EP4605569A1 - Verfahren zum herstellen einer aluminiumlegierung und bauteil - Google Patents
Verfahren zum herstellen einer aluminiumlegierung und bauteilInfo
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- EP4605569A1 EP4605569A1 EP23777262.9A EP23777262A EP4605569A1 EP 4605569 A1 EP4605569 A1 EP 4605569A1 EP 23777262 A EP23777262 A EP 23777262A EP 4605569 A1 EP4605569 A1 EP 4605569A1
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- EP
- European Patent Office
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- starting material
- aluminum
- alloy
- additive
- aluminum alloy
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C1/00—Making non-ferrous alloys
- C22C1/02—Making non-ferrous alloys by melting
- C22C1/026—Alloys based on aluminium
Definitions
- the invention relates to a method for producing an aluminum alloy, in which a starting material containing predominantly aluminum is analyzed for the presence of at least one other metal. At least one additive is added to the starting material. Furthermore, the invention relates to a component produced by means of such a method.
- Aluminum alloys are used, for example, in motor vehicle construction to produce components such as die-cast components, which often have very high demands with regard to mechanical properties and corrosion resistance. In particular, a high proportion of copper, iron and zinc in the aluminum alloys used for production can cause problems with regard to the aforementioned desirable properties of the component.
- DE 440763 C describes that iron in aluminum forms a compound with the formula FeAl 3 , which crystallizes in long needles and makes the alloy brittle.
- DE 440763 C therefore proposes alloying iron-containing aluminum with cerium in such quantities that the iron present is completely converted with the cerium to form the compound CeFe. This is intended to ensure that the harmful crystal type FeAl3 disappears from the alloy and instead the compound CeFe is formed in small crystals.
- AT 412726 B describes that it is advantageous to limit iron, zinc and copper to certain maximum values in an aluminum alloy. However, it cannot always be avoided that an alloy intended for the production of a component that has to meet high requirements contains components that have an adverse effect on the properties of the component.
- Aluminum scrap is used as the starting material for producing the aluminum alloy.
- Aluminum alloys made from aluminum scrap and thus recycled are also called secondary alloys.
- non-recycled aluminum alloys are also called primary alloys or primary aluminum alloys.
- Primary alloys can be tailored precisely to meet specific requirements in terms of their composition. However, in terms of sustainability and climate protection, it is advantageous to use aluminum secondary alloys. This is because, compared to primary aluminum alloys, carbon dioxide savings in the range of around 5 to 17 tonnes of CO2 per tonne of aluminum alloy can be achieved if a recycled secondary alloy is used to produce a component instead of the primary aluminum alloy.
- the object of the present invention is to provide a method of the type mentioned at the outset, by means of which at least one property of the aluminum alloy to be produced can be improved particularly easily, and to provide a component produced by such a method.
- This object is achieved by a method with the features of patent claim 1 and by a component with the features of patent claim 10.
- Advantageous embodiments with expedient further developments of the invention are specified in the dependent patent claims.
- a starting material containing predominantly or predominantly aluminum is analyzed for the presence of at least one other metal.
- At least one additive is added to the starting material.
- a copper content is determined in the starting material.
- cerium (Ce) and/or lanthanum (La) are added to the starting material as the at least one additive in an amount such that the aluminum alloy obtained after adding the at least one additive has a mass ratio of copper to cerium and/or lanthanum of about 0.5 to about 6.
- Copper does increase the strength of an aluminum alloy through hardening and the formation of an Al2Cu phase or a Q phase, i.e. a phase containing aluminum, copper and other elements.
- copper has a positive electrochemical potential in the order of about + 0.52 volts.
- Al2Cu phase leads to a corrosive removal of the less noble aluminum matrix and, as a result, to corrosion of the component if it is made from a correspondingly copper-containing starting material. Due to their electrochemical potential, aluminum phases containing copper therefore worsen the resistance to corrosion of a component made from the starting material.
- One reason for this is the positive electrochemical potential of copper, while aluminum has a negative electrochemical potential of around -1.66 volts.
- the electrochemical potential of a copper-aluminum mixed phase such as Al2Cu is therefore higher than the electrochemical potential of an aluminum matrix in the form of a mixed crystal, which contains aluminum with trace amounts of impurities.
- cerium and lanthanum are even less noble than aluminum.
- cerium and lanthanum are able to form intermetallic phases with aluminum and copper.
- Such AlCu(Ce,La) phases have an electrochemical potential that is at least very close to the electrochemical potential of aluminum when the mass ratio of copper to cerium and/or lanthanum is appropriate, i.e. when the mass ratio can be expressed as the quotient Cu/(Ce + La).
- the additive in the form of cerium and/or lanthanum in such an amount that the mass ratio of copper to cerium and/or lanthanum in the aluminum alloy obtained after adding cerium and/or lanthanum is from about 0.5 to about 6, it can be achieved that the electrochemical potential of the AlCu(Ce,La) phase formed is approximately -1.66 volts and thus in the range of the electrochemical potential of pure aluminum. If the AlCu(Ce,La) phase is comparatively rich in cerium and/or lanthanum, the mass ratio Cu / (Ce + La) is in the range of up to about 0.5.
- the mass ratio Cu / (Ce + La) is in the range of up to about 6.
- the melt cools down more quickly in die casting than in a permanent mold casting process.
- the stoichiometric composition of the AlCu(Ce,La) phase therefore depends on the solidification rate and therefore in particular on the casting process and the respective casting parameters. It was found that with all of these AlCu(Ce,La) phases, which have mass ratios in the range of about 0.5 to about 6, it is possible to achieve a component made from the resulting aluminum alloy that is particularly resistant to corrosion. By adding cerium and/or lanthanum in the correct ratio, it is possible to balance the electrochemically positive potential of copper with the comparatively strongly negative electrochemical potential of cerium and/or lanthanum in such a way that the intermetallic phase formed, which contains aluminum, copper, cerium and/or lanthanum, essentially has the electrochemical potential of pure aluminum.
- the amount of copper contained in the starting material is bound at least almost completely in the AlCu(Ce,La) phases.
- the formation of AlCu phases can be prevented, which would be unfavorable with regard to the susceptibility to corrosion of the component made from the aluminum alloy.
- the formation of the corrosion-damaging AlCu phase in the component produced can be avoided.
- cerium and/or lanthanum in the amount described above, which takes into account the copper content in the starting material, the corrosion resistance of the component that can be made from the aluminum alloy can be improved in particular. Consequently, this property of the aluminum alloy to be produced is improved in a simple manner.
- the binding of copper by incorporation into the phase containing aluminum and copper as well as cerium and/or lanthanum also advantageously ensures that any zinc (Zn) present in the starting material does not lead to an increase in the susceptibility to corrosion of the component to be made from the resulting aluminum alloy.
- the formation of an AlCuZn phase in particular can lead to a high susceptibility to corrosion of the component containing the AlCuZn phase.
- the formation of the AlCuZn phase is advantageously prevented if the copper present in the starting material is at least largely, in particular completely, incorporated into the AlCu(Ce,La) phase.
- the setting of the copper in the AlCu(Ce,La) phase or the incorporation of the copper into this phase advantageously prevents a high zinc content of the starting material from leading to unfavorable corrosion properties of the component to be manufactured from the aluminum alloy.
- the at least one additive is added to a melt of the starting material.
- the phase which contains Al and Cu as well as cerium and/or lanthanum forms during the cooling of the melt before any formation of Al-Cu phases which would reduce the corrosion resistance of the component made from the aluminum alloy. It is therefore advantageous to introduce the at least one additive in the form of cerium and/or lanthanum into the melt of the starting material.
- an iron content is determined in the starting material, wherein manganese (Mn) and/or molybdenum (Mo) and/or chromium (Cr) and/or tungsten (W) and/or vanadium (V) is added to the starting material as the at least one additive in an amount such that the aluminum alloy obtained after adding the at least one additive has a mass ratio of iron to manganese and/or molybdenum and/or chromium and/or tungsten and/or vanadium of about 0.5 to about 20.
- Mn manganese
- Mo molybdenum
- Cr chromium
- W tungsten
- V vanadium
- ⁇ -phases which contain manganese and/or molybdenum and/or chromium and/or tungsten and/or vanadium in addition to iron and aluminum, ensure a more favorable morphology of the phase containing these additives. In particular, the formation of large, needle-shaped or needle-like iron-containing phases is prevented. This leads to an improvement in the mechanical properties of the component to be manufactured from the resulting aluminum alloy.
- a starting alloy containing silicon (Si) is used as the starting material.
- silicon-containing aluminum alloys are preferably used to produce body components, in particular thin-walled body components, for a motor vehicle, for example in a die-casting process. Accordingly, it is advantageous if the starting material already contains silicon in addition to the aluminum.
- a starting alloy is used as the starting material, which is obtained by melting components made from a respective aluminum alloy. The starting alloy can thus be a so-called recycled secondary alloy or recycled aluminum secondary alloy can be used.
- the preferred use of primary alloys applies in particular to body components 16 in the form of die-cast components containing silicon and aluminum, for example in the form of thin-walled body components 16 with wall thicknesses in the range of about 1 mm to about 6 mm.
- the reason for this is the often increased proportion of copper, iron and zinc in recycled secondary alloys, as used here, for example, in the form of the starting material 10 (see Fig. 1).
- higher contents of copper and iron can lead to problems in the starting material 10.
- pure-sorted aluminum scrap means increased costs compared to regular (i.e. not laboriously sorted) recycled aluminum secondary alloys.
- the starting material 10 is shown schematically in Fig.1 as a melt held in a container 20.
- a copper and iron content is determined in the present case, preferably in percent by weight.
- an analysis device 22 shown schematically in Fig.1 can be used for this purpose, which can be designed as a mass spectrometer or the like.
- an alloy 24 is added to the starting material 10, which is shown schematically in Fig.2 and which contains at least one additive.
- the alloy 24 can also be referred to as a repair alloy, since the additives contained in the alloy 24 ensure that properties of the aluminum alloy 12 obtained as a result of the supply or addition of the at least one additive (see Fig.3) or of the component to be manufactured from the aluminum alloy 12 (see Fig.4) are improved.
- the alloy additive in the form of the alloy 24 shown schematically in Fig.2 can be used in a similar way to a tablet and can be added to the melt of the starting material 10, as is illustrated in Fig.2 by an arrow 26.
- the alloy 24 contains the additives in respective amounts which lead to both the mechanical properties and the corrosion properties of the component produced from the resulting aluminum alloy 12 (see Fig. 3), in particular the body component 16 (see Fig. 4), being improved.
- the corresponding process sequence can be as follows.
- the starting alloy or the starting material 10 obtained by melting the aluminum scrap or the components 14 is analyzed with regard to its copper and iron content.
- the alloy 24 or repair alloy is then added to the melt of the starting material 10 in a ratio which takes into account the copper content in the starting material 10 on the one hand and the iron content in the starting material 10 on the other.
- the alloy 24 therefore preferably has a composition which takes into account both the copper content and the iron content in the starting material 10.
- the starting material 10 contains iron, manganese (Mn) and/or molybdenum (Mo) and/or chromium (Cr) and/or tungsten (W) and/or vanadium (V) is additionally added to the alloy 24 in a magnitude of preferably about 0.5 percent by weight to about 20 percent by weight.
- the alloy 24 in the present case contains aluminum as the remainder other than the at least one additive. The presence of manganese and/or molybdenum and/or chromium and/or tungsten and/or vanadium in the alloy 24 ensures that in the aluminum alloy 12 obtained after the addition of at least one of these additives (see Fig.
- a mass ratio of iron to manganese and/or molybdenum and/or chromium and/or tungsten and/or vanadium is established which is in the range from 0.5 to 20, in particular in the range from 1 to 15, preferably in the range from 2 to 10.
- the provision of the additives in the form of manganese and/or molybdenum and/or chromium and/or tungsten and/or vanadium in the alloy 24 prevents the formation of needle-shaped iron phases in the component formed from the resulting aluminum alloy 12, in particular body component 16. The formation of such needle-shaped or needle-like iron phases would lead to unfavorable mechanical properties of the component produced, which are expressed in particular in a low ductility of the component. This is prevented here.
- the component made of the aluminum alloy 12, in particular the one shown in Fig.4 also has improved properties with regard to high ductility.
- the aluminum alloy 12 which is obtainable by adding the alloy 24 to the starting material 10 (see Fig. 2), components, in particular body components 16, can therefore be produced by casting, in particular by die casting, which are able to meet very high requirements in terms of corrosion resistance and ductility.
- the process described here for producing the aluminum alloy 12 is based on the knowledge that aluminum-containing secondary alloys have so far only been used in a very limited range of applications due to the often increased iron, copper and zinc content. One reason for this is that increased copper and zinc contents in the starting material significantly reduce the corrosion resistance of the available components.
- alloy 24 makes it possible, in an advantageous and surprising way, to use regular, recycled secondary alloys in the form of the starting material 10 for producing components such as the thin-walled body component 16 shown here as an example.
- the properties of the starting material 10 can be significantly improved by adding alloy 24.
- alloy 24 or repair alloy for aluminum-containing secondary alloys it is therefore possible to achieve high corrosion resistance and good mechanical properties of the components to be produced, in particular body components 16, with the mixing ratios explained above. Accordingly, secondary alloys can be used as the starting material 10 even for components that have to meet high requirements in this regard. This enables secondary alloys to be used in a significantly larger or broader range of applications without any significant additional effort.
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Aluminiumlegierung, insbesondere zur Verwendung für ein dünnwandiges Karosseriebauteil eines Kraftfahrzeugs, bei welchem ein überwiegend Aluminium enthaltendes Ausgangsmaterial (10) auf ein Vorhandensein wenigstens eines weiteren Metalls hin analysiert wird. Dem Ausgangsmaterial (10) wird wenigstens ein Zusatzstoff zugeführt, und in dem Ausgangsmaterial (10) wird ein Gehalt an Kupfer bestimmt. Dem Ausgangsmaterial (10) wird als der wenigstens eine Zusatzstoff Cer und/oder Lanthan in einer Menge zugeführt, dass in der nach dem Zuführen des wenigstens einen Zusatzstoffs erhaltenen Aluminiumlegierung ein Massenverhältnis von Kupfer zu Cer und/oder Lanthan von etwa 0,5 bis etwa 6 vorliegt. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein durch ein solches Verfahren hergestelltes Bauteil.
Description
AUDI AG P22379 __________________________________________________________ Verfahren zum Herstellen einer Aluminiumlegierung und Bauteil __________________________________________________________ BESCHREIBUNG: Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Aluminiumlegierung, bei welchem ein überwiegend Aluminium enthaltendes Ausgangsmaterial auf ein Vorhandensein wenigstens eines weiteren Metalls hin analysiert wird. Dem Ausgangsmaterial wird wenigstens ein Zusatzstoff zugeführt. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein mittels eines solchen Verfahrens hergestelltes Bauteil. Aluminiumlegierungen werden etwa im Kraftfahrzeugbau verwendet, um Bauteile wie beispielsweise Druckgussbauteile herzustellen, an welche oft sehr hohe Anforderungen im Hinblick auf die mechanischen Eigenschaften und die Korrosionsresistenz gestellt werden. Insbesondere ein hoher Anteil an Kupfer, Eisen und Zink in für die Herstellung verwendeten Aluminiumlegierungen kann Probleme im Hinblick auf die vorstehend genannten, wünschenswerten Eigenschaften des Bauteils mit sich bringen. Beispielsweise beschreibt die DE 440763 C, dass Eisen im Aluminium eine Verbindung mit der Formel FeAl3 bildet, welche in langen Nadeln kristallisiert und die Legierung spröde macht. Daher schlägt die DE 440763 C vor, zu eisenhaltigem Aluminium beispielsweise Cer in solchen Mengen zu legieren, dass sich das vorhandene Eisen mit dem Cer ganz zu der Verbindung CeFe umsetzt. So soll erreicht werden, dass aus der Legierung die schädliche Kristallart FeAl3 verschwindet und stattdessen die Verbindung CeFe in kleinen Kriställchen entsteht.
Die AT 412726 B beschreibt, dass es vorteilhaft ist, in einer Aluminiumlegierung Eisen, Zink und Kupfer auf bestimmte Höchstwerte zu begrenzen. Es lässt sich allerdings nicht immer vermeiden, dass eine zur Herstellung eines hohe Anforderungen zu erfüllenden Bauteils vorgesehene Legierung Bestandteile enthält, welche sich ungünstig auf die Eigenschaften des Bauteils auswirken. Dies gilt insbesondere, wenn als Ausgangsmaterial zur Herstellung der Aluminiumlegierung Aluminiumschrott verwendet wird. Aus Aluminiumschrott hergestellte und somit recycelte Aluminiumlegierungen werden auch als Sekundärlegierungen bezeichnet. Demgegenüber werden nicht recycelte Aluminiumlegierungen auch als Primärlegierungen oder Primäraluminium-Legierungen bezeichnet. Primärlegierungen können im Hinblick auf die Zusammensetzung genau auf die Erfüllung jeweiliger Anforderungen zugeschnitten werden. Im Hinblick auf die Nachhaltigkeit und den Klimaschutz ist es jedoch vorteilhaft, Aluminium-Sekundärlegierungen zu verwenden. Denn im Vergleich zur Primäraluminium-Legierung kann eine Kohlendioxid- Einsparung im Bereich von etwa 5 Tonnen bis 17 Tonnen CO2 pro Tonne Aluminiumlegierung erreicht werden, wenn anstelle der Primäraluminium- Legierung eine recycelte Sekundärlegierung zur Herstellung eines Bauteils verwendet wird. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, mittels welchem sich wenigstens eine Eigenschaft der herzustellenden Aluminiumlegierung besonders einfach verbessern lässt, und ein durch ein solches Verfahren hergestelltes Bauteil anzugeben. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch ein Bauteil mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen einer Aluminiumlegierung wird ein überwiegend oder vorwiegend Aluminium enthaltendes Ausgangsmaterial auf ein Vorhandensein wenigstens eines weiteren Metalls hin analysiert. Dem Ausgangsmaterial wird wenigstens ein Zusatzstoff zugeführt. Vorliegend wird in dem Ausgangsmaterial ein Gehalt an Kupfer bestimmt. Dann wird dem Ausgangsmaterial als der wenigstens eine Zusatzstoff Cer (Ce) und/oder Lanthan (La) in einer Menge zugeführt, dass in der nach dem Zuführen des wenigstens einen Zusatzstoffs erhaltenen Aluminiumlegierung ein Massenverhältnis von Kupfer zu Cer und/oder Lanthan von etwa 0,5 bis etwa 6 vorliegt. Kupfer wirkt in einer Aluminiumlegierung zwar festigkeitssteigernd durch Aushärtung und die Bildung einer Al2Cu-Phase oder einer Q-Phase, also einer Aluminium, Kupfer sowie anderer Elemente enthaltenden Phase. Jedoch hat Kupfer im Gegensatz zu Aluminium ein positives elektrochemisches Potential in der Größenordnung von etwa + 0,52 Volt. Die Ausbildung etwa der Al2Cu-Phase führt daher zu einem korrosiven Abtrag der unedleren Aluminiummatrix und in der Folge zur Korrosion des Bauteils, wenn dieses aus einem entsprechend kupferhaltigen Ausgangsmaterial gebildet wird. Kupferhaltige Aluminiumphasen verschlechtern also aufgrund ihres elektrochemischen Potentials die Resistenz eines aus dem Ausgangsmaterial herstellbaren Bauteils gegenüber Korrosion. Ein Grund hierfür ist das positive elektrochemische Potential des Kupfers, während Aluminium mit etwa – 1,66 Volt ein negatives elektrochemisches Potential besitzt. Das elektrochemische Potential einer Kupfer-Aluminium- Mischphase wie etwa Al2Cu liegt somit höher als das elektrochemische Potential einer Aluminiummatrix in Form eines Mischkristalls, welcher Aluminium mit in Spuren vorhandenen Beimengungen enthält. Kommt ein solches, eine Kupfer-Aluminium-Mischphase enthaltendes Material in Kontakt mit einem flüssigen Elektrolyten etwa in Form von Salzwasser oder dergleichen, so wird das unedlere Material abgetragen, also das Material, welches das geringere elektrochemische Potential besitzt. Dadurch ergibt
sich eine Korrosion des Bauteils. Da die Kupfer-Aluminium-Mischphase edler ist als die Aluminiummatrix, kann es also bei einem Kontakt von etwa Salzwasser mit einem Bauteil, welches die Kupfer-Aluminium-Mischphase enthält, zu einem starken korrosiven Angriff auf das Aluminiummaterial des Bauteils kommen. Dem wird vorliegend entgegengewirkt, indem dem Kupfer enthaltenden Ausgangsmaterial als der wenigstens eine Zusatzstoff Cer und/oder Lanthan zugeführt wird. Cer und Lanthan haben mit etwa – 2,5 Volt ein noch niedrigeres elektrochemisches Potential als Aluminium. Mit anderen Worten sind Cer und Lanthan noch unedler als Aluminium. Außerdem sind Cer und Lanthan dazu in der Lage, intermetallische Phasen mit Aluminium und Kupfer zu bilden. Solche AlCu(Ce,La)-Phasen haben bei einem passenden Massenverhältnis von Kupfer zu Cer und/oder Lanthan, also bei einem passenden Massenverhältnis, welches als der Quotient Cu / (Ce + La) ausgedrückt werden kann, ein elektrochemisches Potential, welches dem elektrochemischen Potential von Aluminium zumindest sehr nahe kommt. Durch Zugabe des Zusatzstoffs in Form von Cer und/oder Lanthan in einer solchen Menge, dass in der nach dem Zuführen von Cer und/oder Lanthan erhaltenen Aluminiumlegierung das Massenverhältnis von Kupfer zu Cer und/oder Lanthan von etwa 0,5 bis etwa 6 vorliegt, kann demnach erreicht werden, dass das elektrochemische Potential der gebildeten AlCu(Ce,La)- Phase in etwa bei – 1,66 Volt liegt und somit im Bereich des elektrochemischen Potentials von reinem Aluminium. Wenn die AlCu(Ce,La)-Phase vergleichsweise reich an Cer und/oder Lanthan ist, so liegt das Massenverhältnis Cu / (Ce + La) im Bereich von bis zu etwa 0,5. Wenn demgegenüber die AlCu(Ce,La)-Phase vergleichsweise reich an Kupfer ist, so liegt das Massenverhältnis Cu / (Ce + La) im Bereich von bis zu etwa 6.
Wenn eine Aluminium, Kupfer sowie Cer und/oder Lanthan enthaltende Schmelze erstarrt, so entstehen je Erstarrungsgeschwindigkeit AlCu(Ce,La)- Phasen mit unterschiedlichen stöchiometrischen Zusammensetzungen. Folglich haben das bei der Verwendung einer solchen Schmelze zum Einsatz kommende Gießverfahren sowie bei dem jeweiligen Gießverfahren vorliegende Gießparameter einen Einfluss auf die Zusammensetzung der jeweils entstehenden AlCu(Ce,La)-Phase. Beispielsweise kühlt beim Druckgießen die Schmelze schneller ab als bei einem Kokillengießverfahren. Welche stöchiometrische Zusammensetzung die AlCu(Ce,La)-Phase hat, hängt demnach mit der Erstarrungsgeschwindigkeit und folglich insbesondere mit dem Gießverfahren und den jeweiligen Gießparametern zusammen. Es wurde festgestellt, dass sich mit allen diesen die Massenverhältnisse in dem Bereich von etwa 0,5 bis zu etwa 6 aufweisenden AlCu(Ce,La)-Phasen erreichen lässt, dass ein aus der erhaltenen Aluminiumlegierung hergestelltes Bauteil besonders unanfällig gegenüber Korrosion ist. Durch Zugabe von Cer und/oder Lanthan im richtigen Verhältnis kann demnach erreicht werden, dass das elektrochemisch positive Potential von Kupfer durch das vergleichsweise stark negative elektrochemische Potential von Cer und/oder Lanthan derart ausgeglichen wird, dass die gebildete intermetallische Phase, welche Aluminium, Kupfer sowie Cer und/oder Lanthan enthält, im Wesentlichen das elektrochemische Potential von reinem Aluminium aufweist. Auf diese Weise kann in vorteilhafter Weise außerdem erreicht werden, dass die Menge an Kupfer, welche in dem Ausgangsmaterial enthalten ist, zumindest nahezu vollständig in den AlCu(Ce,La)-Phasen abgebunden wird. Folglich kann verhindert werden, dass es zu einer Ausbildung von AlCu- Phasen kommt, welche im Hinblick auf die Korrosionsanfälligkeit des aus der Aluminiumlegierung hergestellten Bauteils ungünstig wären. Mit anderen Worten kann die Ausbildung der korrosionsschädlichen AlCu-Phase in dem hergestellten Bauteil vermieden werden.
Durch das Zugeben des Zusatzstoffs in Form von Cer und/oder Lanthan in der beschriebenen Menge kann demnach erreicht werden, dass die gesamte erhaltene Aluminiumlegierung ein weitgehend einheitliches elektrochemisches Potential hat und somit das aus der Aluminiumlegierung gefertigte Bauteil eine hohe Korrosionsresistenz aufweist. Durch das Hinzufügen von Cer und/oder Lanthan in der vorstehend beschriebenen Menge, welche den Gehalt an Kupfer in dem Ausgangsmaterial berücksichtigt, lässt sich somit insbesondere die Korrosionsbeständigkeit des aus der Aluminiumlegierung herstellbaren Bauteils verbessern. Folglich ist diese Eigenschaft der herzustellenden Aluminiumlegierung auf einfache Weise verbessert. Das Abbinden von Kupfer durch Einbau in die Aluminium und Kupfer sowie Cer und/oder Lanthan enthaltende Phase sorgt in vorteilhafter Weise außerdem dafür, dass gegebenenfalls in dem Ausgangsmaterial vorhandenes Zink (Zn) nicht zu einer Erhöhung der Korrosionsanfälligkeit des aus der erhaltenen Aluminiumlegierung zu fertigenden Bauteils führt. Grundsätzlich ist es zwar so, dass dann, wenn in dem Ausgangsmaterial sowohl Zink als auch Kupfer vorhanden sind, insbesondere die Ausbildung einer AlCuZn-Phase zu einer hohen Korrosionsanfälligkeit des die AlCuZn- Phase aufweisenden Bauteils führen kann. Die Ausbildung der AlCuZn-Phase wird jedoch in vorteilhafter Weise verhindert, wenn das in dem Ausgangsmaterial vorhandene Kupfer zumindest sehr weitgehend, insbesondere vollständig, in die AlCu(Ce,La)- Phase eingebaut wird. Dadurch verhindert das Abbinden des Kupfers in der AlCu(Ce,La)-Phase beziehungsweise der Einbau des Kupfers in diese Phase in vorteilhafter Weise zugleich, dass ein hoher Zinkgehalt des Ausgangsmaterials zu ungünstigen Korrosionseigenschaften des aus der Aluminiumlegierung zu fertigenden Bauteils führt.
Vorzugsweise wird der wenigstens eine Zusatzstoff einer Schmelze des Ausgangsmaterials zugeführt. Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass beim Abkühlen der Schmelze, in welche als der wenigstens eine Zusatzstoff Cer und/oder Lanthan eingebracht wurde, bereits bei sehr hohen Temperaturen die intermetallischen AlCu(Ce,La)-Phasen gebildet werden. Folglich sind Cer und/oder Lanthan dazu in der Lage, Kupfer in dieser intermetallischen Phase sehr frühzeitig abzubinden, während die Schmelze abkühlt. Auf diese Weise kann insbesondere erreicht werden, dass die in dem Ausgangsmaterial vorhandene Menge an Kupfer nahezu vollständig in die Aluminium und Kupfer sowie Cer und/oder Lanthan enthaltende Phase eingebracht oder eingebaut und somit quasi unschädlich gemacht wird. Insbesondere bildet sich die Phase, welche Al und Cu sowie Cer und/oder Lanthan enthält, während des Abkühlens der Schmelze zeitlich vor einer etwaigen Ausbildung von Al-Cu-Phasen, welche die Korrosionsbeständigkeit des aus der Aluminiumlegierung hergestellten Bauteils verringern würden. Daher ist es vorteilhaft, den wenigstens einen Zusatzstoff in Form von Cer und/oder Lanthan in die Schmelze des Ausgangsmaterials einzubringen. Vorzugsweise wird in dem Ausgangsmaterial ein Gehalt an Eisen bestimmt, wobei dem Ausgangsmaterial als der wenigstens eine Zusatzstoff Mangan (Mn) und/oder Molybdän (Mo) und/oder Chrom (Cr) und/oder Wolfram (W) und/oder Vanadium (V) in einer Menge zugeführt wird, dass in der nach dem Zuführen des wenigstens einen Zusatzstoffs erhaltenen Aluminiumlegierung ein Massenverhältnis von Eisen zu Mangan und/oder Molybdän und/oder Chrom und/oder Wolfram und/oder Vanadium von etwa 0,5 bis etwa 20 vorliegt. Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass Eisen in Aluminiumlegierungen so gut wie keine Löslichkeit besitzt und daher nahezu vollständig in Form grober intermetallischer Phasen ausgeschieden wird. Bei einer siliziumhaltigen Aluminiumlegierung ist hierbei insbesondere die β-Al5FeSi-Phase ungünstig, da diese nadelig beziehungsweise nadelförmig ist. Derartige, nadelförmige eisenhaltige Phasen verringern die Duktilität des aus der Aluminiumlegierung
erhältlichen Bauteils. Zudem sind solche eisenhaltigen intermetallischen Phasen sehr spröde und neigen zur Akkumulation. Bei einem hohen Eisengehalt in der Aluminiumlegierung können diese nadeligen oder nadelförmigen eisenhaltigen Phasen sehr groß werden. Insbesondere solche großen intermetallischen, eisenhaltigen Phasen wirken stark rissauslösend und führen so meist zu einem frühen Versagen des Bauteils bei mechanischer Beanspruchung. Dies ist insbesondere bedingt durch die geringe Duktilität des Bauteilwerkstoffs, welche von dem Vorhandensein der nadeligen oder nadelförmigen eisenhaltigen Phasen herrührt. Durch den Einbau von Mangan und/oder Molybdän und/oder Chrom und/oder Wolfram und/oder Vanadium wird vorliegend insbesondere die Ausbildung der von der Morphologie her ungünstigen β-Al5FeSi-Phase verhindert und stattdessen eine eisenhaltige α-Phase gebildet. Derartige α- Phasen, welche neben dem Eisen und dem Aluminium, Mangan und/oder Molybdän und/oder Chrom und/oder Wolfram und/oder Vanadium enthalten, sorgen für eine günstigere Morphologie der diese Zusatzstoffe enthaltenden Phase. Insbesondere wird die Ausbildung von großen, nadelförmigen oder nadeligen eisenhaltigen Phasen verhindert. Dies führt zu einer Verbesserung der mechanischen Eigenschaften des aus der erhaltenen Aluminiumlegierung zu fertigenden Bauteils. Insbesondere kann auf diese Weise die Duktilität des aus der erhaltenen Aluminiumlegierung gebildeten Bauteils deutlich verbessert werden. Insbesondere wenn es bei dem aus der erhaltenen Aluminiumlegierung zu fertigenden Bauteil darum geht, dass dieses eine hohe Duktilität und gute Korrosionseigenschaften beziehungsweise eine geringe Korrosionsanfälligkeit aufweist, ist es von Vorteil, sowohl den Gehalt an Kupfer in dem Ausgangsmaterial zu bestimmen als auch den Gehalt an Eisen. Dann kann durch Zuführen der jeweiligen Zusatzstoffe in den vorliegend genannten Mengen in das Ausgangsmaterial dafür gesorgt
werden, dass in der erhaltenen Aluminiumlegierung die vorliegend genannten Massenverhältnisse eingestellt werden. Die damit einhergehenden Vorteile kommen insbesondere zum Tragen, wenn aus der erhaltenen Aluminiumlegierung ein Bauteil wie etwa ein Karosseriebauteil, insbesondere ein dünnwandiges Karosseriebauteil, für ein Kraftfahrzeug hergestellt wird, insbesondere in einem Gussverfahren wie etwa einem Druckgussverfahren. Vorzugsweise wird in der Aluminiumlegierung durch das Zuführen des wenigstens einen Zusatzstoffs ein Massenverhältnis von Eisen zu Mangan und/oder Molybdän und/oder Chrom und/oder Wolfram und/oder Vanadium von etwa 1 bis etwa 15 eingestellt. Ein derartiges Massenverhältnis hat sich im Hinblick auf die Verhinderung einer Ausbildung von morphologisch ungünstigen eisenhaltigen Phasen in der Aluminiumlegierung als vorteilhaft herausgestellt. Letzteres gilt in besonderem Maße, wenn in der Aluminiumlegierung durch das Zuführen des wenigstens einen Zusatzstoffs ein Massenverhältnis von Eisen zu Mangan und/oder Molybdän und/oder Chrom und/oder Wolfram und/oder Vanadium von etwa 2 bis etwa 10 eingestellt wird. Insbesondere durch eine Zugabe wenigstens eines der genannten Zusatzstoffe in Form des Mangans, Molybdäns, Chroms, Wolframs und Vanadiums lässt sich nämlich die aufgrund des Vorhandenseins von Eisen in dem Ausgangsmaterial ungünstige Duktilität besonders weitgehend vermeiden. Demgegenüber wird eine gute beziehungsweise hohe Duktilität des aus der erhaltenen Aluminiumlegierung herstellbaren Bauteils erreicht. Vorzugsweise wird dem Ausgangsmaterial der wenigstens eine Zusatzstoff durch Beaufschlagen des Ausgangsmaterials mit einer Legierung zugeführt, wobei die Legierung als von dem wenigstens einen Zusatzstoff verschiedenen Rest Aluminium enthält. Auf diese Weise ist dafür gesorgt, dass keine weiteren Beimengungen in der Legierung die Zusammensetzung der zu erhaltenden Aluminiumlegierung stören. Der wenigstens eine in der
Legierung enthaltene Zusatzstoff kann insbesondere in das Ausgangsmaterial eingebracht werden, indem die Legierung dem Ausgangsmaterial als Schmelze zugeführt wird. Vorzugsweise wird dem Ausgangsmaterial der wenigstens eine Zusatzstoff durch Beaufschlagen des Ausgangsmaterials mit der Legierung zugeführt, welche zwischen etwa 1 Gewichtsprozent und etwa 50 Gewichtsprozent Cer und/oder Lanthan enthält, wobei die Legierung vorzugsweise zusätzlich zwischen etwa 1 Gewichtsprozent und etwa 20 Gewichtsprozent Mangan und/oder Molybdän und/oder Chrom und/oder Wolfram und/oder Vanadium enthält. Dementsprechend kann durch Beaufschlagen des Ausgangsmaterials mit der Legierung sowohl den ungünstigen Auswirkungen eines höheren Gehalts an Kupfer und Zink in dem Ausgangsmaterial entgegengewirkt werden, als auch den ungünstigen Auswirkungen eines höheren Gehalts an Eisen in dem Ausgangsmaterial. Dies ist besonders vorteilhaft, da durch Hinzufügen der Legierung zu dem Ausgangsmaterial die erhaltene Aluminiumlegierung gleichzeitig sowohl im Hinblick auf die mechanischen Eigenschaften als auch im Hinblick auf die Korrosionseigenschaften des herzustellenden Bauteils verbessert werden kann. Vorzugsweise wird als das Ausgangsmaterial eine Ausgangslegierung verwendet, welche Silizium (Si) enthält. Insbesondere Siliziumhaltige Aluminiumlegierungen werden nämlich vorzugsweise verwendet, um Karosseriebauteile, insbesondere dünnwandige Karosseriebauteile, für ein Kraftfahrzeug herzustellen, beispielsweise in einem Druckgussverfahren. Dementsprechend ist es vorteilhaft, wenn bereits das Ausgangsmaterial neben dem Aluminium Silizium enthält. Vorzugsweise wird als das Ausgangsmaterial eine Ausgangslegierung verwendet, welche durch ein Aufschmelzen von aus einer jeweiligen Aluminiumlegierung gebildeten Bauteilen erhalten ist. Es kann somit als die Ausgangslegierung eine sogenannte recycelte Sekundärlegierung oder
recycelte Aluminium-Sekundärlegierung verwendet werden. Dies ist von Vorteil, weil dadurch der Energieaufwand für das Bereitstellen der zu erhaltenden Aluminiumlegierung deutlich geringer ist, als dies bei der Verwendung von Primäraluminium-Legierungen der Fall ist. Eine aluminiumhaltige Sekundärlegierung ermöglicht es nämlich insbesondere gegenüber durchschnittlichen, in Europa erhältlichen Aluminium-Primärlegierungen über 8 kg CO2-Äquivalente pro Kilogramm Aluminiumlegierung einzusparen. Dies entspricht über 90 Prozent des bei der Herstellung der Aluminiumlegierung anfallenden Kohlendioxid- Fußabdrucks. Dementsprechend ist es auf diese Weise ermöglicht, den Kohlendioxid-Fußabdruck selbst in hinsichtlich der Bauteileigenschaften anspruchsvollen Bereichen wie dem Gießen, insbesondere Druckgießen, von vorzugsweise dünnwandigen Karosseriebauteilen stark zu reduzieren. Insbesondere kann die Ausgangslegierung durch Aufschmelzen von aus einer jeweiligen Aluminiumlegierung gebildeten Kraftfahrzeugbauteilen erhalten werden. Denn so kann besonders einfach sichergestellt werden, dass aus der erhaltenen Aluminiumlegierung herzustellende Kraftfahrzeugbauteile für diese Kraftfahrzeugbauteile günstige Eigenschaften aufweisen. In vorteilhafter Weise ist es jedoch nicht erforderlich, die aus der jeweiligen Aluminiumlegierung gebildeten Kraftfahrzeugbauteile zunächst sehr sortenrein zu sortieren. Vielmehr können unterschiedliche Bauteile wie etwa Karosseriebauteile und Motorblöcke oder dergleichen zum Bereitstellen der Ausgangslegierung verwendet werden. Etwa bei der Fertigung eines aus einer Aluminiumlegierung gebildeten Motorblocks für ein Kraftfahrzeug wird häufig gezielt Kupfer zugegeben, um eine hohe Festigkeit des Motorblocks zu erreichen. Bei der Herstellung eines Kraftfahrzeugbauteils, bei welchem es in höherem Maße auf die Korrosionsbeständigkeit ankommt, ist ein solcher hoher Gehalt an Kupfer hingegen nachteilig.
Vorliegend ist dies jedoch von untergeordneter Bedeutung. Denn weil dem Ausgangsmaterial beziehungsweise der Ausgangslegierung als der wenigstens eine Zusatzstoff Cer und/oder Lanthan in der geeigneten Menge zugeführt wird, werden die im Hinblick auf die Korrosionsbeständigkeit ungünstigen Eigenschaften, welche durch das Vorhandensein von Kupfer bedingt sind, eliminiert beziehungsweise kompensiert. Somit kann ein besonders breites Spektrum von aus jeweiligen Aluminiumlegierungen gebildeten Kraftfahrzeugbauteilen verwendet werden, um die Ausgangslegierung bereitzustellen. Vorzugsweise wird die nach dem Zuführen des wenigstens einen Zusatzstoffs erhaltene Aluminiumlegierung zum Herstellen eines Karosseriebauteils für ein Kraftfahrzeug verwendet. Insbesondere bei Karosseriebauteilen, welche Umgebungseinflüssen wie etwa Salze oder sonstige Ionen enthaltendem Wasser ausgesetzt sind, ist es nämlich von Bedeutung, die Korrosionsanfälligkeit des Karosseriebauteils besonders gering zu halten. Dies wird vorliegend erreicht. Insbesondere kann die nach dem Zuführen des wenigstens einen Zusatzstoffs erhaltene Aluminiumlegierung zum Herstellen eines dünnwandigen Karosseriebauteils vorzugsweise mit einer Wandstärke von etwa 1 mm bis etwa 6 mm, insbesondere von etwa 2 mm bis etwa 5 mm, verwendet werden. Insbesondere für derartige, dünnwandige Karosseriebauteile ist die Verwendung einer vorzugsweise Silizium enthaltenden Aluminiumlegierung günstig, welche dem Bauteil gute Eigenschaften hinsichtlich der Korrosionsbeständigkeit sowie vorzugsweise auch der Duktilität verleiht. Das erfindungsgemäße Bauteil für ein Kraftfahrzeug, bei welchem es sich insbesondere um ein dünnwandiges Karosseriebauteil für das Kraftfahrzeug handeln kann, ist durch ein erfindungsgemäßes Verfahren hergestellt. Dementsprechend ist dieses Bauteil besonders einfach im Hinblick auf wenigstens eine Eigenschaft verbessert.
Die für das erfindungsgemäße Verfahren beschriebenen Vorteile und bevorzugten Ausführungsformen gelten auch für das erfindungsgemäße Bauteil und umgekehrt. Zu der Erfindung gehören demnach auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Bauteils, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Bauteils hier nicht noch einmal beschrieben. Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen. Die Erfindung umfasst also auch Realisierungen, die jeweils eine Kombination der Merkmale mehrerer der beschriebenen Ausführungsformen aufweisen, sofern die Ausführungsformen nicht als sich gegenseitig ausschließend beschrieben wurden. Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt: Fig.1 stark schematisiert eine durch Aufschmelzen von Aluminiumschrott bereitgestellte Ausgangslegierung, welche mittels einer Analysevorrichtung auf den Gehalt bestimmter Inhaltsstoffe hin analysiert wird; Fig.2 das Zuführen von einer Zusatzstoffe enthaltenden Legierung in die Ausgangslegierung beziehungsweise das aufgeschmolzene Ausgangsmaterial; Fig.3 schematisch die durch das Beaufschlagen der Ausgangslegierung mit dem wenigstens einen Zusatzstoff erhaltene Aluminiumlegierung; und
Fig.4 schematisch ein aus der Aluminiumlegierung gemäß Fig.3 erhaltenes Bauteil, welches beispielsweise als dünnwandiges Karosseriebauteil in einem Kraftfahrzeug zum Einsatz kommt. Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden. Daher soll die Offenbarung auch andere als die dargestellten Kombinationen der Merkmale der Ausführungsformen umfassen. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar. In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente. In Fig.1 ist stark schematisiert dargestellt, wie ein Ausgangsmaterial 10, welches zur Herstellung einer Aluminiumlegierung 12 (vergleiche Fig.3) verwendet werden soll, durch Aufschmelzen von Aluminiumschrott erhalten wird. Dementsprechend handelt es sich bei dem Ausgangsmaterial 10 um eine sogenannte Sekundärlegierung. Die Aluminium- Sekundärlegierung ist nämlich durch Recycling von aus einer jeweiligen Aluminiumlegierung gebildeten Bauteilen 14 erhältlich. Die den Aluminiumschrott veranschaulichenden Bauteile 14 sind in Fig.1 schematisch dargestellt. Ein aus einer Aluminiumlegierung gebildetes Kraftfahrzeugbauteil wie etwa ein dünnwandiges Karosseriebauteil 16 (vergleiche Fig.4) kann in einem Kraftfahrzeug 18 zum Einsatz kommen. Wenn an das Karosseriebauteil 16 hohe Anforderungen im Hinblick auf die Duktilität und auch die Korrosionsresistenz gestellt werden, wird für die Herstellung des Karosseriebauteils 16 meist eine sogenannte aluminiumhaltige Primärlegierung oder Primäraluminium-Legierung verwendet. Eine solche
Primärlegierung ist nicht aus recyceltem Aluminiummaterial hergestellt, sondern aus Aluminium enthaltenden Rohstoffen unter Zugabe weiterer, für den jeweiligen Einsatzweck vorzusehender Legierungselemente. Die bevorzugte Verwendung von Primärlegierungen gilt insbesondere für Karosseriebauteile 16 in Form von Silizium und Aluminium enthaltenden Druckgussbauteilen, beispielsweise in Form von dünnwandigen Karosseriebauteilen 16 mit Wandstärken im Bereich von etwa 1 mm bis etwa 6 mm. Grund hierfür ist der häufig erhöhte Anteil an Kupfer, Eisen und Zink in recycelten Sekundärlegierungen, wie sie vorliegend beispielsweise in Form des Ausgangsmaterials 10 (vergleiche Fig.1) zum Einsatz kommen. Insbesondere höhere Gehalte an Kupfer und Eisen können in dem Ausgangsmaterial 10 zu Problemen führen. Dies ließe sich zwar vermeiden, indem zum Bereitstellen des Ausgangsmaterials 10 sehr sortenrein sortierte Aluminiumschrotte verwendet werden. Denn dann ist auch die Zusammensetzung des Schrotts vergleichsweise einheitlich. Derartige sortenrein sortierte Aluminiumschrotte bedeuten allerdings im Vergleich zu regulären (also nicht aufwändig sortierten) recycelten Aluminium- Sekundärlegierungen einen erhöhten Kostenaufwand. Außerdem sind aufwändig und sortenrein sortierte Aluminiumschrotte in geringerem Maße verfügbar als reguläre Aluminium-Sekundärlegierungen. Daher ist es im Hinblick auf den Aufwand günstiger, wenn eine solche, durch Recycling von nicht sortenrein sortiertem Aluminiumschrott erhaltene Sekundärlegierung als das Ausgangsmaterial 10 verwendet wird, welches in Fig.1 schematisch gezeigt ist. Das Ausgangsmaterial 10 ist in Fig.1 als in einem Behältnis 20 aufgenommene Schmelze schematisch dargestellt. In der Schmelze beziehungsweise Ausgangslegierung wird vorliegend ein Gehalt an Kupfer und an Eisen bestimmt, vorzugsweise in Gewichtsprozent. Beispielsweise kann hierfür eine in Fig.1 schematisch gezeigte Analysevorrichtung 22 zum Einsatz kommen, welche etwa als Massenspektrometer oder dergleichen ausgebildet sein kann.
Wenn dann der Gehalt an Kupfer und Eisen in dem Ausgangsmaterial 10 bekannt ist, wird dem Ausgangsmaterial 10 eine Legierung 24 zugeführt, welche in Fig.2 schematisch gezeigt ist, und welche wenigstens einen Zusatzstoff enthält. Die Legierung 24 kann auch als Reparaturlegierung bezeichnet werden, da die in der Legierung 24 enthaltenen Zusatzstoffe dafür sorgen, dass Eigenschaften der aufgrund des Zuführens oder Hinzugebens des wenigstens einen Zusatzstoffs erhaltenen Aluminiumlegierung 12 (vergleiche Fig.3) beziehungsweise des aus der Aluminiumlegierung 12 zu fertigenden Bauteils (vergleiche Fig.4) verbessert werden. Der Legierungszusatz in Form der in Fig.2 schematisch gezeigten Legierung 24 kann ähnlich wie eine Tablette verwendet werden und der Schmelze des Ausgangsmaterials 10 zugeführt werden, wie dies in Fig.2 durch einen Pfeil 26 veranschaulicht ist. In der Legierung 24 sind die Zusatzstoffe in jeweiligen Mengen enthalten, welche dazu führen, dass vorzugsweise sowohl die mechanischen Eigenschaften als auch die Korrosionseigenschaften des aus der erhaltenen Aluminiumlegierung 12 (vergleiche Fig.3) hergestellten Bauteils, insbesondere Karosseriebauteils 16 (vergleiche Fig.4), verbessert werden. Der entsprechende Prozessablauf kann folgendermaßen sein. Die durch Aufschmelzen des Aluminiumschrotts beziehungsweise der Bauteile 14 erhaltene Ausgangslegierung beziehungsweise das Ausgangsmaterial 10 wird hinsichtlich ihres Gehalts an Kupfer und Eisen analysiert. Anschließend wird der Schmelze des Ausgangsmaterials 10 die Legierung 24 oder Reparaturlegierung in einem Verhältnis zugegeben, welches einerseits den Gehalt an Kupfer in dem Ausgangsmaterial 10 und andererseits den Gehalt an Eisen in dem Ausgangsmaterial 10 berücksichtigt. Die Legierung 24 hat demnach vorzugsweise eine Zusammensetzung, welche sowohl den Gehalt an Kupfer als auch den Gehalt an Eisen in dem Ausgangsmaterial 10 berücksichtigt.
Wenn das Ausgangsmaterial 10 Kupfer enthält, so weist die Legierung 24 vorzugsweise einen Gehalt zwischen etwa 1 Gewichtsprozent und etwa 50 Gewichtsprozent an Cer (Ce) und/oder Lanthan (La) auf. Auf diese Weise kann dafür gesorgt werden, dass sich in der erhaltenen Aluminiumlegierung 12 (vergleiche Fig.3), zu welcher Cer und/oder Lanthan als Zusatzstoff zugeführt wurde, ein Massenverhältnis von Kupfer zu Cer und/oder Lanthan im Bereich von etwa 0,5 bis 6 einstellt. Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass Cer und Lanthan ein elektrochemisches Potential von etwa – 2,5 Volt aufweisen und somit unedler sind als Aluminium, welches ein elektrochemisches Potential von etwa – 1,66 Volt aufweist. Demgegenüber weist Kupfer ein positives elektrochemisches Potential auf. Durch das Zuführen von Cer und/oder Lanthan zu dem Ausgangsmaterial 10 kann verhindert werden, dass sich eine AlCu-Phase bildet, welche zu einer hohen Korrosionsanfälligkeit des hergestellten Bauteils führen würde. Denn wenn in der Schmelze Cer und/oder Lanthan in der geeigneten Menge vorhanden sind, dann bilden sich in der Schmelze stattdessen AlCu(Ce,La)-Phasen. Diese intermetallischen, Kupfer und Aluminium sowie Cer und/oder Lanthan enthaltenden Phasen sorgen zum einen dafür, dass sämtliches in dem Ausgangsmaterial 10 vorhandenes Kupfer in diese AlCu(Ce,La)-Phasen eingebunden oder abgebunden wird und somit keine korrosionsschädlichen AlCu-Phasen gebildet werden können. Außerdem kann durch Zugabe von Cer und/oder Lanthan im passenden Massenverhältnis dafür gesorgt werden, dass die so erhaltene AlCu(Ce,La)-Phase ein elektrochemisches Potential aufweist, welches zumindest sehr nahe bei den etwa – 1,66 Volt von Aluminium zu liegen kommt. Da somit das aus der Aluminiumlegierung 12 gebildete Bauteil, insbesondere Karosseriebauteil 16 (vergleiche Fig.4), insgesamt ein einheitliches
elektrochemisches Potential aufweist, ist eine sehr hohe Korrosionsresistenz des Bauteils, insbesondere Karosseriebauteils 16, gegeben. Vorliegend wird gemäß Fig.2 durch die Zugabe der Legierung 24 zu dem Ausgangsmaterial 10 außerdem die an sich ungünstige Auswirkung eines erhöhten Gehalts an Eisen in dem Ausgangsmaterial 10 berücksichtigt. Wenn das Ausgangsmaterial 10 Eisen enthält, so wird der Legierung 24 zusätzlich Mangan (Mn) und/oder Molybdän (Mo) und/oder Chrom (Cr) und/oder Wolfram (W) und/oder Vanadium (V) in einer Größenordnung von vorzugsweise etwa 0,5 Gewichtsprozent bis etwa 20 Gewichtsprozent zugegeben. Als von dem wenigstens einen Zusatzstoff verschiedenen Rest enthält die Legierung 24 vorliegend Aluminium. Das Vorhandensein von Mangan und/oder Molybdän und/oder Chrom und/oder Wolfram und/oder Vanadium in der Legierung 24 sorgt dafür, dass sich in der nach dem Zuführen wenigstens eines dieser Zusatzstoffe erhaltenen Aluminiumlegierung 12 (vergleiche Fig.3) ein Massenverhältnis von Eisen zu Mangan und/oder Molybdän und/oder Chrom und/oder Wolfram und/oder Vanadium einstellt, welches im Bereich von 0,5 bis 20, insbesondere im Bereich von 1 bis 15, vorzugsweise im Bereich von 2 bis 10 liegt. Das Vorsehen der Zusatzstoffe in Form von Mangan und/oder Molybdän und/oder Chrom und/oder Wolfram und/oder Vanadium in der Legierung 24 verhindert die Ausbildung von nadelförmigen Eisenphasen in dem aus der erhaltenen Aluminiumlegierung 12 gebildeten Bauteil, insbesondere Karosseriebauteil 16. Die Ausbildung derartiger, nadelförmiger oder nadeliger Eisenphasen würde zu ungünstigen mechanischen Eigenschaften des hergestellten Bauteils führen, welche sich insbesondere in einer geringen Duktilität des Bauteils äußern. Dies wird vorliegend verhindert. Folglich weist das aus der Aluminiumlegierung 12 hergestellte Bauteil, also insbesondere das in Fig.4
beispielhaft und schematisch gezeigten Karosseriebauteil 16, auch im Hinblick auf eine hohe Duktilität verbesserte Eigenschaften auf. Aus der Aluminiumlegierung 12, welche durch Zugabe der Legierung 24 in das Ausgangsmaterial 10 erhältlich ist (vergleiche Fig.2), lassen sich demnach Bauteile, insbesondere Karosseriebauteile 16, durch Abgießen, insbesondere durch Druckgießen, herstellen, welche sehr hohe Anforderungen an die Korrosionsbeständigkeit und die Duktilität zu erfüllen in der Lage sind. Dem vorliegend beschriebenen Verfahren zum Herstellen der Aluminiumlegierung 12 (vergleiche Fig.3) liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bisher aluminiumhaltige Sekundärlegierungen aufgrund des häufig erhöhten Gehalts an Eisen, Kupfer und Zink nur in einem stark begrenzten Einsatzspektrum verwendet werden. Ein Grund hierfür ist, dass erhöhte Kupfergehalte und Zinkgehalte in dem Ausgangsmaterial die Korrosionsresistenz der erhältlichen Bauteile deutlich reduzieren. Dies gilt insbesondere im Vergleich zu einer Herstellung der Bauteile aus einer aluminiumhaltigen Primärlegierung. Andererseits sind auch die mechanischen Eigenschaften von aus Sekundärlegierungen ohne die Zugabe der Legierung 24 erhältlichen Bauteilen aufgrund erhöhter Eisengehalte deutlich schlechter als dies bei der Verwendung von Aluminium-Primärlegierungen der Fall wäre. Bisher wurde daher für die Herstellung von Bauteilen, welche hohe Anforderungen im Hinblick auf die mechanischen Eigenschaften und die Korrosionsresistenz erfüllen sollen, vorwiegend auf Primärlegierungen zurückgegriffen. Dies gilt insbesondere für Karosseriebauteile 16 etwa in Form des vorliegend beispielhaft gezeigten dünnwandigen Karosseriebauteils 16, welches durch Gießen, insbesondere durch Druckgießen, erhältlich ist. Die Verwendung von Primärlegierungen bringt jedoch einen deutlich höheren Kohlendioxid- Fußabdruck mit sich, als dies bei der Verwendung des vorliegend beschriebenen Ausgangsmaterials 10 der Fall ist.
Wie vorstehend dargelegt, ist macht es die Verwendung der Legierung 24 in vorteilhafter und überraschender Weise also möglich, selbst nicht sortenrein sortierte, sondern reguläre, recycelte Sekundärlegierungen in Form des Ausgangsmaterials 10 zum Herstellen von Bauteilen wie dem vorliegend beispielhaft gezeigten dünnwandigen Karosseriebauteil 16 zu verwenden. Denn die Eigenschaften des Ausgangsmaterials 10 können durch die Zugabe der Legierung 24 deutlich verbessert werden. Dies gilt sowohl im Hinblick auf die Korrosionsresistenz als auch auf die mechanischen Eigenschaften. Durch die Verwendung der Legierung 24 beziehungsweise Reparaturlegierung für aluminiumhaltige Sekundärlegierungen ist es mit den vorstehend erläuterten Mischungsverhältnissen demnach möglich, eine hohe Korrosionsresistenz und gute mechanische Eigenschaften der herzustellenden Bauteile, insbesondere Karosseriebauteile 16, zu erzielen. Dementsprechend können als das Ausgangsmaterial 10 Sekundärlegierungen selbst für Bauteile verwendet werden, welche diesbezüglich hohe Anforderungen zu erfüllen haben. Dies ermöglicht den Einsatz von Sekundärlegierungen in einem deutlich größeren beziehungsweise breiteren Einsatzspektrum ohne nennenswerten Mehraufwand. Insbesondere kann dadurch der Kohlendioxid-Fußabdruck in anspruchsvollen Bereichen wie dem Strukturguss, also dem Herstellen von Strukturbauteilen wie etwa dünnwandigen Karosseriebauteilen 16, stark reduziert werden. Beispielsweise kann eine Kohlendioxid-Einsparung im Bereich von über 8 kg CO2-Äquivalenten pro Kilogramm hergestellter Aluminiumlegierung 12 erreicht werden. Dies ist im Hinblick auf die Verringerung des Kohlendioxid-Fußabdrucks sehr vorteilhaft. In Fig.4 ist beispielhaft veranschaulicht, dass das wenigstens eine, vorzugsweise dünnwandige, Karosseriebauteil 16 in vorteilhafter Weise in dem Kraftfahrzeug 18 Verwendung finden kann.
Insgesamt zeigen die Beispiele, wie ein Verfahren zur Verbesserung der Eigenschaften sekundärer Aluminiumlegierungen bereitgestellt werden kann.
Claims
PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zum Herstellen einer Aluminiumlegierung (12), insbesondere zur Verwendung für ein dünnwandiges Karosseriebauteil (16) eines Kraftfahrzeugs (18), bei welchem ein überwiegend Aluminium enthaltendes Ausgangsmaterial (10) auf ein Vorhandensein wenigstens eines weiteren Metalls hin analysiert wird, und bei welchem dem Ausgangsmaterial (10) wenigstens ein Zusatzstoff zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Ausgangsmaterial (10) ein Gehalt an Kupfer bestimmt wird, wobei dem Ausgangsmaterial (10) als der wenigstens eine Zusatzstoff Cer und/oder Lanthan in einer Menge zugeführt wird, dass in der nach dem Zuführen des wenigstens einen Zusatzstoffs erhaltenen Aluminiumlegierung (12) ein Massenverhältnis von Kupfer zu Cer und/oder Lanthan von etwa 0,5 bis etwa 6 vorliegt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Zusatzstoff einer Schmelze des Ausgangsmaterials (10) zugeführt wird.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Ausgangsmaterial (10) ein Gehalt an Eisen bestimmt wird, wobei dem Ausgangsmaterial (10) als der wenigstens eine Zusatzstoff ^ Mangan und/oder ^ Molybdän und/oder ^ Chrom und/oder ^ Wolfram und/oder ^ Vanadium in einer Menge zugeführt wird, dass in der nach dem Zuführen des wenigstens einen Zusatzstoffs erhaltenen Aluminiumlegierung (12) ein Massenverhältnis von Eisen zu Mangan und/oder Molybdän und/oder
Chrom und/oder Wolfram und/oder Vanadium von etwa 0,5 bis etwa 20 vorliegt.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der Aluminiumlegierung (12) durch das Zuführen des wenigstens einen Zusatzstoffs ein Massenverhältnis von Eisen zu Mangan und/oder Molybdän und/oder Chrom und/oder Wolfram und/oder Vanadium von etwa 1 bis etwa 15 eingestellt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in der Aluminiumlegierung (12) durch das Zuführen des wenigstens einen Zusatzstoffs ein Massenverhältnis von Eisen zu Mangan und/oder Molybdän und/oder Chrom und/oder Wolfram und/oder Vanadium von etwa 2 bis etwa 10 eingestellt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Ausgangsmaterial (10) der wenigstens eine Zusatzstoff durch Beaufschlagen des Ausgangsmaterials (10) mit einer Legierung (24) zugeführt wird, welche als von dem wenigstens einen Zusatzstoff verschiedenen Rest Aluminium enthält.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass dem Ausgangsmaterial (10) der wenigstens eine Zusatzstoff durch Beaufschlagen des Ausgangsmaterials (10) mit der Legierung (24) zugeführt wird, welche zwischen etwa 1 Gewichtsprozent und etwa 50 Gewichtsprozent Cer und/oder Lanthan und zwischen etwa 1 Gewichtsprozent und etwa 20 Gewichtsprozent Mangan und/oder Molybdän und/oder Chrom und/oder Wolfram und/oder Vanadium enthält.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als das Ausgangsmaterial (10) eine Ausgangslegierung verwendet wird, welche Silizium enthält und/oder als das Ausgangsmaterial (10) eine Ausgangslegierung verwendet wird, welche durch ein Aufschmelzen von aus einer jeweiligen Aluminiumlegierung gebildeten Bauteilen (14), insbesondere von aus einer jeweiligen Aluminiumlegierung gebildeten Kraftfahrzeugbauteilen, erhalten ist.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die nach dem Zuführen des wenigstens einen Zusatzstoffs erhaltene Aluminiumlegierung (12) zum Herstellen eines, insbesondere dünnwandigen, Karosseriebauteils (16) für ein Kraftfahrzeug (18) verwendet wird.
10. Bauteil, insbesondere dünnwandiges Karosseriebauteil (16), für ein Kraftfahrzeug (18), wobei das Bauteil durch ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche hergestellt ist.
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