WO2023001869A1 - Bauteil mit integrierter aluminiumdiffusionsschicht und aluminiumoxidschicht - Google Patents

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    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof

Definitions

  • the invention relates to a component with a component made of heat-treated steel and/or a low-alloy steel, in which the component is provided with an aluminum diffusion layer and an aluminum oxide layer.
  • the invention can also relate to a fastener, such as a screw or a nut, which has a component made of heat-treated steel and/or a low-alloy steel, which is provided with an aluminum diffusion layer and an aluminum oxide layer.
  • Metal components particularly high-strength and ultra-high-strength components made from heat-treatable and/or low-alloy steel, are susceptible to hydrogen embrittlement.
  • Hydrogen embrittlement is caused by the penetration of hydrogen into the metal structure of the components and leads to the formation of intergranular cracks when the components are stressed. This phenomenon is called hydrogen-induced stress corrosion cracking.
  • the object of the present invention is to reduce hydrogen embrittlement and thus the tendency to hydrogen-induced stress corrosion cracking in steel components.
  • One aspect of the invention relates to a component with a component made of heat-treated steel and/or a low-alloy steel, the component being at least partially coated with an aluminum diffusion layer and an aluminum oxide layer being applied to the aluminum diffusion layer, the layer thickness of the aluminum diffusion layer being 1-200 ⁇ m, preferably 2-100 ⁇ m, particularly preferably 3-20 ⁇ m, the aluminum diffusion layer having an aluminum content, based on the total weight of the aluminum diffusion layer, of 10% by weight above the aluminum content of the steel up to a maximum concentration, the aluminum content in the aluminum diffusion layer being in toward an interface between the aluminum diffusion layer and the aluminum oxide layer from 10% by weight above the aluminum content of the steel to the maximum concentration, and the maximum concentration is 11 - 60% by weight.
  • Another aspect of the invention can relate to a component with a component made of heat-treated steel and/or a low-alloy steel, the component being a fastener, the component made of steel having and/or forming a threaded area, the component, in particular in the threaded area, at least is partially coated with an aluminum diffusion layer and an aluminum oxide layer is applied to the aluminum diffusion layer, the layer thickness of the aluminum diffusion layer being 1-200 ⁇ m, preferably 2-100 ⁇ m, the aluminum diffusion layer having an aluminum content, based on the total weight of the aluminum diffusion layer, of 10 wt.
  • the fastener is expediently a screw, in particular a high-strength or even an ultra-high-strength screw, or a nut, in particular a high-strength or even an ultra-high-strength nut.
  • Another aspect of the invention relates to a method for producing a component with a component made of heat-treated steel and/or a low-alloy steel, comprising the steps: a) providing a component with a component made of heat-treated steel and/or a low-alloy steel, b) applying an aluminum diffusion layer with a layer thickness of 1 - 200 pm on the component at a temperature of 400 to 1100 °C in an inert gas atmosphere, c) heating the component to 700 to 1000 °C in an oxygen-containing atmosphere for at least 10 minutes, creating an aluminum oxide layer on the aluminum diffusion layer is produced.
  • a further aspect of the invention relates to the use of the component according to the invention to reduce hydrogen embrittlement.
  • the aluminum diffusion layer according to the invention in combination with the aluminum oxide layer surprisingly acts as a very effective barrier against the penetration of hydrogen by diffusion on components made of heat-treated steel and/or low-alloy steel and thereby increases the resistance of the components to hydrogen-induced stress corrosion.
  • the diffusion process and thus the formation of the aluminum diffusion layer also improves the adhesion of the aluminum layer to the steel, since the aluminum layer grows together with the steel of the component, so to speak.
  • fasteners made of low-alloy steels which usually have or are exposed to high and often dynamic axial stress
  • these fasteners which can be screws or nuts, for example, are essential for many assemblies.
  • a fastener in particular a high-strength or ultra-high-strength screw, can have drastic consequences for man or machine, such as an engine head screw, a bridge screw, a cylinder head screw, a chassis screw and/or a battery fastening screw.
  • the invention can therefore also relate to a vehicle, an engine, in particular a cylinder head, a chassis arrangement or a battery arrangement with a component, in particular a fastening means, with the aluminum diffusion layer according to the invention or a building, in particular such as a bridge, or a vehicle.
  • the steel component is coated with the aluminum diffusion layer in areas of increased stress and/or areas adjacent to areas of increased stress, particularly in areas of a thread, under a head, e.g., a screw, notches or grooves.
  • Areas with an increased notch effect are in particular areas which have a notch effect factor of more than 1.1, preferably more than 1.4, particularly preferably more than 1.9 and most preferably more than 2.1.
  • a notch effect factor of more than 1.1, preferably more than 1.4, particularly preferably more than 1.9 and most preferably more than 2.1.
  • an area adjacent to an area with an increased notch effect which is spaced a maximum of 10 mm, preferably a maximum of 5 mm and particularly preferably a maximum of 2 mm, from the area with an increased notch effect.
  • an area adjacent to an area with an increased notch effect can also be present if this is at a maximum distance of 10%, preferably a maximum of 5%, particularly preferably a maximum of 2%, of the largest main dimension of the steel component from the area with an increased notch effect.
  • All known aluminum coating processes and aluminating processes are suitable for producing the aluminum diffusion layer, provided the processes can be carried out at a temperature in the range from 400 to 1100° C., so that an aluminum diffusion layer can be produced.
  • Those are preferred Hot-dip aluminizing, Chemical Vapor Deposition (CVD) and the slip process. Chemical vapor deposition (CVD) is particularly preferred.
  • the aluminum diffuses into the iron lattice of the steel, which creates the aluminum diffusion layer.
  • the aluminum can react with the iron to form an intermetallic phase (so-called aluminide phase).
  • any alloying components of the steel also diffuse into the aluminum-containing layer.
  • the aluminum diffusion layer has a concentration gradient in which the aluminum concentration increases toward the surface of the aluminum diffusion layer. After the production of the aluminum oxide layer, this surface is the interface between the aluminum diffusion layer and the aluminum oxide layer.
  • the iron concentration decreases in the same direction.
  • the concentration of any alloying components of the steel decreases in this direction.
  • the surface and/or the interface is in particular that area which delimits the aluminum diffusion layer distally opposite or facing away from the steel component.
  • the aluminum oxidizes on the surface and forms an aluminum oxide layer on the aluminum diffusion layer (oxidation step).
  • This aluminum oxide layer acts as an additional hydrogen barrier and also serves as protection against corrosion.
  • the surface of the aluminum oxide layer can itself in turn be coated and/or the surface can be, for example, a free surface which is not coated. In other words, the surface can be exposed or covered by a coating and/or by another component.
  • the aluminum diffusion layer is defined as the area of the component made of heat-treated steel or low-alloy steel that has an aluminum content, based on the total weight of the aluminum diffusion layer, of 10% by weight above the aluminum content of the steel up to one Maximum concentration, the maximum concentration being 10-60% by weight aluminum.
  • the aluminum diffusion layer is the layer that has an aluminum content of 10% by weight up to the maximum concentration of aluminum. In this case, for a steel without aluminum content, the aluminum concentration in the aluminum diffusion layer is between 10 and 60% by weight.
  • the steel of the constituent part of the component is an alloyed steel with an aluminum content of, for example, 1% by weight
  • the aluminum content in the aluminum diffusion layer is 11% by weight up to the maximum concentration. If the maximum concentration at the surface is 60% by weight, the
  • Aluminum content in the aluminum diffusion layer at 11 - 60% by weight.
  • the aluminum oxide layer is preferably formed in direct contact with the aluminum diffusion layer. In other words, as already described in particular, there is no further layer between the aluminum oxide layer and the aluminum diffusion layer.
  • at least 90%, particularly preferably at least 95% and particularly preferably at least 99% of the aluminum diffusion layer, or its interface, is covered by the aluminum oxide layer. In this way, a particularly good and extensive shielding of the diffusion layer can be achieved.
  • a component made of heat-treated steel or low-alloy steel within the meaning of the invention can be understood in particular as meaning that at least part of the component, ie a volume area, is made of heat-treated steel or low-alloy steel.
  • a tempered steel is a steel that is given or has high tensile strength and fatigue strength through tempering, in particular in the form of hardening and/or tempering. It is particularly preferred if the weight of the component consists of at least 80%, preferably at least 90%, and particularly preferably at least 95%, made of heat-treated steel or low-alloy steel or is formed by the component made of heat-treated steel or low-alloy steel.
  • “coated” with an aluminum diffusion layer is understood to mean that the component made of steel has an aluminum diffusion layer on the outside in cross section. This means in particular that the component made of steel is bordered in at least one spatial direction by a firmly adhering layer of shapeless material, which is an aluminum diffusion layer.
  • the coating can correspond to DIN 8580 - in particular in the version applicable on May 1, 2021. .
  • the thickness of the aluminum diffusion layer is 1-200 ⁇ m, preferably 2-100 ⁇ m, particularly preferably 3-50 ⁇ m and most preferably 3-20 ⁇ m.
  • the lower thicknesses of the preferred embodiments of the aluminum diffusion layer are advantageous in particular in the case of precisely fitting components.
  • the aluminum oxide layer is preferably applied directly to the aluminum diffusion layer. This means that there is no further layer between the aluminum diffusion layer and the aluminum oxide layer.
  • the production of the aluminum oxide layer is determined, among other things, by the duration and temperature of the heating step in an oxygen-containing atmosphere (oxidation step).
  • the thickness of the aluminum oxide layer is preferably 1-5000 nm (nanometers), preferably 100-2000 nm, particularly preferably 500-1000 nm. A particularly effective barrier against the penetration of hydrogen and thus a particularly effective reduction in hydrogen embrittlement is achieved with these layer thicknesses.
  • the "layer thickness" of the aluminum diffusion layer and the aluminum oxide layer is understood to mean the average layer thickness if the upper or lower side is uneven. At least three will do this Measurements of the layer thickness are made, preferably 6 to 8 measurements, and the arithmetic mean of the measured values is determined.
  • the barrier effect against the penetration of hydrogen is achieved with the present invention through the combination of an aluminum diffusion layer and an aluminum oxide layer.
  • a ratio of the layer thickness of the aluminum diffusion layer to the layer thickness of the aluminum oxide layer of 0.2-2,000,000, more preferably 0.5 to 2000, has proven to be advantageous on the low-alloy and/or heat-treated steel and a durable, barrier and corrosion-resistant aluminum oxide layer.
  • the maximum concentration of aluminum in the aluminum diffusion layer is 11-60% by weight. Preference is given to 11-50% by weight, particularly preferably 11-35% by weight, more preferably 12-35% by weight, even more preferably 15-35% by weight, in particular 18-30% by weight. These maximum concentrations of aluminum in the aluminum diffusion layer lead to a pronounced formation of iron aluminide phases (FeAl) which are particularly effective in preventing hydrogen embrittlement.
  • FeAl iron aluminide phases
  • the proportion of aluminum in the aluminum diffusion layer increases towards the interface between the aluminum diffusion layer and the aluminum oxide layer.
  • the increase occurs from 10% by weight above the aluminum content of the steel up to the maximum concentration, for example 11-60% by weight.
  • Intermetallic phases preferably form in the aluminum diffusion layer, which preferably contain intermetallic iron are aluminide phases (FeAl). These are preferably formed by setting the maximum concentration of the aluminum in the aluminum diffusion layer in the preferred ranges, eg 11-50% by weight, particularly preferably 11-35% by weight, more preferably 12-35% by weight more preferably 15-35% by weight, in particular 18-30% by weight, maximum concentration of the aluminum in the aluminum diffusion layer.
  • the control of the Al activity can be adjusted depending on the coating process during the production of the aluminum diffusion layer, eg. Al powder can be mixed with Si in the slurry process in order to reduce the Al activity or in the CVD process the ratio of the so-called pack mixture (filler AI2O3 e.g. 85% by weight, plus activator containing halogen (e.g. 6% ), such as NH4Cl, and e.g. 9% Al powder).
  • pack mixture filler AI2O3 e.g. 85% by weight
  • activator containing halogen e.g. 6%
  • NH4Cl NH4Cl
  • eAl intermetallic iron aluminide phases
  • the aluminum oxide layer can at least partially form the surface of the component.
  • another layer to be applied to the aluminum oxide layer, preferably selected from a wear protection layer and a sliding layer.
  • Phosphate layers and zinc flakes are preferred, particularly when the component is a fastener, advantageously a screw or a bolt. These layers are particularly advantageous with regard to improving the friction properties.
  • the steel of the constituent part of the component is a low-alloy steel and/or quenched and tempered steel.
  • a low-alloy steel is understood to mean a steel whose total proportion of alloying elements does not exceed 5% by weight, in particular the alloying elements Cr, Mo, V, Ni, Mn, Al, B and Ti, based on the total weight of the steel .
  • the term low-alloy steel within the meaning of the invention thus also includes unalloyed steels and micro-alloyed steels.
  • an unalloyed steel is a steel understood, which contains up to 0.8% by weight of carbon and less than 1% by weight of manganese, based on the total weight of the steel.
  • the low-alloy steel of the part of the component which can also be an unalloyed steel, is preferably a high-strength or ultra-high-strength steel.
  • it can be a low-alloy, tempered steel.
  • Low-alloy steels can be tempered particularly well and at the same time or alternatively provide a particularly high degree of strength, so that the advantages achieved by the invention, in particular with regard to hydrogen embrittlement, can be used or achieved particularly well here.
  • the microstructure of the steel component in the component is at least predominantly martensitic, bainitic and/or dual-phase (residual austenite, ferrite and/or martensite).
  • the structure of the steel component in the component is preferably at least 80% by weight, in particular at least 90% by weight, martensitic, bainitic and/or dual-phase (residual austenite, ferrite and/or martensite), based in each case on the total weight of the component from steel.
  • This structure gives the component according to the invention particularly high strength and toughness. These structures can be exposed to high and often dynamic axial stress, so that the reduction in hydrogen embrittlement is particularly advantageous for them.
  • the microstructure in the aluminum diffusion layer can differ from the microstructure of the remaining steel component (the so-called base material).
  • the elemental distribution in the aluminum diffusion layer is advantageously characterized by a high concentration of two elements, namely iron and aluminum.
  • the other alloying elements can be present as dissolved elements or as intermetallic precipitations in the aluminum diffusion layer.
  • the component according to the invention is preferably a high-strength or ultra-high-strength component, in particular with strengths of more than 1000 MPa above 1200 MPa, more preferably above 1400 MPa and most preferably above 1600 MPa.
  • Preferred high-strength and ultra-high-strength components are high-strength or ultra-high-strength screws or fasteners, springs, leaf springs, plate springs and chain drives, formed components and/or structural components.
  • the component according to the invention in particular the high-strength or ultra-high-strength component, preferably a welded component, an additively manufactured component or a case-hardened component.
  • the component is additionally case-hardened for production, in particular by carburizing, nitrating or nitrocarburizing.
  • the component is then provided with the aluminum diffusion layer, as described here.
  • a formed component is to be understood in particular as a component which has been formed by means of a forming step, in particular a cold forming process. Especially in the case of a formed component, in particular a cold-formed component, it is particularly advantageous to avoid brittleness, in particular hydrogen embrittlement, because a formed component already has a certain degree of brittleness due to the accumulated forest dislocations.
  • a structural component within the meaning of the invention is present in particular when the component is a load-bearing component.
  • This structural component has, in particular, two load introduction sections, which advantageously have load introduction structures, such as mounting recesses or openings, and a transmission area arranged between the load introduction sections, which can transfer a load, in particular a bending load, from one load introduction section to the other load introduction section and/or or transmits.
  • load introduction sections which advantageously have load introduction structures, such as mounting recesses or openings
  • transmission area arranged between the load introduction sections, which can transfer a load, in particular a bending load, from one load introduction section to the other load introduction section and/or or transmits.
  • at least one, preferably all, load application sections and/or the transmission area is equipped with the aluminum diffusion layer according to the invention.
  • Forming the component in such a way that the steel has a strength of more than 1000 MPa, preferably more than 1200 MPa, particularly preferably more than 1400 MPa and particularly preferably more than 1600 MPa, is straight particularly advantageous since hydrogen embrittlement is becoming increasingly important in these strength classes, so that the invention can demonstrate its advantages precisely in the case of these strengths.
  • the invention relates to a component with a component made of heat-treated steel and/or a low-alloy steel, the component being a fastener, the component having and/or forming a threaded area and/or a shank area, the component at least partially in particular in the thread area and/or shaft area, is coated with an aluminum diffusion layer and an aluminum oxide layer is applied to the aluminum diffusion layer, the layer thickness of the aluminum diffusion layer being 1-200 ⁇ m, the aluminum diffusion layer having an aluminum content, based on the total weight of the aluminum diffusion layer, of 10 wt % above the aluminum content of the steel up to a maximum concentration, the aluminum content in the aluminum diffusion layer exceeding 10% by weight towards an interface between the aluminum diffusion layer and the aluminum oxide layer the aluminum content of the steel increases up to the maximum concentration, and the maximum concentration is 11 - 60% by weight, the component being a high-strength or ultra-high-strength component.
  • the fastening means according to the invention can in particular be non-positive fastening means such as screws, bolts or nuts.
  • Force-locking fastening means are characterized in particular by the fact that they have a threaded section for bracing or fastening, in particular with an external thread or an internal thread.
  • the threaded section can therefore be an external thread or an internal thread.
  • this threaded section is incorporated in a part of the fastener, which is made of steel.
  • the steel component may have a threaded portion which with the may be coated with the aluminum diffusion layer set forth above and below.
  • at least three, preferably at least five, and particularly preferably all thread turns of the threaded section are expediently coated with the aluminum diffusion layer.
  • At least the distal end threads are advantageously those threads which are coated with the aluminum diffusion layer.
  • the end threads are, in particular, the threads which form one end of the threaded section or form the end regions of the threaded section or the end of the thread.
  • the aluminum diffusion layer can also be present in a shaft area.
  • the shank area is in particular an area of the fastening means which lies between the head, in particular the screw head, and the threaded section of the fastening means and mechanically connects them to one another.
  • the shank region can preferably be designed without a thread and/or be designed as a cylindrical section. The diameter of the shank can be less than or equal to the thread diameter in the threaded section.
  • the mechanical properties of the fastening means can be positively influenced there according to the invention.
  • the screws are advantageously high-strength or ultra-high-strength screws.
  • the component made of steel in the component according to the invention is at least partially coated with an aluminum diffusion layer, ie the component is partially or completely coated with an aluminum diffusion layer.
  • the component is a high-strength or ultra-high-strength screw.
  • a high-strength bolt is a bolt with a tensile strength of at least 800 MPa.
  • High-strength screws are, for example, screws in strength classes 8.8, 10.9 and 12.9.
  • the strength classes of the invention correspond to ISO 898-1 in the version valid in January 2021.
  • a bolt with tensile strength is particularly important of at least 1200 MPa and/or advantageously of 1400 MPa.
  • ultra-high-strength screws are screws in strength classes 12.8, 12.9, 14.8, 14.9, 15.8, 15.9, 16.8, 16.9, 17.8 and 12.8U, 12.9U, 14.8U, 14.9U, 15.8U, 15.9U, 16.8U, 17.8U.
  • a high-strength bolt is a bolt that is at least high-strength, but can also be ultra-high-strength. It is preferably a high-strength or ultra-high-strength screw with a strength of more than 1000 MPa.
  • the part of the component or screw that has the aluminum diffusion layer, the shank and/or the threaded area of the screw is here that strong dynamic loads occur when the screw is in operation, which makes the screw more vulnerable Increase hydrogen embrittlement, which can be prevented or at least significantly reduced by the invention.
  • the screw can have a head with tool engagement surfaces, these tool engagement surfaces in particular forming an internal or external hexagon with one another. It is particularly preferred if the entire screw is coated with the aluminum diffusion layer.
  • the invention also relates to a method for producing the component according to the invention.
  • the method according to the invention for producing a component with a component made of heat-treated steel and/or a low-alloy steel comprises the steps: a) providing a component with a component made of heat-treated steel and/or a low-alloy steel, b) applying an aluminum diffusion layer with a layer thickness of 1 - 200 pm on the component at a temperature of 400 to 1100 °C in an inert gas atmosphere, c) heating the component to 700 to 1000 °C in an oxygen-containing atmosphere for at least 10 minutes, whereby an aluminum oxide layer is produced on the aluminum diffusion layer.
  • the temperature in step b) is preferably 800-1000.degree.
  • heating step c heating is preferably carried out for at least 15 minutes, preferably at least 20 minutes and particularly preferably for at least 30 minutes. Further, it is preferred that the heating takes place for 10-600 minutes, more preferably for 15-400 minutes and most preferably for 20-180 minutes.
  • the heating in step c) takes place at 700-1000.degree. C. for the specified periods of time, preferably at 800-1000.degree. C., particularly preferably at 820-980.degree.
  • the aluminum diffusion layer is preferably applied by applying an aluminum layer which then forms an aluminum diffusion layer at the temperature of step b), preferably a temperature of 400 to 1100° C.
  • the method according to the invention for producing a component with a component made of heat-treated steel and/or a low-alloy steel thus comprises the steps: a) providing a component with a component made of heat-treated steel and/or a low-alloy steel, b) applying an aluminum layer on the component at a temperature of 400 to 1100 °C in an inert gas atmosphere, with an aluminum diffusion layer with a layer thickness of 1 - 200 pm being formed on the component, c) heating the component to 700 to 1000 °C in an oxygen-containing atmosphere for at least 10 minutes , whereby an aluminum oxide layer is formed on the aluminum diffusion layer.
  • an inert gas atmosphere is understood as meaning an atmosphere of a gas or gas mixture which is inert towards the aluminum of the aluminum diffusion layer. It is preferably a gas atmosphere which contains less than 1% by volume of gases which are reactive towards aluminum, in particular contains less than 1% by volume of oxygen.
  • the inert gas atmosphere particularly preferably comprises more than 99% by volume of nitrogen, hydrogen and/or noble gases, for example argon, argon and nitrogen, or nitrogen and hydrogen, for example nitrogen and 5-10% H2.
  • a preferred embodiment of the invention relates to a method for producing a component, the component being a high-strength or ultra-high-strength component, comprising the steps of: a) providing a component, the component being a high-strength or ultra-high-strength component, which is a fastener that has and/or forms a threaded area and/or a shank area, with a component made of heat-treated steel and/or a low-alloy steel, b) applying an aluminum diffusion layer with a layer thickness of 1-200 ⁇ m to the component, in particular in the threaded area and/or shank area a temperature of 400 to 1100°C in an inert gas atmosphere, c) heating the component to 700 to 1000°C in an oxygen-containing atmosphere for at least 10 minutes, whereby an aluminum oxide layer is produced on the aluminum diffusion layer.
  • the tempering step can also take place during and/or at the same time or together with the heating step c).
  • the tempering and the heating/oxidation can be carried out together in one step.
  • the aluminum oxide layer can be produced particularly quickly and inexpensively.
  • martensitic tempering preferably by quenching in oil, air and/or water
  • bainitising preferably in a salt bath
  • Martensitic quenching or bainitising is carried out under the usual conditions.
  • the heating step c) can thus be a separately carried out heating step, for example in a furnace, or the heating step can take place during the tempering step of the component, for example at the austenitization of the steel.
  • the heating step preferably takes place during the annealing of the component.
  • the method for producing the component according to the invention therefore comprises the steps: a) providing a component with a component made of heat-treated steel and/or a low-alloy steel, b) applying an aluminum diffusion layer with a layer thickness of 1-200 gm the component at a temperature of 400 to 1100 °C in an inert gas atmosphere, c) heating the component to 700 to 1000 °C while annealing the component in an oxygen-containing atmosphere for at least 10 minutes, thereby producing an aluminum oxide layer on the aluminum diffusion layer.
  • the invention also relates to the use of the component according to the invention to avoid or reduce hydrogen embrittlement.
  • the use preferably includes the use of the preferred components described to avoid or reduce hydrogen embrittlement, for example a fastening means with a threaded area and/or shank area.
  • This relates in particular to the reduction or avoidance of hydrogen embrittlement in the component due to hydrogen that can penetrate from the outside, for example when the component is used as intended. This can be the case, for example, when using the component according to the invention, for example a fastener, in a corrosive environment.
  • the aluminum diffusion layer according to the invention in combination with the aluminum oxide layer then particularly effectively protects the component from hydrogen embrittlement by reducing or preventing the penetration of hydrogen into the component.
  • a preferred embodiment of the invention relates to the use of the component according to the invention, in particular the fastening means, in a fuel cell or a battery arrangement.
  • the component according to the invention in particular the fastening means, in a fuel cell or a battery arrangement.
  • the aluminum diffusion layer according to the invention in combination with the aluminum oxide layer can prevent hydrogen embrittlement with particular advantage.
  • the invention also relates to a battery arrangement and/or fuel cell, comprising a component according to the invention, in particular a fastening means according to the invention.
  • a battery arrangement and/or fuel cell comprising a component according to the invention, in particular a fastening means according to the invention.
  • the microstructure of the steel component can be ferritic, ferritic-pearlitic, bainitic, GKZ annealed or a mixed microstructure.
  • the microstructure of the component can, in a preferred embodiment, be martensitic, bainitic or ferritic-martensitic or dual-phase (residual austenite, ferrite and/or martensite).
  • the invention also relates to a component with a component made of steel, obtainable by the method according to the invention.
  • the component and/or the component made of steel can also have the aforementioned features with regard to the method.
  • the layer thickness of the aluminum diffusion layer is preferably measured with a micrometer, for example using the method according to ASTM C664-10 (as published 2020, Test Method A).
  • ASTM C664-10 as published 2020, Test Method A.
  • the thickness of the component is essentially measured before and after coating with the aluminum diffusion layer, and the layer thickness results from the difference.
  • the thickness of the aluminum diffusion layer can also be determined by first measuring the thickness of the component after coating with the aluminum diffusion layer. Subsequently, the aluminum diffusion layer is removed, for example by grinding, and the composition of the material is analyzed, for example by chemical analysis of the removed material or chemical analysis of the remaining surface material. For example, wet-chemical methods, atomic force microscopy (AFM) or energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS, EDX, EDXS or XEDS) can be used as analysis methods. Material is removed as long as the removed material has an aluminum content of at least 10% by weight above the aluminum content of the steel, based on the total weight of the aluminum diffusion layer.
  • AFM atomic force microscopy
  • EDS energy-dispersive X-ray spectroscopy
  • the thickness of the aluminum diffusion layer can be determined using the procedure outlined in ASTM C664-10 (as amended in 2020, Test Method B). For this purpose, the layer thickness is essentially determined in the cross section with the aid of an optical microscope. It is also possible to determine the layer thickness of the aluminum diffusion layer in a cross-section using energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS, EDX, EDXS or XEDS). The thickness of the aluminum oxide layer can be determined using scanning electron microscopy.
  • EDS energy-dispersive X-ray spectroscopy
  • a component with an aluminum diffusion layer is manufactured by manufacturing the component from the substrate material steel using axial cold forging.
  • the starting material is fed to the forming machine in the form of a coil of wire.
  • the formed product has the geometry of a screw.
  • An aluminum diffusion layer is then applied. After the coating has been applied, the component is heated in an oxygen-containing atmosphere and austenitized for 30 minutes at a temperature of 850°C for tempering.
  • quenching is carried out immediately after austenitizing.
  • a suitable microstructure is set during the quenching process.
  • the material produced converts according to its local Al concentration.
  • the resulting component had a tensile strength of 1600 MPa - 1650 MPa.
  • test setup in which the other two factors are reproduced in a reproducible manner is therefore suitable for evaluating the material behavior with regard to hydrogen-induced stress corrosion cracking.
  • the test setup according to DIN EN ISO 7539-7 is therefore used for the assessment.
  • the FIE value is determined from the two determined deformation energies.
  • the FIE value can range from 0 to 1.
  • the reference value without hydrogen exposure W BU is determined. This is based on the mean of three samples with a
  • FIG. 1 a component according to the invention
  • FIG. 1 shows a component according to the invention.
  • the component has a component 1 made of low-alloy steel and/or heat-treated steel.
  • the component can in particular be a fastener or a spring.
  • the component 1 is at least partially coated with an aluminum diffusion layer 10, the layer thickness of the aluminum diffusion layer being 1 to 200 ⁇ m.
  • the arrow in the aluminum diffusion layer 10 in FIG. 1 indicates the decrease in the concentration of aluminum in the aluminum diffusion layer 10 and the direction of thickness, in which the thickness of the aluminum diffusion layer 10 can be determined in particular.
  • an aluminum oxide layer 14 is applied on the aluminum diffusion layer 10.
  • the aluminum diffusion layer is delimited by the interface 12 between the aluminum diffusion layer 10 and the aluminum oxide layer 14 distally opposite the component 1 made of steel. This surface 16 of the aluminum oxide layer 14 can itself in turn be coated.

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Abstract

Es wird ein Bauteil mit einem Bestandteil (1) aus niedriglegiertem Stahl und/oder Vergütungsstahl bereitgestellt, wobei der Bestandteil (1) zumindest teilweise mit einer Aluminiumdiffusionsschicht (10) beschichtet ist und auf der Aluminiumdiffusionsschicht (10) eine Aluminiumoxidschicht (14) aufgebracht ist, wobei die Schichtdicke der Aluminiumdiffusionsschicht (10) 1 – 200 µm beträgt, wobei die Aluminiumdiffusionsschicht (10) einen Aluminiumanteil aufweist, bezogen auf das Gesamtgewicht der Aluminiumdiffusionsschicht, von 10 Gew.-% über dem Aluminiumanteil des Stahls bis zu einer Maximalkonzentration, wobei der Aluminiumanteil in der Aluminiumdiffusionsschicht (10) in Richtung Grenzfläche (12) zwischen der Aluminiumdiffusionsschicht (10) und der Aluminiumoxidschicht (14) von 10 Gew.-% bis zur Maximalkonzentration zunimmt, und wobei die Maximalkonzentration 11 – 60 Gew.-% beträgt.

Description

Bauteil mit integrierter Aluminiumdiffusionsschicht und
Aluminiumoxidschicht
Die Erfindung betrifft ein Bauteil mit einem Bestandteil aus Vergütungsstahl und/oder aus einem niedriglegierten Stahl, bei dem der Bestandteil mit einer Aluminiumdiffusionsschicht und einer Aluminiumoxidschicht versehen ist. Insbesondere kann die Erfindung auch ein Befestigungsmittel, wie eine Schraube oder eine Mutter, betreffen, welches einen Bestandteil aus Vergütungsstahl und/oder aus einem niedriglegierten Stahl aufweist, welcher mit einer Aluminiumdiffusionsschicht und einer Aluminiumoxidschicht versehen ist.
Bauteile aus Metall, insbesondere hochfeste und ultrahochfeste Bauteile aus Vergütungsstahl und/oder niedriglegiertem Stahl, sind anfällig für eine Wasserstoffversprödung. Die Wasserstoffversprödung wird durch das Eindringen von Wasserstoff in die Metallstruktur der Bauteile verursacht und führt bei Beanspruchung der Bauteile zur interkristallinen Rissbildung. Dieses Phänomen wird als wasserstoffinduzierte Spannungsrisskorrosion bezeichnet.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Wasserstoffversprödung und damit die Neigung zur wasserstoffinduzierten Spannungsrisskorrosion bei Bauteilen aus Stahl zu verringern.
Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Bauteil mit einem Bestandteil aus einem Vergütungsstahl und/oder einem niedriglegierten Stahl gemäß Anspruch 1, mit einem Befestigungsmittel gemäß Anspruch 2, mit einem Verfahren zur Herstellung eines Bauteils gemäß Anspruch 8 und mit einer Verwendung gemäß Anspruch 11. Weitere Merkmale, Ausführungsformen sowie Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung sowie aus den Figuren.
Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein Bauteil mit einem Bestandteil aus Vergütungsstahl und/oder aus einem niedriglegierten Stahl, wobei der Bestandteil zumindest teilweise mit einer Aluminiumdiffusionsschicht beschichtet ist und auf der Aluminiumdiffusionsschicht eine Aluminiumoxidschicht aufgebracht ist, wobei die Schichtdicke der Aluminiumdiffusionsschicht 1 -200 pm beträgt, bevorzugt 2 - 100 pm, besonders bevorzugt 3 - 20 pm, wobei die Aluminiumdiffusionsschicht einen Aluminiumanteil aufweist, bezogen auf das Gesamtgewicht der Aluminiumdiffusionsschicht, von 10 Gew.-% über dem Aluminiumanteil des Stahls bis zu einer Maximalkonzentration, wobei der Aluminiumanteil in der Aluminiumdiffusionsschicht in Richtung einer Grenzfläche zwischen der Aluminiumdiffusionsschicht und der Aluminiumoxidschicht von 10 Gew.-% über dem Aluminiumanteil des Stahls bis zur Maximalkonzentration zunimmt, und wobei die Maximalkonzentration 11 - 60 Gew.-% beträgt.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung kann ein Bauteil mit einem Bestandteil aus Vergütungsstahl und/odereinem niedriglegierten Stahl, betreffen, wobei das Bauteil ein Befestigungsmittel ist, wobei der Bestandteil aus Stahl einen Gewindebereich aufweist und/oder ausbildet, wobei der Bestandteil, insbesondere im Gewindebereich, zumindest teilweise mit einer Aluminiumdiffusionsschicht beschichtet ist und auf der Aluminiumdiffusionsschicht eine Aluminiumoxidschicht aufgebracht ist, wobei die Schichtdicke der Aluminiumdiffusionsschicht 1 - 200 pm beträgt, bevorzugt 2 - 100 pm, wobei die Aluminiumdiffusionsschicht einen Aluminiumanteil aufweist, bezogen auf das Gesamtgewicht der Aluminiumdiffusionsschicht, von 10 Gew.-% über dem Aluminiumanteil des Stahls bis zu einer Maximalkonzentration, wobei der Aluminiumanteil in der Aluminiumdiffusionsschicht in Richtung einer Grenzfläche zwischen der Aluminiumdiffusionsschicht und der Aluminiumoxidschicht von 10 Gew.-% über dem Aluminiumanteil des Stahls bis zur Maximalkonzentration zunimmt, und wobei die Maximalkonzentration 11 - 60 Gew.-% beträgt. Das Befestigungsmittel ist zweckmäßigerweise eine Schraube, insbesondere eine hochfeste oder sogar eine ultrahochfeste Schraube, oder eine Mutter, insbesondere eine hochfeste oder sogar eine ultrahochfeste Mutter.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils mit einem Bestandteil aus einem Vergütungsstahl und/oder einem niedriglegierten Stahl, umfassend die Schritte: a) Bereitstellen eines Bauteils mit einem Bestandteil aus einem Vergütungsstahl und/oder einem niedriglegierten Stahl, b) Aufbringen einer Aluminiumdiffusionsschicht mit einer Schichtdicke von 1 - 200 pm auf dem Bestandteil bei einer Temperatur von 400 bis 1100 °C in einer Inertgasatmosphäre, c) Erwärmen des Bauteils auf 700 bis 1000 °C in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre für mindestens 10 Minuten, wodurch eine Aluminiumoxidschicht auf der Aluminiumdiffusionsschicht hergestellt wird.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft die Verwendung des erfindungsgemäßen Bauteils zur Verminderung einer Wasserstoffversprödung.
Die erfindungsgemäße Aluminiumdiffusionsschicht in Kombination mit der Aluminiumoxidschicht wirkt überraschenderweise auf Bauteilen aus Vergütungsstahl und/ oder aus niedriglegiertem Stahl als sehr wirksame Barriere gegen das Eindringen von Wasserstoff durch Diffusion und erhöht dadurch die Resistenz der Bauteile gegen wasserstoffinduzierte Spannungskorrosion. Der Diffusionsprozess und damit die Ausbildung der Aluminiumdiffusionsschicht verbessert zudem die Haftung der Aluminiumschicht auf dem Stahl, da die Aluminiumschicht sozusagen mit dem Stahl des Bauteils verwächst.
Insbesondere bei Befestigungsmitteln aus niedriglegierten Stählen, welche meist eine hohe und auch häufig dynamische axiale Spannung aufweisen bzw. ausgesetzt sind, ist das Vermindern einer wasserstoffinduzierten Spannungskorrosion besonders vorteilhaft und wünschenswert, denn diese Befestigungsmittel, welche beispielsweise Schrauben oder Muttern sein können, sind für viele Baugruppen essentiell. Beispielsweise kann daher das Versagen eines Befestigungsmittels, insbesondere einer hochfesten oder ultrahochfesten Schraube, drastische Folgen für Mensch oder Maschine haben, wie z.B. bei einer Motorkopfschraube, einer Brückenschraube, einer Zylinderkopfschraube, Fahrwerksschraube und/oder Batteriebefestigungsschraube. Die Erfindung kann somit auch ein Fahrzeug, einen Motor, insbesondere einen Zylinderkopf, eine Fahrwerksanordnung oder eine Batterieanordnung mit einem Bauteil, insbesondere einem Befestigungsmittel, mit der erfindungsgemäßen Aluminiumdiffusionsschicht oder ein Bauwerk, insbesondere wie eine Brücke, oder ein Fahrzeug betreffen.
Vorteilhafterweise ist der Bestandteil aus Stahl in Bereichen mit erhöhter Kerbwirkung und/oder benachbarten Bereichen zu Bereichen mit erhöhter Kerbwirkung mit der Aluminiumdiffusionsschicht beschichtet, insbesondere in Bereichen eines Gewindes, unter einem Kopf, z.B. einer Schraube, Kerben oder Nuten. Bereiche mit einer erhöhter Kerbwirkung sind insbesondere Bereiche, welche einen Kerbwirkungsfaktor von mehr als 1,1 bevorzugt von mehr als 1,4, besonders bevorzugt von mehr als 1,9 und am meisten bevorzugt von mehr als 2,1, aufweisen. In einem Bereich eines Gewindes, einer Nut oder unter einem (Schrauben-)Kopf bzw. im Übergang zum Schraubenkopf ist daher vorteilhafterweise ein Bereich mit erhöhter Kerbwirkung im Sinne der Erfindung zu sehen. Unter einem benachbarten Bereich zu einem Bereich mit erhöhter Kerbwirkung ist dabei ein Bereich zu sehen, welcher maximal 10 mm bevorzugt maximal 5 mm und besonders bevorzugt maximal 2 mm, von dem Bereich mit erhöhter Kerbwirkung beabstandet ist. Alternativ bevorzugt kann ein benachbarter Bereich zu einem Bereich mit erhöhter Kerbwirkung auch dann vorliegen, wenn dieser maximal 10%, bevorzugt maximal 5%, besonders bevorzugt maximal 2%, der größten Flauptabmessung des Bestandteils aus Stahl von dem Bereich mit erhöhter Kerbwirkung beabstandet ist.
Zur Fierstellung der Aluminiumdiffusionsschicht sind alle bekannten Aluminiumbeschichtungsverfahren und Alitierverfahren geeignet, sofern die Verfahren bei einer Temperatur im Bereich von 400 bis 1100 °C durchführbar sind, so dass eine Aluminiumdiffusionsschicht herstellbar ist. Bevorzugt sind das Feueraluminieren, Chemical Vapor Deposition (CVD) und das Schlickerverfahren. Besonders bevorzugt ist Chemical Vapor Deposition (CVD).
Das Aluminium diffundiert durch die erhöhte Temperatur von 400 bis 1100 °C in einer Inertgasatmosphäre in das Eisengitter des Stahls, wodurch die Aluminiumdiffusionsschicht entsteht. Insbesondere kann das Aluminium mit dem Eisen reagieren, um eine intermetallische Phase (sogenannte Aluminid-Phase) zu bilden. Neben dem Eisen diffundieren selbstverständlich auch etwaige Legierungsbestandteile des Stahls in die Aluminium-haltige Schicht. Die Aluminiumdiffusionsschicht weist einen Konzentrationsgradienten auf, bei dem die Aluminiumkonzentration in Richtung der Oberfläche der Aluminiumdiffusionsschicht zunimmt. Diese Oberfläche ist nach der Herstellung der Aluminiumoxidschicht die Grenzfläche zwischen der Aluminiumdiffusionsschicht und der Aluminiumoxidschicht. Die Eisenkonzentration nimmt in derselben Richtung ab. Ferner nimmt die Konzentration etwaiger Legierungsbestandteile des Stahls in dieser Richtung ab. Die Oberfläche und/oder die Grenzfläche ist insbesondere diejenige Fläche, welche die Aluminiumdiffusionsschicht distal gegenüberliegend bzw. abgewandt zu dem Bestandteil aus Stahl begrenzt.
Im sich anschließenden Erwärmungsschritt des Bauteils in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre oxidiert das Aluminium an der Oberfläche und bildet eine Aluminiumoxidschicht auf der Aluminiumdiffusionsschicht aus (Oxidationsschritt). Diese Aluminiumoxidschicht fungiert als zusätzliche Wasserstoffbarriere und dient auch als Korrosionsschutz. Die Oberfläche der Aluminiumoxidschicht kann selbst wiederum beschichtet sein und/oder die Oberfläche kann beispielsweise eine freie Oberfläche sein, welche nicht beschichtet ist. In anderen Worten kann die Oberfläche frei liegend sein oder durch eine Beschichtung und/oder durch ein weiteres Bauteil bedeckt sein.
Die Aluminiumdiffusionsschicht ist im Sinne der Erfindung definiert als der Bereich des Bestandteils aus Vergütungsstahl bzw. niedriglegiertem Stahl, der einen Aluminiumanteil aufweist, bezogen auf das Gesamtgewicht der Aluminium diffusionsschicht, von 10 Gew.-% über dem Aluminiumanteil des Stahls bis zu einer Maximalkonzentration, wobei die Maximalkonzentration 10-60 Gew.-% Aluminium beträgt. Wenn beispielsweise der eingesetzte Stahl kein Aluminium enthält, ist die Aluminiumdiffusionsschicht die Schicht, die einen Aluminiumanteil von 10 Gew.-% bis zur Maximalkonzentration an Aluminium aufweist. In diesem Falle liegt für einen Stahl ohne Aluminiumanteil die Aluminiumkonzentration in der Aluminiumdiffusionsschicht zwischen 10 und 60 Gew.-%.
Wenn der Stahl des Bestandteils des Bauteils ein legierter Stahl mit einem Aluminiumanteil von beispielsweise 1 Gew.-% ist, so beträgt der Aluminiumanteil in der Aluminiumdiffusionsschicht 11 Gew.-% bis zur Maximalkonzentration. Ist die Maximalkonzentration an der Oberfläche 60 Gew.-%, liegt somit der
Aluminiumanteil in der Aluminiumdiffusionsschicht bei 11 - 60 Gew.-%.
Bevorzugt ist die Aluminiumoxidschicht in direktem Kontakt mit der Aluminiumdiffusionsschicht ausgebildet. In anderen Worten, wie insbesondere bereits beschrieben, ist keine weitere Schicht zwischen der Aluminiumoxidschicht und der Aluminiumdiffusionsschicht vorhanden. Vorteilhafterweise ist zumindest 90% besonders bevorzugt zumindest 95% und besonders stark bevorzugt zumindest 99% der Aluminiumdiffusionsschicht, bzw. deren Grenzfläche, durch die Aluminiumoxidschicht bedeckt. Hierdurch kann eine besonders gute und flächige Abschirmung der Diffusionsschicht erreicht werden.
Unter einem Bestandteil aus Vergütungsstahl oder niedriglegiertem Stahl im Sinne der Erfindung kann insbesondere verstanden werden, dass zumindest ein Teil des Bauteils, also ein Volumenbereich, aus Vergütungsstahl oder niedriglegiertem Stahl ausgebildet ist. Ein Vergütungsstahl ist ein Stahl, der durch Vergüten, insbesondere in der Form eines Härtens und/oder eines Anlassens, hohe Zug- und Dauerfestigkeit erhält bzw. aufweist. Besonders bevorzugt ist es, wenn das Gewicht des Bauteils zu zumindest 80%, bevorzugt zu zumindest 90%, und besonders stark bevorzugt zu zumindest 95 %, aus Vergütungsstahl oder niedriglegiertem Stahl besteht bzw. durch den Bestandteil aus Vergütungsstahl oder niedriglegiertem Stahl ausgebildet ist. Hierdurch kann eine besonders gute mechanische Festigkeit des Bauteils, insbesondere des Befestigungsmittels, erreicht werden. Besonders bevorzugt ist es, um die mechanische Festigkeit zu steigern, wenn der Bestandteil aus Stahl einstückig ist oder mehrteilig. Unter einem "einstückig" kann insbesondere verstanden werden, dass zumindest der einstückige Teil in einem Urformprozess geschaffen worden ist und/oder zusammenhängend ist.
Unter „beschichtet“ mit einer Aluminiumdiffusionsschicht wird im Sinne der Erfindung verstanden, dass der Bestandteil aus Stahl im Querschnitt außen eine Aluminiumdiffusionsschicht aufweist. Dies bedeutet insbesondere, dass der Bestandteil aus Stahl in zumindest eine Raumrichtung durch eine festhaftende Schicht aus formlosem Stoff berandet ist, welche eine Aluminiumdiffusionsschicht ist. Vorteilhafterweise kann das Beschichten dabei der DIN 8580 entsprechen - insbesondere in der am 1. Mai 2021 geltenden Fassung. .
Die Dicke der Aluminiumdiffusionsschicht beträgt erfindungsgemäß 1 - 200 pm, bevorzugt 2 - 100 pm, besonders bevorzugt 3 - 50 pm und am meisten bevorzugt 3 - 20 pm. Die geringeren Dicken der bevorzugten Ausführungsformen der Aluminiumdiffusionsschicht sind insbesondere bei passgenauen Bauteilen von Vorteil. Bevorzugt ist die Aluminiumoxidschicht unmittelbar auf der Aluminiumdiffusionsschicht aufgebracht. Dies bedeutet, dass sich zwischen Aluminiumdiffusionsschicht und Aluminiumoxidschicht keine weitere Schicht befindet.
Die Erzeugung der Aluminiumoxidschicht wird unter anderem bestimmt durch die Dauer und Temperatur des Erwärmungsschritts in sauerstoffhaltiger Atmosphäre (Oxidationsschritt). Die Dicke der Aluminiumoxidschicht beträgt vorzugsweise 1 - 5000 nm (Nanometer), bevorzugt 100 - 2000 nm, besonders bevorzugt 500 - 1000 nm. Mit diesen Schichtdicken wird eine besonders wirksame Barriere gegen das Eindringen von Wasserstoff und somit eine besonders wirksame Verminderung der Wasserstoffversprödung erreicht.
Unter der „Schichtdicke“ der der Aluminiumdiffusionsschicht und der Aluminiumoxidschicht wird, sofern die Ober- oder Unterseite Unebenheiten aufweist, die mittlere Schichtdicke verstanden. Dazu werden mindestens drei Messungen der Schichtdicke vorgenommen, vorzugsweise 6 bis 8 Messungen, und das arithmetische Mittel der Messwerte ermittelt.
Die Barrierewirkung gegen das Eindringen von Wasserstoff wird mit der vorliegenden Erfindung durch die Kombination aus einer Aluminium diffusionsschicht und einer Aluminiumoxidschicht erreicht. Als vorteilhaft hat sich ein Verhältnis der Schichtdicke der Aluminiumdiffusionsschicht zur Schichtdicke der Aluminiumoxidschicht von 0,2 - 2.000.000 erwiesen, weiter bevorzugt von 0,5 bis 2000. Dieses Schichtdickenverhältnisse führen zu einer besonders wirksamen Verminderung der Wasserstoffversprödung, bei gleichzeitig hervorragendem Halt der Aluminiumdiffusionsschicht auf dem niedriglegierten Stahl und/oder vergüteten Stahl und einer haltbaren, als Barriere wirksamen und korrosionsbeständigen Aluminiumoxidschicht.
Die Maximalkonzentration des Aluminiums in der Aluminiumdiffusionsschicht beträgt 11 - 60 Gew.-%. Bevorzugt sind 11 - 50 Gew.-%, besonders bevorzugt 11 - 35 Gew.-%, weiter bevorzugt 12 - 35 Gew.-%, noch weiter bevorzugt 15 - 35 Gew.-%, insbesondere 18 - 30 Gew.-%. Diese Maximalkonzentrationen des Aluminiums in der Aluminiumdiffusionsschicht führen zu einer ausgeprägten Bildung von Eisen-Aluminidphasen (FeAl), die besonders wirksam im Hinblick auf die Vermeidung der Wasserstoffversprödung sind.
Der Aluminiumanteil in der Aluminiumdiffusionsschicht nimmt in Richtung der Grenzfläche zwischen der Aluminiumdiffusionsschicht und der Aluminium oxidschicht zu. Die Zunahme erfolgt dabei von 10 Gew.-% oberhalb des Aluminiumanteils des Stahls bis hin zur Maximalkonzentration, beispielsweise 11 - 60 Gew.-%. Vorzugsweise nimmt der Aluminiumanteil in der
Aluminiumdiffusionsschicht senkrecht in Richtung der Grenzfläche zwischen der Aluminiumdiffusionsschicht und der Aluminiumoxidschicht zu. Weiter ist es bevorzugt, dass der Aluminiumanteil in der Aluminiumdiffusionsschicht senkrecht in Richtung der Grenzfläche zwischen der Aluminiumdiffusionsschicht und der Aluminiumoxidschicht zunimmt. In der Aluminiumdiffusionsschicht bilden sich vorzugsweise intermetallische Phasen aus, die bevorzugt intermetallische Eisen- Aluminidphasen (FeAl) sind. Diese werden vorzugsweise ausgebildet, indem die Maximalkonzentration des Aluminiums in der Aluminiumdiffusionsschicht in den bevorzugten Bereichen eingestellt wird, z.B. 11 - 50 Gew.-%, besonders bevorzugt 11 - 35 Gew.-%, weiter bevorzugt 12 - 35 Gew.-%, noch weiter bevorzugt 15 - 35 Gew.-%, insbesondere 18 - 30 Gew.-% Maximalkonzentration des Aluminiums in der Aluminiumdiffusionsschicht.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann bei der Herstellung der Aluminiumdiffusionsschicht die Kontrolle der Al-Aktivität je nach Beschichtungsprozess eingestellt werden, zB. kann im Slurry-Verfahren Al-Pulver mit Si gemischt werden, um die Al-Aktivität zu senken oder im CVD-Verfahren wird durch das Verhältnis der sogenannten Packmischung (Filler AI2O3 z.B. 85 Gew.%, plus Halogen-haltiger Aktivator (z.B. 6%), wie z.B. NH4CI, und z.B. 9% Al-Pulver). Diese Verfahren führen zur verstärkten Ausbildung intermetallische Phasen, die bevorzugt intermetallische Eisen-Aluminidphasen (FeAl) sind.
Die Aluminiumoxidschicht kann zumindest teilweise die Oberfläche des Bauteils ausbilden. Um die Oberfläche des Bauteils an den jeweiligen Einsatzzweck weiter anzupassen, ist es bevorzugt, dass auf die Aluminiumoxidschicht noch eine weitere Schicht aufgebracht ist, vorzugsweise ausgewählt aus Verschleißschutzschicht und Gleitschicht. Bevorzugt sind Phosphatschichten und Zinklamellen, insbesondere wenn das Bauteil ein Befestigungsmittel, vorteilhafterweise eine Schraube oder ein Bolzen, ist. Diese Schichten sind insbesondere im Hinblick auf die Verbesserung der Reibeigenschaften von Vorteil.
Der Stahl des Bestandteils des Bauteils ist ein niedriglegierter Stahl und/oder vergüteter Stahl. Unter einem niedriglegierten Stahl wird im Sinne der Erfindung ein Stahl verstanden, dessen Gesamtanteil an Legierungselementen 5 Gew.-% nicht überschreitet, insbesondere der Legierungselemente Cr, Mo, V, Ni, Mn, AI, B und Ti, bezogen auf das Gesamtgewicht des Stahls. Unter den Begriff niedriglegierter Stahl im Sinne der Erfindung fallen somit auch unlegierte Stähle und mikrolegierte Stähle. Unter einem unlegierten Stahl wird im Sinne der Erfindung ein Stahl verstanden, der bis zu 0,8 Gew.-% Kohlenstoff und weniger als 1 Gew.-% Mangan enthält, bezogen auf das Gesamtgewicht des Stahls.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei dem niedriglegierten Stahl des Bestandteils des Bauteils, der auch ein unlegierter Stahl sein kann, bevorzugt um einen hochfesten oder ultrahochfesten Stahl. Insbesondere kann es sich um einen niedriglegierten vergüteten Stahl handeln. Niedriglegierte Stähle können besonders gut vergütet werden und gleichzeitig oder alternativ ein besonders hohes Maß an Festigkeit bereitstellen, sodass hier die durch die Erfindung erreichen Vorteile, insbesondere in Hinblick auf eine Wasserstoffversprödung, besonders gut eingesetzt bzw. erreicht werden können.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Gefüge des Bestandteils aus Stahl im Bauteil zumindest überwiegend martensitisch, bainitisch und/oder dual-phasig (Restaustenit, Ferrit und/oder Martensit). Vorzugsweise ist das Gefüge des Bestandteils aus Stahl im Bauteil mindestens 80 Gew.-%, insbesondere mindestens 90 Gew.-% martensitisch, bainitisch und/oder dual- phasig (Restaustenit, Ferrit und/oder Martensit), jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht des Bestandteils aus Stahl. Diese Gefüge verleihen dem erfindungsgemäßen Bauteil eine besonders hohe Festigkeit und Zähigkeit. Diese Gefüge können einer hohen und auch häufig dynamischen axialen Spannung ausgesetzt werden, so dass für sie die Verminderung der Wasserstoffversprödung besonders vorteilhaft ist. Das Gefüge in der Aluminiumdiffusionsschicht kann sich vom Gefüge des restlichen Bestandteils aus Stahl (des sogenannten Grundwerkstoffs) unterscheiden. Die Elementverteilung in der Aluminiumdiffusionsschicht ist vorteilhafterweise gekennzeichnet durch eine hohe Konzentration von zwei Elementen, nämlich Eisen und Aluminium. Die anderen Legierungselemente können je nach Zusammensetzung des Bestandteils aus Stahl als gelöste Elemente oder als intermetallische Ausscheidung in der Aluminiumdiffusionsschicht vorliegen.
Das erfindungsgemäße Bauteil ist vorzugsweise ein hochfestes oder ultrahochfestes Bauteil, insbesondere mit Festigkeiten über 1000 MPa, bevorzugt über 1200 MPa, besonders bevorzugt über 1400 MPa und besonders stark bevorzugt über 1600 MPa. Bevorzugte hochfeste und ultrahochfeste Bauteile sind hochfeste oder ultrahochfeste Schrauben bzw. Befestigungsmittel, Federn, Blattfedern, Tellerfedern und Kettenantriebe, Umformbauteile und/oder Strukturbauteil. Weiter oder alternativ bevorzugt ist das erfindungsgemäße Bauteil, insbesondere das hochfeste oder ultrahochfeste Bauteil, bevorzugt ein geschweißtes Bauteil, ein additiv-gefertigtes Bauteil oder ein einsatzgehärtetes Bauteil. Gerade bei geschweißten Bauteilen kann eine hohe Wasserstoffversprödung durch das Schweißen entstehen, sodass gerade hier die Erfindung besonders gut eingesetzt werden kann. Bei einem einsatzgehärteten Bauteil wird zur Herstellung das Bauteil zusätzlich einsatzgehärtet, insbesondere durch Aufkohlung, Nitrierung oder Nitrocarburierung. Anschließend wird das Bauteil dann mit der Aluminiumdiffusionsschicht versehen, wie vorliegend beschrieben.
Unter einem umgeformten Bauteil ist insbesondere ein Bauteil zu verstehen, welches mittels eines Umformschrittes, insbesondere einem Kaltumformverfahren, umgeformt wurde. Gerade bei einem Umformbauteil, insbesondere einem kaltumgeformten Bauteil, ist eine Vermeidung einer Sprödigkeit, insbesondere einer Wasserstoffversprödung, besonders vorteilhaft, denn bei einem umgeformten Bauteil besteht bereits ein gewisses Maß an Sprödigkeit durch die aufgestauten Waldversetzungen. Ein Strukturbauteil im Sinne der Erfindung liegt insbesondere dann vor, wenn es sich bei dem Bauteil um ein lasttragendes Bauteil handelt. Dieses Strukturbauteil verfügt insbesondere über zwei Lasteinleitungsabschnitte, welche vorteilhafterweise lasteinleitende Strukturen, wie z.B. Montageausnehmungen oder -durchbrüche, aufweisen, und einen zwischen den Lasteinleitungsabschnitten angeordneten Übertragungsbereich, welcher eine Last, insbesondere eine Biegelast, von dem einem Lasteinleitungsabschnitt auf den anderen Lasteinleitungsabschnitt übertragen kann und/oder überträgt. Vorteilhafterweise ist dabei zumindest einer, bevorzugt alle Lasteinleitungsabschnitte, und/oder der Übertragungsbereich mit der erfindungsgemäßen Aluminiumdiffusionsschicht ausgestattet. Das Ausbilden des Bauteils dahingehend, dass der Stahl eine Festigkeit von über 1000 MPa, bevorzugt über 1200 MPa, besonders bevorzugt über 1400 MPa und besonders stark bevorzugt über 1600 MPa, aufweist, ist gerade besonders vorteilhaft, da bei diesen Festigkeitsklassen die Wasserstoffversprödung immer entscheidender wird, sodass die Erfindung ihre Vorteile gerade bei diesen Festigkeiten ausspielen kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform betrifft die Erfindung ein Bauteil mit einem Bestandteil aus einen Vergütungsstahl und/oder einem niedriglegierten Stahl, wobei das Bauteil ein Befestigungsmittel ist, wobei der Bestandteil einen Gewindebereich und/oder Schaftbereich aufweist und/oder ausbildet, wobei der Bestandteil zumindest teilweise, insbesondere im Gewindebereich und/oder Schaftbereich, mit einer Aluminiumdiffusionsschicht beschichtet ist und auf der Aluminiumdiffusionsschicht eine Aluminiumoxidschicht aufgebracht ist, wobei die Schichtdicke der Aluminiumdiffusionsschicht 1 -200 pm beträgt, wobei die Aluminiumdiffusionsschicht einen Aluminiumanteil aufweist, bezogen auf das Gesamtgewicht der Aluminiumdiffusionsschicht, von 10 Gew.-% über dem Aluminiumanteil des Stahls bis zu einer Maximalkonzentration, wobei der Aluminiumanteil in der Aluminiumdiffusionsschicht in Richtung einer Grenzfläche zwischen der Aluminiumdiffusionsschicht und der Aluminiumoxidschicht von 10 Gew.-% über dem Aluminiumanteil des Stahls bis zur Maximalkonzentration zunimmt, und die Maximalkonzentration 11 - 60 Gew.-% beträgt, wobei das Bauteil ein hochfestes oder ultrahochfestes Bauteil ist.
Die erfindungsgemäßen Befestigungsmittel können insbesondere kraftschlüssige Befestigungsmittel sein, wie Schrauben, Bolzen oder Muttern. Kraftschlüssige Befestigungsmittel zeichnen sich insbesondere dadurch aus, dass diese einen Gewindeabschnitt zum Verspannen oder Befestigen aufweisen, insbesondere mit einem Außengewinde oder einem Innengewinde. Beispielsweise kann der Gewindeabschnitt daher ein Außengewinde oder ein Innengewinde sein. Vorteilhafterweise ist dieser Gewindeabschnitt dabei in einem Bestandteil des Befestigungsmittels eingebracht, welcher aus Stahl ist. In anderen Worten kann der Bestandteil aus Stahl einen Gewindeabschnitt aufweisen, welcher mit der vorgehend und nachfolgend dargelegten Aluminiumdiffusionsschicht beschichtet sein kann. Zweckmäßigerweise sind insbesondere zumindest drei, bevorzugt zumindest fünf, und besonders bevorzugt alle Gewindegänge, des Gewindeabschnitts mit der Aluminiumdiffusionsschicht beschichtet. Vorteilhafterweise sind zumindest die distalen Endgewindegänge dabei diejenigen Gewindegänge, welche mit der Aluminiumdiffusionsschicht beschichtet sind. Die Endgewindegänge sind dabei insbesondere die Gewindegänge, welche ein Ende des Gewindeabschnitts ausbilden oder die Endbereiche des Gewindeabschnitts oder den Gewindeauslauf ausbilden. Alternativ oder zusätzlich bevorzugt kann die Aluminiumdiffusionsschicht auch in einem Schaftbereich vorhanden sein. Der Schaftbereich ist insbesondere ein Bereich des Befestigungsmittels, welcher zwischen dem Kopf, insbesondere dem Schraubenkopf, und dem Gewindeabschnitt des Befestigungsmittels liegt und diese mechanisch miteinander verbindet. Vorzugsweise kann der Schaftbereich gewindelos ausgebildet sein und/oder als ein zylindrischer Abschnitt ausgebildet sein. Der Durchmesser des Schafts kann dabei geringer oder gleich dem Gewindedurchmesser im Gewindeabschnitt sein. Durch das Aufbringen bzw. Ausbilden einer Aluminiumdiffusionsschicht - wie vorgehend und nachfolgend beschrieben - in dem Schaftbereich können dort die mechanischen Eigenschaften des Befestigungsmittels erfindungsgemäß positiv beeinflusst werden. Bei den Schrauben handelt es sich vorteilhafterweise um hochfeste oder ultrahochfeste Schrauben.
Der Bestandteil aus Stahl in dem erfindungsgemäßen Bauteil ist zumindest teilweise mit einer Aluminiumdiffusionsschicht beschichtet, das heißt der Bestandteil ist teilweise oder vollständig mit einer Aluminiumdiffusionsschicht beschichtet.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Bauteil eine hochfeste oder ultrahochfeste Schraube. Unter einer hochfesten Schraube wird eine Schraube mit einer Zugfestigkeit von mindestens 800 MPa verstanden. Hochfeste Schrauben sind beispielsweise Schrauben der Festigkeitsklassen 8.8, 10.9 und 12.9. Insbesondere entsprechen die Festigkeitsklassen der Erfindung dabei der ISO 898-1 in ihrer im Januar 2021 gültigen Fassung. Unter einer ultrahochfesten Schraube wird eine Schraube mit einer Zugfestigkeit insbesondere von mindestens 1200 MPa und/oder vorteilhafterweise von 1400 MPa verstanden. Ultrahochfeste Schrauben sind beispielsweise Schrauben der Festigkeitsklassen 12.8, 12.9, 14.8, 14.9, 15.8, 15.9, 16.8, 16.9, 17.8 und 12.8U, 12.9U, 14.8U, 14.9U, 15.8U, 15.9U, 16.8U, 17.8U. Eine hochfeste Schraube ist eine Schraube, die mindestens hochfest ist, sie kann aber auch ultrahochfest sein. Vorzugsweise handelt es sich um eine hochfeste oder ultrahochfeste Schraube mit einer Festigkeit über 1000 MPa. Besonders bevorzugt ist dabei der Bestandteil des Bauteils bzw. der Schraube, welche(r) die Aluminiumdiffusionsschicht aufweist, der Schaft und/oder der Gewindebereich der Schraube, denn gerade hier treten starke dynamische Lasten im Betrieb der Schraube auf, welche die Anfälligkeit der Schraube gegenüber Wasserstoffversprödung erhöhen, welche durch die Erfindung verhindert oder zumindest deutlich reduziert werden kann. Die Schraube kann dabei einen Kopf mit Werkzeugangriffsflächen aufweisen, wobei diese Werkzeugangriffsflächen insbesondere einen Innen- oder einen Außensechskant miteinander ausbilden. Besonders bevorzugt ist es, wenn die gesamte Schraube mit der Aluminiumdiffusionsschicht beschichtet ist.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Bauteils. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Bauteils mit einem Bestandteil aus einem Vergütungsstahl und/oder einem niedriglegierten Stahl, umfasst die Schritte: a) Bereitstellen eines Bauteils mit einem Bestandteil aus einem Vergütungsstahl und/oder einem niedriglegierten Stahl, b) Aufbringen einer Aluminiumdiffusionsschicht mit einer Schichtdicke von 1 - 200 pm auf dem Bestandteil bei einer Temperatur von 400 bis 1100 °C in einer Inertgasatmosphäre, c) Erwärmen des Bauteils auf 700 bis 1000 °C in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre für mindestens 10 Minuten, wodurch eine Aluminiumoxidschicht auf der Aluminiumdiffusionsschicht hergestellt wird.
Die Temperatur im Schritt b) beträgt bevorzugt 800 - 1000 °C. Vorzugsweise wird im Erwärmungsschritt c) für mindestens 15 Minuten erwärmt, bevorzugt mindestens 20 Minuten und besonders bevorzugt für mindestens 30 Minuten. Weiter ist es bevorzugt, dass die Erwärmung für 10 - 600 Minuten stattfindet, besonders bevorzugt für 15 - 400 Minuten und am meisten bevorzugt für 20 - 180 Minuten erwärmt wird. Die Erwärmung im Schritt c) erfolgt auf 700 - 1000 °C für die angegebenen Zeiträume, vorzugsweise auf 800 - 1000 °C, besonders bevorzugt auf 820 - 980 °C.
Das Aufbringen der Aluminiumdiffusionsschicht erfolgt vorzugsweise indem eine Aluminiumschicht aufgebracht wird, die dann bei der Temperatur des Schritts b), vorzugsweise einer Temperatur von 400 bis 1100 °C, eine Aluminiumdiffusionsschicht ausbildet.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Bauteils mit einem Bestandteil aus einem Vergütungsstahl und/oder einem niedriglegierten Stahl, umfasst somit die Schritte: a) Bereitstellen eines Bauteils mit einem Bestandteil aus einem Vergütungsstahl und/oder einem niedriglegierten Stahl, b) Aufbringen einer Aluminiumschicht auf dem Bestandteil bei einer Temperatur von 400 bis 1100 °C in einer Inertgasatmosphäre, wobei sich eine Aluminiumdiffusionsschicht mit einer Schichtdicke von 1 - 200 pm auf dem Bestandteil ausbildet, c) Erwärmen des Bauteils auf 700 bis 1000 °C in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre für mindestens 10 Minuten, wodurch eine Aluminiumoxidschicht auf der Aluminiumdiffusionsschicht hergestellt wird.
Unter einer Inertgasatmosphäre wird im Sinne der Erfindung eine Atmosphäre eines Gases oder Gasgemisches verstanden, das gegenüber dem Aluminium der Aluminiumdiffusionsschicht reaktionsträge ist. Vorzugsweise ist es eine Gasatmosphäre, die weniger als 1 Vol.-% gegenüber Aluminium reaktive Gase enthält, insbesondere weniger als 1 Vol.-% Sauerstoff enthält. Besonders bevorzugt umfasst die Inertgasatmosphäre mehr als 99 Vol.-% Stickstoff, Wasserstoff und/oder Edelgase, beispielsweise Argon, Argon und Stickstoff, oder Stickstoff und Wasserstoff, z.B. Stickstoff und 5-10% H2.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils, wobei das Bauteil ein hochfestes oder ultrahochfestes Bauteil ist, umfassend die Schritte: a) Bereitstellen eines Bauteils, wobei das Bauteil ein hochfestes oder ultrahochfestes Bauteil ist, wobei das ein Befestigungsmittel ist, das einen Gewindebereich und/oder Schaftbereich aufweist und/oder ausbildet, mit einem Bestandteil aus einem Vergütungsstahl und/odereinem niedriglegierten Stahl, b) Aufbringen einer Aluminiumdiffusionsschicht mit einer Schichtdicke von 1 - 200 pm auf dem Bestandteil, insbesondere im Gewindebereich und/oder Schaftbereich, bei einer Temperatur von 400 bis 1100 °C in einer Inertgasatmosphäre, c) Erwärmen des Bauteils auf 700 bis 1000 °C in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre für mindestens 10 Minuten, wodurch eine Aluminiumoxidschicht auf der Aluminiumdiffusionsschicht hergestellt wird.
Nach dem Erwärmungsschritt c) können sich weitere Schritte anschließen, insbesondere ein Vergütungsschritt d). Alternativ oder zusätzlich bevorzugt kann der Vergütungsschritt jedoch auch während und/oder zeitgleich bzw. zusammen mit dem Erwärmungsschritt c) erfolgen. In anderen Worten kann das Vergüten und das Erwärmen/Oxidieren in einem Schritt gemeinsam erfolgen. Hierdurch kann eine besonders schnelle und kostengünstige Herstellung der Aluminiumoxidschicht erreicht werden. Beispielsweise kann ein martensitisches Vergüten (vorzugsweise durch Abschrecken in Öl, Luft und/oder Wasser) oder eine Bainitisierung (vorzugsweise im Salzbad) erfolgen. Ein martensitisches Vergüten oder eine Bainitisierung erfolgen unter den üblichen Bedingungen.
Der Erwärmungsschritt c) kann somit ein separat vorgenommener Erwärmungsschritt sein, beispielsweise in einem Ofen, oder der Erwärmungsschritt kann während des Vergütungsschritts des Bauteils stattfinden, beispielsweise bei der Austenitisierung des Stahls. Vorzugsweise findet der Erwärmungsschritt während des Vergütens des Bauteils statt.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst daher das Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Bauteils die Schritte: a) Bereitstellen eines Bauteils mit einem Bestandteil aus einem Vergütungsstahl und/oder einem niedriglegierten Stahl, b) Aufbringen einer Aluminiumdiffusionsschicht mit einer Schichtdicke von 1 - 200 gm auf dem Bestandteil bei einer Temperatur von 400 bis 1100 °C in einer Inertgasatmosphäre, c) Erwärmen des Bauteils auf 700 bis 1000 °C während der Vergütung des Bauteils in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre für mindestens 10 Minuten, wodurch eine Aluminiumoxidschicht auf der Aluminiumdiffusionsschicht hergestellt wird.
Die oben genannten Schritte a), b) und c) werden in dieser Reihenfolge durchgeführt.
Die Erfindung betrifft auch die Verwendung des erfindungsgemäßen Bauteils zur Vermeidung oder Verminderung einer Wasserstoffversprödung. Die Verwendung umfasst vorzugsweise die Verwendung der beschriebenen, bevorzugten Bauteile zur Vermeidung oder Verminderung einer Wasserstoffversprödung, beispielsweise eines Befestigungsmittels mit einem Gewindebereich und/oder Schaftbereich. Dies betrifft insbesondere die Verminderung oder Vermeidung der Wasserstoffversprödung in dem Bauteil durch Wasserstoff, der von außen eindringen kann, beispielsweise beim bestimmungsgemäßen Gebrauch des Bauteils. Dies kann zum Beispiel beim Einsatz des erfindungsgemäßen Bauteils, beispielsweise eines Befestigungsmittels, in einem korrosiven Umfeld der Fall sein. Die erfindungsgemäße Aluminiumdiffusionsschicht in Kombination mit der Aluminiumoxidschicht schützt dann besonders wirksam das Bauteil vor einer Wasserstoffversprödung, indem sie das Eindringen des Wasserstoffs in das Bauteil vermindert oder verhindert. Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung betrifft die Verwendung des erfindungsgemäßen Bauteils, insbesondere Befestigungsmittels, in einer Brennstoffzelle oder einer Batterieanordnung. Bei Brennstoffzellen oder Batterien entsteht häufig relativ viel Wasserstoff und hier kann die erfindungsgemäße Aluminiumdiffusionsschicht in Kombination mit der Aluminiumoxidschicht mit besonderem Vorteil die Wasserstoffversprödung vermeiden.
Die Erfindung betrifft auch eine Batterieanordnung und/oder Brennstoffzelle, umfassend ein erfindungsgemäßes Bauteil, insbesondere ein erfindungsgemäßes Befestigungsmittel. Hier werden die oben beschriebenen Vorteile der Vermeidung einer Wasserstoffversprödung besonderes wirksam erreicht aufgrund der relativ hohen Mengen an Wasserstoff, die in Batterieanordnungen oder Brennstoffzellen entstehen.
Die oben beschriebenen, vorteilhaften Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind auch für dieses bevorzugte Verfahren vorteilhaft, insbesondere die erwähnten bevorzugten und besonders bevorzugten Schichtdicken, Temperaturen, Erwärmungsdauern und/oder vorteilhaften Bauteile etc.
Das Gefüge des Bestandteils aus Stahl kann vor dem Erwärmungsschritt c) ferritisch, ferritisch-perlitisch, bainitisch, GKZ-geglüht oder ein Mischgefüge sein. Nach dem Vergütungsschritt d) kann das Gefüge des Bestandteils in einer bevorzugten Ausführungsform martensitisch, bainitisch oderferritisch-martensitisch oder dual-phasig (Restaustenit, Ferrit und/oder Martensit) sein.
Die Erfindung betrifft auch ein Bauteil mit einem Bestandteil aus Stahl, erhältlich nach dem erfindungsgemäßen Verfahren. Vorteilhafterweise kann das Bauteil und/oder der Bestandteil aus Stahl auch die vorgenannten Merkmale in Hinblick auf das Verfahren aufweisen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in den angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung einsetzbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Die genannten Vorteile von Merkmalen oder von Kombinationen mehrerer Merkmale sind lediglich beispielhaft und können alternativ oder kumulativ zur Wirkung kommen. Die Kombination von Merkmalen unterschiedlicher Ausführungsformen der Erfindung oder von Merkmalen von unterschiedlichen Patentansprüchen ist abweichend von den gewählten Rückbezügen der Patentansprüche möglich.
Messmethode zur Schichtdickenbestimmung:
Die Schichtdicke der Aluminiumdiffusionsschicht wird vorzugsweise mit einem Mikrometer gemessen, beispielsweise mit Hilfe des Verfahrens gemäß ASTM C664-10 (in der Fassung wie veröffentlicht 2020, Testmethode A). Dazu wird im Wesentlichen die Dicke des Bauteils vor und nach der Beschichtung mit der Aluminiumdiffusionsschicht gemessen und aus der Differenz ergibt sich die Schichtdicke.
Die Dicke der Aluminiumdiffusionsschicht kann auch ermittelt werden, indem zunächst die Dicke des Bauteils gemessen wird, nach dem Beschichten mit der Aluminiumdiffusionsschicht. Anschließend wird die Aluminiumdiffusionsschicht abgetragen, beispielsweise durch Schleifen, und die Zusammensetzung des Materials analysiert, zum Beispiel durch chemische Analyse des abgetragenen Materials oder chemische Analyse des verbleibenden Oberflächenmaterials. Als Analysemethode können beispielsweise nasschemische Verfahren, die Rasterkraftmikroskopie (AFM) oder die Energiedispersive Röntgenspektroskopie (EDS, EDX, EDXS oder XEDS) eingesetzt werden. Es wird so lange Material abgetragen, wie das abgetragene Material einen Aluminiumanteil von mindestens 10 Gew.-% über dem Aluminiumanteil des Stahls aufweist, bezogen auf das Gesamtgewicht der Aluminiumdiffusionsschicht. Nach Abtragung der Aluminium diffusionsschicht ist der Aluminiumanteil des Stahls auf der Oberfläche des Bauteils knapp unterhalb von 10 Gew.-% über dem Aluminiumanteil des Stahls und es wird erneut die Dicke des Bauteils mit einem Mikrometer gemessen. Aus der Differenz ergibt sich die Dicke der Aluminiumdiffusionsschicht. Alternativ kann die Schichtdicke der Aluminiumdiffusionsschicht mit Hilfe des Verfahrens gemäß ASTM C664-10 (in der Fassung wie veröffentlicht 2020, Testmethode B) ermittelt werden. Dazu wird im Wesentlichen im Querschliff die Schichtdicke mit Hilfe eines optischen Mikroskops bestimmt. Ferner ist es möglich, die Schichtdicke der Aluminiumdiffusionsschicht im Querschliff mit Hilfe der Energiedispersiven Röntgenspektroskopie (EDS, EDX, EDXS oder XEDS) zu bestimmen. Die Dicke der Aluminiumoxidschicht kann mithilfe der Rasterelektronenmikroskopie ermittelt werden.
Die Herstellung eines Bauteils mit Aluminiumdiffusionsschicht erfolgt durch die Herstellung des Bauteils aus dem Substratwerkstoff Stahl mittels axialer Kaltmassivumformung. Das Ausgangsmaterial wird dabei der Umformmaschine in Form einer Drahtspule zugeführt. Das umgeformte Produkt besitzt die Geometrie einer Schraube. Im Anschluss wird eine Aluminiumdiffusionsschicht aufgebracht. Nach dem Aufbringen der Beschichtung wird das Bauteil in sauerstoffhaltiger Atmosphäre erwärmt und zur Vergütung auf einer Temperatur von 850°C für 30 min. austenitisiert.
Zur Einstellung des gewünschten Gefüges und der mechanischen Eigenschaften des Bauteils wird unmittelbar nach dem Austenitisieren ein Abschrecken durchgeführt. Während des Abschreckvorgangs wird eine geeignete Gefügestruktur eingestellt. Innerhalb der Diffusionsschicht wandelt der erzeugte Werkstoff gemäß seiner lokal vorliegenden Al-Konzentration um. Das resultierende Bauteil verfügte über eine Zugfestigkeit von 1600 MPa - 1650 MPa.
Experimentelle Beurteilung des Einflusses der Aluminiumdiffusionsschicht auf wasserstoffinduzierte Spannungsrisskorrosion:
Das Phänomen wasserstoffinduzierter Spannungsrisskorrosion bei höherfesten Stahlwerkstoffen erfordert im Allgemeinen drei äußere Einflussfaktoren. Diese sind:
1. Werkstoff mit einer Anfälligkeit aus wasserstoffinduzierte Spannungsrisskorrosion 2. Flohe mechanische Zug- oder Biegespannungen im Bauteil
3. Wasserstoffangebot in der Umgebung
Zur Bewertung des Werkstoffverhaltens hinsichtlich wasserstoffinduzierter Spannungsrisskorrosion eignet sich daher ein Versuchsaufbau, bei dem die beiden übrigen Faktoren reproduzierbar abgebildet werden. Zur Beurteilung wird daher der Prüfaufbau nach DIN EN ISO 7539-7 verwendet.
Als besonders präzise hat sich hierbei die Auswertung gemäß DIN EN ISO 7539-7 Kapitel 7.3 nach „Integral der Nennspannungs-/Dehnungs-Kurve“ erwiesen. In jedem Fall wird zur Charakterisierung immer das System bestehend aus o.g. Einflussfaktoren im Zustand ohne Wasserstoffangebot in der Umgebung mit dem System mit Wasserstoffangebot in der Umgebung verglichen. Nach der Auswertung des Kennwerts des „Integral der Nennspannungs-/Dehnungs-Kurve“, ergibt sich für jeden der beiden Zustände ein Wert für die Gesamte durch das Bauteil aufgenommene Verformungsenergie. Mittels der Formel
Wßh (Verformungsenergie mit H — Beladung ) WBu (Verformungsenergie ohne H — Beladung ) wird aus den beiden ermittelten Verformungsenergien der sogenannte FIE-Wert bestimmt. Der FIE-Wert kann zwischen 0 und 1 liegen. Dabei bedeutet ein Wert von FIE=0 keine Beeinflussung der Werkstoffeigenschaften, während HE=1 das Versagen unterWasserstoff ohne Belastung bedeutet (letzterer ist ein theoretischer Extremwert und in der Realität nicht möglich).
Zur Charakterisierung der Schrauben mit integrierter Aluminiumdiffusionsschicht erfolgt indem der Referenzwert ohne Wasserstoffbelastung WBU bestimmt wird. Dieser wird anhand des Mittelwerts dreier Proben mit einer
Dehnungsgeschwindigkeit von 0,0067 1/s in der instrumentierten Zug- /Druckprüfmaschine ermittelt. Die erfindungsgemäßen Schrauben zeigten keinen signifikanten Abfall der Festigkeit nach Aussetzen gegenüber Wasserstoff, wohingegen nicht erfindungsgemäß beschichtete Schrauben einen solchen Abfall zeigten.
Weitere Vorteile und Merkmal der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die Figuren. Einzelne Merkmale der dargestellten Ausführungsformen können dabei auch in anderen Ausführungsformen eigesetzt werden, sofern dies nicht ausdrücklich ausgeschlossen wurde. Es zeigt: Figur 1 ein erfindungsgemäßes Bauteil
In der Figur 1 ist ein erfindungsgemäßes Bauteil gezeigt. Das Bauteil verfügt über einen Bestandteil 1 aus niedriglegiertem Stahl und/oder Vergütungsstahl . Das Bauteil kann dabei insbesondere ein Befestigungsmittel sein oder eine Feder. Der Bestandteil 1 ist zumindest teilweise mit einer Aluminiumdiffusionsschicht 10 beschichtet, wobei die Schichtdicke der Aluminiumdiffusionsschicht 1 bis 200 gm beträgt. Der Pfeil in der Aluminiumdiffusionsschicht 10 der Figur 1 zeigt dabei die Abnahme der Konzentration des Aluminiums in der Aluminiumdiffusionsschicht 10 sowie die Dickenrichtung an, in welche sich insbesondere die Dicke der Aluminiumdiffusionsschicht 10 bestimmen kann. Auf der Aluminiumdiffusions schicht 10 ist eine Aluminiumoxidschicht 14 aufgebracht. Die Aluminiumdiffusionsschicht ist dabei distal gegenüberliegend zu dem Bestandteil 1 aus Stahl durch die Grenzfläche 12 zwischen Aluminiumdiffusionsschicht 10 und Aluminiumoxidschicht 14 begrenzt. Diese Oberfläche 16 der Aluminiumoxidschicht 14 kann selbst wiederum beschichtet sein.

Claims

Patentansprüche
Bauteil mit einem Bestandteil (1) aus einem Vergütungsstahl und/oder einem niedriglegierten Stahl, wobei der Bestandteil (1) zumindest teilweise mit einer Aluminium diffusionsschicht (10) beschichtet ist und auf der Aluminiumdiffusionsschicht (10) eine Aluminiumoxidschicht (14) aufgebracht ist, wobei die Schichtdicke der Aluminiumdiffusionsschicht (10) 1 - 200 gm beträgt, wobei die Aluminiumdiffusionsschicht (10) einen Aluminiumanteil aufweist, bezogen auf das Gesamtgewicht der Aluminiumdiffusionsschicht, von 10 Gew.-% über dem Aluminiumanteil des Stahls bis zu einer Maximalkonzentration, wobei der Aluminiumanteil in der Aluminiumdiffusionsschicht (10) in Richtung einer Grenzfläche (12) zwischen der Aluminiumdiffusionsschicht (10) und der Aluminiumoxidschicht (14) von 10 Gew.-% über dem Aluminiumanteil des Stahls bis zur Maximalkonzentration zunimmt, und die Maximalkonzentration 11 - 60 Gew.-% beträgt.
Bauteil mit einem Bestandteil (1) aus einem Vergütungsstahl und/oder einem niedriglegierten Stahl, wobei das Bauteil ein Befestigungsmittel ist, wobei der Bestandteil (1) einen Gewindebereich aufweist und/oder ausbildet, wobei der Bestandteil (1) zumindest teilweise, insbesondere im Gewindebereich, mit einer Aluminiumdiffusionsschicht (10) beschichtet ist und auf der Aluminiumdiffusionsschicht (10) eine Aluminiumoxidschicht (14) aufgebracht ist, wobei die Schichtdicke der Aluminiumdiffusionsschicht (10) 1 - 200 gm beträgt, wobei die Aluminiumdiffusionsschicht (10) einen Aluminiumanteil aufweist, bezogen auf das Gesamtgewicht der Aluminiumdiffusionsschicht, von 10 Gew.-% über dem Aluminiumanteil des Stahls bis zu einer Maximalkonzentration, wobei der Aluminiumanteil in der Aluminiumdiffusionsschicht (10) in Richtung einer Grenzfläche (12) zwischen der Aluminiumdiffusionsschicht (10) und der Aluminiumoxidschicht (14) von 10 Gew.-% über dem Aluminiumanteil des Stahls bis zur Maximalkonzentration zunimmt, und die Maximalkonzentration 11 -60 Gew.-% beträgt.
3. Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aluminiumoxidschicht (14) unmittelbar auf der Aluminiumdiffusions schicht (10) aufgebracht ist.
4. Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtdicke der Aluminiumdiffusionsschicht (10) 2 - 100 pm beträgt und/oder die Schichtdicke der Aluminiumoxidschicht (14) 100 - 2000 nm beträgt.
5. Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aluminiumdiffusionsschicht (10) intermetallische Phasen aufweist, bevorzugt intermetallische Eisen-Aluminidphasen (FeAl).
6. Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil ein hochfestes oder ultrahochfestes Bauteil ist, vorzugsweise gewählt aus der Gruppe bestehend aus Schrauben, Federn, Blattfedern, Tellerfedern und Kettenantrieben.
7. Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der niedriglegierte Stahl ein unlegierter Stahl ist.
8. Verfahren zur Fierstellung eines Bauteils nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, umfassend die Schritte: a) Bereitstellen eines Bauteils mit einem Bestandteil (1) aus einem Vergütungsstahl und/odereinem niedriglegierten Stahl, b) Aufbringen einer Aluminiumdiffusionsschicht (10) mit einer Schichtdicke von 1 - 200 pm auf dem Bestandteil (1 ) bei einer Temperatur von 400 bis 1100 °C in einer Inertgasatmosphäre, c) Erwärmen des Bauteils auf 700 bis 1000 °C in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre für mindestens 10 Minuten, wodurch eine Aluminiumoxidschicht (14) auf der Aluminiumdiffusionsschicht (10) hergestellt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Erwärmen im
Schritt c) während der Vergütung des Bauteils stattfindet.
10. Bauteil mit einem Bestandteil aus Stahl, bei dem der Bestandteil zumindest teilweise mit einer Aluminiumdiffusionsschicht (10) beschichtet ist und auf der Aluminiumdiffusionsschicht (10) eine Aluminiumoxidschicht (14) aufgebracht ist, erhältlich nach einem Verfahren gemäß Anspruch 8 oder 9.
11. Verwendung eines Bauteils gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 oder 10 zur Verminderung einer Wasserstoffversprödung.
12. Verwendung nach Anspruch 11 in einer Batterieanordnung und/oder Brennstoffzelle.
13. Batterieanordnung oder Brennstoffzelle, umfassend ein Bauteil, insbesondere Befestigungsmittel, gemäß einem der Ansprüche 1 - 7 oder 10.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0201910A1 (de) * 1985-05-14 1986-11-20 Inland Steel Company Folie aus diffusionslegiertem Stahl
DE102008006039A1 (de) * 2008-01-25 2009-07-30 Elringklinger Ag Verfahren zum Verbinden von metallischen Bauteilen eines Brennstoffzellenstacks und Baugruppe für einen Brennstoffzellenstack
WO2017182382A1 (de) * 2016-04-18 2017-10-26 Salzgitter Flachstahl Gmbh Bauteil aus pressformgehärtetem, auf basis von aluminium beschichtetem stahlblech und verfahren zur herstellung eines solchen bauteils
WO2019171157A1 (en) * 2018-03-09 2019-09-12 Arcelormittal A manufacturing process of press hardened parts with high productivity
US20210071307A1 (en) * 2019-04-09 2021-03-11 Changsha University Of Science & Technology Molten al-si alloy corrosion resistant composite coating and preparation method and application thereof

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB444952A (en) 1933-08-12 1936-03-26 Bertram John Sayles Improvements in or relating to aluminized steel articles and methods of making the same
DE3314679A1 (de) 1982-04-23 1983-11-10 Shinto Kogyo K.K., Nagasaki Eingussrohr aus metall und giessform
EP0167102B1 (de) 1984-06-30 1987-12-23 Forschungszentrum Jülich Gmbh Verfahren zur Erzeugung einer oxidischen Schutzschicht auf einem Formkörper aus Hochtemperaturwerkstoff
JP3500266B2 (ja) 1997-02-04 2004-02-23 株式会社荏原製作所 半導体製造プロセス用部材
CN106048519B (zh) 2016-07-22 2019-11-12 四川大学 一种聚变堆氚增殖包层用Fe-Al/Al2O3阻氚涂层及其制备方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0201910A1 (de) * 1985-05-14 1986-11-20 Inland Steel Company Folie aus diffusionslegiertem Stahl
DE102008006039A1 (de) * 2008-01-25 2009-07-30 Elringklinger Ag Verfahren zum Verbinden von metallischen Bauteilen eines Brennstoffzellenstacks und Baugruppe für einen Brennstoffzellenstack
WO2017182382A1 (de) * 2016-04-18 2017-10-26 Salzgitter Flachstahl Gmbh Bauteil aus pressformgehärtetem, auf basis von aluminium beschichtetem stahlblech und verfahren zur herstellung eines solchen bauteils
WO2019171157A1 (en) * 2018-03-09 2019-09-12 Arcelormittal A manufacturing process of press hardened parts with high productivity
US20210071307A1 (en) * 2019-04-09 2021-03-11 Changsha University Of Science & Technology Molten al-si alloy corrosion resistant composite coating and preparation method and application thereof

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