DE3828888A1 - Fuer die aussenseite von kraftfahrzeugkarosserieteilen bestimmtes mehrfach beschichtetes stahlblech - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein für die Außenseite von Kraftfahrzeugkarosserieteilen bestimmtes mehrfach beschichtetes Stahlblech mit erhöhter Steinschlag­ festigkeit sowie ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Stahlbleches und dessen Verwen­ dung.

Die bisherige Praxis bei der Herstellung von für die Außenseite von Kraftfahrzeugkarosserietei­ len bestimmten Stahlblechen bestand darin, daß in der Fertigung vor oder in der Lackierungs­ station ein meist nach dem Tauchverfahren phos­ phatiertes geformtes Karosserieteil aus Stahl­ blech, durchwegs Weichstahl, zunächst meist elektrophoretisch mit einer Gleitgrundierschicht überzogen wurde und auf diese Gleitgrundier­ schicht, sogenannte Slip-primer-Schicht, eine Zwischenschicht, meist auf Polyurethanbasis, als Steinschlagschutzschicht aufgebracht wurde, wo­ ran sich dann die Aufbringung der außenliegenden Farb- oder Pigmentlackschicht anschloß. Auf die zwischen den einzelnen Arbeitsgängen notwendigen Entfettungs-, Spül-, Wasch- und Trocknungsarbeits­ gänge braucht, da dem Fachmann geläufig, hier wie im folgenden nicht näher eingegangen zu werden. Der Nachteil dieser Praxis war, daß sie einerseits ziemlich kompliziert war und andererseits durch die unregelmäßig geformten Karosserieteile Schwie­ rigkeiten in Ecken und Kanten entstanden, die bei­ spielsweise die Anwendung von Hilfselektroden beim elektrophoretischen Überziehen oder spezielle Spritzarbeitsgänge notwendig machten. Außerdem wurde trotz des Vorhandenseins der Steinschlag­ schutzschicht auf Polyurethanbasis kein derartiger Effekt erzielt, der einen Durchschlag bis zum Stahlgrund bei Steinschlag mit Sicherheit gewähr­ leistet hätte. Die sich bei einem derartigen Ab­ splittern der Karosserieaußenseite ergebenden Korrosionsschäden und Rostschäden waren beträcht­ lich.

Die Aufgabe der Erfindung bestand einerseits in einer wesentlichen Vereinfachung der Arbeitsgänge in der in der Fabrik befindlichen Lackierungs­ station und andererseits darin, mittels eines mehrschichtigen vorüberzogenen Stahlsystems die Lackschädigung der empfindlichen Karosserieaußen­ seitenbleche durch Steinschlag zu verringern.

Die Lösung dieser Aufgabe bestand in der Schaffung eines für die Außenseite von Kraftfahrzeugkarosse­ rieteilen bestimmten mehrfach beschichteten Stahl­ bleches mit erhöhter Steinschlagfestigkeit be­ stehend aus einem Stahlgrund mit jeweils nach dem Coil-coating-Verfahren aufgebrachten Schichten aus

• a) einer 5 bis 8 µm dicken, ersten galvanisch abgeschiedenen Schicht aus Zink oder einer Zinklegierung,
• b) einer darauf befindlichen Phosphatierungs­ schicht in einer Menge von 1,2 bis 2,0 g/m² Blech mit niedrigem Zinkphosphat­ gehalt und höherem Gehalt eines weiteren Phosphats eines zweiwertigen Metalles und
• c) einer hierauf elektrophoretisch abgeschie­ denen, 6 bis 8 µm dicken Gleitgrundierungs­ schicht auf organischer Basis.

Bei diesem kontinuierlich nach dem Coil-coating- Verfahren ablaufenden Prozeß ergeben sich über­ raschend viele unerwartete Vorteile. Zunächst kann die die Lackierungsstation belastende, in der Fabrik (in-plant) ablaufende kompli­ zierte Arbeitsweise unter Zuhilfenahme von Hilfs­ elektroden und dgl. nach außen verlagert werden und durch das Coil-coating-Verfahren mit planen Blechen äußerst einfach durchgeführt werden.

Trotz der dreifachen Beschichtung zeigte es sich, daß sich die erhaltenen Bleche ohne weiteres zu Karosseriebauteilen stanzen und formen ließen, ohne irgendwelche Schädigungen zu zeigen. Völlig überraschend war jedoch, daß durch einen derar­ tigen dreischichtigen Aufbau die sonst benötig­ te Steinschlagschutzschicht weggelassen werden konnte und sich dennoch eine deutlich über­ legene Steinschlagfestigkeit, insbesondere hin­ sichtlich der Durchsplitterung bis zum Stahl­ blech, einstellte. Gleichfalls wurde die Korro­ sionsbeständigkeit und Rostbeständigkeit des Stahlbleches wesentlich erhöht, obwohl mehrere Arbeitsgänge eingespart werden konnten. Er­ findungsgemäß kann also auf die als dritte Schicht vorliegende Gleitgrundierschicht ohne Zwischenschaltung einer Steinschlagschutzschicht das obere Abdeckmaterial für die Farb- oder Pig­ mentschichten der Außenseite in üblicher Weise auf­ gebracht werden, wobei sich ein erhöhter Stein­ schlagschutz einstellt und das Durchschlagen oder Durchsplittern bis zum Stahlgrund unterbleibt. Diese Effekte waren gerade im Hinblick auf die Vereinfachung der Arbeitsweise in keiner Weise vorhersehbar.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines für die Außen­ seite von Kraftfahrzeugkarosserieteilen bestimm­ ten mehrfach beschichteten Stahlbleches von er­ höhter Steinschlagfestigkeit.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung eines mehrfach beschichteten Stahl­ bleches mit einer 5 bis 8 µm dicken ersten Schicht aus Zink oder einer Zinklegierung, einer darauf befindlichen Phosphatierungsschicht in einer Menge von 1,2 bis 2,0 g/m² Blech mit nied­ rigem Zinkphosphatgehalt und höherem Gehalt eines weiteren Phosphats eines zweiwertigen Metalles und einer hierauf elektrophoretisch abgeschiedenen 6 bis 8 µm dicken Gleitgrundierungsschicht auf organischer Basis für die Außenseite von Karosse­ rieteilen mit erhöhter Steinschlagfestigkeit.

Aus der DE-OS 31 51 181 ist für ein Baumaterial oder Material für elektrische Haushaltsgeräte ein für einen Anstrich geeignetes oberflächenbe­ handeltes Stahlblech aus einem Basisstahlblech, einem darauf aufplattierten Eisen-Zink-Film in einer Menge von 0,1 g/m² mit einem Eisengehalt von 3 bis 30 Gew.-% und einem Film aus einem Silikatharz in einer Menge von 0,05 bis 5,0 g/m² aus einem Acrylcopolymeren, einem Epoxyharz, einem Siliciumdioxidsol und einer Trialkoxysilanverbin­ dung bekannt. Hieraus kann jedoch für keinen Gegen­ stand der vorliegenden Erfindung ein Hinweis er­ halten werden.

Die Erfindung wird nachfolgend im einzelnen er­ läutert:

Als Stahlgrund kommt praktisch jedes Stahlblech in Betracht, wenn auch in der Praxis durchwegs Weich­ stahlbleche für Karosseriebauteile verwendet werden und auch im vorliegenden Fall bevorzugt werden.

Die erste hierauf vorzugsweise nach dem Coil- coating-Verfahren aufgebrachte Schicht besteht aus einer 5 bis 8 µm dicken, galvanisch abge­ schiedenen Schicht aus Zink oder einer Zinklegie­ rung. Als Zinklegierungen kommen insbesondere Zink- Nickel-Legierungen oder Zink-Eisen-Legierungen in Betracht, wovon insbesondere eine Zink-Nickel- Legierung bevorzugt wird. Da das galvanische Ab­ scheiden einer Schicht aus Zink oder einer Zink­ legierung dem Fachmann durchaus geläufig ist, braucht hier nicht näher auf die anzuwendenden Bedingungen wie Spannung, Konzentrationen und dgl. eingegangen zu werden. Vorteilhafterweise erfolgt jedoch die Abscheidung kontinuierlich nach dem Coil- coating-Verfahren, worunter man das kontinuierliche Beschichten von Stahlbändern, die in Rollen- oder Ringform angeliefert werden, versteht, wobei ent­ scheidend die kontinuierliche Arbeitsweise und die Rol­ lenform des Bleches sind. Die Dicke dieser Zink- oder Zinklegierungsschicht beträgt 5 bis 8 µm, wobei Werte in der Gegend von 5 insbesondere auch aus ökonomischen Gründen bevorzugt werden.

Auf dieser galvanisch abgeschiedenen Schicht aus Zink oder einer Zinklegierung befindet sich eine Phosphatierungsschicht in einer Menge von 1,2 bis 2,0 g/m² Blech, die als wesentliche Bestandteile einen niedrigeren Zinkphosphatgehalt und einen höheren Gehalt eines weiteren Phosphats eines zweiwertigen Metalles aufweist. Als derartige weitere zweiwertige Metalle für das Phosphat er­ wiesen sich Nickel und Mangan als geeignet, wovon besonders Nickel bevorzugt wird.

Die Aufbringung der Phosphatierungsschicht be­ reitet dem Fachmann keinerlei Schwierigkeiten und in den entsprechenden Lösungen können die üblichen sauren Schwermetallphosphate, Phosphorsäure, Be­ schleunigungsmittel wie Nitrate enthalten sein, wie sie dem Fachmann auf dem Fachgebiet des Bon­ derns oder Granodierens bekannt sind.

Besonders bevorzugt wird die Phosphatierung mit einem Gemisch mit einem niedrigeren Gehalt an Zinkphosphat und einem höheren Gehalt an Nickel­ phosphat ausgeführt.

Die Phosphatierung kann nach jedem beliebigen Verfahren, wie es auf dem Fachgebiet üblich ist, durchgeführt werden, wobei das Tauchverfahren bevorzugt wird, obwohl auch andere Verfahren geeignet sind. Wesentlich ist das Vorhandensein einer geringeren Menge Zinkphosphat und einer höheren Menge eines weiteren zweiwertigen Metalles wie Nickel oder Mangan, wobei die Kombination eines niedrigeren Zinkgehaltes und eines höheren Nickelgehaltes bevorzugt wird.

Durchwegs wird in sauren Lösungen gearbeitet, deren Zinkgehalt etwa 0,5 bis 1,5 g/l beträgt und deren Nickelgehalt deutlich höher ist, bei­ spielsweise vom Doppelten bis zum Mehrfachen. Gleiches gilt auch für den Mangangehalt. Man er­ hält dann Schichten, die in der Zink-Zinkphosphat- Schicht 5 bis 10 Gew.-% des weiteren zweiwertigen Metalles enthalten.

Auf dieses vorbereitete Material wird dann die Gleitgrundschicht vorzugsweise durch elektropho­ retische Abscheidung eines organischen Harzmate­ riales aufgebracht. Die elektrophoretische Auf­ bringung von Harzschichten ist dem Fachmann ausrei­ chend vertraut, so daß auf ein näheres Eingehen hierauf an dieser Stelle verzichtet werden kann. Es kommen als Grundharze für die elektrophore­ tische Aufziehung besonders Epoxyharze, insbeson­ dere aminmodifizierte Epoxyharze, und Polyesterharz­ lacke, insbesondere polyurethanmodifizierte Poly­ esterlacke, die etwa 2 bis 8% Polyurethan auf­ weisen, als bevorzugt in Betracht.

Gerade durch die elektrophoretische Abscheidung nach dem Coil-coating-Verfahren bei der Auf­ bringung der Gleitgrundierschicht werden die Schwierigkeiten vermieden, die sich bei der bis­ herigen Ausführungsform mit vorgeformten Karosse­ rieteilen in der Lackierungsstation ergaben. Dar­ über hinaus erwies es sich als überraschend, daß der bisher notwendige Steinschlagschutzzwischen­ grund bei dieser Ausführungsform der Erfindung weggelassen werden kann.

Das auf diese Weise hergestellte, mehrfach be­ schichtete Metallblech kann anschließend ohne weiteres gestanzt und beispielsweise in einer Dreiachsenpresse zu dem gewünschten Karosserie­ formteil gepreßt werden. Auf diese geformten Karosserieteile kann dann in üblicher Weise die bisherige Lackschichtherstellung für die Ober­ seite der Lackierung mit Farb- oder Pigmentlacken der üblichen Art angewandt werden, ohne daß sich hierzu gegenüber den bisherigen Verfahren eine Abweichung ergibt, da die Haftfähigkeit der Gleit­ grundierung für diese Schichten sehr gut ist.

Auf einige weitere Vorteile soll im Rahmen der Er­ findung nur noch kurz hingewiesen werden.

Es ergibt sich eine Verringerung der Kompliziert­ heit der Verfahren und Investmentkosten, da die zur Zeit verwendeten Lackierungsmethoden deutlich vereinfacht werden können und insbesondere der Steinschlagschutzgrund weggelassen werden kann. Darüber hinaus ergibt sich eine Verbesserung hin­ sichtlich der Werkzeuggebrauchsdauer, beispiels­ weise der Dreiachsenpresse, da durch die Gleit­ grundierschicht bei der Verformung deren Ab­ nützung vermindert wird. Im Gegensatz zu den bis­ herigen Verfahren ergibt sich auch noch eine Er­ niedrigung der Lösungsmittelemissionen im Ver­ gleich zu dem bisher in der Fabrik stattfindenden Lackierungsverfahren bei der Anwendung des zu­ sätzlichen Steinschlagzwischengrundes, der er­ findungsgemäß nicht mehr notwendig ist. Über­ raschend ist auch die Verbesserung des Lackaus­ sehens auf Grund der Vermeidung von Zwischen­ überzügen, die häufig oder in den meisten Fällen zu einem "stumpfen" Aussehen führen.

In der Zeichnung ist in Fig. 1 ein Ausschnitt im senkrechten Schnitt in sche­ matischer, nicht maßstabgerechter Darstellung gezeigt, worin mit 1 der Stahlgrund, mit 2 die Zink- oder Zinklegierungsschicht, mit 3 die Phos­ phatierungsschicht und mit 4 der Gleitgrund be­ zeichnet sind, während in Fig. 2 schematisch eine Zeichnung der Versuchsanordnung für den Steinschlagtest wiedergegeben wird, die das Vorderteil einer Motorhaube zeigt, worin in der linken Hälfte 47 das zum Vergleich dienende Material der bisherigen Ausführungsform und in der rechten Hälfte 48 das erfindungsgemäße Mate­ rial dargestellt sind.

Die Wiedergabe wurde entsprechend einer Foto­ grafie gewonnen, worin mit den Bezifferungen 5 der Vorderteil der Haube, mit der Bezeichnung 6 der abgeschrägte Längsteil der Haube, mit 7 die Knickkante und mit 8 die Durchschlagsschädigungs­ stellen nach den Beständigkeitstests bezeichnet sind. Es ist deutlich ersichtlich, daß sich fotografisch Schädigungen auf der erfindungsge­ mäßen rechten Hälfte 48 nicht erfassen ließen, während sie auf der der bisherigen Praxis ent­ sprechenden linken Hälfte 47 deutlich ersichtlich sind.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Bei­ spiels näher erläutert.

Beispiel

Es wurde ein üblicher Weichstahl in Bahnform nach dem Coil-coating-Verfahren mit den folgenden Schichten überzogen:

5 µm dicker elektrogalvanisierter Zinküberzug,
1,4 g/m² Blech eines Überzuges mit niedrigem Zinkphosphat- und hohem Nickelphosphatgehalt (Abscheidungslösung Chemetall),
6 µm dicke organische Gleitgrundierung auf Epoxyharzbasis (Bonazinc 2000).

Dieses Material wurde beim nachfolgenden Ver­ gleichsversuch verwendet.

Vergleichsversuch

Um reale Umweltbedingungen für den Test zu simulieren, wurden aus einem Stück bestehende Testmotorhauben durch Laserschweißen von Stahl­ blechen gemäß der bisherigen Praxis ohne Zink­ überzug und den erfindungsgemäßen mehrschichti­ gen Stahlblechen zusammen verbunden und laser­ verschweißt, so daß eine Preßformung der Motor­ haubenoberteile unter Produktionsbedingungen in einer Dreiachsenpresse möglich war. Diese Motorhaubenoberteile wurden dann durch das übliche Lacküberzugssystem geführt.

Der Vergleichstest auf Steinschlag und Korro­ sion auf dem Lommel-Prüffeld wurde mit einer derartigen Seit-an-Seit-Gestaltung entsprechend der Fig. 2 durchgeführt.

Die Testergebnisse zeigten, daß die Steinschlag­ schädigung an der erfindungsgemäß erhaltenen Mehrschichthälfte des Haubenoberteils etwa 40% niedriger war als diejenige an der Standard­ hälfte hinsichtlich Größe und Anzahl der Lack­ verlustflächen. Beim Vergleich waren 60% der Steinsplitterschädigung der Standardstahlhälfte bis zum Grundmetall durchgedrungen, woraus sich anschließend der Beginn der roten Rostbildung einstellte. Hingegen wurde die Unversehrtheit im Hinblick auf die Korrosionsbeständigkeit der erfindungsgemäßen Hälfte mit den mehreren Schichten beibehalten, ohne daß ein Eindringen in den Stahlgrund erfolgte. Der bekannte Feld­ bewertungstest und 100 Zyklen des Lommel- Korrosionstests in Kombination mit der Stein­ schlaguntersuchung zeigten die Überlegenheit der erfindungsgemäßen Lösung im Vergleich zu der bisher in der Praxis angewandten Methode.

Claims (12)

1. Für die Außenseite von Kraftfahrzeugkarosserie­ teilen bestimmtes mehrfach beschichtetes Stahl­ blech mit erhöhter Steinschlagfestigkeit be­ stehend aus einem Stahlgrund mit jeweils nach dem Coil-coating-Verfahren aufgebrachten Schich­ ten aus

• a) einer 5 bis 8 µm dicken, ersten galvanisch ab­ geschiedenen Schicht aus Zink oder einer Zink­ legierung,
• b) einer darauf befindlichen Phosphatierungs­ schicht in einer Menge von 1,2 bis 2,0 g/m² Blech mit niedrigem Zinkphosphatgehalt und höherem Gehalt eines weiteren Phosphats eines zweiwertigen Metalles und
• c) einer hierauf elektrophoretisch abgeschiede­ nen 6 bis 8 µm dicken Gleitgrundierungsschicht auf organischer Basis.

2. Beschichtetes Stahlblech nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zinklegierung der ersten Schicht a) aus einer Zn-Ni-Legierung oder einer Zn-Fe-Legierung besteht.

3. Beschichtetes Stahlblech nach einem der An­ sprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das weitere Phosphat der Phosphatierungsschicht b) aus Nickel- oder Manganphosphat besteht.

4. Beschichtetes Stahlblech nach einem der An­ sprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Phosphatierungsschicht b) einen niedrigen Zinkphosphatgehalt und einen hohen Nickelphos­ phatgehalt aufweist.

5. Beschichtetes Stahlblech nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Phosphatie­ rungsschicht aus einer sauren Lösung mit 0,5 bis 1,5 g/l Zinkphosphat und mindestens der doppelten bis zu 5fachen Menge Phosphat von Nickel und/oder Mangan abgeschieden worden ist.

6. Beschichtetes Stahlblech nach einem der An­ sprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitgrundierungsschicht c) auf Epoxyharz­ basis oder einem Polyesterlack, insbesondere einem polyurethanmodifizierten Polyesterharzlack, z. B. mit 2 bis 8 Gew.-% Polyurethan, aufge­ baut ist.

7. Beschichtetes Stahlblech nach Anspruch 6, da­ durch gekennzeichnet, daß die Gleitgrundierung auf der Basis eines aminmodifizierten Epoxy­ harzes aufgebaut ist.

8. Beschichtetes Stahlblech nach einem der An­ sprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahlgrund aus einem Weichstahlblech be­ steht.

9. Verfahren zur Herstellung eines mehrfach be­ schichteten Stahlbleches gemäß einem der An­ sprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß auf einem Stahlgrund

• a) eine 5 bis 8 µm dicke erste Schicht aus Zink oder einer Zinklegierung mittels gal­ vanischer Abscheidung,
• b) auf diese Schicht eine Phosphatierungs­ schicht in einer Menge von 1,2 bis 2,0 g/m² Blech mit niedrigem Zinkphosphatgehalt und höherem Gehalt eines weiteren Phosphats eines zweiwertigen Metalles und
• c) hierauf eine elektrophoretisch abgeschiedene 6 bis 8 µm dicke Gleitgrundierungsschicht auf organischer Basis

durch das Coil-coating-Verfahren aufgezogen werden.

10. Verwendung eines mehrfach beschichteten Stahl­ bleches mit einer 5 bis 8 µm dicken ersten Schicht aus Zink oder einer Zinklegierung, einer darauf befindlichen Phosphatierungs­ schicht in einer Menge von 1,2 bis 2,0 g/m² Blech mit niedrigem Zinkphosphatgehalt und höherem Gehalt eines weiteren Phosphats eines zweiwertigen Metalles und einer hierauf elek­ trophoretisch abgeschiedenen 6 bis 8 µm dicken Gleitgrundierungsschicht auf organischer Basis für die Außenseite von Karosserieteilen mit erhöhter Steinschlagfestigkeit.

11. Verwendung eines Stahlbleches nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die 3 Schich­ ten nach dem Coil-coating-Verfahren aufge­ bracht worden sind.