile kann ein Haftvermittler auf die Profilbauteile aufgetragen werden. Als Haftvermittler kann vorzugsweise eine Flüssigkeit dienen, insbesondere eine wässrige Lösung. Diese kann aus der nasschemischen Antioxidationsbehandlung, beispielsweise einem Beizvorgang, stammen. Der Haftvermittler kann auch ein unabhängig von den vorherigen Prozessschritten aufgebrachter Flüssigkeitsfilm sein.Before the metal powder is applied to the surface of the profile components to be coated, an adhesion promoter can be applied to the profile components. A liquid, in particular an aqueous solution, can preferably serve as the adhesion promoter. This can come from the wet chemical antioxidation treatment, for example a pickling process. The adhesion promoter can also be a liquid film applied independently of the previous process steps.

Anschließend wird das Metallpulver auf die Oberfläche der Profilbauteile aufgebracht. Dies erfolgt beim Transport der Profilbauteile über das Transportsystem.The metal powder is then applied to the surface of the profile components. This takes place when the profile components are transported via the transport system.

Das Aufbringen des Metallpulvers auf die Oberfläche der Profilbauteile kann elektrostatisch erfolgen. Hierbei wird ein feines Metallpulver, insbesondere ein Zinkpulver mit dünner Oxidhaut, in einer Düse zerstäubt und an einer Elektrode entlanggeführt, so dass sich die einzelnen Metallpulverpartikel statisch aufladen. Zwischen der Elektrode in der Düse und den zu beschichtenden Profilbauteilen, welche die Gegenelektroden bilden, entsteht ein elektrisches Feld. Die Metallpulverpartikel werden entlang der elektrischen Feldlinien zum Profilbauteil geleitet und erreichen aufgrund der Feldlinienform bezogen auf die Düse auch rückwärtige Oberflächen der Profilbauteile. Hierdurch kommt es zu einem Kantenumgriff des Beschichtungsstoffs. Berühren die Metallpulverpartikel die Bauteiloberfläche, entladen sie sich und haften dann aufgrund von Van-der-Waals-Kräften und ähnlichen Phänomenen an der Oberfläche der Profilbauteile.The metal powder can be applied electrostatically to the surface of the profile components. Here, a fine metal powder, in particular a zinc powder with a thin oxide skin, is atomized in a nozzle and guided along an electrode, so that the individual metal powder particles become statically charged. An electrical field is created between the electrode in the nozzle and the profile components to be coated, which form the counter electrodes. The metal powder particles are guided along the electrical field lines to the profile component and, due to the field line shape, also reach rear surfaces of the profile components in relation to the nozzle. This leads to an edge wrap around the coating material. If the metal powder particles touch the component surface, they discharge and then adhere to the surface of the profile components due to Van der Waals forces and similar phenomena.

Auch eine elektroneutrale Abscheidung des Metallpulvers auf der Oberfläche der Profilbauteile ist möglich. Hierzu wird die Oberfläche der Profilbauteile befeuchtet, vorzugsweise durch Auftrag eines Flüssigkeitsfilms auf Basis einer wässrigen Lösung, eines Flussmittels oder reinem Wasser. Anschließend werden die feuchten Profilbauteile mit dem Beschichtungspulver in Kontakt gebracht. Durch die Feuchtigkeit haftet das Pulver auf der Oberfläche der Profilbauteile. Gegebenenfalls ist dem Pulverauftrag ein Trocknungsschritt nachgeschaltet. Die Haftung des Pulvers auf der Oberfläche der Profilbauteile ist ausreichend, so dass auch Erschütterungen infolge des weiteren Transports der zu beschichtenden Profilbauteile nicht zum Ablösen der Pulverschicht führen.Electron-neutral deposition of the metal powder on the surface of the profile components is also possible. For this purpose, the surface of the profile components is moistened, preferably by applying a liquid film based on an aqueous solution, a flux or pure water. The moist profile components are then brought into contact with the coating powder. Due to the moisture, the powder adheres to the surface of the profile components. If necessary, the powder application is followed by a drying step. The adhesion of the powder to the surface of the profile components is sufficient so that vibrations due to the further transport of the profile components to be coated do not lead to the powder layer being detached.

Nach dem Auftrag des Metallpulvers auf der Oberfläche der Profilbauteile werden diese einer Wärmebehandlungsanlage zugeführt bzw. in diese eingeschleust. Bei der Wärmebehandlungsanlage handelt es sich um einen Durchlaufofen. Die Chargierung setzt sich kontinuierlich fort. Die Profilbauteile werden kontinuierlich am Transportsystem durch den Durchlaufofen transportiert. Dies kann grundsätzlich liegend, stehend oder hängend erfolgen. Vorzugsweise ist das Transportsystem eine Hängetransportanlage.After the metal powder has been applied to the surface of the profile components, they are fed to a heat treatment system or introduced into it. The heat treatment system is a continuous furnace. The charging continues continuously. The profile components are continuously transported on the transport system through the continuous furnace. In principle, this can be done lying down, standing or hanging. The transport system is preferably a suspended transport system.

Bei der Wärmebehandlung wird durch einen Diffusionsprozess zwischen den Profilbauteilen und dem Metallpulver die Beschichtung ausgebildet. Die Wärmebehandlung erfolgt mit einer genauen Temperaturführung. Hierbei liegt die Temperatur der Wärmebehandlung zwischen 300°C und 420°C, insbesondere zwischen 360°C und 420°C.During the heat treatment, the coating is formed by a diffusion process between the profile components and the metal powder. The heat treatment is carried out with precise temperature control. The temperature of the heat treatment is between 300 ° C and 420 ° C, in particular between 360 ° C and 420 ° C.

Die Wärmebehandlung erfolgt in einer sauerstoffarmen Atmosphäre. Hierbei sollte der Sauerstoffgehalt im Durchlaufofen kleiner als 0,01% betragen. Die Wärmebehandlung erfolgt so in einer sauerstoffreduzierten Ofenatmosphäre. Der Ofen wird daher mit einem inerten Gas oder einem reduzierten Gas oder beidem gefüllt und ist mit einer entsprechenden Schleusentechnik ausgestattet. Diese Schleusen können mechanische Schleusen mit Austausch des darin enthaltenen Gases sein oder eine Schleuse, die auf dem Effekt eines Gas- oder Flammenvorhangs beruht.The heat treatment takes place in a low-oxygen atmosphere. The oxygen content in the continuous furnace should be less than 0.01%. The heat treatment takes place in an oxygen-reduced furnace atmosphere. The furnace is therefore filled with an inert gas or a reduced gas or both and is equipped with a corresponding lock technology. These locks can be mechanical locks with exchange of the gas contained therein or a lock that based on the effect of a gas or flame curtain.

Die Wärmebehandlung erfolgt über einen Zeitraum von 5 min bis 120 min, insbesondere in einem Zeitraum von 5 min bis 50 min. Vorteilhafterweise erstreckt sich die Wärmebehandlung über einen Zeitraum von 5 min bis 30 min, vorzugsweise über einen Zeitraum von 10 min bis 30 min.The heat treatment is carried out over a period of 5 minutes to 120 minutes, in particular in a period of 5 minutes to 50 minutes. The heat treatment advantageously extends over a period of 5 minutes to 30 minutes, preferably over a period of 10 minutes to 30 minutes.

Im Zuge der Wärmebehandlung bildet sich auf den zu beschichtenden Profilbauteilen durch Diffusion eine Zink-Eisen-Legierungsschicht. Diese entspricht einer Sherardisierschicht. Gegenüber dem bekannten Sherardisierverfahren ist allerdings bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Aufheizphase und auch die Abkühlphase deutlich verkürzt, weil hier nur die Profilbauteile selbst direkt durch Konvektion erhitzt und anschließend abgekühlt werden. Bei einem bekannten Sherardisierverfahren werden immer auch eine Retorte und gegebenenfalls ein Füllstoff erhitzt, so dass hier wesentlich größere thermische Massen erhitzt werden müssen. Darüber hinaus erfolgt bei der bekannten Vorgehensweise die Erwärmung der Bauteile indirekt über die Erhitzung der Retorte.In the course of the heat treatment, a zinc-iron alloy layer forms on the profile components to be coated by diffusion. This corresponds to a shard coating. Compared to the known sharding method, however, the heating-up phase and also the cooling-down phase are significantly shortened in the method according to the invention, because here only the profile components themselves are heated directly by convection and then cooled. In a known sharding process, a retort and, if appropriate, a filler are always heated, so that much larger thermal masses have to be heated here. In addition, in the known procedure, the components are heated indirectly by heating the retort.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Zugfestigkeit der Bauteile weniger abgesenkt. Die Streckgrenze und die Duktilität verändern sich gegenüber den Ausgangswerten vorteilhaft.In the method according to the invention, the tensile strength of the components is reduced less. The yield strength and ductility change advantageously compared to the initial values.

Grundsätzlich ist ein geringer Druck in der Wärmebehandlungsanlage hilfreich. Ursächlich hierfür ist, dass der Transport von Zinkatomen oder kleinsten Zink-Konglomeraten aus den Zinkstaubpartikeln durch Sublimation erfolgt, die druckabhängig ist.A low pressure is generally helpful in the heat treatment system. The reason for this is that the transport of zinc atoms or the smallest zinc conglomerates from the zinc dust particles takes place by sublimation, which is pressure-dependent.

Im Anschluss an die Wärmebehandlung werden die Bauteile abgekühlt und vom Transportsystem entladen. Vor und/oder nach dem Entladen vom Transportsystem werden die Profilbauteile gereinigt. Dies ist besonders vorteilhaft an den noch auf dem Transportsystem befindlichen Profilbauteilen möglich. Die Reinigung kann einen einfachen Waschprozess, z. B. mit Hilfe eines Hochdruckreinigers, beinhalten. Der Waschflüssigkeit können Reinigungsmittel zugegeben werden. Auch kann ein warmes oder heißes Waschmittel bzw. eine Waschflüssigkeit genutzt werden. Auch eine reine Trockenreinigung mit Hilfe von Druckluft oder eine Absaugung ist möglich.Following the heat treatment, the components are cooled and unloaded from the transport system. The profile components are cleaned before and / or after unloading from the transport system. This is particularly advantageous on the profile components still located on the transport system. Cleaning can be a simple washing process, e.g. B. with the help of a pressure washer. Detergents can be added to the washing liquid. A warm or hot detergent or a washing liquid can also be used. Pure dry cleaning using compressed air or suction is also possible.

Optional können die beschichteten Profilbauteile einer weiteren Oberflächenbehandlung unterzogen werden, beispielsweise einer Phosphatisierung oder Passivierung. Dies kann gegebenenfalls auch in Fortführung des Durchlaufprozesses am Transportsystem durch eine weitere Behandlungsanlage erfolgen. Hierbei kann beispielsweise eine Badbeanschlagung oder eine Sprühbeaufschlagung mit einem Reagenz erfolgen.Optionally, the coated profile components can be subjected to a further surface treatment, for example phosphating or passivation. If necessary, this can also be carried out by continuing the continuous process on the transport system through a further treatment system. In this case, for example, a bath application or a spray application with a reagent can take place.

Die Erfindung schafft einen vollautomatischen Prozess, wodurch eine deutliche Kostenreduktion zu erwarten ist. Darüber hinaus ist eine deutliche Durchsatz- bzw. Leistungssteigerung realisierbar. Das erfindungsgemäße Verfahren ist vorteilhaft hinsichtlich der Steuer- und Regelbarkeit. Im Durchlaufprozess ist der Pulverauftrag, beispielsweise die Bestäubung, über eine Bewegung von Sprühdüsen und deren Pulverförderung sehr gut einzustellen. Somit wären auch lokal unterschiedlich dicke Beschichtungen an den Profilbauteilen möglich. Darüber hinaus kann in dem Durchlaufofen nahezu jedes beliebige Temperaturprofil gefahren werden, weil die Bauteile verschiedene Zonen des Durchlaufofens durchlaufen, die unterschiedlich angesteuert werden können.The invention creates a fully automatic process, whereby a significant cost reduction can be expected. In addition, a significant increase in throughput and performance can be realized. The method according to the invention is advantageous in terms of controllability. In the continuous process, the powder application, for example dusting, can be adjusted very well by moving spray nozzles and conveying them. This would also allow coatings of different thicknesses locally on the profile components. In addition, almost any temperature profile can be run in the continuous furnace, because the components pass through different zones of the continuous furnace, which can be controlled differently.

Die der Wärmebehandlung vorgeschalteten Vorbehandlungsschritte sind im Durchlaufprinzip bei dem am Transportsystem befindlichen Profilbauteilen sehr leicht zeitlich und räumlich vor dem eigentlichen Beschichtungsprozess durchzuführen.The pre-treatment steps upstream of the heat treatment can be carried out very easily in time and space before the actual coating process in the case of the profile components located on the transport system.

Auch die der Wärmebehandlung und dem Diffusionsvorgang nachgeschalteten Prozessschritte können aufgrund der allseitigen Zugänglichkeit der Profilbauteile am Transportsystem erheblich einfacher und effektiver bzw. effizienter gestaltet werden.The process steps downstream of the heat treatment and the diffusion process can also be made considerably simpler and more effective and efficient due to the all-round accessibility of the profile components on the transport system.

Das erfindungsgemäße Verfahren bei welchem die Beschichtung in einem Durchlaufprozess erfolgt, ist besonders zur Herstellung von crashrelevanten Kraftfahrzeugstrukturbauteilen geeignet, bei denen ein sehr guter Korrosionsschutz und eine sehr hohe Festigkeit in Verbindung mit relativ hoher Duktilität gefordert ist. Dies sind alle Bauteile der Fahrzeugkarosserie die im Bodenbereich liegen, also einer hohen Korrosionsbelastung ausgesetzt sind und/oder die im Crashfall ein hohen Widerstandmoment bereit stellen sollen ohne zu versagen. Hierbei handelt es sich um Bauteile die einer Knick- oder Biegebelastung und/oder einer Axialbelastung ausgesetzt sind. Hierzu zählen A-, B-, C-Säulen, Querträger, wie Stoßfänger, Sitzquerträger, Stirnwand, Schweller und Längsträger.The method according to the invention, in which the coating is carried out in a continuous process, is particularly suitable for producing crash-relevant motor vehicle structural components in which very good corrosion protection and very high strength in conjunction with relatively high ductility are required. These are all components of the vehicle body that are located in the floor area, i.e. are exposed to a high level of corrosion and / or that should provide a high section modulus in the event of a crash without failure. These are components that are subjected to buckling or bending loads and / or axial loads. These include A-, B-, C-pillars, cross members, such as bumpers, seat cross members, front wall, sills and side members.

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

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  • EP 2271784 B1 [0006]EP 2271784 B1 [0006]

Zitierte Nicht-PatentliteraturNon-patent literature cited

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Claims (11)

Verfahren zur Herstellung einer Beschichtung auf Profilbauteilen aus Stahlblech, insbesondere Struktur- oder Karosseriebauteilen von Kraftfahrzeugen, in einem Durchlaufprozess, gekennzeichnet durch folgende Schritte: - Bereitstellen von zumindest bereichsweise gehärteten, insbesondere pressgehärteten, Profilbauteilen, - Beladen eines Transportsystems mit Profilbauteilen, - Reinigen der Profilbauteile, - Antioxidationsbehandlung der Profilbauteile, - Aufbringen von Metallpulver auf die Oberfläche der Profilbauteile, - Wärmebehandlung der Profilbauteile in einem Durchlaufofen, bei welcher durch einen Diffusionsprozess zwischen den Profilbauteilen und dem Metallpulver die Beschichtung ausgebildet wird, - Entladen der Profilbauteile vom Transportsystem.Process for the production of a coating on profile components made of sheet steel, in particular structural or body components of motor vehicles, in a continuous process, characterized by the following steps: provision of profile components which are at least partially hardened, in particular press-hardened, loading of a transport system with profile components, cleaning of the profile components , - Antioxidation treatment of the profile components, - Applying metal powder to the surface of the profile components, - Heat treatment of the profile components in a continuous furnace, in which the coating is formed by a diffusion process between the profile components and the metal powder, - Unloading the profile components from the transport system. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Antioxidationsbehandlung nasschemisch durchgeführt wird.Procedure according to Claim 1 , characterized in that the antioxidant treatment is carried out wet-chemically. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Antioxidationsbehandlung ein Beizen und/oder den Auftrag eines Flussmittels auf die Profilbauteile beinhaltet.Procedure according to Claim 1 or 2 , characterized in that the antioxidant treatment includes pickling and / or applying a flux to the profile components. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Antioxidationsbehandlung ein Bekeimen der Oberfläche der Profilbauteile mit Metallpartikeln beinhaltet.Procedure according to one of the Claims 1 to 3 , characterized in that the antioxidant treatment includes germinating the surface of the profile components with metal particles. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Aufbringen des Metallpulvers ein Haftvermittler auf die Profilbauteile aufgetragen wird.Procedure according to one of the Claims 1 to 4 , characterized in that an adhesion promoter is applied to the profile components before applying the metal powder. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Profilbauteile nach dem Aufbringen des Metallpulvers getrocknet werden.Procedure according to one of the Claims 1 to 5 , characterized in that the profile components are dried after the application of the metal powder. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass Wärmebehandlung bei einer Temperatur zwischen 300° C und 420° C, insbesondere 360° C und 420° C, erfolgt.Procedure according to one of the Claims 1 to 6 , characterized in that heat treatment is carried out at a temperature between 300 ° C and 420 ° C, in particular 360 ° C and 420 ° C. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmebehandlung über einen Zeitraum von 5 min bis 120 min, insbesondere bis 50 min, vorzugsweise bis 30 min, erfolgt.Procedure according to one of the Claims 1 to 7 , characterized in that the heat treatment takes place over a period of 5 minutes to 120 minutes, in particular up to 50 minutes, preferably up to 30 minutes. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmebehandlung bei einer sauerstoffreduzierten Ofenatmosphäre erfolgt.Procedure according to one of the Claims 1 to 8th , characterized in that the heat treatment takes place in an oxygen-reduced furnace atmosphere. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass Profilbauteile vor und/oder nach dem Entladen vom Transportsystem gereinigt werden.Procedure according to one of the Claims 1 to 9 , characterized in that profile components are cleaned by the transport system before and / or after unloading. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die beschichteten Profilbauteile einer weiteren Oberflächenbehandlung unterzogen werden.Procedure according to one of the Claims 1 to 10 , characterized in that the coated profile components are subjected to a further surface treatment.
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