DE69218916T2

DE69218916T2 - Blech aus aluminium-legierung mit verbesserter pressverformbarkeit und verfahren zur herstellung

Info

Publication number: DE69218916T2
Application number: DE69218916T
Authority: DE
Inventors: Koichi Kawasaki Steel Corporation Chuo-Ku Chiba-Shi Chiba 260 Hashiguchi; Takaaki Kawasaki Steel Corporation Chuo-Ku Chiba-Shi Chiba 260 Hira; Makoto Kawasaki Steel Corporation Chuo-Ku Chiba-Shi Chiba 260 Imanaka; Yoshihiro Kawasaki Steel Corporation Chuo-Ku Chiba-Shi Chiba 260 Matsumoto; Nobuyuki Kawasaki Steel Corporatio Chuo-Ku Chiba-Shi Chiba 260 Morito; Motohiro Furukawa Aluminum Co. Ltd. Tokyo 100 Nabae; Yoichi Kawasaki Steel Corporation Chuo-Ku Chiba-Shi Chiba 260 Tobiyama; Nobuo Kawasaki Steel Corporation Chuo-Ku Chiba-Shi Chiba 260 Totsuka; Yasuji Kawasaki Steel Corporation Chuo-Ku Chiba-Shi Chiba 260 Uesugi
Original assignee: Furukawa Aluminum Co Ltd; Toyota Motor Corp; Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1991-07-22
Filing date: 1992-07-22
Publication date: 1997-08-14
Anticipated expiration: 2012-07-23
Also published as: EP0562115B1; CA2092079A1; EP0562115A1; DE69218916D1; WO1993002225A1; US5322741A; EP0562115A4; CA2092079C

Description

GEBIET DER ERFINDUNG

Diese Erfindung betrifft Bleche aus einer Aluminiumlegierung vornehmlich zur Verwendung als Kraftfahrzeugkarosserieblechteilen und insbesondere Bleche aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung verbesserter Preßformbarkeit, insbesondere durch Brennen härtbare, oberflächenbehandelte Bleche aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung verbesserter Preß formbarkeit sowie ein Verfahren zur Herstellung derselben und (ferner) Bleche aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung verbesserter Preßformbarkeit und Korrosionsfestigkeit. Im folgenden werden Aluminiumbleche und Bleche aus einer Aluminiumlegierung allgemein als Bleche aus einer Aluminiumlegierung bezeichnet.

STAND DER TECHNIK

Aus Gründen einer Energieeinsparung und des Einflusses von Kohlendioxid auf die globale Umwelt wurden umfangreiche Anstrengungen unternommen, das Gewicht von Kraftfahrzeugen zu verringern. Unter anderem wurden Aluminium und Aluminiumlegierungen wegen ihrer Vorteile bei der Werkstoffgewichtreduzierung und Wiederverwertbarkeit ins Licht gerückt und in diesen Jahren zunehmend zum Einsatz gebracht.
Bleche aus einer Aluminiumlegierung unterscheiden sich jedoch in ihren Eigenschaften von den in großem Umfang benutzten üblichen Stahlblechen, so daß bei ihrem Einsatz bei Kraftfahrzeugkarosserien zahlreiche Probleme auftreten können. Ein typisches Problem ist die Preßformung bzw. das Formpressen. SPCC-Bleche als typische Stahlbleche besitzen eine Dehnung von 45%, einen r-Wert von 1,4 und ein Grenzziehverhältnis (LDR) in der Größenordnung von 2,15. Bleche aus einer Aluminiumlegierung, z.B. Bleche gemäß der japanischen Industrienorm A5182, besitzen dagegen (nur) eine Dehnung von 30%, einen r-Wert von 0,7 und einen niedrigen LDR-Wert von 1,8. Darüber hinaus besitzen Bleche aus einer Aluminiumlegierung, die durch Brennen härtbar sind (das Erwärmen zur Einbrennlackierung nach dem Preßformen trägt zu einer Festigkeitserhähung bei), z.B. die Bleche gemäß der japanischen Industrienorm A6009-T4, eine geringere Formbarkeit, was durch eine Dehnung von 25%, einen r-Wert von 0,7 und einen LDR-Wert von 1,9 zum Ausdruck kommt. Da Bleche aus einer Aluminiumlegierung eine sehr schlechte Formbarkeit aufweisen, sind ihrem Einsatz bei Kraftfahrzeugkarosserien in der Praxis Grenzen gesetzt.
Insbesondere war der tatsächliche Einsatz von Blechen aus einer Aluminiumlegierung bei Karosserieblechteilen auf leicht formbare Teile, wie Motorhauben, beschränkt, ihre Applikation bei komplexen, schwierig zu formenden Teilen bereitete Schwierigkeiten.
Da Aluminiumlegierungen in jüngster Zeit bei durch Preßformen in Massenproduktion herzustellenden Kraftfahrzeugund analogen Teilen zum Einsatz gelangten, gibt es bislang keine Vorschläge oder adäquate Maßnahmen zur Lösung der geschilderten Probleme. Die derzeitige Herstellung erfolgt somit (noch) ohne Lösung dieser Probleme. Somit ergeben sich bei Versuchen, den sozialen Bedarf nach einer Verringerung des Kraftfahrzeugkarosseriegewichts zu erfüllen, Schwierigkeiten.
Bei Untersuchungen bezüglich der Formpreßbarkeit bzw. Preßformbarkeit von Blechen aus einer Aluminiumlegierung sind wir darauf gestoßen, daß Bleche aus einer Aluminiumlegierung in ihrer Preßformbarkeit üblichen kaltgewalzten Stahlblechen weit unterlegen sind, da Bleche aus einer Aluminiumlegierung nicht nur von Haus aus eine schlechte Formbarkeit besitzen, sondern darüber hinaus auch noch eine stärkere Gleitreibung zwischen ihrer Oberfläche und dem beim Preßformen verwendeten Werkzeug zeigen als die kaltgewalzten Stahlbleche.
Mit Zunahme der Gleitreibung werden diejenigen Teile der Bleche aus einer Aluminiumlegierung, die einer starken Gleitbewegung ausgesetzt sind, beispielsweise an den Wulsten der Preßwerkzeuge zum Festhalten der Bleche aus einer Aluminiumlegierung, während des Preßformens daran gehindert, glatt in die (Rand-)Wulste einzutreten. In extremen Fällen können sie (sogar) reißen. Ein Vergleich des optimalen Dämpfungsdrucks während des Preßformens (der Dämpfungsdruckbereich, innerhalb dessen Bleche aus einer Aluminiumlegierung nicht verbeult werden oder reißen) zwischen Blechen aus einer Aluminiumlegierung und kaltgewalzten Stahlblechen offenbart, daß Bleche aus einer Aluminiumlegierung einen signifikant engeren optimalen Dämpfungsdruckbereich als kaltgewalzte Stahlbleche aufweisen, so daß die Produktivität von Blechen aus einer Aluminiumlegierung gering ist. Es besteht somit ein erheblicher Bedarf nach einer Verbesserung der Gleitreibungseigenschaften von Blechen aus einer Aluminium- legierung.
Vermutlich besitzen Bleche aus einer Aluminiumlegierung deshalb schlechte Gleitreibungseigenschaften, weil Aluminium und Aluminiumlegierungen einen niedrigen Schmelzpunkt und eine hohe Affinität zu anderen Metallen, insbesondere zu üblicherweise in Preßwerkzeugen benutztem Gußeisen aufweisen, so daß sie für ein Haftenbleiben an den Werkzeugen anfällig sind.
Da die Gleitreibungseigenschaften beim Preßformen in hohem Maße durch die physikalischen Eigenschaften der Bleche aus einer Aluminiumlegierung auf der in direktem Kontakt mit den Werkzeugen stehenden Oberfläche beeinflußt werden, wurde versucht, die Gleitreibungseigenschaften durch Beschichten der Oberfläche eines Blechs aus einer Aluminiumlegierung beispielsweise mit den verschiedensten Metallplattierungen oder organischen polymeren Überzügen zu verbessern, um einen direkten Kontakt zwischen der Oberfläche des Blechs aus der Aluminiumlegierung und dem Werkzeug durch "Schmierung" zu vermeiden.
Bislang bekanntgewordene "geschmierte" bzw. gleitend gemachte Bleche aus einer Aluminiumlegierung sind ferner solche, die auf ihrer Oberfläche mit einem Überzug auf der Basis einer Metallseife, eines Wachses einer höheren Fettsäure o.dgl. versehen sind.
Diese Bleche aus einer Aluminiumlegierung mit Plattierungen und organischen Überzügen kranken jedoch an den folgenden geschilderten Problemen.
Nachteilig an Blechen aus einer Aluminiumlegierung mit einer Metallplattierung ist, daß andere Metallplattierungen als eine Verzinkung und eine Plattierung auf Zinkbasis mit einer nur untergeordneten Menge an (einem) Legierungselement(en) im Zink die Korrosionsfestigkeit, insbesondere die Korrosionsfestigkeit (in nicht abgeschirmtem Zustand) von Blechen aus einer Aluminiumlegierung deutlich beeinträchtigen, da Aluminium ein elektrochemisch stark negatives Metall ist. Es sei darauf hingewiesen, daß Plattierungen auf Zinkbasis die Preßformbarkeit merklich beeinträchtigen können.
Andererseits werden Bleche aus einer Aluminiumlegierung zur Verwendung bei Kraftfahrzeugen nach dem Preßformen vor dem Lackieren einer Phosphatierungsvorbehandlung unterworfen. Hierbei kann der organische Überzug, ohne vor dem Phosphatieren durch alkalische Entfettung vollständig weggelöst zu werden, teilweise auf den Blechen aus der Aluminlumlegierung zurückbleiben. Ein solcher organischer Restüberzug hemmt auf Blechen aus einer Aluminiumlegierung das normale Wachstum von Phosphatkristallen während der Phosphatierung. Dies führt dazu, daß Lacke (nur) schlecht haften und folglich die Korrosionsfestigkeit nach dem Lackieren sinkt.
Obwohl auf einem anderen Gebiet liegend, beschreibt die japanische Patentanmeldung Kokai Nr. 172578/1989 eine Technik zur Verbesserung der Gleitreibungseigenschaften von verzinkten Stahlblechen beim Preßformen durch Ausbilden eines wasserfreien Alkalimetallsalzes eines Oxids mindestens eines Metalloids, ausgewählt aus der Gruppe Bor, Phosphor, Silicium, Selen, Antimon und Tellur, auf diesen. Nachteilig an dieser Technik ist jedoch, daß das wasserfreie Alkalimetallsalz eines Metalloidoxids wasserfreie Kristalle bildet, de ren Löslichkeit erheblich unterhalb der Löslichkeit wasserhaltiger Kristalle liegt, so daß sich der Überzug durch alkalische Entfettungsbehandlung vor der Phosphatierung nicht vollständig weglösen läßt und zum Teil auf den Blechen aus der Aluminiumlegierung verbleibt. Dadurch wird - wie bereits ausgeführt - die chemische Umwandlungsbehandlung beeinträchtigt.
Die EP-A-0 500 015, bei der es sich um eine Veröffentlichung im Sinne von Artikel 54(3) und (4) EPÜ handelt, beschreibt ein plattiertes Aluminiumblech verbesserter Punktschweißbareit und Preßformbarkeit zur Verwendung bei der Herstellung von Kraftfahrzeugkarosserieb. Das Aluminiumblech besitzt einen Plattierüberzug aus einem Metall eines Schmelzpunkts von etwa 700 ºC oder darüber, beispielsweise aus Cr, Mn, Fe, Co oder Ni, einer Legierung aus zwei oder mehr dieser Metalle oder einer Zn-Legierung mit mindestens einem dieser Metalle, auf einer oder beiden seiner Oberflächen.
Die EP-A-0 497 302, bei der es sich um eine Veröffentlichung im Sinne von Artikel 54(3) und (4) EPÜ handelt, beschreibt ein Verfahren zum direkten elektrolytischen Verzinken eines Aluminiumbandes, das kontinuierlich mit hoher Geschwindigkeit und bei hoher Stromdichte durchgeführt werden kann. Das Verfahren umfaßt eine Vorbehandlung des Aluminiumbandes durch alkalische Entfettung, eine anschließende Beizung und schließlich eine elektrolytische Verzinkung des vorbehandelten Aluminiumbandes in einem sauren Verzinkungsbad, das neben Zn²&spplus;-Ionen Metallionen, ausgewählt aus der Gruppe Ni²&spplus;- Ionen und Fe²&spplus;-Ionen, in einer Konzentration von mindestens etwa 10 g/l enthält, zur Bildung eines Zn-Ni-, Zn-Fe- oder Zn-Ni-Fe-Legierungsplattierüberzugs. Auf letzterem kann sich ein weiterer elektrolytisch aufplattierter Zinküberzug befinden.
Die EP-A-0 498 436, bei der es sich um eine Veröffentlichung im Sinne von Artikel 54(3) und (4) EPÜ handelt, beschreibt ein Verfahren zum elektrolytischen Verzinken eines Aluminiumbandes, das kontinuierlich mit hoher Geschwindigkeit und bei hoher Stromdichte durchgeführt werden kann. Das Verfahren umfaßt die anodische Elektrolyse eines Aluminiumbandes in einer sauren Lösung, bei der es sich um ein saures Plattierbad oder eine Beizlösung handeln kann, vor der kathodischen Elektrolyse des Bandes in einem sauren Zinkplattierbad zur Durchführung einer elektrolytischen Verzinkung.
Die EP-A-0 547 609, bei der es sich um eine Veröffentlichung im Sinne von Artikel 54(3) und (4) EPÜ handelt, beschreibt ein mehrlagig plattiertes Aluminiumblech zur Verwendung bei Kraftfahrzeugkarosserieblechteilen, umfassend ein aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bestehendes Blech auf Aluminiumbasis mit einer durch Verdrängungsplattierung auf der Oberfläche des Aluminiumblechs gebildeten ersten Schicht aus Zink oder einer Zinklegierung und einer oder mehreren auf die erste Schicht durch Elektroplattieren in einem sauren Bad aufgetragenen Schicht(en) eines Elektroplattierüberzugs. Vorzugsweise umfaßt der obere Elektroplattierüberzug mindestens eine Schicht aus Zink oder einer Zinklegierung. Die oberste Schicht des Überzugs besteht aus einem metallischen Werkstoff eines Schmelzpunkts oberhalb 500ºC.

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Eine angesichts des geschilderten Standes der Technik der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht in der Bereitstellung eines Blechs aus einer Aluminiumlegierung* oder eines Blechs aus einer Aluminiumlegierung mit gegenüber üblichen Blechen aus Aluminium oder Aluminiumlegierung deutlich verbesserter Preßformbarkeit, welches ohne Schwierigkeiten, gleichbleibend und wirtschaftlich auf großtechnischer Basis hergestellt werden kann.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines durch Brennen härtbaren, oberflächenbehandelten Blechs aus einer Aluminiumlegierung, das gegenüber üblichen Blechen aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen eine deutlich verbesserte Preßformbarkeit aufweist und ohne Schwierigkeiten, gleichbleibend und wirtschaftlich auf großtechnischem Wege hergestellt werden kann, sowie eines Verfahrens zur Herstellung desselben.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Blechs aus einer Aluminiumlegierung mit verbeserten Gleitreibungseigenschaften, das den Anforderungen sowohl an die Preßformbarkeit als auch an die Korro-
/*wahrscheinlich Aluminium sionsfestigkeit genügt, ohne daß dadurch seine Korrosionsfestigkeit und Phosphatierbarkeit beeinträchtigt werden.
Im Rahmen umfangreicher Untersuchungen darüber, warum Bleche aus einer Aluminiumlegierung und insbesondere durch Brennen härtbare Bleche aus einer Aluminiumlegierung (nur) eine schlechte Preßformbarkeit aufweisen, haben wir gefunden, daß die durch die genannten Dehnungseigenschaften wiedergegebenen Eigenschaften im Vergleich zu Stahlblechen recht schlecht sind und daß Bleche aus einer Aluminiumlegierung ein anderes Gleitreibungsverhalten zeigen als Stahlbleche.
Insbesondere hat eine Untersuchung bezüglich der Abhängigkeit des Reibungskoeffizienten vom Oberflächendruck während der Gleitbewegung gezeigt (vgl. Fig. 1 oder 4), daß Stahlbleche eine geringe Oberflächendruckabhängigkeit aufweisen, Bleche aus einer Aluminiumlegierung dagegen durch eine ausgeprägte Oberflächendruckabhängigkeit gekennzeichnet sind. Bleche aus einer Aluminiumlegierung besitzen auf der Seite niedrigen Oberflächendrucks einen in etwa gleichen Reibungskoeffizienten wie Stahlbleche, mit zunehmendem Oberflächendruck sinkt jedoch bei Blechen aus einer Aluminiumlegierung deren Reibungskoeffizient unter Erhöhung des Unterschieds im Reibungskoeffizienten gegenüber Stahlblechen.
Die vorliegende Erfindung ist das Ergebnis umfangreicher Untersuchungen bezüglich einer Verbesserung der Preßformbarkeit von Blechen aus einer Aluminiumlegierung und den dabei gewonnenen Erkenntnissen. Die vorliegende Erfindung ermöglicht insbesondere eine deutliche Verbesserung der Preßformbarkeit von Blechen aus einer Aluminiumlegierung durch Verbesserung ihrer Dehnungseigenschaften und gleichzeitige Bildung eisenreicher Plattierüberzüge auf einer ihrer Oberflächen.
Erfindungsgemäß wird insbesondere ein Blech aus einer Aluminiumlegierung mit verbesserter Formbarkeit, einer Dehnung von mindestens 30%, einer Gleitreibung von bis zu 0,13 und einer weitestgehend verringerten Oberflächendruckabhängigkeit der Gleitreibung bereitgestellt. Das Blech umfaßt ein Substrat aus einer Aluminiumlegierung mit mindestens 4 Gew.-% Mg und eine auf das Substrat aus der Aluminiumlegierung in einem Auftraggewicht von 1 - 50 g/m² aufgalvanisierte und 30 - 40 Gew.-% Zn enthaltende Schicht aus einer Fe-Zn-Legierung.
Gegenstand einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein durch Brennen härtbares oberflächenbehandeltes Blech aus einer Aluminiumlegierung mit einer verbesserten Formbarkeit, einer Dehnung von mindestens 25%, einer Gleitreibung von bis zu 0,13 und einer weitestgehend verringerten Oberflächendruckabhängigkeit der Gleitreibung, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß es ein durch Brennen härtbares Substrat aus einer Aluminiumlegierung mit Mg und Si in einer als Mg&sub2;Si berechneten Menge von mindestens 0,4 Gew.-% und eine auf das Substrat aus der Aluminiumlegierung in einem Auftraggewicht von 1 - 50 g/m² aufgalvanisierte Schicht aus Fe oder einer Fe-Legierung umfaßt.
Bei diesen Ausführungsformen der Erfindung kann zwischen dem Substrat aus der Aluminiumlegierung und der aufgalvanisierten Schicht aus einer Fe-Zn-Legierung oder der aufgalvanisierten Schicht aus Fe oder einer Fe-Legierung (im folgenden als "Fe-reiche Plattierschicht" bezeichnet) als Zwischenschicht zur Verbesserung der Haftung der Fe-reichen Plattierschicht eine Zinkatschicht vorgesehen sein.
Weiterhin wird durch die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines durch Brennen härtbaren, oberflächenbehandelten Blechs aus einer Aluminiumlegierung mit verbesserter Formbarkeit bereitgestellt.
Insbesondere wird erfindungsgemäß ein Verfahren zur Herstellung eines durch Brennen hörtbaren, oberflächenbehandelten Blechs aus einer Aluminiumlegierung mit verbesserter Formbarkeit, einer Dehnung von mindestens 25%, einer Gleitreibung von bis zu 0,13 und einer weitestgehend gesenkten Oberflächendruckabhängigkeit der Gleitreibung bereitgestellt. Das Verfahren ist durch folgende Stufen gekennzeichnet:
Anlassen eines Substrats aus einer Aluminiumlegierung mit Mg und Si in einer als Mg&sub2;Si berechneten Menge von mindestens 0,4 Gew.-% bei einer Temperatur von mindestens 480ºC und Ablagern einer Schicht aus Fe oder einer Fe-Legierung auf dem angelassenen Substrat aus der Aluminiumlegierung in einem Auftraggewicht von 1 - 50 g/m².
Gegenstand einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines durch Brennen härtbaren, oberflächenbehandelten Blechs aus einer Aluminiumlegierung mit verbesserter Formbarkeit, einer Dehnung von mindestens 25%, einer Gleitreibung von bis zu 0,13 und einer auf ein Mindestmaß gesenkten Oberflächendruckabhängigkeit der Gleitreibung, welches durch folgende Stufen gekennzeichnet ist:
Ablagern einer Schicht aus Fe oder einer Fe-Legierung auf einem Substrat aus einer Aluminiumlegierung mit Mg und Si in einer als Mg&sub2;Si berechneten Menge von mindestens 0,4 Gew.-% in einem Auftraggewicht von 1 - 50 g/m² und
Anlassen des erhaltenen Blechs bei einer Temperatur von mindestens 480ºC.
Wir haben weiterhin die Beziehung des Reibungskoeffizienten zur Preßformbarkeit von Blechen aus einer Aluminiumlegierung untersucht. Hierbei fanden wir, daß Bleche aus einer Aluminiumlegierung im Gegensatz zu üblichen kaltgewalzten und preßformbaren Stahlblechen eines Reibungskoeffizienten von etwa 0,10 einen Reibungskoeffizienten von 0,15 oder darüber aufweisen. Es sei darauf hingewiesen, daß der Reibungskoeffizient im vorliegenden Falle das Meßergebnis eines später in den Beispielen beschriebenen Ziehwulstziehtests mit Öl darstellt.
Vermutlich besitzen Bleche aus einer Aluminiumlegierung einen derart hohen Reibungskoeffizienten, weil die Aluminiumlegierung einen niedrigen Schmelzpunkt und eine hohe Affinität zu anderen Metallen, insbesondere zu üblicherweise in dem Preßwerkzeug verwendetem Gußeisen, besitzt, so daß die Legierung zum Haftenbleiben an dem Werkzeug neigt. Da der Faktor, der die Gleitbewegung beim Preßformen beeinflußt, in den physikalischen Eigenschaften der Bleche aus einer Aluminiumlegierung auf ihrer in direktem Kontakt mit dem Werkzeug befindlichen Oberfläche zu suchen ist, haben wir die verschiedensten auf Blechen aus einer Aluminiumlegierung zu bildenden Metallplattierungen und darauf befindliche Gleitüberzüge zur Vermeidung eines direkten Kontakts zwischen der Oberfläche des Blechs aus der Aluminiumlegierung und dem Werkzeug untersucht. Hierbei haben wir gefunden, daß eine angemessene Fe-reich Plattierung aus einer Plattierschicht aus einer Fe-Zn-Legierung mit 30 - 40 Gew.-% Zn im Falle eines Substrats aus einer Aluminiumlegierung mit mindestens 4 Gew.-% Mg und aus einer Plattierschicht aus Fe oder einer Fe-Legierung im Falle eines Substrats aus einer Aluminiumlegierung mit Mg und Si in einer als Mg&sub2;Si berechneten Menge von mindestens 0,4 Gew.-% besteht, wobei in letzterem Falle die Plattierschicht aus Fe oder einer Fe- Legierung vorzugsweise aus einer Plattierschicht aus einer Fe-Zn-Legierung mit 20 - 80 Gew.-% Zn, insbesondere einer Plattierschicht aus einer Fe-Zn-Legierung mit 30 - 40 Gew.-% Zn besteht.
Der bevorzugte Gleitüberzug besteht aus einer bestimmten anorganischen Verbindung.
Um Gleitfähigkeit zu verleihen bzw. zur Schmierung kann auf die Fe-reiche Plattierschicht eine anorganische Verbindung appliziert werden. Die bevorzugte anorganische Verbindung besteht aus einem wasserhaltigen Alkalimetallborat und sie wird mit einem Auftraggewicht von 1 - 1000 mg/m² aufgetragen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig 1 ist eine graphische Darstellung, aus der sich der Einfluß des Fe-P-Auftraggewichts und Oberflächendrucks auf den Reibungskoeffizienten von Blechen aus einer Aluminiumlegierung (mit Substraten aus einer Aluminiumlegierung mit 5,5% Mg) ergibt;
Fig. 2 ist eine graphische Darstellung, aus der sich der Einfluß der Dehnung und des Fe-P-Auftraggewichts auf die Napfformgebungshöhe (Napfverformungshöhe) von Blechen aus einer Aluminiumlegierung (mit Substraten aus einer Aluminiumlegierung mit 5,5% Mg) ergibt;
Fig. 3 ist eine graphische Darstellung, aus der sich der Einfluß des Mg-Gehalts auf die Dehnung der Bleche aus der Aluminiumlegierung ergibt;
Fig. 4 ist ein Diagramm, aus dem sich der Einfluß des Oberflächendrucks beim Gleiten bei Verwendung von bei 560ºC angelassenen und 0,63% Mg&sub2;Si enthaltenden Substraten aus einer Aluminiumlegierung im Vergleich zum Einfluß des Oberflächendrucks auf den Reibungskoeffizienten von Stahlblechen ergibt;
Fig. 5 ist ein Diagramm, aus dem sich der Einfluß des Fe- P-Auftraggewichts auf die Napfformgebungshöhe von Blechen aus einer Aluminiumlegierung bei Verwendung von Substraten aus einer Aluminiumlegierung mit 0,63% Mg&sub2;Si nach dem Anlassen bei 450ºC (Dehnung: 22%), 500ºC (Dehnung: 26%) bzw. 550ºC (Dehnung: 30%) ergibt;
Fig. 6 ist ein Diagramm, aus dem sich der Einfluß der Anlaßtemperatur auf die Dehnung der Bleche aus einer Aluminiumlegierung bei Verwendung von Substraten aus einer Aluminiumlegierung mit 0,63% Mg&sub2;Si ergibt;
Fig. 7 ist eine graphische Darstellung, aus der sich der Einfluß einer Zinkatschicht und ihres Auftraggewichts auf die Haftung von Plattierungen bzw. Plattierüberzügen auf Blechen aus einer Aluminiumlegierung mit Substraten aus einer 5,5% Mg enthaltenden Aluminiumlegierung ergibt;
Fig. 8 zeigt in schematischer Weise, wie die Gleitreibungseigenschaft zu bewerten ist;
Fig. 8a zeigt in schematischer Darstellung eine Ziehwulstgleittestvorrichtung vom Ziehtyp;
Fig. 8b veranschaulicht die durch dieses Testgerät erbrachte Analyse;
Fig. 9 zeigt in schematischer Darstellung die Formgebungshöhe relativ zum Zn-Gehalt Fe-reicher Plattierungen; und
Fig. 10 zeigt in schematischer Weise Blasen in der Lackierung und die maximale Korrosionstiefe relativ zum Zn-Gehalt Fe-reicher Plattierungen.

BESTE ART UND WEISE DER AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung wird im folgenden detailliert beschrieben.
Zunächst wird das im vorliegenden Falle verwendete Substrat aus der Aluminiumlegierung beschrieben.
Bei dem erfindungsgemäß plattierten Substrat aus einer Aluminiumlegierung handelt es sich um ein solches, das aus dem später beschriebenen Grund mindestens 4 Gew.-% Mg zulegiert enthält. Das durch Brennen härtbare, oberflächenbehandelte Substrat aus der Aluminiumlegierung, das erfindungsgemäß zu plattieren ist, besteht aus einem solchen, das aus dem später beschriebenen Grund Mg und Si in einer Menge von - berechnet als Mg&sub2;Si - mindestens 0,4 Gew.-% zulegiert enthält.
Als Fe-Plattierschicht (im folgenden als "Fe-reiche Plattierschicht" bezeichnet) wird im Falle eines Substrats aus einer Aluminiumlegierung mit mindestens 4 Gew.-% Mg eine Plattierschicht aus einer Fe-Zn-Legierung mit 30 - 40 Gew.-% Zn und im Falle eines Substrats aus einer Aluminiumlegierung mit Mg und Si in einer als Mg&sub2;Si berechneten Menge von mindestens 0,4 Gew.-% eine Plattierschicht aus Fe oder einer Fe-Legierung verwendet.
Die auf das erfindungsgemäße Substrat aus einer Aluminiumlegierung aufzuplattierende Schicht aus einer Fe-Legierung umfaßt im Falle eines Substrats aus einer Aluminiumlegierung mit Mg und Si in einer als Mg&sub2;Si berechneten Menge von mindestens 0,4 Gew.-% eine Fe-Plattierung, Fe-P-Plattierung, Fe-C-Plattierung, Fe-B-Plattierung, eine Plattierung aus einer Fe-Zn-Legierung, eine Plattierung aus einer Fe-Ni- Legierung und Plattierungen aus sonstigen Fe-Legierungen. Als Plattiermaßnahmen kommen eine Elektroplattierung, eine chemische Plattierung, eine Bedampfung und ein Aufwalzen in Frage. Die Plattiermaßnahmen sind keinen speziellen Beschränkungen unterworfen.
Zur Verbesserung der Haftung zwischen dem Substrat aus der Aluminiumlegierung und der eisenreichen Plattierschicht kann zwischen dem Substrat aus der Aluminiumlegierung und der Fereichen Plattierschicht als unter der Fe-reichen Plattierschicht liegende Zwischenschicht eine Zinkatschicht vorgesehen sein. Die eine Zwischenschicht unter der Fe-reichen Plattierschicht bildende Zinkatschicht kann aus Zn, Zn-Ni, Zn-Fe, Zn-Ni-Cu und dergleichen bestehen.
Wenn die Preßformbarkeit eines Substrats aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung durch Applikation einer Fe-reichen Plattierung auf eine seiner Oberflächen verbessert werden soll, wird - wie aus Fig. 1 hervorgeht - die Oberflächendruckabhängigkeit des Reibungskoeffizienten vermindert, wenn die eisenreiche Plattierung unter Gewährleistung eines Reibungskoeffizienten von 0,13 oder weniger in einem Auftraggewicht von mindestens 1 g/m² aufgetragen ist. Da mit einem Auftraggewicht über 50 g/m² keine weitere Verbesserung mehr erreicht wird und in unwirtschaftlicher Weise Rohstoffe und Energie vergeudet werden, beträgt das bevorzugte Auftraggewicht der Fe-reichen Plattierung 1 bis 50 g/m². Aus Fig. 2 geht ferner hervor, daß selbst bei einem Reibungskoeffizienten von 0,13 oder weniger Substrate aus einer Aluminiumlegierung mit niedriger Dehnung eine unzureichende Verbesserung der Formbarkeit erreichen. Folglich sollte das Rohmaterial eine Dehnung von mindestens 30% aufweisen. Wie aus Fig. 3 hervorgeht, sollte der Mg-Gehalt in dem Substrat aus der Aluminiumlegierung mindestens 4 Gew.-% betragen, um eine Dehnung von mindestens 30% zu gewährleisten.
Wenn es bei der Herstellung von durch Brennen härtbaren, oberflächenbehandelten Blechen aus einer Aluminiumlegierung erwünscht ist, die Preßformbarkeit eines Substrats aus einer Aluminiumlegierung durch Applikation einer Fe-reichen Plattierung auf eine Oberfläche desselben zu verbessern, wird - wie aus Fig. 4 hervorgeht - die Oberflächendruckabhängigkeit des Reibungskoeffizienten reduziert, wenn die eisenreiche Plattierung zur Gewährleistung eines Reibungskoeffizienten von 0,13 oder weniger in einem Auftraggewicht von mindestens 1 g/m² appliziert wird. Da ein Auftraggewicht über 50 g/m² zu keiner weiteren Verbesserung mehr führt und eine wirtschaftliche Verschleuderung von Rohstoffen und Energie darstellt, beträgt das bevorzugte Auftraggewicht für die eisenreiche Plattierung 1 - 50 g/m². Aus Fig. 5 geht ferner hervor, daß selbst bei einem Reibungskoeffizienten von 0,13 oder weniger Substrate aus einer Aluminiumlegierung mit niedriger Dehnung eine unzureichende Verbesserung der Formbarkeit erreichen. Folglich sollte das Rohmaterial einer Dehnung von mindestens 25% aufweisen.
In Bezug auf die Härtbarkeit durch Brennen sollte eine Festigkeitsänderung von mindestens 7 kgf/mm² vor und nach einem 60-minütigen Erwärmen auf 180ºC stattfinden. Zu diesem Zweck ist ein Mg&sub2;Si-Gehalt von mindestens 0,4 Gew.-% erforderlich. Dieser Mg&sub2;Si-Anteil muß während des Preßformens in Form einer festen Lösung und beim Erwärmen als Mg&sub2;Si-Niederschlag vorhanden sein. Eine Maßnahme zur Bildung einer festen Lösung aus Mg und Si besteht im Erwärmen auf eine Temperatur von 480ºC oder darüber. Diese Erwärmung kann entweder vor oder nach der Applikation der Fe-reichen Plattierung erfolgen.
Das mit einem Fe-reichen Plattierüberzug versehene Blech aus einer Aluminiumlegierung oder das mit einem Fe-reichen Plattierüberzug versehene durch Brennen härtbare Blech aus einer Aluminiumlegierung des zuvor angegebenen Aufbaus zeigt eine gegenüber üblichen Blechen aus einer Aluminiumlegierung derart signifikant verbesserte Formbarkeit, daß daraus Teile komplexer Form, die sich nur schwierig ausformen lassen, hergestellt werden können. Unter Bezugnahme auf Fig. 7 ist festzustellen, daß eine bei drastischen Formvorgängen möglicherweise auftretende Ablösung der Plattierschicht verhindert werden kann, wenn im Vergleich zu einer (nur) alleine vorhandenen eisenreichen Plattierschicht als Zwischenschicht bzw. Haftschicht eine Zinkatschicht vorgesehen wird. Für die Zinkatschicht wird ein geringeres Auftraggewicht bevorzugt. Bei der Ausführungsform mit einer Oberflächenschicht aus einer Zinkatschicht und einer Fe-reichen Plattierschicht sollte das Auftraggewicht der Fe-reichen Plattierschicht vorzugsweise im Bereich von 3 - 20 g/m² liegen, da die Haftung der Plattierschicht bei einem Auftraggewicht von weniger als 3 g/m² oder mehr als 20 g/m² gering ist.
Wir haben gefunden, daß unter Fe-reichen Plattierschichten eine Plattierung mit einer Fe-Zn-Legierung neben der Formbarkeit auch den Ansprüchen sowohl an die Gleitreibungseigenschaften als auch die Korrosionsfestigkeit genügen kann. Dies wird im folgenden beschrieben.
Beim Auftragen der verschiedenen Metallplattierungen auf eine Oberfläche von Blechen aus einer Aluminiumlegierung zur Verbesserung der zuvor geschilderten Probleme bei Blechen aus einer Aluminiumlegierung haben wir Untersuchungen nach einer Legierungsplattierung, die sowohl die Anforderungen an die Gleitreibungseigenschaften als auch die Anforderungen an die Korrosionsfestigkeit erfüllt, durchgeführt. Wir haben gefunden, daß Plattierungen aus einer Fe-Zn-Legierung mit weniger als 20 Gew.-% Zn als eine Oberflächenschicht bildende Plattierschicht wirksam die Preßformbarkeit von Blechen aus einer Aluminiumlegierung zu verbessern vermögen, daß sie jedoch in signifikanter Weise die Korrosionsfestigkeit, insbesondere diejenigen in nicht abgeschirmtem Zustand, beeinträchtigen. Andererseits beeinträchtigen Plattierungen aus einer Fe-Zn-Legierung mit mehr als 80 Gew.-% Zn die Korrosionsfestigkeit von Blechen aus einer Aluminiumlegierung nicht, sie verschlechtern jedoch die Preßformbarkeit gegenüber derjenigen der Substrate aus der Aluminiumlegierung. Anders ausgedrückt, hat es sich gezeigt, daß Plattierungen aus einer Fe-Zn-Legierung einen Zn-Gehalt von 20 bis 80 Gew.-% aufweisen sollten, damit sie den Anforderungen sowohl an die Gleitreibungseigenschaften als auch an die Korrosionsfestigkeit genügen.
Vermutlich reflektiert dieses Verhalten die folgende Tatsache. Plattierungen aus einer Fe-Zn-Legierung mit einem Zn- Gehalt von unter 20 Gew.-% besitzen physikalische Eigenschaften nahe denjenigen einer Fe-Einzelphasenplattierung. Folglich sollten sie hinsichtlich einer Verbesserung der Preßformbarkeit wegen ihrer hohen Härte und ihres hohen Schmelzpunkts wirksam sein. Sie ermöglichen jedoch eine stärkere Auslaugung von Aluminium aus Plattierdefekten unter tiefer Lochfraßkorrosion. Dies ist auf ihr extrem stärker positives elektrochemisches Potential im Vergleich zu Aluminium zurückzuführen. Andererseits besitzen Plattierungen aus einer Fe-Zn-Legierung mit einem Zn-Gehalt von mehr als 80 Gew.-% physikalische Eigenschaften nahe denjenigen einer Zn- Einzelphasenplattierung und folglich ist ihr elektrochemisches Potential gleich dem oder negativer als dasjenige von Aluminium. Folglich lassen sie keine Korrosion des darunter liegenden Substrats aus der Aluminiumlegierung zu. Die Preßformbarkeit wird jedoch schlechter als diejenige der Substrate aus der Aluminiumlegierung selbst, da Zink einen niedrigeren Schmelzpunkt und eine geringere Härte aufweist und leichter an den Preßwerkzeugen haften bleiben kann als Aluminium. Es sei darauf hingewiesen, daß das Auftraggewicht und die Plattiermaßnahmen für die Plattierung aus der Fe-Zn- Legierung den zuvor genannten entsprechen.
Bei weiteren Untersuchungen an Plattierungen aus Fe-Zn-Legierungen haben wir weiter gefunden, daß man bessere Ergebnisse erhält, wenn die Formbarkeit und Korrosionsfestigkeit innerhalb eines bestimmten Bereichs in Beziehung stehen (vgl. Beispiel 5 und Fig. 9 und 10). Insbesondere zeigen Plattierungen aus einer Fe-Zn-Legierung mit Zn-Gehalten von 30 - 40 Gew.-% hervorragende Formbarkeit und Korrosionsfestigkeit.
Bei weiteren Untersuchungen zur Verbesserung der Gleitreibungseigenschaften von mit einer Fe-reichen Plattierschicht versehenen Blechen aus einer Aluminiumlegierung haben wir gefunden, daß die Bildung einer Schicht aus einer anorganischen Verbindung auf der Fe-reichen Plattierschicht wirkungsvoll ist. Dies wird im folgenden beschrieben.
Bei Untersuchungen und Forschungen hinsichtlich eines Oberflächenbehandlungsverfahrens zur signifikanten Verbesserung der Gleitreibungseigenschaften von Blechen aus einer Aluminiumlegierung ohne Beeinträchtigung der Korrosionsfestigkeit (zur Lösung der geschilderten Probleme von Blechen aus Aluminiumlegierungen) haben wir gefunden, daß Bleche aus einer Aluminiumlegierung mit einer Fe-reichen Plattierschicht in Form einer Plattierschicht aus einer Fe-Zn-Legierung mit 30 - 40 Gew.-% Zn im Falle der Verwendung eines Substrats aus einer Aluminiumlegierung mit mindestens 4 Gew.-% Mg und einer Plattierschicht aus Fe oder einer Fe-Legierung im Falle der Verwendung eines Substrats aus einer Aluminiumlegierung mit Mg und Si in einer als Mg&sub2;Si berechneten Menge von mindestens 0,4 Gew.-% (auf einer ihrer Oberflächen) und einer anorganischen Verbindung als Deckschicht vorzuziehen sind.
Wir haben ferner gefunden, daß insbesondere dann, wenn ein Substrat aus einer Aluminiumlegierung mit Mg und Si mit einer Plattierschicht aus einer Fe-Zn-Legierung mit einem Zn-Gehalt von 20 - 80 Gew.-%, insbesondere 30 - 40 Gew.-%, und einer anorganischen Substanz, in typischer Weise mit einem Kristallisationswasser enthaltenden Alkalimetallborat als Deckschicht versehen ist, beide überzuge in synergistischer Weise zusammenwirken und damit die Gleitreibungseigenschaften des Blechs aus der Aluminiumlegierung ohne Beeinträchtigung der Korrosionsfestigkeit deutlich verbessern.
Der Grund dafür, warum die Plattierschicht aus der Fe-Zn-Legierung mit einem speziellen Komponentengehalt und eine anorganische Substanz, z.B. ein Alkalimetallborat, wirksam die Gleitreibungseigenschaften des Blechs aus der Aluminiumlegierung ohne Beeinträchtigung von dessen Korrosionsfestigkeit zu verbessern vermögen, liegt vermutlich in folgendem:
Wir haben gefunden, daß Plattierschichten aus einer Fe-Zn- Legierung mit einem Zn-Gehalt von weniger als 20 Gew.-% zwar die Preßformbarkeit verbessern, die Korrosionsfestigkeit, insbesondere diejenige in nicht abgeschirmten Zustand, von Blechen aus Aluminiumlegierungen jedoch beeinträchtigen, und daß Plattierschichten aus einer Fe-Zn-Legierung mit einem Zn-Gehalt über 80 Gew.-% zwar die Korrosionsfestigkeit der Bleche aus der Aluminiumlegierung nicht beeinträchtigen, jedoch die Preßformbarkeit gegenüber den Substraten aus der Aluminiumlegierung verschlechtern. Anders ausgedrückt, sollten die Plattierschichten aus der Fe-Zn-Legierung im Hinblick auf sowohl die Preßformbarkeit als auch die Korrosionsfestigkeit der Bleche aus Aluminiumlegierungen einen Zn-Gehalt von 20 - 80 Gew.-% aufweisen.
Vermutlich reflektiert dieses Verhalten die folgende Tatsache. Plattierungen aus einer Fe-Zn-Legierung mit einem Zn- Gehalt unter 20 Gew.-% besitzen physikalische Eigenschaften nahe denjenigen einer Fe-Einzelphasenplattierung. Sie vermögen wegen ihrer hohen Härte und ihres hohen Schmelzpunkts somit zwar die Preßformbarkeit zu verbessern, sie gestatten jedoch einen stärkeren Aluminiumaustritt aus Plattierdefekten unter Herbeiführung einer tiefen Lochfraßkorrosion. Dies ist auf ihr gegenüber Aluminium weit stärker positives elektrochemisches Potential zurückzuführen. Andererseits besitzen Plattierungen aus einer Fe-Zn-Legierung mit einem Zn-Gehalt von mehr als 80 Gew.-% physikalische Eigenschaften nahe denjenigen einer Zn-Einzelphasenplattierung. Folglich ist ihr elektrochemisches Potential gleich dem oder stärker negativ als das von Aluminium. Demzufolge führen sie zu keiner Korrosion des darunterliegenden Substrats aus der Aluminiumlegierung. Ihre Preßformbarkeit wird jedoch im Vergleich zu den Substraten aus der Aluminiumlegierung selbst schlechter, da Zink einen niedrigeren Schmelzpunkt und eine geringere Härte aufweist und leichter an den Preßwerkzeugen haftet als Aluminium.
Wenn andererseits ein Überzug aus einer anorganischen Substanz durch Applikation einer wäßrigen Lösung der anorganischen Substanz, z.B. eines Alkalimetallborats, auf Bleche aus einer Aluminiumlegierung in einem gegebenen Auftraggewicht aufgetragen und dann durch Erwärmen getrocknet wird, entfaltet nicht nur die Plattierschicht aus einer Fe-Zn-Legierung mit einem Zn-Gehalt von 20 - 80 Gew.-% auf der Oberfläche des Blechs aus der Aluminiumlegierung eine die Gleitreibungseigenschaften verbessernde Wirkung, sondern bildet auch die darüberliegende Schicht aus dem Alkalimetallborat o.dgl. einen zähen Überzug von Netzwerkstruktur mit Gleiteigenschaften. Beide Schichten arbeiten in synergistischer Wirkung zusammen und verbessern dadurch in signifikanter Weise die Gleitreibungseigenschaften.
Die anorganische Verbindung muß bei Vorhandensein auf einem mit einer Fe-Zn-Legierung plattierten Blech aus einer Aluminiumlegierung hinsichtlich einer Verminderung des Reibungskoeffizienten wirksam sein und in der der Preßformungsstufe nachgeschalteten Phosphatierungsstufe beim Waschen mit Wasser oder Entfetten mittels eines Alkalis weitestgehend weggelöst werden können. Als anorganische Verbindung kann jede diesen Erfordernissen genügende Verbindung verwendet werden.
Besonders bevorzugte Beispiele für die im vorliegenden Falle verwendbaren anorganischen Verbindungen sind Borate, Carbonate, Phosphate, Sulfate, Nitrate, Chloride, Hydroxide und Oxide von Alkalimetallen wie Na und K, Erdalkalimetallen wie Ca und Mg und Metallen oder Metalloiden wie Fe, Ni, Co, Al, Ti und Si.
Einerfindungsgemäßes Blech aus einer Aluminiumlegierung läßt sich ohne Schwierigkeiten durch Kontaktieren desselben auf der Plattierschicht aus der Fe-Zn-Legierung mit einer wäßrigen Lösung einer anorganischen Substanz und anschließendes Trocknen herstellen. Darauf wird später noch eingegangen werden. Folglich muß die anorganische Verbindung aus Herstellungsgesichtspunkten wasserlöslich sein. Aus Kostengründen werden die weniger teuren Verbindungen bevorzugt. Darüber hinaus sollte die anorganische Verbindung vorzugsweise in Wasser oder einer basischen wäßrigen Lösung gut löslich sein, da sie im Rahmen der Bearbeitung des Blechs aus der Aluminiumlegierung beim Waschen mit Wasser oder Entfetten mittels eines Alkalis weggelöst werden muß.
Wenn man diese Gesichtspunkte in Betracht zieht, werden von den genannten anorganischen Verbindungen die Alkalimetallsalze besonders bevorzugt. Besonders wirksam zur Verbesserung der Gleitreibungseigenschaften sind Alkalimetallborate. Für die Praxis geeignete Beispiele sind Natrium-, Kalium- und Lithiumsalze von Metaborsäure, Tetraborsäure und Pentaborsäure.
Selbstverständlich können diese Alkalimetallborate entweder wasserhaltig oder wasserfrei sein. Allerdings werden anorganische Verbindungen in wasserhaltiger Kristallform auf dem Blech aus der Aluminiumlegierung beim Waschen mit Wasser oder Entfetten mittels eines Alkalis besser weggelöst.
Ein typisches Beispiel für das wasserhaltige Alkalimetallborat ist Borax (Natriumtetraborat Na&sub2;B&sub4;O&sub7; 10H&sub2;O), das in großtechnischem Maße hergestellt werden kann und preisgünstig ist.
Der Form der anorganischen Verbindung auf dem Blech aus der Aluminiumlegierung sind erfindungsgemäß keine speziellen Grenzen gesetzt. Sie kann in Form von Überzügen oder in feinteiliger Form vorliegen.
Das Auftraggewicht des auf dem mit einer Fe-Zn-Legierung plattierten Blech aus einer Aluminiumlegierung zu bildenden Überzugs aus dem wasserhaltigen Alkalimetallborat ist erfindungsgemäß aus folgenden Gründen auf einen Bereich von 1 - 1000 mg/m² beschränkt. Ein Auftraggewicht unter 1 mg/m² ist hinsichtlich einer Verbesserung der Gleitreibungseigenschaften unwirksam. Bei einem Auftraggewicht über 1000 mg/m² ist die Verbesserung des Gleitreibungsverhaltens gesättigt. Ferner läßt sich der Überzug beim Entfetten vor dem Phosphatieren nicht vollständig entfernen, so daß ein Teil auf der Plattierung zurückbleibt und dabei die anschließende Phosphatierung beeinträchtigt.
Dem Plattieren mit einer Fe-Zn-Legierung folgt im allgemeinen eine Trocknung. Die Bleche aus der Aluminiumlegierung zeigen unmittelbar nach dem Trocknen eine hohe Temperatur. Dann wird auf die Bleche aus der Aluminiumlegierung, während sie eine Temperatur im Bereich von 60 - 200ºC aufweisen, eine wäßrige Lösung einer anorganischen Verbindung, z.B. eines Alkalimetallborats, aufgesprüht. Dabei gelangt die wäßrige Lösung in Nebelform mit dem Blech aus der Aluminiumlegierung in Kontakt. Auf diese Weise läßt sich bei deutlich verminderten Kosten ein Überzug herstellen. Der erhaltene Überzug ist von derselben Qualität wie Überzüge, die durch Kontaktieren des Blechs aus der Aluminiumlegierung mit der wäßrigen Lösung bei Raumtemperatur und anschließendes Trocknen durch Erwärmen hergestellt wurden.
Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung näher veranschaulichen.

Beispiel 1

Aluminiumbleche, d.h. Bleche aus einer Aluminiumlegierung mit einem Mg-Gehalt von 4,5% bzw. 5,5% und einer Dehnung von 30% bzw. 35% sowie ein Vergleichsblech aus einer Aluminiumlegierung mit 3,5% Mg (Dehnung: 28%), bei welchem es sich um ein typisches Blech aus einer Aluminiumlegierung zur Verwendung als Automobilkarosseriewerkstoff handelt (jeweiliges Dickemaß: 1,0 mm), wurden entsprechend Tabelle 1 mit Fe-reichen Plattierungen versehen. Nach Bestimmung des Reibungskoeffizienten wurden die verschiedenen Werkstoffe getrennt tiefgezogen. Die Ergebnisse finden sich in Tabelle 1. Der Einfluß des Fe-P-Auftraggewichts und des Oberflächendrucks beim Gleiten auf den Reibungskoeffizienten des 5,5% Mg enthaltenden Werkstoffs sind in Fig. 1 im Vergleich zum Einfluß des Oberflächendrucks auf den Reibungskoeffizienten eines Stahlblechs (SPCC, Dickemaß: 1,0 mm) dargestellt. Der Einfluß des Fe-P-Auftraggewichts auf die Napftiefe der drei Arten von Blechen aus Aluminiumlegierungen ist in Fig. 2, der Einfluß der Mg-Gehalte auf die Dehnung des Blechs aus der Aluminiumlegierung (Dickemaß: 1,0 mm) in Fig. 3 dargestellt.
Test zur Bestimmung des Reibungskoeffizienten: Eine flache Platte wurde mit einem eine niedrige Viskosität aufweisenden Öl zum Gleiten gebracht.
Napfbildung: Unter Verwendung eines zylindrischen Stempels eines Durchmessers von 50 mm und eines Formlings von 100 mm Durchmesser wurde die Formgebungshöhe bei Bruch mit einem applizierten Öl niedriger Viskosität bestimmt. TABELLE 1

Beispiel 2

Bleche aus einer Aluminiumlegierung mit 0,4% Mg und 0,8% Si (Al-0,63% Mg&sub2;Si-0,57% Si) als Testprüflinge wurden bei 450ºC (Dehnung: 22%) als Vergleichsprüflinge, bei 500ºC (Dehnung: 26%) oder bei 550ºC (Dehnung: 30%) angelassen. Diese Bleche aus der Aluminiumlegierung (Dickemaß in jedem Fall: 1,0 mm) wurden entsprechend Tabelle 2 mit Fe-reichen Plattierungen versehen. Ferner wurden Bleche aus einer Aluminiumlegierung mit 0,2% Mg und 0,4% Si (Al-0,31% Mg&sub2;Si-0,28% Si) als Vergleichsprüflinge bei 500ºC (Dehnung: 28%) angelassen und in ähnlicher Weise mit eisenreichen Plattierungen versehen. Diese Materialien wurden auf ihren Reibungskoeffizienten hin untersucht und getrennt einem Napfbildungsvorgang bzw. Tiefziehen unterworfen. Die Ergebnisse finden sich in Tabelle 2. Die Härtbarkeit durch Brennen wurde durch 60-minütiges Erwärmen der Testprüflinge auf 180ºC und Bestimmen der Festigkeitsänderung vor und nach dem Erwärmen im Rahmen eines Zugfestigkeitstests ermittelt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 zusammengestellt. Der Einfluß des Fe-P-Auftraggewichts und des Oberflächendrucks beim Gleiten auf den Reibungskoeffizienten der bei 560ºC angelassenen Prüflinge ist in Fig. 4 im Vergleich zum Einfluß des Oberflächendrucks auf den Reibungskoeffizienten von Stahlblechen (SPCC; Dickemaß: 1,0 mm) dargestellt. Der Einfluß des Fe-P-Auftraggewichts auf die Napfbildungshöhe dieser Bleche aus Aluminiumlegierungen ist in Fig. 5, der Einfluß der Anlaßtemperatur auf die Dehnung der Bleche aus den Aluminiumlegierungen (Dickemaß jeweils 1,0 mm) in Fig. 6 dargestellt.
Test zur Bestimmung des Reibungskoeffizienten: Eine flache Platte wurde mit einem eine niedrige Viskosität aufweisenden Öl zum Gleiten gebracht.
Napfbildung: Unter Verwendung eines zylindrischen Stempels eines Durchmessers von 50 mm und eines Formlings von 100 mm Durchmesser wurde die Formgebungshöhe bei Bruch mit einem applizierten Öl niedriger Viskosität bestimmt.
Zugfestigkeitstest: Unter Verwendung eines JIS Nr. 5-Prüflings gemäß der japanischen Industrienorm Z2201 wurde ein Zugfestigkeitstest mit einer Ziehgeschwindigkeit von 10 mm/min durchgeführt. Die Testdurchführung zur Bestimmung der Zugfestigkeit erfolgte gemäß der japanischen Industrienorm Z2241. TABELLE 2

Beispiel 3

Aluminiumbleche, d.h. Bleche aus einer Aluminiumlegierung eines Mg-Gehalts von 4,5% bzw. 5,5% und einer Dehnung von 30% bzw. 35% sowie ein Vergleichsblech aus einer Aluminiumlegierung mit 3,5% Mg (Dehnung: 28%), bei dem es sich um ein typisches Blech aus einer Aluminiumlegierung zur Verwendung als Kraftfahrzeugkarosseriewerkstoff handelt (jeweiliger Dickewert: 1,0 mm) wurden entsprechend Tabelle 3 mit Fereichen Plattierungen versehen. Von diesen Materialien wurde der Reibungskoeffizient bestimmt, worauf sie getrennt einer Napfbildung unterworfen wurden. Die Ergebnisse finden sich in Tabelle 3. Der Einfluß des Fe-P-Auftraggewichts und des Oberflächendrucks beim Gleiten auf den Reibungskoeffizienten des 5,5% Mg enthaltenden Werkstoffs ist in Fig. 1 im Vergleich zum Einfluß des Oberflächendrucks auf den Reibungskoeffizienten eines Stahlblechs (SPCC, Dickemaß: 1,0 mm) dargestellt. Der Einfluß des Fe-P-Auftraggewichts auf die Napfbildungshöhe der drei Arten von Blechen aus Aluminiumlegierungen ist in Fig. 2, der Einfluß der Mg-Gehalte auf die Dehnung des Blechs aus Aluminiumlegierung (Dickemaß: 1,0 mm) in Fig. 3 und die Haftung der Plattierung an den Blechen aus der 5,5% Mg enthaltenden Aluminiumlegierung in Fig. 7 dargestellt. Die Haftung der Plattierung wurde nach Durchführung des Gleittests bei einem Oberflächendruck von 4 kgf/mm² durch Applikation eines Klebebandes auf die Gleitfläche, Abziehen des Bandes und Werten des Schwärzungsgrades des Bandes mit Bewertungskriterien von 0 bis 5 ermittelt. Je höher die Bewertung desto mehr wurde abgezogen und desto schwärzer war das Band.
Test zur Bestimmung des Reibungskoeffizienten: Eine flache Platte wurde mit einem eine niedrige Viskosität aufweisenden Öl zum Gleiten gebracht.
Napfbildung: Unter Verwendung eines zylindrischen Stempels eines Durchmessers von 50 mm und eines Formlings von 100 mm Durchmesser wurde die Formgebungshöhe bei Bruch mit einem applizierten Öl niedriger Viskosität bestimmt. TABELLE 3

Beispiel 4

(1) Herstellung der Prüflinge

Bleche aus einer Aluminiumlegierung entsprechend der japanischen Industrienorm JIS A5182 wurden nach einem Zinkatverfahren mit einer Zinkersatzplattierung grundiert und dann durch elektrolytische Abscheidung mit Plattierungen aus Fe- Zn-Leglerungen unterschiedlicher Auftraggewichte und Zn-Gehalte versehen.

(2) Bewertungstestverfahren

Es wurden folgende Bewertungstests durchgeführt, wobei die in Tabelle 4 aufgeführten Ergebnisse erhalten wurden.

a) Gleitreibungseigenschaften (Preßformbarkeit)

Die Gleitreibungseigenschaften wurden nach einem in Fig. 8a und 8b dargestellten Ziehwulstziehtest bewertet.
Insbesondere wurde die Gleitreibungseigenschaft eines Prüflings durch Messen der zum Ziehen des Prüflings mit festgehaltenen Walzen erforderlichen Kraft DF und der zum Ziehen des Prüflings mit sich drehenden Walzen erforderlichen Kraft DR bestimmt (vgl. Fig. 8). Aus diesen Messungen wurde entsprechend den folgenden Gleichungen:
und somit µ = (DF - DR) / (πPF)
worin bedeuten:
µ: den Reibungskoeffizienten zwischen Walze und Prüfling;
P: die radial auf die Walze einwirkende Kraft;
R: den Walzenradius;
Θ: den Zentrumwinkel und
PF: die Preßlast auf das Stempelzentrum
der Reibungskoeffizient µ des jeweiligen Prüflings berechnet.
Die Testbedingungen waren folgende:
Größe des Prüflings: 20 x 400 mm
Gleitgeschwindigkeit: 500 mm/s
Gleitstrecke: 100 mm
Preßlast auf dem Stempelzentrum: 100 kgf
Reinigungsöl: 0,5 g/m² Öl werden appliziert.
Die Prüflinge wurden hinsichtlich des Reibungskoeffizienten nach folgendem Schema bewertet:
0: µ bis zu 0,13
X: µ größer als 0,13.

b) Korrosionsfestigkeit

Bleche aus einer Aluminiumlegierung mit einer aufplattierten Fe-Zn-Legierung wurden entsprechend der japanischen Industrienorm Z2371 3 Monate lang einem Salzsprühtest unterworfen. Dann wurde das Oberflächlenoxid mit 30%iger Salpetersäure von den Prüflingen entfernt, um die maximale Korrosionstiefe zu ermitteln. Die Bewertung erfolgte entsprechend den folgenden Kriterien:
0: maximale Korrosionstiefe: weniger als 0,1 mm
X: maximale Korrosionstiefe: 0,1 mm oder mehr. TABELLE 4

Beispiel 5

Bleche aus einer Aluminiumlegierung entsprechend der japanischen Industrienorm JIS A5182 wurden nach einem Zinkatverfahren mit einer Zinkersatzplattierung grundiert und dann durch elektrolytische Abscheidung mit Plattierungen aus Fe- Zn-Legierungen unterschiedlicher Auftraggewichte und Zn-Gehalte versehen. Dann wurden die folgenden Tests mit den in Tabelle 5 dargestellten Ergebnissen durchgeführt.

1) Preßformungstest

Nachdem auf eine Oberfläche 0,5 g/m² eines Reinigungsöls aufgetragen worden waren, wurde ein Prüfling auf einen Durchmesser von 68 mm ausgestanzt und dann mit einer Bearbeitungsgeschwindigkeit von 500 mm/s einem Hochgeschwindigkeits-Zylinderziehen mit einem Durchmesser von 33 mm unterworfen. Die Formbarkeit wurde entsprechend den folgenden Kriterien bewertet:
00: Formgebungshöhe: 20 mm oder mehr (einschließlich Durchziehen)
0: Formgebungshöhe: 10 - 19 mm
X: Formgebungshöhe: weniger als 10 mm.
Bei einem Auftraggewicht von 10 g/m² änderte sich - wie aus Fig. 9 hervorgeht - die Formbarkeit.

2) Korrosionsbeständigkeitstest

Nach dem Plattieren wurde ein 70 x 150 mm großer Prüfling phosphatiert und (in einer Dicke von) 20 µm kationisch elektrolytisch beschichtet. Mit Hilfe einer Schneidklinge wurde der beschichtete Prüfling in einer Tiefe bis zum Substrat kreuzweise eingeritzt und dann drei Monate lang entsprechend der japanischen Industrienorm Z2371 einem Salzsprühtest unterworfen. Von dem Testprüfling wurde die maximale Überzugblasenbreite von den Schnitten ausgemessen. Dann wurden der Überzug und das Oberflächenoxid entfernt, um die maximale Korrosionstiefe an den und in der Nähe der Kreuzschnitte(n) zu messen. Die Korrosionsfestigkeit wurde entsprechend den folgenden Kriterien bewertet:

Blasen im Überzug

0: Maximale Blasenbreite: bis zu 2 mm
X: Maximale Blasenbreite: mehr als 2 mm.

Korrosionstiefe

0: Maximale Tiefe: bis zu 100 µm
X: Maximale Tiefe: über 100 µm.
Bei einem Auftraggewicht von 10 g/m² änderten sich - wie aus Fig. 10 hervorgeht - die Blasenbreite und Korrosionstiefe.
Aus diesen Ergebnissen geht hervor, daß bei einem Zn-Gehalt von 30 - 40% die Formbarkeit hervorragend ist, bei Zn-Gehalten über 40% Blasen im Überzug größer werden und bei Zn-Gehalten von weniger als 30% die maximale Tiefe signifikant steigt. Dadurch wird belegt, daß es für die Formbarkeit und Korrosionsfestigkeit einen speziellen Bereich für den Zn-Gehalt gibt, indem nämlich beide Parameter bei Zn-Gehalten von 30 - 40% extrem verbessert werden. TABELLE 5

Beispiel 6

(1) Herstellung der Prüflinge

Bleche aus einer Aluminiumlegierung entsprechend der japanischen Industrienorm JIS A5182 wurden nach einem Zinkatverfahren mit einer Zinkersatzplattierung grundiert und dann durch elektrolytische Abscheidung mit Plattierungen aus Fe- Zn-Legierungen versehen. Danach wurde auf die beschichteten Prüflinge mittels einer Walzenauftragvorrichtung eine wäßrige Natriumtetraboratlösung (Na&sub2;B&sub4;O&sub7; 10H&sub2;O) aufgetragen, worauf der Überzug getrocknet wurde. Das Auftraggewicht des Überzugs wurde durch Einstellen der Natriumboratkonzentration gesteuert.

(2) Bewertungstests

Es wurden folgende Bewertungstests mit den in Tabelle 6 aufgeführten Ergebnissen durchgeführt:

a) Auftraggewicht des Überzugs aus der anorganischen Verbindung

Der auf dem Blech aus der Aluminiumlegierung gebildete Überzug aus der anorganischen Verbindung wurde in Schwefelsäure gelöst und dann durch ICP-Spektroskopie analysiert.

b) Gleitreibungseigenschaften

Die Gleitreibungseigenschaften wurden nach einem in Fig. 8a und 8b dargestellten Ziehwulstziehtest bewertet.
Insbesondere wurde die Gleitreibungseigenschaft eines Prüflings durch Messen der zum Ziehen des Prüflings mit festgehaltenen Walzen erforderlichen Kraft DF und der zum Ziehen des Prüflings mit sich drehenden Walzen erforderlichen Kraft DR bestimmt (vgl. Fig. 8). Aus diesen Messungen wurde entsprechend den folgenden Gleichungen:
und somit µ = (DF - DR) / (πPF)
worin bedeuten:
µ: den Reibungskoeffizienten zwischen Walze und Prüfling;
P: die radial auf die Walze einwirkende Kraft;
R: den Walzenradius;
Θ: den Zentrumwinkel und
PF: die Preßlast auf das Stempelzentrum
der Reibungskoeffizient µ des jeweiligen Prüflings berechnet.
Die Testbedingungen waren folgende:
Größe des Prüflings: 20 x 400 mm
Gleitgeschwindigkeit: 500 mm/s
Gleitstrecke: 100 mm
Preßlast auf dem Stempelzentrum: 100 kgf
Reinigungsöl: 0,5 g/m² Öl werden appliziert.
Die Prüflinge wurden hinsichtlich des Reibungskoeffizienten nach folgendem Schema bewertet:
0: µ bis zu 0,12
X: µ größer als 0,12.

b) Korrosionsfestigkeit

Die phosphatfreien und unlackierten plattierten Bleche aus einer Aluminiumlegierung wurden drei Monate lang entsprechend der japanischen Industrienorm Z2371 einem Salzsprühtest unterworfen. Dann wurde das Oberflächenoxid mit 30%iger Salpetersäure von den Prüflingen entfernt, um die maximale Korrosionstiefe zu messen. Die Bewertung erfolgte aufgrund folgender Kriterien:
0: Maximale Korrosionstiefe: unter 0,1 mm
X: Maximale Korrosionstiefe: 0,1 mm oder mehr. TABELLE 6

INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT

Substrate aus einer Aluminiumlegierung als solche sind in ihrer Formbarkeit Stahl deutlich unterlegen. Zur Verbesserung der Formbarkeit wird erfindungsgemäß im Falle eines Substrats aus einer Aluminiumlegierung mit mindestens 4 Gew.-% Mg eine Plattierschicht aus einer Fe-Zn-Legierung mit 30 - 40 Gew.-% Zn und im Falle eines Substrats aus einer Aluminiumlegierung mit Mg und Si in einer als Mg&sub2;Si berechneten Menge von mindestens 0,4 Gew.-% eine Plattierschicht aus Fe oder einer Fe-Legierung auf das Substrat aus der Aluminiumlegierung aufgetragen. In letzterem Falle besteht die bevorzugte Plattierung aus Fe oder einer Fe-Legierung aus Plattierungen aus einer Fe-Zn-Legierung mit einem Zn-Gehalt von 20 - 80, insbesondere 30 - 40 Gew.-%, da sich dadurch die Korrosionsfestigkeit verbessern läßt. Durch Ausbilden einer Zinkatschicht als Grundierung unter der eisenreichen Plattierschicht wird die Haftung zwischen dem Substrat aus der Aluminiumlegierung und der eisenreichen Plattierschicht weiter erhöht. Durch Ausbilden einer Schicht aus einer anorganischen Verbindung auf der eisenreichen Plattierschicht läßt sich zur weiteren Erhöhung der Formbarkeit das Gleitreibungsverhalten verbessern.
Auf diese Weise wird die Formbarkeit, die einen der Blechen aus einer Aluminiumlegierung innewohnenden wesentlichen Nachteile bildet, verbessert. Erfindungsgemäß werden Bleche aus Aluminiumlegierungen bereitgestellt, die den Anforderungen sowohl an die Korrosionsfestigkeit als auch an die Formbarkeit genügen. Diese gelangen im Kraftfahrzeugbereich und auf sonstigen Anwendungsgebieten, auf welchen Bleche vor Gebrauch einer Preßformung unterworfen werden, zum Einsatz.

Claims

1. Blech aus einer Aluminiumlegierung, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Substrat aus einer Aluminiumlegierung mit mindestens 4 Gew.-% Mg und eine auf das Substrat aus der Aluminiumlegierung in einem Auftraggewicht von 1 - 50 g/m² aufgalvanisierte und 30 - 40 Gew.-% Zn enthaltende Schicht aus einer Fe-Zn-Legierung umfaßt.

2. Blech aus einer Aluminiumlegierung nach Anspruch 1, welches zusätzlich zwischen dem Substrat aus der Aluminiumlegierung und der aufgalvanisierten Schicht aus der Fe-Zn-Legierung eine Zinkatschicht, umfassend mindestens ein Glied aus der Gruppe Zn, Zn-Fe-Legierung, Zn- Ni-Legierung und Zn-Ni-Cu-Legierung enthält.

3. Blech aus einer Aluminiumlegierung nach Ansprüchen 1 oder 2, welches zusätzlich auf der aufgalvanisierten Schicht aus der Fe-Zn-Legierung eine Schicht aus einer anorganischen Verbindung, ausgewählt aus der Gruppe Borat, Carbonat, Phosphat, Sulfat, Nitrat, Chlorid, Hydroxid und Oxid eines Alkalimetalls, Erdalkalimetalls oder von Fe, Ni, Co, Al, Ti und Si enthält.

4. Blech aus einer Aluminiumlegierung nach Anspruch 3, wobei die Schicht aus der anorganischen Verbindung durch Kontaktieren des Blechs aus der Aluminiumlegierung nach Ansprüche 1 oder 2 mit einer waßrlgen Lösung der anorganischen Verbindung und Trocknen des derart beschichteten Blechs aus der Aluminiumlegierung durch Erwärmen hergestellt ist.

5. Blech aus einer Aluminiumlegierung nach Anspruch 3, wobei die Schicht aus der anorganischen Verbindung ein in einem Auftraggewicht von 1 - 1000 mg/m² abgelagertes wasserhaltiges Alkalimetallborat umfaßt.

6. Durch Brennen härtbares, oberflächenbehandeltes Blech aus einer Aluminiumlegierung, dadurch gekennzeichnet, daß es ein durch Brennen härtbares Substrat aus einer Aluminiumlegierung mit Mg und Si in einer als Mg&sub2;Si berechneten Menge von mindestens 0,4 Gew.-% und eine auf das Substrat aus der Aluminiumlegierung in einem Auftraggewicht von 1 - 50 g/m² aufgalvanisierte Schicht aus Fe oder einer Fe-Legierung umfaßt.

7. Blech aus einer Aluminiumlegierung nach Anspruch 6, wobei die aufgalvanisierte Schicht aus der Fe-Legierung 20 - 80 Gew.-% Zn enthält.

8. Blech aus einer Aluminiumlegierung nach Ansprüchen 6 oder 7, wobei die aufgalvanisierte Schicht aus der Fe-Legierung 30 - 40 Gew.-% Zn enthält.

9. Blech aus einer Aluminiumlegierung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, welches zusätzlich zwischen dem Substrat aus der Aluminiumlegierung und der aufgalvanisierten Schicht aus Fe oder der Fe-Legierung eine Zinkatschicht, umfassend mindestens ein Glied aus der Gruppe Zn, Zn-Ni-Legierung und Zn-Ni-Cu-Legierung enthält.

10. Blech aus einer Aluminiumlegierung nach eineni der Ansprüche 6 bis 9, welches zusätzlich auf der aufgalvanisierten Schicht aus Fe oder der Fe-Legierung eine Schicht aus einer anorganischen Verbindung, ausgewählt aus der Gruppe Borat, Carbonat, Phosphat, Sulfat, Nitrat, Chlorid, Hydroxid und Oxid eines Alkalimetalls, Erdalkalimetalls oder von Fe, Ni, Co, Al, Ti und Si enthält.

11. Blech aus einer Aluminiumlegierung nach Anspruch 10, wobei die Schicht aus der anorganischen Verbindung durch Kontaktieren des Blechs aus der Aluminiumlegierung nach Anspruch 6 oder 9 mit einer wäßrigen Lösung der anorganischen Verbindung und Trocknen des derart beschichteten Blechs aus der Aluminiumlegierung durch Erwärmen hergestellt ist.

12. Blech aus einer Aluminiumlegierung nach Anspruch 10, wobei die Schicht aus der anorganischen Verbindung ein in einem Auftraggewicht von 1 - 1000 mg/m² abgelagertes wasserhaltiges Alkalimetallborat umfaßt.

13. Verfahren zur Herstellung eines durch Brennen härtbaren, oberflächenbehandelten Blechs aus einer Aluminiumlegierung verbesserter Formbarkeit und niedrigen Gleitreibungswiderstands bei auf ein Mindestmaß reduzierter Oberflächendruckabhängigkeit, gekennzeichnet durch folgende Stufen: Anlassen eines Substrat aus einer Aluminiumlegierung mit Mg und Si in einer als Mg&sub2;Si berechneten Menge von mindestens 0,4 Gew.-% bei einer Temperatur von mindestens 480ºC und

Ablagern einer Schicht aus Fe oder einer Fe-Legierung auf dem angelassenen Substrat aus der Aluminiumlegierung in einem Auftraggewicht von 1 - 50 g/m².

14. Verfahren zur Herstellung eines durch Brennen härtbaren, oberflächenbehandelten Blechs aus einer Aluminiumlegierung verbesserter Formbarkeit und niedrigen Gleitreibungswiderstands bei auf ein Mindestmaß reduzierter Oberflächendruckabhängigkeit, gekennzeichnet durch folgende Stufen:

Ablagern einer Schicht aus Fe oder einer Fe-Legierung auf einem Substrat aus einer Aluminiumlegierung mit Mg und Si in einer als Mg&sub2;Si berechneten Menge von mindestens 0,4 Gew.-% in einem Auftraggewicht von 1 - 50 g/m² und

Anlassen des erhaltenen Blechs bei einer Temperatur von mindestens 480ºC.