EP3414355A1 - Aluminiumbasierte beschichtung für stahlbleche oder stahlbänder und verfahren zur herstellung hierzu - Google Patents

Aluminiumbasierte beschichtung für stahlbleche oder stahlbänder und verfahren zur herstellung hierzu

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EP3414355A1
EP3414355A1 EP17703386.7A EP17703386A EP3414355A1 EP 3414355 A1 EP3414355 A1 EP 3414355A1 EP 17703386 A EP17703386 A EP 17703386A EP 3414355 A1 EP3414355 A1 EP 3414355A1
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EP
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aluminum
coating
steel
based coating
hot
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EP17703386.7A
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Thomas Koll
Marc Debeaux
Friedrich Luther
Matthias Graul
Jan-Frederik LASS
Haucke-Frederik Hartmann
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Volkswagen AG
Salzgitter Flachstahl GmbH
Original Assignee
Volkswagen AG
Salzgitter Flachstahl GmbH
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Publication date
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    • Y10T428/1275—Next to Group VIII or IB metal-base component
    • Y10T428/12757—Fe

Definitions

  • the invention relates to an aluminum-based coating for steel sheets or steel strips, wherein the coating in a hot dip method
  • coated, aluminum-based coating comprises and wherein on the coating, an alumina and / or hydroxide contained cover layer is arranged. Also, the invention relates to a method for producing a steel sheet or
  • the invention relates to a method for producing press-hardened components from steel sheets or steel strips with an aluminum-based coating, which are produced by the aforementioned method.
  • the invention relates to a press-hardened component made of steel sheets or steel strips with an aluminum-based coating, which is produced by the aforementioned method.
  • press hardening enables the production of high-strength components, which are mainly used in the bodywork area.
  • the press-hardening can basically be carried out by means of two different process variants, namely by means of the direct or indirect process. While in indirect processes, the process steps of forming and hardening run separately from each other, they take place together in direct process in a tool. In the following, however, only the direct method is considered.
  • thermoformable steels for this application are, for example, the Manganese-boron steel "22MnB5" and recently also air-temperable steels according to the European patent EP 2 449 138 B1.
  • Scaling protection for press hardening used by the automotive industry.
  • the advantages here are in addition to the increased corrosion resistance of the finished component in that the boards or components do not scale in the oven, whereby the wear of the press tools is reduced by chipped scale and the components often have to be blasted before further processing.
  • hot-dip (alloy) coatings are currently known: aluminum-silicon (AS), zinc-aluminum (Z), zinc-aluminum-iron (ZF / galvannealed), zinc-magnesium-aluminum-iron (ZM), as well as electrodeposited coatings of zinc-nickel or zinc, the latter being converted into an iron-zinc alloy layer before hot-forming.
  • AS aluminum-silicon
  • Z zinc-aluminum
  • ZF / galvannealed zinc-magnesium-aluminum-iron
  • ZM zinc-magnesium-aluminum-iron
  • electrodeposited coatings of zinc-nickel or zinc the latter being converted into an iron-zinc alloy layer before hot-forming.
  • German patent application DE 197 26 363 A1 describes a clad metal strip with a base body made of a carbon-containing steel, which is provided on one or both sides with a support material made of a non-ferrous metal.
  • a support material aluminum or an aluminum alloy are proposed.
  • the overlay material is subjected to nitriding or anodic oxidation to increase the wear resistance and corrosion resistance of the surface of the overlay material.
  • This molten coating bath contains in addition to AI and unavoidable
  • Impurities Mn and / or Mg, Fe, Ti and / or Zr This should increase the corrosion resistance compared to AlSi alloys.
  • Corrosion protection coating can also be anodized.
  • Press-hardenable steels by hot forming in a forming tool is known from German patent DE 601 19 826 T2.
  • German Patent DE 699 33 751 T2 The production of components by quenching of aluminum alloy-coated precursors of press-hardenable steels by hot forming in a forming tool is known from German Patent DE 699 33 751 T2.
  • a coated aluminum alloy sheet is heated to above 700 ° C prior to forming, resulting in an intermetallic alloy based on iron, aluminum and silicon on the surface and subsequently formed the sheet and at a speed above the critical
  • Cooling rate cools down.
  • the advantage of the aluminum-based coatings is that in addition to a larger process window (for example with regard to the heating parameters), the finished components do not have to be blasted prior to further processing. In addition, there is no risk of aluminum-based coatings
  • Liquid metal embrittlement and it can form no microcracks in the near-surface substrate area at the former Austenitkorngrenzen, which may have a negative effect on the fatigue strength at depths over 10 ⁇ .
  • a difficulty with the use of aluminum-based coatings is that the coating can react with the ceramic transport rollers when heating a steel plate in the roller hearth furnace prior to hot working, which significantly reduces the life of the furnace rolls.
  • the wear of the tools during press hardening is very high due to the iron-alloyed aluminum-silicon coating during heating.
  • Automotive often used resistance spot welding, due to locally varying electrical resistances on the component surface. But even when cold-forming aluminum-based coatings problems occur. For example, the abrasion when forming in the tool opposite
  • the object of the invention is therefore to provide an aluminum-based coating for a steel or steel strip, which has an excellent suitability for hot and cold forming. Furthermore, a method for producing such a coating is to be specified as well as a method for producing press-hardened components from such steel sheets or steel strips and a press-hardened component from such steel sheets or steel strips.
  • the teaching of the invention comprises an aluminum-based coating for
  • a coating which comprises aluminum oxide and / or hydroxide is disposed on the coating, which plasma oxidation and / or hot water treatment at temperatures of at least 90 ° C, preferably at least 95 ° C and / / or a treatment in steam at temperatures of at least 90 ° C, preferably at least 95 ° C was prepared.
  • the coating in a molten bath with a Si content of 8 to 12% by weight, an Fe content of 1 to 4% by weight, balance aluminum are produced.
  • aluminum-based coatings are hereinafter understood metallic coatings in which aluminum is the main component in mass.
  • Examples of possible aluminum-based coatings are aluminum, aluminum-silicon (AS), aluminum-zinc-silicon (AZ), as well as the same coatings with
  • the teaching of the invention comprises an aluminum-based coating for steel sheets or steel strips, wherein the coating has a in the
  • the coating comprises an aluminum oxide and / or hydroxide
  • Cover layer is arranged, which was prepared by anodization, characterized in that the coating in a molten bath with a Si content of 8 to 12% by weight, an Fe content of 1 to 4% by weight, balance aluminum was prepared.
  • cover layers contained in the aluminum oxide and / or hydroxide act during hot working as a release layer between the coating and the ceramic
  • Furnace rollers Thus, a transfer of metallic material is effectively avoided on the furnace rollers. Furthermore, the cover layer containing aluminum oxide and / or hydroxide separates the iron-alloyed, aluminum-based coating of the
  • An alkaline pre-treatment prior to the formation of the cover layer with subsequent acid pickling for example with sulfuric acid or nitric acid and subsequent rinsing of the aluminum-based coated steel sheet or strip, advantageously removes the randomly formed layer already formed by atmospheric oxidation and thereby creates one defined initial state for the subsequently produced cover layer.
  • the production of defined cover layers containing aluminum oxide and / or hydroxide on a steel strip with an aluminum-based coating is, however, a challenge in terms of mass production technology.
  • the cover layer containing aluminum oxide and / or hydroxide is therefore produced according to the invention by means of plasma oxidation.
  • the cover layer containing alumina and / or hydroxide is produced in an anodic process.
  • the coating is prepared in a molten bath with an Si content of 8 to 12% by weight, an Fe content of 1 to 4% by weight, balance aluminum.
  • the anodic process is considerably more versatile compared to a chemical oxidation process. It is particularly advantageous for this process in a continuous process on a coated
  • the anodic oxidation of an aluminum (alloy) layer can occur in both
  • the negatively charged sulfate anions of the sulfuric acid and the OH ions of the water migrate to the anode in the forming electric field. At the anode, these react with Al 3 + ions to form alumina.
  • the layer thickness is dependent on the amount of charge flowed according to Faraday's laws. This will allow the thickness of the
  • oxide layer defined so as to tailor it tailored to the particular application.
  • Citric acid sulfuric acid, oxalic acid, chromic acid, alkylsulfonic acids,
  • typical current densities for the process range from 1 to 50 A / dm 2 . Since the process uses a constant current, a voltage sets in. This is typically in a range of 10-120 V.
  • the electrolyte temperature is indeed between 0-65 ° C according to the electrolyte system.
  • the hardness of the layer can be influenced by the choice of the electrolyte temperature. In electrolytes based on sulfuric acid or oxalic acid, particularly hard coatings are obtained at low electrolyte temperatures (eg 0-10 ° C.).
  • a nanoporous oxide layer covering the entire surface forms from densely assembled oxide cells with hexagonal cross-sections. These pores are open to the electrolyte side. The pore diameter depends on the type of electrolyte used.
  • the oxidic layer can form locally in different phases (see FIG. Experiments have shown in a sulfuric acid DC process that the phases contained in an AS alloy coating behave differently at the microscopic level during the anodic treatment with respect to oxide layer thickness and pore size. This forms a different from the original, metallic surface microstructure. At the macroscopic level, the film formation is very homogeneous.
  • FIG. 2 shows, by way of example, a scanning electron micrograph of the nanoporous surface structure of an anodized AS coating.
  • dyes organic or inorganic
  • functional pigments eg conductive, metallic particles, fullerenes, nanostructured particles
  • coloring and properties of the layer such as the electrical conductivity, hardness, corrosion protection , antibacterial properties, can be customized.
  • the advantageously subsequent compaction step also called sealing, closes the pore structure by taking up water of crystallization and prevents e.g. another shot of dyes or functional pigments.
  • the compression can be achieved by a steam or a hot water treatment.
  • temperatures of at least 90 ° C., more preferably at least 95 ° C. have proved to be advantageous for this purpose.
  • the compression time depends on the
  • additives such as e.g. Metal salts during compaction improve the corrosion resistance and color fastness.
  • the aluminum-based coating is particularly suitable for hot or cold forming.
  • the inventive method comprises the production of a steel sheet or steel strip with an aluminum-based coating, wherein as coating an aluminum-based coating in the hot dip method is applied to the steel sheet or steel strip, characterized in that the coated
  • Steel sheet or steel strip is subjected to the coating after the hot dip process and before the forming process of hot or cold forming a plasma oxidation and / or a hot water treatment and / or a treatment in water vapor, wherein on the surface of the coating to form oxides or hydroxides an alumina and / or hydroxide contained cover layer is formed.
  • the coating in a molten bath with a Si content of 8 to 12% by weight, an Fe content of 1 to 4% by weight, balance aluminum are produced.
  • the optional hot water treatment or the treatment under steam at temperatures of at least 90 ° C, more preferably at least 95 ° C.
  • Another method according to the invention comprises the production of a
  • Steel sheet or steel strip with an aluminum-based coating wherein an aluminum-based hot dip coating is applied to the steel sheet or steel strip as coating, wherein the steel sheet or steel strip is subjected to anodic oxidation with the coating after the hot dip process and prior to the forming process, on the surface of the Coating to form oxides or hydroxides a cover layer containing aluminum oxide and / or hydroxide is formed, characterized in that the coating in a molten bath with a Si content of 8 to 12% by weight, an Fe content of 1 to 4 weight -%, rest aluminum is produced.
  • the cover layer is applied to the surface of the coating in a continuous process.
  • the anodic oxidation according to the invention is advantageously carried out in a medium based on boric acid, citric acid, sulfuric acid, oxalic acid, chromic acid,
  • Alkylsulfonic acids carboxylic acids, alkali metal carbonates, alkali phosphates, phosphoric acid or hydrofluoric acid.
  • the aluminum-based coating produced by the method according to the invention is particularly suitable for hot or cold forming.
  • the aluminum-based coating is a hot-dip coating, wherein the coating after the hot dipping process and before the Heating to forming temperature of a treatment under anodizing
  • Oxidized coating on the surface to form oxides or hydroxides and the coating is prepared in a molten bath with a Si content of 8 to 12% by weight, an Fe content of 1 to 4% by weight, balance aluminum.
  • the invention comprises a press-hardened component of the
  • the cover layer containing aluminum oxide and / or hydroxide separates the metallic, aluminum-based coating of the steel strip from the metallic tool surface of the forming tool and serves as a separating forming aid. This reduces welds and extends the forming area by lowering the frictional resistance and avoiding the so-called stick-slip effect. This problem occurs especially at slow forming speeds and very high strength materials and can severely limit the process window.
  • the process window is opened significantly to lower speeds and higher forming forces and thus the
  • the forming process benefits from the fact that, due to the laterally heterogeneous formation of the cover layer containing aluminum oxide and / or hydroxide, there is no surface contact but a reduced contact between the workpiece and the tool. b) At the same time, the porous surface of the cover layer according to the invention containing alumina and / or hydroxide, the oil absorption capacity of
  • Steel coils that is to say steel coils wound into rolls, are already oiled by the manufacturer, on the one hand to prevent corrosion before processing Customer is guaranteed, and on the other hand a pre-oiling for subsequent forming processes is given. With a longer intermediate storage and elevated temperatures, this oil can run out of the coil windings. Thus, it lacks on the sheet surface, which leads to the need for a complex re-oiling. This can be prevented with the cover layer formed according to the invention.
  • the cover layer according to the invention containing aluminum oxide and / or hydroxide solves this problem by combining a barrier effect with a high one
  • the layers according to the invention are significantly more temperature-resistant than all known lacquers and thus enable use in corrosive environments even at elevated temperature.
  • oxide growth at high temperatures is greatly reduced, since the necessary for the growth of an oxide layer ion exchange is suppressed by the surface due to the atomically compact formation of the layer. Likewise, evaporation of the coating is effectively prevented.
  • Another advantage over a purely metallic surface is in the increased resistance to acidic and especially alkaline media.
  • the aluminum oxide and / or hydroxide according to the invention acts
  • Covering layer like a release layer that protects against the seizing effect of these media.
  • the cover layer according to the invention is very easy to paint even without previous phosphating because it is due to their inorganic nature, an ideal chemical and due to the large surface (in the absence of the
  • Compaction step) allow very good physical networking.
  • the cover layer containing aluminum oxide and / or hydroxide according to the invention increases the electrical resistance of the surface efficiently, so that, depending on
  • Covering layers are able to embed pigments before the compaction process.
  • colored aluminum surfaces are known and widely used.
  • Color information can be tailored by means of such pigments as well as other technical properties, e.g. electrical conductivity or antibacterial effect.
  • Acid pickling e.g., sulfuric acid, nitric acid .
  • Acid pickling e.g., sulfuric acid, nitric acid .
  • Acid pickling e.g., sulfuric acid, nitric acid .
  • Acid pickling e.g., sulfuric acid, nitric acid .

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine aluminiumbasierte Beschichtung für Stahlbleche oder Stahlbänder, wobei die Beschichtung einenim Schmelztauchverfahren aufgebrachten,aluminiumbasierten Überzugumfasst, wobei auf dem Überzug eine Aluminiumoxid und/oder -hydroxid enthaltene Deckschicht angeordnet ist. Um eine aluminiumbasierte Beschichtung anzugeben, dieeine hervorragende Eignung zur Warm-und Kaltumformung aufweist, wird vorgeschlagen, dass die Deckschichtdurch eine Plasmaoxidation und/oder eine Heißwasserbehandlung bei Temperaturen von mindestens 90 °C, vorteilhaft mindestens 95 °C,und/oder eine Behandlung in Wasserdampf bei Temperaturen von mindestens 90 °C, vorteilhaft mindestens 95 °C, hergestellt wurde.Alternativ wird eine Herstellung der Aluminiumoxid und/oder - hydroxid enthaltenen Deckschicht durch anodische Oxidation vorgeschlagen, wobei der Überzugin einem Schmelzbad mit einem Si-Gehalt von 8 bis 12 Gewichts-%, einem Fe-Gehalt von 1 bis 4 Gewichts-%, Rest Aluminium hergestellt wurde. Auch betrifft die Erfindung ein Verfahren hierfür und ein Verfahren zur Herstellung von pressgehärteten Bauteilenhiermit sowie das zugehörige pressgehärtete Bauteil.

Description

Aluminiumbasierte Beschichtung für Stahlbleche oder Stahlbänder und Verfahren zur Herstellung hierzu
Die Erfindung betrifft eine aluminiumbasierte Beschichtung für Stahlbleche oder Stahlbänder, wobei die Beschichtung einen im Schmelztauchverfahren
aufgebrachten, aluminiumbasierten Überzug umfasst und wobei auf dem Überzug eine Aluminiumoxid und/oder -hydroxid enthaltene Deckschicht angeordnet ist. Auch betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Stahlbleches oder
Stahlbandes mit einer aluminiumbasierten Beschichtung, wobei als Beschichtung ein aluminiumbasierter Überzug im Schmelztauchverfahren auf das Stahlblech oder Stahlband aufgebracht wird. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von pressgehärteten Bauteilen aus Stahlblechen oder Stahlbändern mit einer aluminiumbasierten Beschichtung, die nach dem vorgenannten Verfahren hergestellt sind. Zusätzlich betrifft die Erfindung ein pressgehärtetes Bauteil aus Stahlblechen oder Stahlbändern mit einer aluminiumbasierten Beschichtung, das nach dem vorgenannten Verfahren hergestellt ist.
Es ist bekannt, dass warmumgeformte Stahlbleche insbesondere im Automobilbau immer häufiger Verwendung finden. Durch den auch als Presshärten bezeichneten Prozess können hochfeste Bauteile erzeugt werden, die vorwiegend im Bereich der Karosserie eingesetzt werden. Das Presshärten kann grundsätzlich mittels zwei verschiedener Verfahrensvarianten durchgeführt werden, nämlich mittels des direkten oder indirekten Verfahrens. Während bei indirekten Verfahren die Prozessschritte des Umformens und Härtens getrennt voneinander ablaufen, finden sie beim direkten Verfahren in einem Werkzeug gemeinsam statt. Im Folgenden wird aber nur das direkte Verfahren betrachtet.
Beim direkten Verfahren wird eine Stahlblechplatine über die sogenannte
Austenitisierungstemperatur (Ac3) aufgeheizt, anschließend wird die so erhitzte Platine in ein Formwerkzeug überführt und in einem einstufigen Umformschritt zum fertigen Bauteil umgeformt und hierbei durch das gekühlte Formwerkzeug gleichzeitig mit einer Geschwindigkeit, die über der kritischen Abkühlgeschwindigkeit des Stahls liegt, abgekühlt, so dass ein gehärtetes Bauteil erzeugt wird. Bekannte warmumformbare Stähle für diesen Einsatzbereich sind zum Beispiel der Mangan-Bor-Stahl„22MnB5" und neuerdings auch luftvergütbare Stähle gemäß des europäischen Patentes EP 2 449 138 B1 .
Neben unbeschichteten Stahlblechen werden auch Stahlbleche mit einem
Verzunderungsschutz für das Presshärten von der Automobilindustrie eingesetzt. Die Vorteile liegen hier neben der erhöhten Korrosionsbeständigkeit des fertigen Bauteils darin, dass die Platinen oder Bauteile im Ofen nicht verzundern, wodurch der Verschleiß der Pressenwerkzeuge durch abgeplatzten Zunder reduziert wird und die Bauteile vor der Weiterverarbeitung oft nicht aufwendig gestrahlt werden müssen.
Für das Presshärten sind derzeit die folgenden, durch Schmelztauchen aufgebrachten (Legierungs-) Beschichtungen bekannt: Aluminium-Silizium (AS), Zink-Aluminium (Z), Zink-Aluminium-Eisen (ZF/ Galvannealed), Zink-Magnesium-Aluminium-Eisen (ZM), sowie elektrolytisch abgeschiedene Beschichtungen aus Zink-Nickel oder Zink, wobei letztere vor der Warmumformung in eine Eisen-Zink-Legierungsschicht umgewandelt wird. Diese Korrosionsschutzbeschichtungen werden üblicherweise in kontinuierlichen Durchlaufverfahren auf das Warm- oder Kaltband aufgebracht.
Die deutsche Offenlegungsschrift DE 197 26 363 A1 beschreibt ein plattiertes Metallband mit einem Grundkörper aus einem kohlenstoffhaltigen Stahl, der ein oder beidseitig mit einem Auflagematerial aus einem Nichteisenmetall versehen ist. Als Auflagematerial werden Aluminium- oder eine Aluminiumlegierung vorgeschlagen. Auch wird das Auflagematerial einem Nitrieren oder einer anodischen Oxidation unterworfen, um die Verschleißfestigkeit und die Korrosionsbeständigkeit der Oberfläche des Auflagematerials zu erhöhen.
Aus der Patentschrift DE 10 2014 109 943 B3 ist die Herstellung eines Stahlprodukts mit einer metallischen Korrosionsschutzbeschichtung aus einer Aluminiumlegierung bekannt. Das kalt- oder warmgewalzte Stahlprodukt wird nach Aktivieren der
Oberfläche, also der Entfernung einer passiven Oxidschicht von der Oberfläche, durch Eintauchen in ein schmelzflüssiges Beschichtungsbad beschichtet. Dieses schmelzflüssige Beschichtungsbad enthält neben AI und unvermeidbaren
Verunreinigungen Mn und/oder Mg, Fe, Ti und/ oder Zr. Dies soll gegenüber AlSi- Legierungen die Korrosionsbeständigkeit erhöhen. Diese
Korrosionsschutzbeschichtung kann zusätzlich eloxiert werden. Die Herstellung von Bauteilen mittels Abschrecken von Vorprodukten aus
presshärtbaren Stählen durch Warmumformen in einem Umformwerkzeug ist aus dem deutschen Patent DE 601 19 826 T2 bekannt. Hier wird eine zuvor oberhalb der Austenitisierungstemperatur auf 800 - 1200 °C erwärmte und ggf. mit einem metallischen Überzug aus Zink oder auf Basis von Zink versehene Blechplatine in einem fallweise gekühlten Werkzeug durch Warmumformung zu einem Bauteil umgeformt, wobei während des Umformens durch schnellen Wärmeentzug das Blech bzw. Bauteil im Umformwerkzeug eine Abschreckhärtung (Presshärtung) erfährt und durch das entstehende martensitische Härtegefüge die geforderten
Festigkeitseigenschaften erreicht.
Die Herstellung von Bauteilen mittels Abschrecken von mit einer Aluminiumlegierung beschichteten Vorprodukten aus presshärtbaren Stählen durch Warmumformen in einem Umformwerkzeug ist aus dem deutschen Patent DE 699 33 751 T2 bekannt. Hier wird ein mit einer Aluminiumlegierung beschichtetes Blech vor einem Umformen auf über 700 °C erwärmt, wobei eine intermetallisch legierte Verbindung auf Basis von Eisen, Aluminium und Silizium auf der Oberfläche entsteht und nachfolgend das Blech umgeformt und mit einer Geschwindigkeit oberhalb der kritischen
Abkühlgeschwindigkeit abkühlt.
Der Vorteil bei den aluminiumbasierten Überzügen liegt darin, dass neben einem größeren Prozessfenster (z.B. hinsichtlich der Erwärmungsparameter) die fertigen Bauteile vor der Weiterverarbeitung nicht gestrahlt werden müssen. Darüber hinaus besteht bei aluminiumbasierten Überzügen nicht die Gefahr von
Flüssigmetallversprödung und es können sich keine Mikrorisse im oberflächennahen Substratbereich an den ehemaligen Austenitkorngrenzen ausbilden, die bei Tiefen über 10 μηη einen negativen Effekt auf die Dauerfestigkeit haben können.
Eine Schwierigkeit bei der Verwendung von aluminiumbasierten Überzügen ist jedoch, dass der Überzug beim Aufheizen einer Stahlplatine im Rollenherdofen vor der Warmumformung mit den keramischen Transportrollen reagieren kann, was die Lebensdauer der Ofenrollen signifikant reduziert. Darüber hinaus ist der Verschleiß der Werkzeuge beim Presshärten durch den im Zuge der Erwärmung mit Eisen durchlegierten Aluminium-Silizium-Überzug sehr hoch. Zudem führt eine
ungleichmäßige Ausbildung der Oberflächenstruktur oder der Dicke des Überzugs im Zuge der Erwärmung zu Schweißproblemen, insbesondere beim in der
Automobilindustrie häufig verwendeten Widerstandspunktschweißen, bedingt durch lokal variierende elektrische Widerstände an der Bauteiloberfläche. Aber auch beim Kaltumformen von aluminiumbasierten Überzügen treten Probleme auf. Zum Beispiel ist der Abrieb bei der Umformung im Werkzeug gegenüber
Standard Zinküberzügen deutlich höher, was den Werkzeugverschleiß und
Wartungsaufwand erhöht und zu Fehlern bei Folgeteilen durch das Einpressen des Abriebs führen kann.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, einen aluminiumbasierten Überzug für ein Stahlblech oder Stahlband anzugeben, der eine hervorragende Eignung zur Warmund Kaltumformung aufweist. Des Weiteren soll ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Beschichtung angegeben werden sowie ein Verfahren zur Herstellung von pressgehärteten Bauteilen aus derartigen Stahlblechen oder Stahlbändern und ein pressgehärtetes Bauteil aus derartigen Stahlblechen oder Stahlbändern.
Die Lehre der Erfindung umfasst eine aluminiumbasierte Beschichtung für
Stahlbleche oder Stahlbänder, wobei die Beschichtung einen im
Schmelztauchverfahren aufgebrachten Überzug umfasst, welcher dadurch gekennzeichnet ist, dass auf dem Überzug eine Aluminiumoxid und/oder -hydroxid enthaltene Deckschicht angeordnet ist, welche durch eine Plasmaoxidation und/oder eine Heißwasserbehandlung bei Temperaturen von mindestens 90 °C, vorteilhaft mindestens 95 °C und/oder eine Behandlung in Wasserdampf bei Temperaturen von mindestens 90 °C, vorteilhaft mindestens 95 °C hergestellt wurde. Hierbei kann vorteilhafter Weise der Überzug in einem Schmelzbad mit einem Si-Gehalt von 8 bis 12 Gewichts-%, einem Fe-Gehalt von 1 bis 4 Gewichts-%, Rest Aluminium hergestellt werden. Als aluminiumbasierte Überzüge werden nachfolgend metallische Überzüge verstanden, bei denen Aluminium der Hauptbestandteil in Massenprozent ist.
Beispiele für mögliche aluminiumbasierte Überzüge sind Aluminium, Aluminium- Silizium (AS), Aluminium-Zink-Silizium (AZ), sowie dieselben Überzüge mit
Beimischungen zusätzlicher Elemente, wie z.B. Magnesium, Mangan, Titan und seltenen Erden. Außerdem umfasst die Lehre der Erfindung eine aluminiumbasierte Beschichtung für Stahlbleche oder Stahlbänder, wobei die Beschichtung einen im
Schmelztauchverfahren aufgebrachten, aluminiumbasierten Überzug umfasst und wobei auf dem Überzug eine Aluminiumoxid und/oder -hydroxid enthaltene
Deckschicht angeordnet ist, welche durch anodische Oxidation hergestellt wurde, dadurch gekennzeichnet, dass der Überzug in einem Schmelzbad mit einem Si- Gehalt von 8 bis 12 Gewichts-%, einem Fe-Gehalt von 1 bis 4 Gewichts-%, Rest Aluminium hergestellt wurde.
Durch die Ausbildung einer definierten Aluminiumoxid und/oder -hydroxid enthaltenen Deckschicht auf der aluminiumbasierten Beschichtung können die vorgenannten negativen Aspekte von aluminiumbasierten Beschichtungen jedoch deutlich reduziert oder sogar ganz verhindert werden.
Die Aluminiumoxid und/oder -hydroxid enthaltenen Deckschichten wirken dabei bei der Warmumformung als Trennschicht zwischen Überzug und den keramischen
Ofenrollen. Somit wird ein Übertrag metallischen Materials auf die Ofenrollen wirksam vermieden. Weiterhin trennt die Aluminiumoxid und/oder -hydroxid enthaltene Deckschicht den mit Eisen auflegierten, aluminiumbasierten Überzug des
Stahlbandes von der metallischen Werkzeugoberfläche des Umformwerkzeugs und dient so als trennende Umformhilfe. Dies reduziert Verschweißungen und Abrasion und damit Werkzeugverschleiß und -Wartung, da die Schichten durch das
Presshärten deutlich weniger verändert und damit deutlich weniger abrasiv werden, als beim Stand der Technik. Dargestellt wird dies in den Figuren 1 a) bis d).
Dargestellt ist ein Vergleich beispielhafter, rasterelektronenmikroskopischer
Oberflächenaufnahmen eines AS-Überzugs a) unbehandelter Ausgangszustand ohne Presshärten, b) anodisierter Zustand ohne Presshärten, c) unbehandelter Zustand nach Presshärten, d) anodisierter Zustand nach Presshärten.
Eine vor der Erzeugung der Deckschicht vorgeschaltete alkalische Vorbehandlung mit sich fallweiser anschließender saurer Dekapierung beispielsweise mit Schwefelsäure oder Salpetersäure und abschließendem Spülen des mit einer aluminiumbasierten Beschichtung versehenen Stahlbleches oder Stahlbandes, entfernt dabei vorteilhaft die bereits durch atmosphärische Oxidation entstandene, willkürlich ausgebildete Schicht und schafft dadurch einen definierten Ausgangszustand für die nachfolgend erzeugte Deckschicht. Die Erzeugung von definierten, Aluminiumoxid und/oder -hydroxid enthaltenen Deckschichten auf einem Stahlband mit einem aluminiumbasierten Überzug ist jedoch großserientechnisch eine Herausforderung. Erfindungsgemäß wird die Aluminiumoxid und/oder -hydroxid enthaltene Deckschicht daher erfindungsgemäß mittels Plasmaoxidation erzeugt. Zusätzlich oder alternativ kann eine Heißwasserbehandlung bei Temperaturen von mindestens 90 °C, vorteilhaft mindestens 95 °C oder eine Behandlung in Wasserdampf bei
Temperaturen von mindestens 90 °C, vorteilhaft mindestens 95 °C erfolgen. Diese Art der Behandlung des Überzugs oder der Deckschicht wird auch Verdichtung genannt. Des Weiteren wird die Aluminiumoxid und/oder -hydroxid enthaltende Deckschicht in einem anodischen Verfahren erzeugt. Hierbei wird der Überzug in einem Schmelzbad mit einem Si-Gehalt von 8 bis 12 Gewichts-%, einem Fe-Gehalt von 1 bis 4 Gewichts- %, Rest Aluminium hergestellt. Das anodische Verfahren ist im Vergleich zu einem chemischen Oxidationsverfahren erheblich vielseitiger. Besonders vorteilhaft ist es, dieses Verfahren in einem kontinuierlichen Prozess an einem beschichteten
Stahlband durchzuführen.
Die anodische Oxidation einer Aluminium(legierungs)schicht kann sowohl im
Gleichstrom- als auch im Wechselstromverfahren durchgeführt werden.
Werden Aluminium oder Aluminiumschichten z.B. in einem Schwefelsäure- Elektrolyten anodisch behandelt, so wandern in dem sich bildenden elektrischen Feld die negativ geladenen Sulfat-Anionen der Schwefelsäure und die OH— Ionen des Wassers zur Anode. An der Anode reagieren diese mit AI3+-lonen unter Bildung von Aluminiumoxid. Die Schichtdicke ist gemäß der Faraday'schen Gesetze abhängig von der geflossenen Ladungsmenge. Dadurch wird es ermöglicht, die Dicke der
Oxidschicht definiert einzustellen, um sie so maßgeschneidert für den jeweiligen Verwendungszweck anzupassen.
Für die anodische Oxidation von Aluminium wird in der Literatur bei einem
Stromdurchgang von 1 Ah/dm2 eine Schichtdicke von etwa 20 μηη gebildet.
Als vorteilhaft haben sich in Versuchen Schichten erwiesen, die dick genug sind, um eine Trennung zwischen Ofenrolle und Überzug zu gewährleisten. Beispielhaft haben sich mittlere Schichtdicken von mindestens 0,05 μηη und höchstens 4,0 μηη als vorteilhaft erwiesen, die gleichzeitig noch eine gute Schweißbarkeit, insbesondere Punktschweißbarkeit, ermöglichen. Als besonders vorteilhaft haben sich Schichten erwiesen, die im Mittel zwischen 0,1 und 1 ,0 μηη liegen, da hier ein deutlich positiver Effekt im Hinblick auf eine
Verringerung des Werkzeugverschleißes gefunden wurde und noch keinerlei Einschränkung im Hinblick auf die Schweißeignung existiert. Für die anodische Oxidation von Aluminium und Aluminiumlegierungen kommen unterschiedliche Elektrolytsysteme in Frage (z.B. auf Basis von Borsäure,
Zitronensäure, Schwefelsäure, Oxalsäure, Chromsäure, Alkylsulfonsäuren,
Carbonsäuren, Alkalicarbonate, Alkaliphosphate, Phosphorsäure, Flusssäure). Typische Stromdichten für den Prozess liegen je nach Elektrolytsystem zwischen 1 -50 A/dm2. Da bei dem Prozess mit konstantem Strom gearbeitet wird, stellt sich eine Spannung ein. Diese liegt typischerweise in einem Bereich von 10-120 V. Die Elektrolyttemperatur beträgt ja nach Elektrolytsystem zwischen 0-65 °C. Über die Wahl der Elektrolyttemperatur kann beispielhaft die Härte der Schicht beeinflusst werden. In Elektrolyten auf Basis von Schwefelsäure oder Oxalsäure werden besonders harte Schichten bei geringen Elektrolyttemperaturen (z.B. 0-10 °C) erhalten.
Während der anodischen Oxidation bildet sich eine die gesamte Oberfläche überdeckende, nanoporöse Oxidschicht aus dicht zusammen gesetzten Oxidzellen mit hexagonalen Querschnitten. Diese Poren sind zur Elektrolytseite hin geöffnet. Der Porendurchmesser hängt von der Art des verwendeten Elektrolyten ab. Je nach lokaler, chemischer Zusammensetzung des darunter liegenden Überzugs kann sich die oxidische Schicht lokal in verschiedenen Phasen ausbilden (s. Figur 1 b). In Versuchen wurde in einem Schwefelsäure-Gleichstrom-Verfahren gezeigt, dass sich die in einem AS-Legierungsüberzug enthaltenen Phasen während der anodischen Behandlung in Bezug auf Oxidschichtdicke und Porengröße auf mikroskopischer Ebene unterschiedlich verhalten. Damit bildet sich eine von der ursprünglichen, metallischen Oberfläche unterschiedliche Mikrostruktur aus. Auf makroskopischer Ebene erfolgt die Schichtbildung sehr homogen. Figur 2 zeigt beispielhaft eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme der nanoporösen Oberflächenstruktur eines anodisierten AS-Überzugs. In die nanoporöse Schicht, die gebildet wird, können Farbstoffe (organisch oder anorganisch) oder Funktionspigmente (z.B. leitfähige, metallische Partikel, Fullerene, nanostrukturierte Partikel) eingelagert werden, mit denen Färbung und Eigenschaften der Schicht wie zum Beispiel die elektrische Leitfähigkeit, Härte, Korrosionsschutz, antibakterielle Eigenschaften, maßgeschneidert werden können.
Der sich vorteilhaft anschließende Verdichtungsschritt, auch Sealen genannt, schließt die Porenstruktur durch Kristallwasseraufnahme und verhindert z.B. eine weitere Aufnahme von Farbstoffen oder Funktionspigmenten. Die Verdichtung kann durch eine Wasserdampf- oder eine Heißwasserbehandlung erreicht werden. Als vorteilhaft haben sich hierfür Temperaturen von mindestens 90 °C, besonders vorteilhaft mindestens 95 °C, herausgestellt. Die Verdichtungszeit ist abhängig von der
Oxidschichtdicke. Hierbei wird bei zunehmender Oxidschichtdicke auch die
Verdichtungszeit erhöht. Vorteilhaft können Zusätze wie z.B. Metallsalze während der Verdichtung die Korrosionsbeständigkeit und Farbbeständigkeit verbessern.
Im Allgemeinen stört die Gegenwart von Eisen die anodische Oxidation von
Aluminium- und Aluminiumlegierungen. Deshalb muss sichergestellt werden, dass Eisen aus dem Stahlsubstrat nicht mit dem Elektrolyten in Kontakt kommt. Bei beschichteten Platinen müssen die Schnittkanten deshalb aufwändig geschützt werden (z.B. durch Flansche, Kantenmasken, Beschichtungen, Anstriche, Folien). Bei der Anodisierung von beschichtetem (unbesäumtem) Stahlband liegt kein Stahl an den Bandkanten frei, da diese beim Schmelztauchprozess mit beschichtet werden. Das vereinfacht den Prozess der anodischen Oxidation erheblich und sichert zugleich seine Stabilität.
Darüber hinaus wäre es denkbar, nur eine einseitige erfindungsgemäße
Oberflächenbehandlung der aluminiumbasierten Schicht durchzuführen, um z.B. nur einen positiven Effekt im Hinblick auf die Beständigkeit der Ofenrollen zu erzielen. Auch eine auf beiden Seiten unterschiedliche erfindungsgemäße
Oberflächenbehandlung ist vorstellbar. Bei Versuchen wurde gezeigt, dass bei Proben, die einer Wasserdampfbehandlung zum Zwecke des Verdichtens unterzogen wurden, auch ohne vorhergehende
Anodisierung oder Plasmaoxidation eine dünne Oxidschicht erzielt wurde, die erfindungsgemäß verwendet werden kann. Vorteilhaft ist der aluminiumbasierte Überzug mit besonderer Eignung zum Warmoder Kaltumformen ausgestattet.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst die Herstellung eines Stahlbleches oder Stahlbandes mit einer aluminiumbasierten Beschichtung, wobei als Beschichtung ein aluminiumbasierter Überzug im Schmelztauchverfahren auf das Stahlblech oder Stahlband aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass das beschichtete
Stahlblech oder Stahlband mit dem Überzug nach dem Schmelztauchprozess und vor dem Umformprozess des Warm- oder Kaltumformens einer Plasmaoxidation und/oder einer Heißwasserbehandlung und/oder einer Behandlung in Wasserdampf unterzogen wird, wobei auf der Oberfläche des Überzugs unter Ausbildung von Oxiden oder Hydroxiden eine Aluminiumoxid und/oder -hydroxid enthaltene Deckschicht ausgebildet wird. Hierbei kann vorteilhafter Weise der Überzug in einem Schmelzbad mit einem Si-Gehalt von 8 bis 12 Gewichts-%, einem Fe-Gehalt von 1 bis 4 Gewichts- %, Rest Aluminium hergestellt werden.
Vorteilhaft erfolgt die optionale Heißwasserbehandlung oder die Behandlung unter Wasserdampf bei Temperaturen von wenigstens 90 °C, besonders vorteilhaft wenigstens 95 °C. Ein weiteres erfindungsgemäßes Verfahren umfasst die Herstellung eines
Stahlbleches oder Stahlbandes mit einer aluminiumbasierten Beschichtung, wobei als Beschichtung ein aluminiumbasierter Überzug im Schmelztauchverfahren auf das Stahlblech oder Stahlband aufgebracht wird, wobei das Stahlblech oder Stahlband mit dem Überzug nach dem Schmelztauchprozess und vor dem Umformprozess einer anodischen Oxidation unterzogen wird, wobei auf der Oberfläche des Überzugs unter Ausbildung von Oxiden oder Hydroxiden eine Aluminiumoxid und/oder -hydroxid enthaltene Deckschicht ausgebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Überzug in einem Schmelzbad mit einem Si-Gehalt von 8 bis 12 Gewichts-%, einem Fe-Gehalt von 1 bis 4 Gewichts-%, Rest Aluminium hergestellt wird. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Deckschicht in einem kontinuierlichen Prozess auf die Oberfläche des Überzugs aufgebracht.
Die erfindungsgemäße anodische Oxidation erfolgt vorteilhaft in einem Medium auf Basis von Borsäure, Zitronensäure, Schwefelsäure, Oxalsäure, Chromsäure,
Alkylsulfonsäuren, Carbonsäuren, Alkalicarbonate, Alkaliphosphate, Phosphorsäure oder Flusssäure.
Als vorteilhafte Verfahrensparameter für die Anodisierung haben sich Stromdichten zwischen 1 -50 A dm2, eine Spannung von 10-120 V und eine Elektrolyttemperatur zwischen 0-65 °C herausgestellt.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass nach dem Schritt der Anodisierung und/oder Plasmaoxidation der Beschichtung und vor einer Verdichtung des Überzugs durch Heißwasserbehandlung und/oder einer Behandlung in Wasserdampf, in die Deckschicht der Beschichtung Farbpigmente und/oder die Funktion der Deckschicht beeinflussende Pigmente eingebracht werden. Hierdurch ist eine freie Farbgestaltung der Oberfläche des beschichteten Stahlblechs oder des Stahlbandes möglich oder es können die funktionalen Eigenschaften der
Beschichtung im Hinblick auf die gestellten Anforderungen wie oben beschrieben gezielt eingestellt werden.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellte aluminiumbasierte Überzug mit besonderer Eignung zum Warm- oder Kaltumformen ausgestattet.
Für das Presshärten von Bauteilen aus den erfindungsgemäßen mit einer
aluminiumbasierten Beschichtung versehenen Stahlblechen oder Stahlbändern wird ein Verfahren bereitgestellt, dadurch gekennzeichnet, dass die Stahlbleche oder Stahlbänder mit dem Ziel einer Härtung zumindest bereichsweise auf eine
Temperatur über Ac3 erhitzt werden, anschließend bei dieser Temperatur umgeformt und danach mit einer Geschwindigkeit abgekühlt werden, die zumindest
bereichsweise oberhalb der kritischen Abkühlgeschwindigkeit liegt, wobei die aluminiumbasierte Beschichtung ein im Schmelztauchverfahren aufgebrachter Überzug ist, wobei die Beschichtung nach dem Schmelztauchprozess und vor der Erwärmung auf Umformtemperatur einer Behandlung unter anodisierenden
Bedingungen und/oder Plasmaoxidation und/oder einer Heißwasserbehandlung und/oder einer Behandlung in Wasserdampf unterzogen wird, bei der die
Beschichtung an der Oberfläche unter Ausbildung von Oxiden oder Hydroxiden oxidiert und der Überzug in einem Schmelzbad mit einem Si-Gehalt von 8 bis 12 Gewichts-%, einem Fe-Gehalt von 1 bis 4 Gewichts-%, Rest Aluminium hergestellt wird.
Des Weiteren umfasst die Erfindung ein pressgehärtetes Bauteil aus den
erfindungsgemäßen mit einer aluminiumbasierten Beschichtung versehenen
Stahlblechen oder Stahlbändern, hergestellt nach dem zuvor beschriebenen
Verfahren.
Während der Untersuchungen haben sich weitere, auch für kaltumgeformte Bauteile, oder die Kaltumformung selbst betreffende, vorteilhafte Eigenschaften herausgestellt: a) Die erfindungsgemäße Aluminiumoxid und/oder -hydroxid enthaltene Deckschicht trennt den metallischen, aluminiumbasierten Überzug des Stahlbandes von der metallischen Werkzeugoberfläche des Umformwerkzeugs und dient so als trennende Umformhilfe. Dies reduziert Verschweißungen und erweitert den Umformbereich durch Absenkung des Reibwiderstandes und Vermeidung des sogenannten Stick-Slip Effektes. Dieses Problem tritt insbesondere bei langsamen Umformgeschwindigkeiten und sehr hochfesten Werkstoffen auf und kann das Prozessfenster stark begrenzen. Durch die erfindungsgemäße Schicht wird das Prozessfenster erheblich zu kleineren Geschwindigkeiten und höheren Umformkräften geöffnet und damit der
Umformprozess wesentlich robuster. Weiterhin kommt dem Umformprozess zugute, dass aufgrund der lateral heterogenen Ausbildung der Aluminiumoxid und/oder - hydroxid enthaltene Deckschicht kein flächiger, sondern ein reduzierter Kontakt zwischen Werkstück und Werkzeug zustande kommt. b) Gleichzeitig kann die porige Oberfläche der erfindungsgemäßen Aluminiumoxid und/oder -hydroxid enthaltenen Deckschicht das Ölaufnahmevermögen der
Oberfläche vergrößern und den Effekt der Ölverschiebung stark reduzieren.
Stahlcoils, das heißt, zu Rollen aufgewickelte Stahlbänder, werden bereits beim Hersteller geölt, damit zum einen ein Korrosionsschutz vor der Verarbeitung beim Kunden gewährleistet ist, und zum anderen eine Vorbeölung für nachfolgende Umformprozesse gegeben ist. Bei einer längeren Zwischenlagerung und erhöhten Temperaturen kann dieses Öl aus den Coilwindungen heraus laufen. Damit fehlt es auf der Blechoberfläche, was zur Notwendigkeit einer aufwändigen Nachbeölung führt. Mit der erfindungsgemäß ausgebildeten Deckschicht kann dies verhindert werden. c) Die größere Härte der erfindungsgemäßen Aluminiumoxid und/oder -hydroxid enthaltenen Deckschicht von bis zu 350HV 0,025 gegenüber dem metallischen Überzug ermöglicht die Verwendung dieses Systems für Anwendungen, bei denen es auf glatte, rollwiderstandminimierte Oberflächen ankommt, wie Lagerflächen, Laufbuchsen oder Auszüge von z.B. Schubladen. Auch hier besteht bei metallischen Überzügen die Gefahr der Kaltverschweißung und damit des Aufbaus von Material auf Lageroberflächen, das die Funktion eines Gleit- oder Wälzlagers erheblich beeinflusst. d) Die erfindungsgemäße Aluminiumoxid und/oder -hydroxid enthaltene Deckschicht erzeugt unter korrosiver Belastung eine Barrierewirkung, die den metallischen Korrosionsüberzug selbst schützt. Metallische Überzüge schützen das Stahlfeinblech durch a) Abdeckung und b) kathodischen Korrosionsschutz bei Verletzung der
Oberfläche. In Verbindung mit einer weiteren Barriereschicht (z.B. Lack) spricht man von sogenannten Duplexschichtsystemen. Lacke besitzen zwar eine hohe
Dampfsperre gegenüber Wasser, sind jedoch i.d.R. nicht sehr abriebfest. Die erfindungsgemäße Aluminiumoxid und/oder -hydroxid enthaltene Deckschicht löst dieses Problem durch Kombination einer Barrierewirkung mit einer hohen
Abriebfestigkeit. Weiterhin sind die erfindungsgemäßen Schichten deutlich temperaturbeständiger, als alle bekannten Lacke und ermöglichen so den Einsatz in korrosiven Umgebungen auch bei erhöhter Temperatur. e) Darüber hinaus wird Oxidwachstum bei hohen Temperaturen sehr stark reduziert, da der zum Wachstum einer Oxidschicht notwendige lonenaustausch durch die Oberfläche aufgrund der atomar kompakten Ausbildung der Schicht unterbunden wird. Ebenso wird ein Abdampfen des Überzuges effizient unterbunden. f) Ein weiterer Vorteil gegenüber einer rein metallischen Oberfläche besteht in der erhöhten Beständigkeit gegenüber sauren und insbesondere alkalischen Medien. Hier wirkt die erfindungsgemäße Aluminiumoxid und/oder -hydroxid enthaltene
Deckschicht wie eine Trennschicht, die vor der beizenden Wirkung dieser Medien schützt. g) Gleichzeitig ist die erfindungsgemäße Deckschicht auch ohne vorhergehende Phosphatierung sehr gut lackierbar, da sie aufgrund ihrer anorganischen Natur eine ideale chemische und aufgrund der großen Oberfläche (bei Entfall des
Verdichtungsschrittes) sehr gute physikalische Vernetzung ermöglichen. h) Die erfindungsgemäße Aluminiumoxid und/oder -hydroxid enthaltene Deckschicht erhöht den elektrischen Widerstand der Oberfläche effizient, so dass je nach
Schichtdicke (auch über 20 μηη) elektrische Durchschlagsspannungen von bis zu 2 kV ohne Schutzlack erzielt werden. i) Aufgrund der Porosität der Aluminiumoxid und/oder -hydroxid enthaltenen
Deckschichten besteht vor dem Verdichtungsprozess die Möglichkeit, Pigmente einzubetten. Im Bereich dekorativer Eloxalschichten auf Aluminiumbauteilen sind bunt eingefärbte Aluminiumoberflächen bekannt und stark verbreitet. Neben
Farbinformationen können mittels solcher Pigmente aber auch andere, technische Eigenschaften maßgeschneidert werden, wie z.B. elektrische Leitfähigkeit oder antibakterielle Wirkung.
Nachfolgend werden einige mögliche Prozessrouten für die Herstellung von aluminiumbasierten Stahlblechen oder Stahlbändern für den Warm- oder
Kaltumformprozess beschrieben. Diese ergeben sich aus dem allgemeinen
Prozessschema gemäß Figur 3.
Beispielprozess I:
A) Schmelztauchveredlung (aluminiumbasierter Überzug)
B) Anodisierung
1. Alkalische Vorbehandlung (mit / ohne Tensiden)
2. Saure Dekapierung (z.B. Schwefelsäure, Salpetersäure...)
3. Spülen
4. Anodisierungsprozess 5. Spülen
6. Färben / Applikation von Funktionspigmenten
7. Spülen
8. Thermische Wasser- / Wasserdampfbehandlungsprozess (Verdichtungsprozess)
9. Trocknen
C) Warmumformprozess Beispielprozess II:
A) Schmelztauchveredlung (aluminiumbasierter Überzug)
B) Anodisierung
1. Alkalische Vorbehandlung (mit / ohne Tensiden)
2. Saure Dekapierung (z.B. Schwefelsäure, Salpetersäure...)
3. Spülen
4. Anodisierungsprozess
5. Spülen
6. Färben / Applikation von Funktionspigmenten
7. Spülen
8. Thermische Wasser- / Wasserdampfbehandlungsprozess (Verdichtungsprozess)
9. Trocknen
C) Kaltumformprozess
Beispielprozess III:
A) Schmelztauchveredlung (aluminiumbasierter Überzug)
B) Plasmaoxidation
1. Alkalische Vorbehandlung (mit / ohne Tensiden)
2. Saure Dekapierung (z.B. Schwefelsäure, Salpetersäure...)
3. Spülen
4. Trocknen
5. Plasmaätzen
6. Plasmaoxidationsprozess
C) Warmumformprozess oder Kaltumformprozess
Beispielprozess IV:
A) Schmelztauchveredlung (aluminiumbasierter Überzug)
B) Thermische Wasser- / Wasserdampfbehandlung 1. Alkalische Vorbehandlung (mit / ohne Tensiden)
2. Saure Dekapierung (z.B. Schwefelsäure, Salpetersäure...)
3. Spülen
4. Thermischer Wasser- / Wasserdampfbehandlungsprozess
5. Trocknen
C) Warmumformprozess oder Kaltumformprozess

Claims

Patentansprüche
1 . Aluminiumbasierte Beschichtung für Stahlbleche oder Stahlbänder, wobei die Beschichtung einen im Schmelztauchverfahren aufgebrachten, aluminiumbasierten Überzug umfasst, wobei auf dem Überzug eine Aluminiumoxid und/oder -hydroxid enthaltene Deckschicht angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die
Deckschicht durch eine Plasmaoxidation und/oder eine Heißwasserbehandlung bei Temperaturen von mindestens 90 °C, vorteilhaft mindestens 95 °C, und/oder eine Behandlung in Wasserdampf bei Temperaturen von mindestens 90 °C, vorteilhaft mindestens 95 °C, hergestellt wurde.
2. Aluminiumbasierte Beschichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Überzug in einem Schmelzbad mit einem Si-Gehalt von 8 bis 12 Gewichts-%, einem Fe-Gehalt von 1 bis 4 Gewichts-%, Rest Aluminium hergestellt wurde.
3. Aluminiumbasierte Beschichtung für Stahlbleche oder Stahlbänder, wobei die Beschichtung einen im Schmelztauchverfahren aufgebrachten, aluminiumbasierten Überzug umfasst und wobei auf dem Überzug eine Aluminiumoxid und/oder -hydroxid enthaltene Deckschicht angeordnet ist, welche durch anodische Oxidation hergestellt wurde, dadurch gekennzeichnet, dass der Überzug in einem Schmelzbad mit einem Si-Gehalt von 8 bis 12 Gewichts-%, einem Fe-Gehalt von 1 bis 4 Gewichts-%, Rest Aluminium hergestellt wurde.
4. Aluminiumbasierte Beschichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Schichtdicke der Deckschicht kleiner als 4 μηη und größer als 0,05 μηη ist.
5. Aluminiumbasierte Beschichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Schichtdicke der Deckschicht kleiner als 1 ,0 μηη und größer als 0,1 μηη ist.
6. Aluminiumbasierte Beschichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in der Deckschicht Färb- und/oder Funktionspigmente eingelagert sind.
7. Aluminiumbasierte Beschichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in die Deckschicht, die elektrische Leitfähigkeit und/oder die bakteriellen
Eigenschaften beeinflussende Pigmente eingelagert sind.
8. Aluminiumbasierte Beschichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der aluminiumbasierte Überzug mit besonderer Eignung zum Warm- oder Kaltumformen ausgestattet ist.
9. Verfahren zur Herstellung eines Stahlbleches oder Stahlbandes mit einer aluminiumbasierten Beschichtung, wobei als Beschichtung ein aluminiumbasierter Überzug im Schmelztauchverfahren auf das Stahlblech oder Stahlband aufgebracht wird, wobei das Stahlblech oder Stahlband mit dem Überzug nach dem
Schmelztauchprozess und vor dem Umformprozess einer Plasmaoxidation und/oder einer Heißwasserbehandlung und/oder einer Behandlung in Wasserdampf unterzogen wird, wobei auf der Oberfläche des Überzugs unter Ausbildung von Oxiden oder Hydroxiden eine Aluminiumoxid und/oder -hydroxid enthaltene Deckschicht ausgebildet wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Überzug in einem Schmelzbad mit einem Si-Gehalt von 8 bis 12 Gewichts-%, einem Fe-Gehalt von 1 bis 4 Gewichts-%, Rest Aluminium hergestellt wird.
1 1 . Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die
Heißwasserbehandlung oder die Behandlung unter Wasserdampf bei Temperaturen von wenigstens 90 °C, vorteilhaft wenigstens 95 °C, erfolgt.
12. Verfahren zur Herstellung eines Stahlbleches oder Stahlbandes mit einer aluminiumbasierten Beschichtung, wobei als Beschichtung ein aluminiumbasierter Überzug im Schmelztauchverfahren auf das Stahlblech oder Stahlband aufgebracht wird, wobei das Stahlblech oder Stahlband mit dem Überzug nach dem
Schmelztauchprozess und vor dem Umformprozess einer anodischen Oxidation unterzogen wird, wobei auf der Oberfläche des Überzugs unter Ausbildung von Oxiden oder Hydroxiden eine Aluminiumoxid und/oder -hydroxid enthaltene
Deckschicht ausgebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Überzug in einem Schmelzbad mit einem Si-Gehalt von 8 bis 12 Gewichts-%, einem Fe-Gehalt von 1 bis 4 Gewichts-%, Rest Aluminium hergestellt wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckschicht in einem kontinuierlichen Prozess auf die Oberfläche des Überzugs aufgebracht wird.
14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die anodische Oxidation in einem Medium auf Basis von Borsäure, Zitronensäure, Schwefelsäure, Oxalsäure, Chromsäure, Alkylsulfonsäuren, Carbonsäuren, Alkalicarbonate,
Alkaliphosphate, Phosphorsäure, Flusssäure erfolgt.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Anodisierung bei Stromdichten zwischen 1 -50 A dm2 und einer Spannung von 10- 120 V und einer Elektrolyttemperatur zwischen 0-65 °C erfolgt.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Schritt der Anodisierung und/oder Plasmaoxidation des Überzugs und vor einer Heißwasserbehandlung und/oder einer Behandlung in Wasserdampf, in die Deckschicht Farbpigmente und/oder die Funktion der Deckschicht beeinflussende Pigmente eingebracht werden.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass als
funktionsbeeinflussende Pigmente, die elektrische Leitfähigkeit und/oder die bakteriellen Eigenschaften der Deckschicht beeinflussende Elemente eingebracht werden.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass als
funktionsbeeinflussende Pigmente leitfähige, metallische Partikel, Fullerene, nanostrukturierte Partikel eingebracht werden.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der aluminiumbasierte Überzug mit besonderer Eignung zum Warm- oder Kaltumformen ausgestattet ist.
20. Verfahren zur Herstellung von pressgehärteten Bauteilen aus Stahlblechen oder Stahlbändern mit einer aluminiumbasierten Beschichtung, hergestellt nach einem der Ansprüche 9 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Stahlbleche oder Stahlbänder mit dem Ziel einer Härtung zumindest bereichsweise auf eine Temperatur über Ac3 erhitzt werden, anschließend bei dieser Temperatur umgeformt und danach mit einer Geschwindigkeit abgekühlt werden, die zumindest bereichsweise oberhalb der kritischen Abkühlgeschwindigkeit liegt.
21 . Pressgehärtetes Bauteil aus Stahlblechen oder Stahlbändern mit einer aluminiumbasierten Beschichtung, hergestellt nach einem Verfahren gemäß Anspruch
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