DE10026338A1 - Verfahren zur Beschichtung eines metallischen Bauteils - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beschichtung eines metallischen Bauteils mit einer Korrosionsschutzschicht. Hierbei wird eine metallische Dauergießform mindestens teilweise mit konzentriertem Formtrennmittel besprüht und das Bauteil in der metallischen Dauergießform gegossen, wobei das konzentrierte Formtrennmittel während des Erstarrens des Bauteils in eine Gußhaut des Bauteils eingebrannt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beschichtung eines me­ tallischen Bauteils mit einer Korrosionsschutzschicht.

Zur Realisierung von Leichtbaukonzepten mit dem Ziel der Kraft­ stoffeinsparung werden insbesondere im Automobilbereich zuneh­ mend gegossene Leichtmetallbauteile, z. B. aus Aluminium oder Magnesium eingesetzt. Beide genannten Metalle und ihre Legie­ rungen bilden eine Passivierungsschicht an der Oberfläche aus, die sie unter normalen klimatischen Bedingungen gut gegen Kor­ rosion schützt. Unter Einfluß von korrosionsfördernden Medien wie Wasser und Salz werden diese Metalle hingegen in nicht ver­ tretbaren Maße korrosiv angegriffen.

Zahlreiche Maßnahmen zur Beschichtung von Leichtmetallen insbe­ sondere von Magnesium wurden hiergegen entwickelt. Ein ge­ bräuchliches Verfahren zur Herstellung eines Korrosionsschutzes auf Leichtmetallen besteht in der elektrolytischen Beschich­ tung, wie sie z. B. in der EP 33 048 B1 beschrieben wird. Der Nachteil dieses Verfahrens besteht hingegen in der aufwendigen und teueren nachträglichen Beschichtung der Bauteile.

Die Aufgabe der der Erfindung besteht demnach darin ein gegenüber des Standes der Technik kostengünstigeres Verfahren für den Korrosionsschutz von gegossenen Metallbauteilen bereitzustel­ len.

Die Lösung der Aufgabe besteht aus den Merkmalen des Patentan­ spruchs 1.

Leichtmetallbauteile werden in der Regel durch ein Gießverfah­ ren hergestellt. Vielfach werden hierbei metallische Dauergieß­ formen z. B. im Druckguß oder Kokillenguß eingesetzt. Bei diesen Verfahren werden die Dauergießformen vor dem Gießen mit einem Formtrennmittel besprüht. Das Formtrennmittel haftet an der Oberfläche der Dauergießform und unterstützt das Entformen eines gegossenen Bauteils, da die Haftung zwischen der Dauer­ gießform und dem Bauteil herabgesetzt wird. Das im Gießprozeß üblicherweise verwendete Formtrennmittel besteht zu 98% bis 99 % aus Wasser, das zwischen 1% und 2% eines organischen Grund­ stoffs auf der Basis von Wachsen enthält.

Erfindungsgemäß wurde bei der Verwendung von konzentrierten Formtrennmitteln festgestellt, dass sich der organische Grund­ stoff des Formtrennmittels in eine Gießhaut, die während des Erstarrens des Bauteils entsteht und die Oberfläche des Bau­ teils bildet, einbrennt und deutlich korrosionshemmend wirkt. Unter Einbrennen wird hierbei das Entstehen einer kontinuierli­ chen Oberflächenschicht während des Erstarrens des Bauteils verstanden. Diese ist mit der Oberfläche des Bauteils fest ver­ bunden und nicht abwaschbar. Es hat sich gezeigt, dass je nach Art des Grundstoffes ein Formtrennmittel mit einem Anteil an organischem Grundstoff von mehr als 15% (im Folgenden konzen­ triertes Formtrennmittel genannt) bereits korrosionshemmend wirkt. Die korrosionshemmenden Eigenschaften verstärken sich mit zunehmender Konzentration des Formtrennmittels an organi­ schem Grundstoff. Der beste Korrosionsschutz wird durch den un­ verdünnten Grundstoff erzielt.

Zur Reduktion von Prozeßkosten ist es möglich, dass die Dauer­ gießform nur teilweise mit konzentriertem Formtrennmittel be­ sprüht wird, wogegen die anderen Bereiche mit herkömmlichen, verdünnten Formtrennmittel behandelt werden. Dies führt natür­ lich lediglich zu einem partiellen Korrosionsschutz und kann dann angewendet werden, wenn nur bestimmte Bauteilbereiche kor­ rosiven Medien ausgesetzt sind.

Es handelt sich demnach bei dem erfindungsgemäßen Verfahren um eine in situ Beschichtung des Bauteils. Es wird zwar zur Her­ stellung des Bauteils eine geringfügig größere Menge an organi­ schem Grundstoff für das Formtrennmittel benötigt, die Kosten für den Grundstoff sind jedoch vergleichsweise gering. Es muß in diesem Verfahren kein weiterer Beschichtungsprozeß einge­ führt werden und es werden keine weiteren Zusatzstoffe dem Pro­ zeß zugeführt.

Die besten Ergebnis bezüglich des Korrosionsschutzes werden er­ zielt, wenn der organische Grundstoff auf der Basis von Wachsen besteht. Hierzu gehören Paraffine und gesättigte Fettsäuren aus Glycerinesther. Diese Grundstoffe brennen sich besonders gut in die Gießhaut des Bauteils ein, ohne dass eine Zersetzung statt­ findet (Anspruch 2).

Durch eine Zersetzung der Grundstoffe würde der Korrosions­ schutz beeinträchtigt werden. Zur Vermeidung einer Zersetzung des organischen Grundstoffes auf der Bauteiloberfläche ist es im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens zweckmäßig, das Bau­ teil direkt nach dem Gießen in Wasser abzuschrecken (Anspruch 3).

Die Temperatur der Dauergießform wird im Allgemeinen während des Gießprozesses auf einer Temperatur zwischen 150°C und 400° C gehalten. Wird das konzentrierte Formtrennmittel auf die hei­ ße Oberfläche der Dauergießform gesprüht, so trocknen die orga­ nischen Grundstoffe zumindest teilweise an. Dies hat eine Fixierung des Grundstoffes zur Folge und führt zu einer gleich­ mäßigen Oberflächenschicht auf der Bauteiloberfläche. Die Be­ rücksichtigung einer Fixierzeit von bis zu 30 s ist hierbei zweckmäßig (Anspruch 4).

Besonders gut läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren in den Gießprozeß von Leichtmetallbauteilen integrieren, in denen die Metalle Aluminium, Magnesium, Zink oder Legierungen dieser Me­ talle vergossen werden (Anspruch 5).

Das erfindungsgemäße Verfahren wird an Hand des folgenden Bei­ spiel erläutert.

Die einzige Figur zeigt den schematischen Ablauf des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens, das im Folgenden an einem Beispiel nä­ her beschrieben ist.

Beispiel

Zur Herstellung eines Gehäuseteils für ein Pkw-Nebenaggregat aus der Magnesiumlegierung AS21 wird eine entsprechende Dauer­ gießform mit einem konzentrierten Formtrennmittel, das zu 30% aus Wasser und 70% aus einem organischen Grundstoff auf der Basis von Glycerinesther besteht, flächendeckend aufgesprüht.

Nach einer Wartezeit von ca. 15 s ist das Wasser des Formtrenn­ mittels großenteils verdampft und der organische Grundstoff auf der Dauergießform, die auf ca. 250°C temperiert wird, fixiert. Anschließend wird die Dauergießform mit der geschmolzenen Ma­ gnesiumlegierung (Magnesiumschmelze), die eine Temperatur von 650°C aufweist, unter Druck befüllt. Das Formtrennmittel, das auf der Oberfläche der Dauergießform fixiert ist, verhindert während der Befüllung eine Benetzung der Oberfläche durch die Magnesiumschmelze. In dieser Prozeßphase findet nahezu keine Wechselwirkung zwischen der Schmelze und dem Formtrennmittel statt.

Nach dem vollständigen Befüllen erstarrt die Magnesiumschmelze zu einem Bauteil. Der Erstarrungsvorgang dauert ca. 15 s. In dieser Zeit bildet sich auf der Oberfläche der Dauergießform eine Gießhaut aus, die nach dem Entformen die Oberfläche des Bauteils bildet. Während des Erstarrens lösen sich Teile des fixierten Trennmittels und brennen sich in die Gießhaut ein. Hiebei wird die chemische Struktur des Formtrennmittels nicht nachhaltig geschädigt. Zur Verhinderung einer Zersetzung des eingebrannten Formtrennmittels während einer längeren Abkühl­ phase wird das Bauteil in Wasser abgeschreckt.

Die Beschichtung der Bauteiloberfläche durch das Formtrennmit­ tel ist nach dem Abschrecken kontinuierlich mit der Oberfläche verbunden und verfestigt, so dass dieses einen dauerhaften Kor­ rosionsschutz gewährleistet. Das nach dem erfindungsgemäße Ver­ fahren beschichtete Bauteil, sowie ein unbeschichtetes, ansonsten identisches Bauteil, wurde dem sogenannten VDA(Verband Deutscher Automobilindustrie)-Wechseltest unterzo­ gen. Der VDA-Wechseltest setzt sich aus einer definierten Reihe von Korrosionstests nach DIN-Normen zusammen. Hierbei werden die Bauteile 24 h mit Salz besprüht (nach DIN 50021 SS) und an­ schließend bei 90% relativer Luftfeuchtigkeit einem Klimawech­ seltest zwischen 120°C und -40°C für 96 h (nach DIN 50017 KFW) ausgesetzt und zum Abschluß unter einem definiertem Klima bei Raumtemperatur 48 h gehalten.

Die Sichtprüfung der Bauteile ergibt folgendes: Das unbeschichtete Bauteil weist eine stark durch Oxide verkru­ stete Oberfläche auf. Feine Oberflächenstrukturen sind nicht mehr zu erkennen. Das erfindungsgemäß beschichtete Bauteil hin­ gegen blieb nahezu unverändert, geringfügige Oberflächendefekte sind lediglich an scharfen Kanten zu erkennen, dort wo das Formtrennmittel nur in geringerem Ausmaß in die Oberfläche ein­ brennen konnte.

Claims (5)

1. Verfahren zur Beschichtung eines metallischen Bauteils mit einer Korrosionsschutzschicht dadurch gekennzeichnet, dass
eine metallische Dauergießform mindestens teilweise mit konzentriertem Formtrennmittel besprüht wird,
das Bauteil in die metallischen Dauergießform gegossen wird,
das konzentrierte Formtrennmittel während des Erstarrens des Bauteils in eine Gußhaut des Bauteils eingebrannt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die organischen Stoffe des Formtrennmittels auf der Basis von Wachsen bestehen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Leichtmetallbauteil direkt nach dem Gießen abgeschreckt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Dauergießform vor und während des Gießvorgangs beheizt wird und das Formtrennmittel auf der Dauergießform minde­ stens teilweise antrocknet.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil aus Aluminium, Magnesium, Zink oder aus Legie­ rungen dieser Metalle besteht.