EP1683892B1 - Beschichtungsverfahren - Google Patents

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EP1683892B1
EP1683892B1 EP05028432.2A EP05028432A EP1683892B1 EP 1683892 B1 EP1683892 B1 EP 1683892B1 EP 05028432 A EP05028432 A EP 05028432A EP 1683892 B1 EP1683892 B1 EP 1683892B1
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EP
European Patent Office
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profile component
metal powder
period
coating
treatment
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EP05028432.2A
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Elisabeth Danger
Martin Pohl
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THERMISSION AG
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Thermission AG
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Publication date
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    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C10/00—Solid state diffusion of only metal elements or silicon into metallic material surfaces
    • C23C10/28—Solid state diffusion of only metal elements or silicon into metallic material surfaces using solids, e.g. powders, pastes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C24/00—Coating starting from inorganic powder
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C26/00—Coating not provided for in groups C23C2/00 - C23C24/00

Definitions

  • the invention relates to a method for applying a firmly adhering metallic coating on a profile component made of sheet steel.
  • the coating of profile components made of sheet steel is carried out with the aim of improving their properties. As a result, in particular the susceptibility to corrosion, but also the wear in the coated profile components can be reduced.
  • the present invention relates in particular to the corrosion protection of profile components made of sheet steel and in particular to the coating of the profile components made of sheet steel with zinc.
  • a method and apparatus for electroplating an iron substrate is known.
  • the iron substrate is in ribbon form and is electrostatically charged before being drawn through a liquid bath of powdered plating material.
  • the galvanizing material adheres to the iron substrate and in a subsequent heating station above the melting temperature heated. In this way, a permanent coating is formed on the iron substrate. Finally, the coated iron substrate is cooled again.
  • the invention has the object of demonstrating a more rational and practical for the application in particular in the automotive industry improved method for applying a solid metallic coating on a profile component made of sheet steel.
  • a profile component made of sheet steel it is nebulized metallically pure in a treatment space with a metal powder containing zinc or zinc oxide. Electrostatically, metal powder is deposited over the entire surface of the profile component.
  • the profile component is then subjected to a heat treatment over a period of 0.5 h to 4 h in which solid, cohesive, up to 5 ⁇ m to 40 ⁇ m thick iron-zinc alloy layers are formed by a diffusion process between the steel sheet and the metal powder.
  • a coating of the iron of the steel sheet and the metal powder known from sherardization forms on the surface.
  • the thickness of the coating depends on the charging potential in addition to the temperature and the treatment time.
  • the heat treatment at a temperature between 280 ° C and 350 ° C, in particular in a temperature range of 300 ° C to 320 ° C.
  • a metal powder with the main constituent zinc or zinc oxide is used, which optionally contains additives for improving the chemical and physical properties of the coating.
  • iron-zinc alloy layers thus arise as a result of the diffusion processes between the base metal and the coating metal.
  • the coatings are uniform and ductile.
  • the profile components are subjected to a surface treatment.
  • a cleaning of the profile components takes place, so that the profile components are metallic blank. This can be done for example by a pickling process, but in particular is intended to sand blasting.
  • the order of the metal powder on the profile component is carried out electrically or electrostatically.
  • the metal powder is preferably electrically charged in the treatment room, whereas the profile component is suspended electrically grounded in the treatment room. Due to the voltage difference, the metal powder is uniformly distributed and over the entire surface down on the surface of the profile component.
  • the heat treatment is divided into a heating phase until reaching the treatment temperature and a holding phase in which the treatment temperature is maintained for a certain period of time.
  • the heating phase extends over a period of 0.5 h to 2 h.
  • the heat treatment is completed after the heating phase. Basically, therefore be assumed by a holding phase, which extends over a period of 0 h to 2 h
  • the coating of the profile components takes place in a particularly efficient manner in a continuous process.
  • it is especially thought to provide thermoformed profile components after the thermoforming process in a directly subsequent plant with powdery zinc and to carry out the diffusion process in a continuous furnace.
  • logistical and technical processes are simplified or saved, which opens up a large cost savings potential.
  • a surface treatment for example by sandblasting, be made prior to the coating of the components.
  • the aim is to evenly cool the coated profile components.
  • the cooling process should be less than one hour.
  • other components may be present in the metal powder in addition to zinc or zinc oxide, thereby influencing the chemical behavior, in particular with regard to the corrosion resistance, and the physical behavior, in particular with regard to the adhesive strength of the coating how the geometry of the coating and the layer thickness distribution can be taken.
  • the invention provides a rational simple method for producing a high-quality coating, in particular a zinc layer on profile components made of sheet steel. It can be produced a uniform coating. The coating takes place dry with good utilization of the coating material. Process-related losses of metal powder are minimized. The coatings produced on the profile components are deformable, which is also advantageous.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen einer fest haftenden metallischen Beschichtung auf ein Profilbauteil aus Stahlblech.
  • Die Beschichtung von Profilbauteilen aus Stahlblech erfolgt mit dem Ziel, deren Eigenschaften zu verbessern. Hierdurch können insbesondere die Korrosionsanfälligkeit, aber auch der Verschleiß bei den beschichteten Profilbauteilen vermindert werden.
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich insbesondere auf den Korrosionsschutz von Profilbauteilen aus Stahlblech und hier insbesondere auf das Überziehen der Profilbauteile aus Stahlblech mit Zink.
  • Verfahren zum formlosen Auftragen von fest haftenden Schichten aus formlosen Stoffen auf metallische Oberflächen, insbesondere Bleche, sind im Stand der Technik bekannt. Hierzu zählen das Feuerverzinken, das Spritzverzinken durch thermisches Spritzen, Flammspritzen, Hochgeschwindigkeitsflammspritzen, Lichtbogenspritzen oder Plasmaspritzen, das Sherardisieren und das galvanische Verzinken.
  • Aus der US 5 384 165 ist beispielsweise ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Galvanisieren eines Eisensubstrats bekannt. Das Eisensubstrat liegt in Bandform vor und wird elektrostatisch aufgeladen, ehe es durch ein flüssiges Bad mit pulverförmigem Galvanisierungsmaterial gezogen wird. Das Galvanisierungsmaterial haftet am Eisensubstrat an und wird in einer folgenden Heizstation über die Schmelztemperatur erhitzt. Auf diese Weise wird eine dauerhafte Beschichtung auf dem Eisensubstrat ausgebildet. Abschließend wird das beschichtete Eisensubstrat wieder abgekühlt.
  • Die bekannten Verfahren sind ausgereift und erfüllen ihren Zweck je nach Anwendungsfall bzw. Anforderung an die Beschichtung gut. Insbesondere im Hinblick auf die Erzeugung einer hochwertigen Beschichtung bei hohen Stückzahlen, wie sie im Automobilbau vorliegen, erscheint jedoch eine Verbesserung bzw. Vereinfachung und Rationalisierung wünschenswert. Hierbei bietet das Sherardisieren interessante Ansatzpunkte, wobei dieses Verfahren derzeit zur Beschichtung von Schüttgütern bei kleinen fertig vorgeformten Gegenständen wie Schrauben oder Muttern mit Zink zur Anwendung gelangt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein für die praktische Anwendung insbesondere im Automobilbau rationelleres und verbessertes Verfahren zum Aufbringen einer festen metallischen Beschichtung auf ein Profilbauteil aus Stahlblech aufzuzeigen.
  • Die Lösung dieser Aufgabe besteht nach der Erfindung in einem Verfahren gemäß den Maßnahmen von Patentanspruch 1.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen des grundsätzlichen Erfindungsgedankens zeigen die abhängigen Patentansprüche 2 bis 8 auf.
  • Zum Beschichten eines Profilbauteils aus Stahlblech wird dieses metallisch rein in einem Behandlungsraum mit einem zink- oder zinkoxidhaltigen Metallpulver eingenebelt. Elektrostatisch wird auf der Oberfläche des Profilbauteils vollflächig Metallpulver abgeschieden. Das Profilbauteil wird dann über einen Zeitraum von 0,5 h bis 4 h einer Wärmebehandlung unterzogen, bei welcher durch einen Diffusionsprozess zwischen dem Stahlblech und dem Metallpulver feste, stoffschlüssige, bis zu 5 µm bis 40 µm dicke Eisen-Zink-Legierungsschichten ausgebildet werden. Bei der Wärmebehandlung kommt es zur Ausbildung eines vom Sherardisieren bekannten Überzugs aus dem Eisen des Stahlblechs und dem Metallpulver an der Oberfläche. Die Dicke der Beschichtung hängt neben dem Aufladungspotential von der Temperatur und der Behandlungszeit ab. Im Rahmen der Erfindung erfolgt die Wärmebehandlung bei einer Temperatur zwischen 280 °C und 350 °C, insbesondere in einem Temperaturbereich von 300 °C bis 320 °C.
  • Vorliegend kommt in erster Linie ein Metallpulver mit dem Hauptbestandteil Zink bzw. Zinkoxid zur Anwendung, welches gegebenenfalls Additive zur Verbesserung der chemischen und physikalischen Eigenschaften der Beschichtung enthält. Bei der Wärmebehandlung von mit Zinkpulver bedeckten Profilbauteilen entstehen so infolge der Diffusionsvorgänge zwischen dem Grundmetall und dem Beschichtungsmetall Eisen-Zink-Legierungsschichten. Die Überzüge sind gleichmäßig und duktil.
  • Vor dem Beschichten werden die Profilbauteile einer Oberflächenbehandlung unterzogen. Hierbei findet eine Reinigung der Profilbauteile statt, so dass die Profilbauteile metallisch blank sind. Dies kann beispielsweise durch einen Beizvorgang erfolgen, insbesondere ist jedoch an ein Sandstrahlen gedacht.
  • Der Auftrag des Metallpulvers auf das Profilbauteil erfolgt elektrisch bzw. elektrostatisch. Bevorzugt wird hierzu das Metallpulver im Behandlungsraum elektrisch aufgeladen, wohingegen das Profilbauteil im Behandlungsraum elektrisch geerdet aufgehängt ist. Durch die Spannungsdifferenz schlägt sich das Metallpulver gleichmäßig verteilt und vollflächig auf der Oberfläche des Profilbauteils nieder.
  • Möglich ist auch die umgekehrte Vorgehensweise, bei der das Metallpulver ungeladen ist und an das Profilbauteil ein Hochspannungspotential angelegt, dieses also elektrisch aufgeladen wird.
  • Die Wärmebehandlung teilt sich auf in eine Aufheizphase bis zum Erreichen der Behandlungstemperatur und eine Haltephase, in der die Behandlungstemperatur über einen bestimmten Zeitraum gehalten wird. Vorzugsweise erstreckt sich die Aufheizphase über einen Zeitraum von 0,5 h bis 2 h. In einzelnen Fällen ist es denkbar, dass die Wärmebehandlung nach der Aufheizphase beendet ist. Grundsätzlich kann daher von einer Haltephase ausgegangen werden, die sich über einen Zeitraum von 0 h bis 2 h erstreckt
  • Besonders rationell erfolgt die Beschichtung der Profilbauteile in einem Durchlaufprozess. In der Praxis ist insbesondere daran gedacht, warmgeformte Profilbauteile nach dem Warmformvorgang in einer sich direkt anschließenden Anlage mit pulverförmigem Zink zu versehen und in einem Durchlaufofen den Diffusionsprozess durchzuführen. Hierdurch werden logistische und technische Abläufe vereinfacht bzw. eingespart, was ein großes Kostenersparnispotential eröffnet. Gegebenenfalls kann vor der Beschichtung der Bauteile, wie oben beschrieben, eine Oberflächenbehandlung, beispielsweise durch Sandstrahlen, vorgenommen werden.
  • Angestrebt ist, die beschichteten Profilbauteile gleichmäßig abzukühlen. Zur Rationalisierung sollte der Abkühlvorgang weniger als eine Stunde betragen.
  • Zur Einstellung der Qualität und der Eigenschaft der Beschichtung können im Metallpulver neben Zink oder Zinkoxid weitere Komponenten enthalten sein, wodurch Einfluss auf das chemische Verhalten, insbesondere im Hinblick auf die Korrosionsbeständigkeit, und das physikalische Verhalten, insbesondere im Hinblick auf die Haftfestigkeit der Beschichtung, ebenso wie der Geometrie der Beschichtung und der Schichtdickenverteilung genommen werden kann.
  • Die Erfindung schafft ein rationelles einfaches Verfahren zur Erzeugung einer qualitativ hochwertigen Beschichtung, insbesondere einer Zinkschicht auf Profilbauteilen aus Stahlblech. Es kann ein gleichmäßiger Überzug erzeugt werden. Die Beschichtung erfolgt trocken bei guter Ausnutzung des Beschichtungsmaterials. Prozessbedingte Verluste am Metallpulver sind minimiert. Die erzeugten Überzüge auf den Profilbauteilen sind verformungsfähig, was ebenfalls vorteilhaft ist.

Claims (8)

  1. Verfahren zum Aufbringen einer festen metallischen Beschichtung auf ein Profilbauteil aus Stahlblech, wobei das Profilbauteil in einem Behandlungsraum mit einem zink- oder zinkoxidhaltigen Metallpulver eingenebelt und das Metallpulver elektrostatisch auf der Oberfläche des Profilbauteils vollflächig abgeschieden wird, worauf eine Wärmebehandlung des Profilbauteils bei einer Temperatur zwischen 280 °C und 350 °C über einen Zeitraum von 0,5 h bis 4 h vorgenommen wird, bei welcher durch einen Diffusionsprozess zwischen dem Stahlblech und dem Metallpulver bis zu 5 µm bis 40 µm dicke Eisen-Zink-Legierungsschichten ausgebildet werden, woran sich ein Abkühlung des Profilbauteils anschließt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Metallpulver im Behandlungsraum elektrisch aufgeladen wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Profilbauteil im Behandlungsraum elektrisch aufgeladen wird.
  4. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Wärmebehandlung bei einer Temperatur zwischen 300 °C und 320 °C erfolgt.
  5. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Wärmebehandlung eine Aufheizphase und eine Haltephase umfasst und sich die Aufheizphase über einen Zeitraum von 0,5 h bis 2 h und sich die Haltephase über einen Zeitraum von 0 h bis 2 h erstreckt.
  6. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Abkühlung des Profilbauteils in einem Zeitraum von kleiner oder gleich 1 h erfolgt.
  7. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Profilbauteil vor dem Eintritt in den Behandlungsraum einer Oberflächenbehandlung unterzogen wird.
  8. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Beschichtung des Profilbauteils in einem Durchlaufprozess erfolgt.
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