DE69303970T2

DE69303970T2 - Aluminiumplatte mit ausgezeichneter Umformbarkeit

Info

Publication number: DE69303970T2
Application number: DE69303970T
Authority: DE
Inventors: Masaru Adachi; Kimikazu Ikemoto; Yuzo Kawakami; Kuniaki Matsui; Tsuneharu Mori; Hiroki Nakajima; Shinichirou Nakamura; Yutaka Suzuki; Yoshirou Tomioka
Original assignee: Kobe Steel Ltd; Toyota Motor Corp
Current assignee: Kobe Steel Ltd; Toyota Motor Corp
Priority date: 1992-05-08
Filing date: 1993-05-06
Publication date: 1996-12-19
Anticipated expiration: 2013-05-07
Also published as: CA2095679C; CA2095679A1; DE69303970D1; EP0569006A1; EP0569006B1; US5389452A; JPH05311188A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Aluminiumplatte, insbesondere eine Aluminiumplatte, die zum Preßformen für Teile von Automobilen geeignet ist. Die Aluminiumplatte der Erfindung weist beim Preßformen nicht nur eine ausgezeichnete Formbarkeit auf, sondern ist auch bei der Verhinderung der Bildung von Defekten (flawing) bei der Handhabung oder der Formung ausgezeichnet. Ferner weist ihre Oberfläche aufgrund ihrer ausgezeichneten Entfettung ein gutes Aussehen auf.
Gemäß dem Dokument GB-A-2 134 538 ist ein synthetisches Schmieröl bekannt, das für das Schmieren von Maschinenelementen geeignet ist, die einer hohen Temperatur, 200 ºC oder mehr, insbesondere in Verbrennungsmotoren, unterzogen werden. Dieses Schmieröl umfaßt 30 bis 95 Gewichts-% eines Esters eines sterisch gehinderten Alkohols und eine ungesättigte Fettsäure, die 18 Kohlenstoffatome enthält, und 70 bis 5 Gewichts-% eines Mineralöls und/oder synthetischen Öls.
In letzter Zeit nahm der Verbrauch an Aluminiumplatten für Autoteile, um das Auto leichter zu machen, allmählich zu. Eine Aluminiumplatte weist jedoch eine geringere Formbarkeit als elne Stahlplatte auf und ist somit mit verschiedenen Problemen behaftet, wie eine geringere Ausbeute und Einschränkungen bei der Konstruktion aufgrund der Neigung bei der Verarbeitung Risse zu bilden. Ferner wird die Aluminiumplatte bei der Handhabung oder Formung oder Stanzung bzw. Prägung wegen ihrer weichen Oberfläche leicht zerkratzt.
Um diese Probleme zu lösen, wurde vorgeschlagen die Aluminiumplatte auf der Oberfläche mit einem harten Metall zu plattieren, um die Bildung von Defekten zu verhindern, und ihre Formbarkeit durch eine Reduzierung des Reibungskoeffizienten mit einer Preßform (die) zu verbessern. Es wurde ebenfalls versucht ein Schmiermittel auf das plattierte Metall aufzubringen, um dadurch die Gleitfähigkeit zu verbessern.
Die vorstehenden Vorschläge sind mit zwei Problemen verbunden; eines davon ist die ungenügende Gleitfähigkeit, da die Oberfläche der harten Metallplattierung leicht trocknet, wenn ein herkömmliches Schmiermittel in kleiner Menge verwendet wird, und die Oberfläche ist dann rauh, hart und brüchig; und das andere Problem besteht darin, daß die Eignung entfettet zu werden bzw. die Entfettungseignung (degreasing property), sich nach der Herstellung verschlechtert, wenn ein hochviskoses Schmiermittel oder ein festes Schmiermittel, wie ein Schmiermittel vom Wachstyp, verwendet wird, um die Gleitfähigkeit zu verbessern.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin die vorstehenden Probleme zu lösen und ein Aluminiumplatte für die Fabrikation bzw. Produktion zur Verfügung zu stellen, die eine ausgezeichnete Formbarkeit aufweist, Defekte verhindert, nach der Produktion entfettet werden kann und Beschichtungseigenschaften aufweist. Diese Aufgabe wird mittels der Kombination der in Anspruch 1 definierten Eigenschaften gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Der Polyolester (A) fungiert als ein Schmiermittel. Die Fettsäure des Esters schließt eine gesättigte oder ungesättigte Fettsäure mit einer Kohlenstoffzahl von 6 bis 22, bevorzugt 10 bis 18, ein, die eine Seitenkette aufweisen kann, zum Beispiel Stearinsäure, Isostearinsäure, Laurinsäure, Neodecansäure, Ölsäure, Erucasäure und ähnliches.
Das Polyol des Esters kann ein Polyol mit 2 bis 12 Hydroxylgruppen seim, bevorzugt mit 2 bis 4, bevorzugter mit 2 bis 3 Hydroxylgruppen, zum Beispiel Trimethylolpropan, Neopentylglycol, Pentaerythritol und ähnliches. Mischungen aus zwei oder mehreren Arten von Polyolen können verwendet werden.
Eine Aluminiumplatte mit ausgezeichneter Korrosionsbeständigkeit, ausgezeichneten Preßformeigenschaften, ausgezeichneter Entfettungseignung und Hafteigenschaften kann durch das Aufbringen einer eingestellten Menge eines Schmiermittels der Erfindung auf die plattierte Aluminiumplatte erhalten werden; Grund dafür ist die ausgezeichnete Absorbierbarkeit, die ausgezeichnete Wärmebeständigkeit, die Viskositätseigenschaften, die Flüchtigkeitsbeständigkeit und die gute Ausgeglichenheit bezüglich verschiedener Additive, wie eines Korrosionsinhibitors und eines speziellen ölenden Mittels, des Schmiermittels.
Das Sulfonat des Bestandteils (B) fungiert als ein Korrosionsinhibitor und als ein Schmiermittel. Als Sulfonat seien zum Beispiel angeführt: ein Petroleumsulfonat, ein synthetisches Sulfonat, zum Beispiel Alkylbenzolsulfonat, Alkylnaphthalinsulfonat und ähnliches. Bevorzugte Salze schließen Alkalimetallsalze ein, wie Lithium-, Natrium-, Kaliumsalze und ähnliches, und Erdalkalimetallsalze, wie Magnesium-, Calcium-, Bariumsalze und ähnliches. Mit dem in der Beschreibung verwendeten Begriff "Salz" ist ein neutrales, basisches oder superbasisches Salz gemeint. Eine Mischung aus zwei oder mehreren Arten von Sulfonaten kann verwendet werden.
Das Mittel (C) zur Steuerung bzw. Einstellung wird als ein Verdünnungsmittel verwendet, das hauptsächlich für die Einstellung der Viskosität, der Verseifungszahl des Schmiermittels und ähnliches wirksam ist. Als Mittel (C) zur Einstellung seien zum Beispiel Mineralöl, wie ein Maschinenöl (z.B. 9 cst/40 ºC), ein Maschinenöl (z.B. 46 cst/40 ºC) und ähnliches, ein synthetischer Kohlenwasserstoff (2-20 cst/100 ºC), ein α-Olefin, ein synthetisches Naphthen (MG 130 - 250), ein Ester, wie Lauryloleat, Dioctylsebazat und ähnliches genannt.
Die Menge an dem zu formulierenden Bestandteil (A) beträgt 7 bis 60 Gewichts-%, bevorzugt 13 bis 40 Gewichts-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Schmiermittels der Erfindung; die Menge an dem Bestandteil (B) beträgt 1 bis 40 Gewichts-%, bevorzugt 11 bis 25 Gewichts-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Schmiermittels; und die Menge an dem Bestandteil (C) beträgt 15 bis 82 Gewichts-%, bevorzugt 30 bis 60 Gewichts-%.
Eine andere wichtige Eigenschaft des Schmiermittels der Erfindung besteht darin, daß die Verseifungszahl des Schmiermittels mit dem vorstehenden Bestandteil 20 oder mehr, bevorzugt 20 bis 100, bevorzugter 40 bis 70 beträgt.
Wenn die Verseifungszahl kleiner als 20 ist, kann das Schmiermittel nicht gleichmäßig auf Oberfläche einer plattierten Aluminiumplatte aufgebracht werden, so daß beim Preßformen der Aluminiumplatte Schwierigkeiten auftreten, wie ein Bruch oder ähnliches .
Erfindungsgemäß kann zusätzlich zu den vorstehenden Bestandteilen ein Höchstdruckadditiv verwendet werden. Als das Höchstdruckadditiv kann zum Beispiel eine organische Metallverbindung, eine organische Borverbindung, eine organische Phosphorverbindung und ähnliches genannt werden, die Schmierfähigkeit unter hohem Druck zeigt.
Konkrete Beispiele für die organische Metallverbindung schließen eine organische Molybdänverbindung, wie Sanflick FM-2 (erhältlich von Sanyo Kasei Kogyo K.K.), Zinkdithiophosphat (ZDTP) und ähnliches ein.
Konkrete Beispiele für die organische Borverbindung schließen ein Alkylaminborat und ähnliches ein.
Konkrete Beispiele für die Phosphorverbindung schließen Tricresylphosphat, Amin-2-ethylhexylsäurephosphat, Trioleylphosphat und ähnliches ein.
Als Thiophosphat seien zum Beispiel Trilauryltrithiophosphat und ähnliches genannt.
Zwei oder mehrere Arten von Höchstdruckadditiven können in dem gleichen Schmiermittel verwendet werden. Die Menge an dem Schmiermittel beträgt 10 Gewichts-% oder weniger, bevorzugt 0,2 bis 3 Gewichts-%.
Das erfindungsgemäße Schmiermittel kann allgemeine Additive enthalten, die üblicherweise zu einem herkömmlichen Schmiermittel gegeben werden, wie ein grenzflächenaktives Mittel, ein Antioxidans, ein Mittel zur Verhinderung von Rost- bzw. Fleckenbildung, ein Korrosionsinhibitor für Nichteisenmetalle und ähnliches.
Die Menge des auf der Oberfläche der Aluminiumplatte aufgebrachten Schmiermittels beträgt bevorzugt 0,5 bis 5,0 g/m², bevorzugter 1 bis 2 g/m². Wenn die Beschichtungsmenge weniger als 0,5 g/m² beträgt, wird die Preßgleitfähigkeit so unzureichend, daß die Platte zum Zerbrechen neigt. Selbst wenn das Schmiermittel in einer Menge von 5 g/m² oder mehr aufgebracht wird, fließt nach dem Zusammenrollen oder Zuschneiden zu Blechen und nach dem Packen aus der Platte ein Öl zur Korrossionsverhinderung aus und die Entfettungseignung und die Hafteigenschaften verschlechtern sich.
Der in der Beschreibung verwendete Begriff "Aluminiumplatte" schließt auch eine Aluminiumlegierung, wie eine Al-Mg- Legierung, eine Al-Mg-Si-Legierung, eine Al-Cu-Legierung und ähnliches in sein Konzept mit ein.
Erfindungsgemäß kann jedes Metall, das härter als das Aluminium ist, auf die Oberfläche der Aluminiumplatte für die Produktion mit einer Dicke von 1 g/m² aufgebracht bzw. plattiert werden, wodurch die Oberfläche der Platte gehärtet wird und die Oberfläche vor Defekten bei der Handhabung oder beim Preßformen geschützt wird.
Als Materialien, die härter als die Aluminiumplatte sind, seien zum Beispiel Eisen, Eisen-Zink, Zink-Nickel und ähnliches genannt.
Wenn die Dicke der Plattierungsschicht aus dem härteren Metall weniger als 1 g/m² beträgt, ist die Wirkung der Plattierung nicht ausreichend und die Oberfläche der Platte wird nicht ausreichend vor Defekten geschützt. Wenn die Dicke jedoch 50 g/m² übersteigt, wird die Wirkung nicht verbessert.

BEISPIEL

Formulieren des Schmiermittels
Fünf Arten von erfindungsgemäßen Schmiermitteln wurden gemäß Tabelle 1 hergestellt.
In Tabelle 1 stellt die gemischte Fettsäure A eine gemischte Fettsäure dar, die eine durchschnittliche Kohlenstoffzahl von 16,5 aufweist, und hauptsächlich gesättigte Fettsäuren enthält, und die gemischte Fettsäure B stellt eine gemischte Fettsäure dar, die eine durchschnittliche Kohlenstoffzahl von 16,5 aufweist, und hauptsächlich ungesattigte Fettsäuren enthält. Tabelle 1 Bestandteile Schmiermittel Nr. Ester d. gemischten Fettsäure A und Trimethylolpropan Ester d. gemischten Fettsäure B und Neopentylglycol Ester d. gemischten Fettsäure B und Pentaerythritol Ester d. gemischten Fettsäure A und Neopentylglycol Ester d. gemischten Fettsäure B und Trimethylolpropan Mineralöl Alpha-Olefin Synthetisches Naphthen Ca-synthetisches Sulfonat Ba-Petroleumsulfonat Na-synthetisches Sulfonat Organische Molybdänverbindung Alkylborat Aminalkylphosphat grenzflächenaktives Mittel Rostverhinderungsmittel (stain preventing agent) Antioxidans Korrosionsinhibitor für Nichteisenmetalle Verseifungszahl (mg KOH/g) Viskosität
Fünf Arten herkömmlicher Schmiermittel wurden gemäß der in Tabelle 2 gezeigten Formulierung hergestellt, um sie mit dem Schmiermittel der Erfindung zu vergleichen. Tabelle 2 (Vergleich) Bestandteile Schmiermittel Nr. Mineralöl Na-Petroleumsulfonat Oxidierter Wachsester Fett und Öl Paraffinwachs Ammoniumsalz von Acrylsäureesteracrylat Copolymer aus Maleinsäure und Butadien Emulgator Wasser Verseifungszahl (mg KOH/g) Viskosität Anmerkung: Schmiermittel Nr. 6: temporäres Rostschutzmittel vom Öltyp Schmiermittel Nr. 7: temporäres Rostschutzmittel vom Öl- und Wachstyp Schmiermittel Nr. 8: temporäres Rostschutzmittel vom Wachstyp Schmiermittel Nr. 9: Trockenfilmtyp Schmiermittel Nr. 10: Waschöl
Eine Aluminiumplatte aus einer Mg-haltigen (5%) Aluminiumlegierung mit einem 0-Härtegrad (0-temper) und einer Dicke von 110 mm wurde verwendet. Die Aluminiumplatte wurde elektrisch mit Zn-haltigem (10%) Eisen zu einer Dicke von 0,8 bis 15 g/m² plattiert.
Die vorstehenden Aluminiumplatten wurden unter den in Tabelle 3 angegebenen Bedingungen plattiert und dann wurden die Schmiermittel Nr. 1-8 darauf aufgebracht, um Teststücke zu erhalten. Die Schmierfähigkeit, die Formungseigenschaften, die Entfettungseignung und die Bildung von Defekten wurden beurteilt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 gezeigt. Tabelle 3 Test Nr. Bsp./Vergl.bsp. Dicke der Plattierung (g/m²) Schmiermittel Nr. Verseif.wert Menge (g/m²) Gleitfähigkeit und Formbarkeit Reibungskoeffizient Höhe der Falte (mm) Leichtigkeit der Entfettung (%) Beständigkeit gegenüber der Bildung von Defekten (Hv) Tabelle 3 (Fortsetzung) Test Nr. Bsp./Vergl.bsp. Dicke der Plattierung (g/m²) Schmiermittel Nr. Vers.wert Menge (g/m²) Gleitfähigkeit und Formbarkeit Reibungskoeffizient Höhe der Falte (mm) Leichtigkeit der Entfettung (%) Beständigkeit gegenüber der Bildung von Defekten (Hv)
Die nachstehenden Tests wurden für die Beurteilung vorgenommen:
I. Gleitfähigkeit und Formbarkeit:
i) Beurteilung der Gleitfähigkeit, basierend auf dem Reibungskoeffizienten:

Verfahren:

Ein Ebenengleitreibungstest (plain slide friction test) wurde unter den nachstehenden Bedingungen durchgeführt, um den Reibungskoeffizienten zu ermitteln, der zur Beurteilung der Gleitfähigkeit verwendet wurde.
Zuschnitthaltedruck: 0,5 kg/mm² (blank holding pressure)
Geschwindigkeit: 500 mm/min
Beurteilung: A: kleiner als 0,15,
B: 0,15 - 0,18
C: größer als 0,18
ii) Beurteilung der Formbarkeit, basierend auf der kritischen Faltenhöhe (wrinkle height):

Verfahren

Der Ziehtest wurde unter den nachstehenden Bedingungen durchgeführt, um die kritische Faltenhöhe bis zum Zerbrechen zu ermitteln, die als ein Indikator der Produktion verwendet wurde. Der Test wurde für jede Platte dreimal durchgeführt und der Durchschnitt ist in Tabelle 3 gezeigt.
Gestalt der Testplatte: 1,0t x 90 mm φ
Bedingungen
Zuschnitthaltedruck: 0,5 kg/mm²
Stempeldurchmesser: 40 mm φ (R 8 mm) (punch diameter)
Stempelgeschwindigkeit: 120 mm/min. (punch velocity)

Beurteilung

A: 14,8 mm oder mehr
B: 14,3 mm oder mehr bis zu weniger als 14,8 mm,
C: weniger als 14,3 mm

II. Leichtigkeit der Entfettung

Verfahren

Jedes Schmiermittel wurde auf die Oberfläche der Aluminiumplatte mit gegebener Menge aufgebracht, um Testplatten herzustellen. Entfettungstests wurden auf den vorstehenden Testplatten unter den nachstehenden Bedingungen durchgeführt. Die Leichtigkeit der Entfettung wurde durch die Benetzbarkeit (Prozentsatz der benetzten Fläche) ausgedrückt. Der Test wurde mit jedem Schmiermittel dreimal durchgeführt und der Durchschnitt ist in Tabelle 3 gezeigt.
Waschflüssigkeit für die Entfettung: eine im Handel erhältliche alkalische Entfettungsflüssigkeit (pH 11)
Entfettungsbedingung: 2 Minuten bei 40 Grad C
Waschen: 2 Minuten mit Wasser gewaschen

Beurteilung:

A: 80% oder mehr
B: 60% oder mehr bis weniger als 80%
C: weniger als 60%

III. Neigung zum Auftreten von Defekten

Verfahren

Die Oberflächenhärte wurde durch die Vickers-Härte (25 g) ausgedrückt. Die größere Härte zeigt die höhere Beständigkeit gegenüber dem Auftreten von Defekten.

Beurteilung

A: 100 oder größer
B: 80 oder größer bis kleiner als 100
C: kleiner als 80
Mittels der Erfindung wird eine Aluminiumplatte für die Fabrikation realisiert, die eine ausgezeichnete Formbarkeit aufweist, eine einfache Entfettung nach der Fabrikation ermöglicht, ausgezeichnete Beschichtungseigenschaften, und eine geringere Neigung zum Auftreten von Defekten aufweist, wobei die Aluminiumplatte für die Produktion plattiert und mit einem Schmiermittel beschichtet ist, das (A) einen Fettsäureester eines Polyols, (B) ein Alkali- oder Erdalkalimetallsalz eines Sulfonats, und (C) ein Mittel zur Einstellung umfaßt, und das eine Verseifungszahl von 20 oder größer aufweist.

Claims

1. Platte aus Al oder Al-Legierungen für die Produktion, die mit einem anderen Metall plattiert ist, das härter als Al oder die Al-Legierungen ist, wobei die Platte ferner einen öligen Film eines Schmiermittels aufweist, der die nachstehenden Bestandteile umfaßt:

- 7 bis 60 Gewichts-% eines Fettsäureesters eines Polyols;

- 1 bis 40 Gewichts-% eines Alkali- oder Erdalkalimetallsalzes einer Sulfonsäure; und

- 15 bis 82 Gewichts-% eines Verdünnungsmittels, das hauptsächlich für die Einstellung der Viskosität und der Verseifungszahl des Schmiermittels wirksam ist,

wobei die Verseifungszahl auf der Oberfläche der Platte 20 oder mehr beträgt.

2. Platte nach Anspruch 11 wobei das Schmiermittel ferner ein Höchstdruckadditiv enthält, das unter hohem Druck Schmierfähigkeit zeigt.

3. Platte nach Anspruch 1, wobei die Menge des öligen Films des Schmiermittels 0,5 bis 5,0 g/m² beträgt.

4. Platte nach Anspruch 1, wobei das Metall in einer Dicke entsprechend 1 g/m² oder mehr aufgebracht ist.

5. Platte nach Anspruch 1, wobei der ölige Film die nachstehenden Bestandteile umfaßt:

- 13 bis 40 Gewichts-% eines Fettsäureesters eines Polyols;

- 11 bis 25 Gewichts-% eines Alkali- oder Erdalkalimetallsalzes einer Sulfonsäure; und

- 30 bis 60 Gewichts-% eines Verdünnungsmittels, das hauptsächlich für die Einstellung der Viskosität und der Verseifungszahl des Schmiermittels wirksam ist,

wobei die Verseifungszahl auf der Oberfläche der Platte 20 oder mehr beträgt.