DE60015202T2

DE60015202T2 - Verfahren zur Aluminisierung von Stahl zum Erzeugen einer dünnen Grenzflächenschicht

Info

Publication number: DE60015202T2
Application number: DE60015202T
Authority: DE
Inventors: Philippe Guesdon; Jean-Pierre Godin; Eric Lesueur
Original assignee: USINOR SA
Current assignee: USINOR SA
Priority date: 1999-02-18
Filing date: 2000-02-09
Publication date: 2005-11-10
Anticipated expiration: 2020-02-10
Also published as: ES2231130T3; JP2000239819A; FR2790010A1; EP1029940B1; CA2298312C; DE60015202D1; CA2298312A1; BR0000843B1; US6309761B1; EP1029940A1; FR2790010B1; ATE280846T1; JP4629180B2; BR0000843A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aluminieren eines Werkstücks aus Stahl, umfassend einen Schritt, bei dem man das zu beschichtende Werkstück in ein schmelzflüssiges, vorwiegend Aluminium enthaltendes Bad taucht.
Bei Einsatz dieses Schmelztauchverfahrens setzt sich der auf dem Stahl erzielte Überzug im Allgemeinen aus mehreren Schichten zusammen, insbesondere aus

– einer in Kontakt mit dem Stahl stehenden Grenzflächenschicht oder inneren Schicht, die sich im Wesentlichen aus einer oder mehreren Legierungen aus Aluminium des Bades und Eisen des Stahls zusammensetzt; sie wird auch Legierungsschicht genannt;
– und einer äußeren, im Allgemeinen dickeren Schicht, die im Wesentlichen eine Hauptphase auf Aluminiumbasis umfasst.

Aufgrund des spröden Verhaltens der inneren Legierungsschicht ist man bestrebt ihre Dicke möglichst klein zu halten.
Hierfür werden im Allgemeinen Tauchbäder eingesetzt, die einen die Legierungsbindung zwischen Aluminium und Stahl hemmenden Stoff enthalten.
Der am meisten verwendete Hemmstoff für Legierungsbindung ist Silizium; um effizient zu sein, beträgt seine Gewichtskonzentration im Tauchbad im Allgemeinen zwischen 3 und 13%.
Bei kontinuierlichen Aluminierverfahren sind die Tauchbäder aufgrund der Auflösung des Stahls im Bad eisengesättigt; das führt zur bekannten Bildung von Matten; dabei ist das schmelzflüssige Bad im Gleichgewicht mit der Feststoffphase dieser Matten.
Unter den herkömmlichen Aluminierbedingungen können die beiden bereits erwähnten, den aluminierten Überzug bildenden Hauptschichten genauer beschrieben werden:

– die legierte Grenzflächenschicht setzt sich im Wesentlichen aus einer Phase τ5 und/oder einer Phase τ6 zusammen; sie wird je nach Aluminierbedingungen, insbesondere bei der nachstehend beschriebenen Erfindung, in mehrere legierte Unterschichten unterteilt;
– die äußere Schicht setzt sich im Wesentlichen aus Aluminium in Form von breiten Dentriten zusammen; diese Dentriten sind eisengesättigt und gegebenen falls mit Silizium in fester Lösung gesättigt.

Die Phase τ5 weist eine hexagonale Struktur auf und kristallisiert folglich in Form von globularen Körnern; sie wird auch α_H oder H genannt; der Eisengehalt dieser Phase liegt im Allgemeinen zwischen 29 und 36 Gewichtsprozent; der Siliziumgehalt dieser Phase liegt im Allgemeinen zwischen 6 und 12 Gewichtsprozent; der Rest setzt sich im Wesentlichen aus Aluminium zusammen; die chemische Zusammensetzung entspricht annähernd der Formel Fe₃Si₂Al₁₂.
Die Phase τ6 weist eine monoklinische Struktur auf und kristallisiert folglich in Form von flachen und länglichen Körnern; sie wird auch β oder M genannt; der Eisengehalt dieser Phase liegt im Allgemeinen zwischen 26 und 29 Gewichtsprozent; der Siliziumgehalt dieser Phase liegt im Allgemeinen zwischen 13 und 16 Gewichtsprozent; der Rest setzt sich im Wesentlichen aus Aluminium zusammen; die chemische Zusammensetzung entspricht annähernd der Formel Fe₂Si₂Al₉.
In 1 sind in einem Teil des Dreistoff-Diagramms Al-Si-Fe die Schwankungen – vertikale Achse – der Gleichgewichtstemperatur einer Flüssigigphase mit unterschiedlichen wie folgt bezeichneten Feststoffphasen dreidimensional dargestellt: FeAl₃ ≡ θ, Fe₃Si₂Al₁₂ ≡ τ5 , Fe₂Si₂Al₉ ≡ τ6 , FeSiAl₃ ≡ τ2 , FeSi₂Al₄ δ, Al ≡ Aluminium, Si ≡ Silizium und weitere weniger wichtige Phasen wie τ3, τ4.
Die Phase θ spielt eine bedeutende Rolle bei der nachstehend beschriebenen Erfindung; ihre Struktur ist monoklinisch; sie kann bis zu 6 Gewichtsprozent Silizium in fester Lösung enthalten; die chemische Zusammensetzung entspricht annähernd der Formel FeAl₃.
Si = 0% und Fe = 0% in 1 bedeuten Al = 100; mit dieser Figur kann folglich die Art der Feststoffphasen, die im flüssigen Zustand mit einem Aluminierbad je nach dessen Zusammensetzung im Gleichgewicht sein können, festgesetzt und die Temperatur dieses Bades im Gleichgewicht ermittelt werden.
2 ist eine Ansicht von 1; die Temperatur des Flüssig-Fest-Gleichgewichtes wird mit Hilfe von isothermen Kurven annähernd abgeleitet; der Temperaturintervall zwischen jeder Kurve beträgt 20 °C.
In Tabelle I ist die mögliche Zusammensetzung der Phasen θ, τ5 und τ6 angegeben.
Tabelle I – Zusammensetzung des Bades und der nach der Erstarrung des Aluminiumüberzuges erzielten Hauptphasen
Die Tabelle I enthält das Eutektikum Al-Si-Fe, dessen Schmelztemperatur bei 578 °C liegt.
Die innere Grenzflächenschicht der Beschichtung auf Aluminiumbasis ist folglich spröde und neigt bei der Formgebung der aluminierten Werkstücke, insbesondere der Bleche zu Rissbildung; diese Risse haben eine Verminderung des durch die Beschichtung gewährten Schutzes; man ist folglich bestrebt, diese Grenzflächenschicht so dünn wie möglich zu halten, um widerstandsfähigere Aluminiumbeschichtungen sowohl bei der Formgebung als auch gegen Korrosion zu erzielen.
Aufgabe der Erfindung ist es folglich, bei einem Aluminierverfahren die Grenzflächenschicht so dünn wie möglich herzustellen.
Nach dem Stand der Technik wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass man unter Einhaltung der beiden folgenden Bedingungen vorgeht:

1 – Eintauchen des zu beschichtenden Werkstücks bei einer so niedrig wie möglich gehaltenen Temperatur, um das Wachsen der Grenzflächenschicht zu unterbinden;
2 – Verwendung eines schmelzflüssigen Aluminierbades, dessen Zusammensetzung dem Flüssig-Fest-Gleichgewicht im Existenzbereich der Feststoffphasen τ6 und τ5 entspricht.

Die Bedingung 2 führt zur Verwendung von Bädern, deren Siliziumgehalt mehr als 7,5%, vorzugsweise 9% beträgt (siehe 1 und 2).
Gemäß EP 0 760 399 (NISSHIN STEEL) und insbesondere JP 4 176 854 – A (NIPPON STEEL) ist es ratsam, bei kontinuierlichem Aluminieren von Stahlband das Band bei niedrigeren Temperatur als die mittlere Temperatur des Bades einzutauchen; damit beträgt die Band-Tauchtemperatur bei einem Bad mit 9% Silizium, dessen Temperatur im Allgemeinen zwischen 650 und 680 °C liegt, maximal 640 °C.
Der Antragsteller hat vom Stand der Technik abweichende Bedingungen festgelegt, mit denen eine wesentlich kleinere Dicke der Grenzflächenschicht erzielt werden kann und die dem durch die herkömmlichen Verfahren nach dem Stand der Technik gegebenen Voraussetzungen widersprechen.
Um eine noch kleinere Dicke der Grenzflächenschicht zu erzielen, damit der Aluminiumüberzug beständiger wird sowohl gegen Korrosion wie Rissbildung, hat die Erfindung ein Verfahren zum Aluminieren eines Werkstücks aus Stahls zum Gegenstand, das einen Schritt umfasst, bei dem das Werkstück in ein schmelzflüssiges Bad auf Aluminiumbasis getaucht wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung und die mittlere Temperatur des Bades einerseits und die Tauchtemperatur des Werkstücks andererseits entsprechend angepasst werden, um in der Tauchzone des Werkstücks eine örtliche Temperatur und Zusammensetzung des Bades zu erhalten, die ein Gleichgewicht mit der Feststoffphase θ, deren Zusammensetzung annähernd der chemischen Formel FeAl₃ entspricht, ermöglichen.
Die Erfindung kann auch eine oder mehrere der nachstehenden Eigenschaften aufweisen:

– die Zusammensetzung und die mittlere Temperatur des Bades werden entsprechend angepasst, um mit der Phase τ5 bzw. der Phase τ6, vorzugsweise mit der Phase τ6, im Gleichgewicht zu sein;
– das Bad ist eisengesättigt;
– die Tauchtemperatur des Werkstücks ist höher als die Temperatur des Bades;
– bei einem Siliziumgehalt des Bades von ca. 8% liegt die Tauchtemperatur zwischen 700 und 740 °C, vorzugsweise bei ca. 720 °C;
– bei einem Siliziumgehalt des Bades von ca. 9% liegt die Tauchtemperatur zwischen 720 und 765 °C, vorzugsweise bei ca. 730 °C;
– bei einem Siliziumgehalt des Bades von ca. 9,5% liegt die Tauchtemperatur zwischen 740 und 760 °C, vorzugsweise bei ca. 740 °C.

Weiterhin hat die Erfindung ein aluminiertes Stahlblech zum Gegenstand, dessen Aluminiumüberzug eine Legierungsschicht Al-Fe-Si und eine mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugbare Oberflächenschicht umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierungsschicht im Kontakt mit dem Stahlsubstrat eine im Wesentlichen aus der Phase θ bestehende Unterschicht umfasst.
Die Dicke dieser legierten Schicht ist vorzugsweise kleiner oder gleich 3 μm.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der als nicht einschränkendes Beispiel zu verstehenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. Es zeigen:
1 die in einem Teil des Dreistoff-Diagramms Al-Si-Fe dreidimensional dargestellten Schwankungen – vertikale Achse – der Gleichgewichtstemperatur einer Flüssigphase mit unterschiedlichen Feststoffphasen von Aluminium, Silizium und Al-Si-Fe-Legierungen; auf den horizontalen Achsen sind der Si-Gewichtsprozentsatz einerseits (von 0 bis 40%) und der Fe-Gewichtsprozentsatz (von 0 bis 30%) andererseits eingetragen, wobei der Zugabestoff des Dreistoffsystems Aluminium ist;
2 zeigt eine Ansicht von 1, bei der die Temperaturen des Flüssig-Fest-Gleichgewichtes mit Hilfe von isothermen Kurven im Abstand von 20 °C dargestellt sind; die horizontale Achse zeigt den Silizium-Gewichtsprozentsatz (englisch „weight percentage silicon") in Stufen von 0 bis 20%; die geneigte Achse links zeigt den Eisen-Gewichtsprozentsatz (englisch „weight percentage iron") in Stufen von 0 bis 14%, wobei das der Zugabestoff des Dreistoffsystems Aluminium (Al) ist.
Im Folgenden wird das erfindungsgemäße Aluminierverfahren im Rahmen einer kontinuierlichen Beschichtung eines Stahlbandes aufgezeigt.
Die Aluminieranlage umfasst auf herkömmliche Weise Reinigungsmittel, Glühmittel, Mittel zum Eintauchen in ein Aluminierbad, Mittel zum Trocken der beim Verlassen des Bades vom Band mitgeführten Schicht auf Aluminiumbasis, Abkühlmittel und Mittel zum kontinuierlichen Durchlaufen der Anlage.
Zum Aluminieren wird wie beim Stand der Technik ein Bad eingesetzt, dessen Zusammensetzung dem Existenzbereich der Phase τ6 oder τ5 entspricht (vorgenannte Bedingung 2).
Erfindungsgemäß ist die Temperatur des Bandes beim Eintauchen in das Bad bzw. die Tauchtemperatur des Bandes höher als die mittlere Temperatur des Bades.
Das Band taucht folglich bei einer höheren Temperatur als derjenigen des Gleichgewichtes mit der Phase τ6 bzw. τ5 in das Bad ein und bewirkt damit eine örtliche Erwärmung des Bades in der Tauchzone des Bandes; diese örtliche Erwärmung führt zu einer Auflösung von Ferrit in der Deckschicht des Bandes und einer Anreicherung an Eisen in der Tauchzone.
Erfindungsgemäß müssen die Temperatur und die Anreicherung an Eisen in der Tauchzone hoch genug sein, damit die Feststoffphase, die mit der Flüssigphase im Gleichgewicht sein kann, in dieser Zone der Phase θ = FeAl₃ entspricht, sodass die erste, auf dem Stahlband abgeschiedene, feste Unterschicht in der Tauchzone der Phase FeAl₃ = θ entspricht.
Damit ist die Tauchzone eine Zone des Bades, die örtlich im Gleichgewicht mit der Phase θ ist; diese Tauchzone entspricht einer Zone, die sich wie folgt erstreckt:

– dickenmäßig in einem Abstand von etwa 30 μm von der Bandoberfläche;
– längenmäßig längs des Bandes, zwischen dem beginnenden direkten Kontakt zwischen der festen Oberfläche des Stahls einerseits und der beginnenden Erstarrung einer Grenzflächenschicht aus der Phase τ5 bzw. τ6 über der erfindungsgemäßen ersten Unterschicht der Phase θ andererseits.

Damit kühlt das Band beim weiteren Durchlaufen des Bades nach der Tauchzone auf die mittlere Temperatur des Bades, die der Temperatur des Gleichgewichtes mit der Feststoffphase τ5 bzw. τ6 entspricht, ab; damit bildet sich auf der ersten Unterschicht der Phase θ die herkömmliche, aus der Phase τ5 bzw. τ6 bestehende Hauptgrenzflächenschicht nach dem Stand der Technik.
Beim Verlassen des Bades führt das kontinuierlich beschichtete Band eine Schicht mit, die getrocknet wird und beim Erkalten erstarrt; damit wird das erfindungsgemäße aluminierte Band erzielt, dessen legierte Grenzflächenschicht im Kontakt mit dem Stahl eine sich im Wesentlichen aus der Phase θ zusammensetzende Unterschicht umfasst.
Verfahrensgemäß hat die Haupteigenschaft der Erfindung eine Bandtauchtemperatur zum Gegenstand, die gleichzeitig:

– hoch genug ist, damit die erste sich im Kontakt mit dem Stahl bildende feste Verbindung gemäß der Phase θ kristallisiert;
– niedrig genug ist, um die legierte Grenzflächenschicht möglichst dünn zu halten.

Während die erfindungsgemäßen Tauchtemperaturen weit über denjenigen liegen, die im Stand der Technik zum Einsatz kommen, wenn die Dicke der legierten Grenzflächenschicht so klein wie möglich gehalten werden soll, wird entgegen jeglicher Erwartung festgestellt, dass die erhaltene legierte Grenzflächenschicht eine weit geringere Dicke aufweist als im Stand der Technik.
Das erfindungsgemäß aluminierte Band ist folglich gegen Korrosion und Rissbildung weitaus beständiger.
Ohne sich auf eine definitive Erläuterung der Erfindung beschränken zu wollen, scheint es, dass von den legierten Phasen sich die Phase θ zu Beginn des Tauchvorgangs am schnellsten auf dem Band bildet und dass dadurch die Menge Ferrit, die sich im Bad auflöst, begrenzt wird, wodurch auch die Dicke der legierten Schicht geringer wird.
Gegenüber der Lehre der bereits erwähnten EP 0 760 399 , die ein Reduzieren der Tauchdauer und/oder der Dauer zwischen dem Verlassen des Bades und dem Ende der Erstarrung der Beschichtung nahelegt, fügt die Erfindung eine für die vorrangige Bildung der Phase θ auf dem Substrat angepasste Bedingung hinzu.
Die Erfindung ist bei Kalt- und Warmblechen, allen Arten von im Tauchverfahren aluminierbarem Stahl anwendbar:

– Kohlenstoffstahl in IF-Güte (siehe Beispiel 1), aluminiumberuhigte Stähle, mikrolegierte oder Mehrphasen-Stähle wie zum Beispiel die sogenannten „Dual Phase"- oder „TRIPS"-Stähle;
– ferritische Stähle mit einem Chromgehalt zwischen 0,5 und 20 Gewichtsprozent, insbesondere rostfreie Stähle mit einem Chromgehalt zwischen 6% und 20%.

Die verwendbaren Stähle können auch Legierungselemente enthalten wie Ti zwischen 0,1 und 1 Gewichtsprozent und Al zwischen 0,01 und 0,1 Gewichtsprozent, zum Beispiel ferritischer rostfreier Stahl, AISI-Güte 409; in den Stählen können weitere, für die erwünschten Eigenschaften geeignete Zugabeelemente und/oder Restelemente enthalten sein; enthält der Stahl diese Legierungs-, Zugabe- und/oder Restelemente, ist die auf dem Blech erzielte Beschichtung im Allgemeinen mit diesen Elementen angereichert.
Bei der Aluminierung eines weniger als 0,5 Gewichtsprozent Chrom enthaltenden Stahls ist es mit der Erfindung möglich bei der Deckschicht auf Aluminiumbasis der Beschichtung die Bildung von mit Chrom angereicherten Phasen zu begrenzen; diese Phasen sind mit der bereits beschriebenen Phase τ5 verwandt, enthalten Si in gleicher Proportion wie die Phase τ5 und mehr als 5 Gewichtsprozent Chrom, im allgemeinen zwischen 6% und 17% Chrom; die Bildung dieser Phase in der Deckschicht der Beschichtung wirkt sich nachteilig auf die Qualität der Beschichtung aus; mit der Erfindung ist es möglich diese Phase in der Deckschicht der Beschichtung zu begrenzen wenn nicht gar zu unterbinden.
Dadurch dass das zu beschichtende Band eine höhere Temperatur aufweist als das Bad, kann bei dem erfindungsgemäßen Aluminierverfahren vorteilhafterweise das Band zum Erwärmen des Bades benutzt werden, um Wärme verluste des Bades auszugleichen und um das Bad auf der gewünschten Temperatur zu halten.
Das Verfahren ist energiebilanzmäßig vorteilhaft, da bei den aufeinanderfolgenden Schritten, die das Band durchläuft – Glühen, Abkühlen auf die Tauchtemperatur, Tauchbad, Trocknen, Abkühlen zum Erstarren – das Band nach dem Glühen weniger stark abgekühlt wird als beim Stand der Technik.
Zur Durchführung des Verfahrens wird vorzugsweise ein Bad verwendet, dessen Zusammensetzung und mittlere Temperatur entsprechend angepasst werden, um mit der Phase τ6 im Gleichgewicht zu sein; es wird festgestellt, dass die sich aus diesen Bädern ergebenden Matten in Bezug auf die Qualität der erzielten Beschichtung weniger störend sind als die Matten aus anderen Bädern, insbesondere diejenigen, deren Zusammensetzung und mittlere Temperatur entsprechend angepasst werden, um mit der Phase τ5 im Gleichgewicht zu sein.
Zur Durchführung dieser Variante genügt es, wenn man gemäß der Angaben in 2 den Siliziumgehalt erhöht und/oder die mittlere Temperatur des Bades verringert.
Zur Durchführung der Erfindung werden die der eingesetzten Stahlgüte entsprechenden Phasendiagramme herangezogen, da die Grenzen zwischen den Existenzbereichen der in den Diagrammen von 1 und 2 dargestellten Phasen je nach verwendeter Stahlgüte, zum Beispiel je nach Chromgehalt, schwanken können.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Beispielen erläutert.
Beispiel 1:
Mit diesem Beispiel soll die Erfindung bei dem kontinuierlichen Aluminieren eines Stahlbandes von IF-Ti-Güte („IF" bedeutet „Interstitial Free" auf englisch, „Ti" bedeutet, dass der Kohlenstoff des Stahls durch Titan stabilisiert ist) in einem herkömmlichen eisengesättigten Aluminierbad mit einem Siliziumgehalt von 9 Gewichtsprozent, das auf der mittleren Temperatur von 675 °C gehalten wird, veranschaulicht werden.
Unter diesen Bedingungen ist die Flüssigphase des Bades im Gleichgewicht mit der Feststoffphase τ5 = Fe₃Si₂Al₁₂, da sich das Bad bis zur Bildung von Feststoffmatten selbst in Eisen sättigt.
Bei diesem Stahlband werden unter in jeder Hinsicht identischen Bedingungen, die Tauchtemperatur des Bades ausgenommen, verschiedene Aluminierversuche durchgeführt; die kumulierte Dauer des Eintauchens in das Bad und der Erstarrung des Überzugs beträgt 13 Sekunden.
Bei den erzielten aluminierten Prüflingen wird auf herkömmliche Weise die Dicke der legierten Grenzflächenschicht des Überzugs ausgewertet; es werden zum Beispiel metallographische Untersuchungen bei Querschnitten der Prüflunge durchgeführt.
In Tabelle II sind die in Abhängigkeit der Tauchtemperatur erzielten Ergebnisse angeführt.
Tabelle II – Dicke in Abhängigkeit der Bandtemperatur beim Eintauchen
Den Lehren des Standes der Technik gemäß, wäre das Band bei einer Temperatur von weniger oder gleich 675 °C (= Badtemperatur) eingetaucht worden, um eine legierte Grenzflächenschicht von kleinstmöglicher Dicke zu erhalten.
Gemäß der durch diese Ergebnisse veranschaulichten Erfindung dagegen wird das Band bei einer Temperatur von mehr als 720 °C und weniger als 765 °C, vorzugsweise von 730 °C, eingetaucht, um das gleiche Ziel zu erreichen.
Unter Zuhilfenahme der 1 und 2 wird sichergestellt, dass der Temperaturbereich bei diesem Siliziumgehalt (9%) dem Gleichgewichtsbereich des eisengesättigten Bades mit der Feststoffphase θ entspricht.
Beim Verfahren in diesem Temperaturbereich, insbesondere bei 730 °C, erhält man am Ende des Aluminiervorgangs ein beschichtetes Blech, dessen legierte Grenzflächenschicht eine Unterschicht aufweist, die im Wesentlichen aus der direkt mit dem Stahl in Kontakt stehenden Phase θ besteht, während der Rest der legierten Schicht wie beim Stand der Technik im Wesentlichen die Phase τ5 umfasst; generell ist die Gesamtdicke der legierten Schicht viel kleiner als beim Stand der Technik, da gemäß der oben angeführten Ergebnisse eine durchschnittliche Dicke von weniger oder gleich 3 μm erzielt wird.
Beispiel 2:
Die Vorgehensweise ist die gleiche wie bei Beispiel 1 abgesehen davon, dass das Bad hier einen Siliziumgehalt von 8 Gewichtsprozent aufweist und seine Temperatur auf ca. 650 °C gehalten wird; die kumulierte Dauer des Eintauchens in das Bad und der Erstarrung des Überzuges beträgt hier 11 Sekunden.
In Tabelle III sind die in Abhängigkeit der Tauchtemperatur erzielten Ergebnisse angeführt.
Tabelle III – Dicke in Abhängigkeit der Bandtemperatur beim Eintauchen
Hier liegt die optimale Tauchtemperatur zwischen 680 °C und 740 °C, vorzugsweise bei 720 °C; um den Existenzbereich der Phase θ zu erreichen, muss die Temperatur gemäß 2 entweder annähernd höher oder gleich 700 °C sein; der bevorzuge Temperaturbereich wäre demnach der Bereich 700–740 °C.
Beispiel 3:
Die Vorgehensweise ist die gleiche wie bei Beispiel 1 abgesehen davon, dass das Bad hier einen Siliziumgehalt von 9,5 Gewichtsprozent aufweist und seine Temperatur auf ca. 650 °C gehalten wird; die kumulierte Dauer des Eintauchens in das Bad und der Erstarrung des Überzuges beträgt hier 10 Sekunden.
In Tabelle IV sind die in Abhängigkeit der Tauchtemperatur erzielten Ergebnisse angeführt.
Tabelle IV – Dicke in Abhängigkeit der Bandtemperatur beim Eintauchen
Hier liegt die optimale Tauchtemperatur zwischen 715 °C und 760 °C, vorzugsweise bei 740 °C; um den Existenzbereich der Phase θ zu erreichen, muss die Temperatur gemäß 2 entweder ungefähr höher oder gleich 740 °C sein; der bevorzuge Temperaturbereich wäre demnach der Bereich 740–760 °C.
In Tabelle V sind die Ergebnisse aus den Beispielen 1 bis 3 zusammengefasst.
Tabelle 5 – Tauchtemperatur in Abhängigkeit des Siliziumgehaltes im Bad

Claims

Verfahren zum Aluminieren eines Werkstücks aus Stahl, umfassend einen Schritt, bei dem man das Werkstück in ein schmelzflüssiges Aluminiumbad taucht, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bildung einer ersten Unterschicht aus der Feststoffphase θ, deren Zusammensetzung in etwa der chemischen Formel FeAl₃ entspricht, einerseits die Zusammensetzung und die mittlere Temperatur des Bades, andererseits die Tauchtemperatur des Werkstücks in das Bad entsprechend angepasst werden, um in der Tauchzone des Werkstücks eine örtliche Temperatur und Zusammensetzung des Bades zu erhalten, die ein Gleichgewicht mit der Phase θ ermöglichen, und dass man eine Grenzflächenschicht bestehend aus der Phase τ5 oder der Phase τ6 auf der ersten Schicht aus der Phase θ bildet, indem die Führung des Werkstücks im Bad nach der Tauchzone fortgesetzt wird, derart, dass die Zusammensetzung und die mittlere Temperatur des Bades entsprechend angepasst werden, um mit der Phase τ5 oder der Phase τ6 im Gleichgewicht zu sein.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Tauchzone wie folgt erstreckt: – dickenmäßig in einem Abstand von bis zu etwa 30 μm von der Oberfläche des Werkstücks, – längenmäßig längs der Oberfläche des Werkstücks, zwischen dem beginnenden direkten Kontakt zwischen dem Stahl der Oberfläche und dem schmelzflüssigen Bad einerseits und der beginnenden Erstarrung einer Grenzflächenschicht aus der Phase τ5 oder τ6 andererseits.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung und die mittlere Temperatur des Bades entsprechend angepasst werden, um mit der Phase τ6 im Gleichgewicht zu sein.
Verfahren nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das schmelzflüssige Bad eisengesättigt ist.
Verfahren nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Tauchtemperatur des Werkstücks höher ist als die Temperatur des Bades.
Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Siliziumgehalt des Bades von etwa 8% die Tauchtemperatur 700 bis 740°C, vorzugsweise etwa 720°C beträgt.
Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Siliziumgehalt des Bades von etwa 9% die Tauchtemperatur 720 bis 765°C, vorzugsweise 730°C beträgt.
Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Siliziumgehalt des Bades von etwa 9,5% die Tauchtemperatur 740 bis 760°C, vorzugsweise etwa 740°C beträgt.
Verwendung des Verfahrens nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 8 zum Aluminieren eines Werkstücks aus Kohlenstoffstahl.
Verwendung des Verfahrens nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 8 zum Aluminieren eines Werkstücks aus rostfreiem Stahl.
Aluminiertes Stahlblech, dessen aluminierter Überzug eine Al-Fe-Si-Legierungsschicht sowie eine Deckschicht auf Basis von Aluminium aufweist, welche mit dem Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 8 hergestellt werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierungsschicht eine mit dem Stahlsubstrat in Kontakt stehende Unterschicht aufweist, die im Wesentlichen aus der Phase θ besteht.
Blech nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Legierungsschicht kleiner oder gleich 3 μm ist.
Blech nach irgendeinem der Ansprüche 11 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Stahl ein Kohlenstoffstahl ist.
Blech nach irgendeinem der Ansprüche 11 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Stahl ein rostfreier Stahl ist.