DE10026338B4

DE10026338B4 - Verfahren zur Beschichtung eines metallischen Bauteils

Info

Publication number: DE10026338B4
Application number: DE10026338A
Authority: DE
Inventors: Andreas Dr. Barth; Marita Bauer
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Patentportfolio 2 S A R L Lu
Priority date: 2000-05-26
Filing date: 2000-05-26
Publication date: 2004-06-09
Anticipated expiration: 2020-05-27
Also published as: WO2001092600A1; ES2222378T3; EP1290243B1; MXPA02011265A; EP1290243A1; DE50103132D1; US7025111B2; DE10026338A1; US20040040686A1

Abstract

Verfahren zur Beschichtung eines metallischen Bauteils mit einer Korrosionsschutzschicht, wobei
– eine metallische Dauergießform mindestens teilweise mit einem Formtrennmittel besprüht wird,
– das Formtrennmittel mindestens 15% Wachse enthält,
– die Dauergießform vor und während des Gießvorgangs beheizt wird,
– das Bauteil in die metallische Dauergießform gegossen wird und
– das Formtrennmittel während des Erstarrens des Bauteils in eine Gußhaut des Bauteils eingebrannt wird
– und als Korrosionsschutz auf dem Bauteil verbleibt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beschichtung eines metallischen Bauteils mit einer Korrosionsschutzschicht.
Zur Realisierung von Leichtbaukonzepten mit dem Ziel der Kraftstoffeinsparung werden insbesondere im Automobilbereich zunehmend gegossene Leichtmetallbauteile, z. B. aus Aluminium oder Magnesium eingesetzt. Beide genannten Metalle und ihre Legierungen bilden eine Passivierungsschicht an der Oberfläche aus, die sie unter normalen klimatischen Bedingungen gut gegen Korrosion schützt. Unter Einfluß von korrosionsfördernden Medien wie Wasser und Salz werden diese Metalle hingegen in nicht vertretbarem Maße korrosiv angegriffen.

Zahlreiche Maßnahmen zur Beschichtung von Leichtmetallen insbesondere von Magnesium wurden hiergegen entwickelt. Ein gebräuchliches Verfahren zur Herstellung eines Korrosionsschutzes auf Leichtmetallen besteht in der elektrolytischen Beschichtung, wie sie z. B. in der EP 333 048 B1 beschrieben wird. Der Nachteil dieses Verfahrens besteht hingegen in der aufwendigen und teueren nachträglichen Beschichtung der Bauteile.

In der DD 35077 ist ein Formtrennmittel beschrieben, das auf der Basis von Wachsen besteht, das in eine Gießform gesprüht wird um ein Anhaften eines Gussteils an der Gießform zu vermeiden. Reste des Formtrennmittels können an dem Gussteil anhaften, wobei diese Reste des Formtrennmittels in aufwendiger Weise abgewaschen werden müssen. Die DE 34 36 846 A1 beschreibt ebenfalls ein Formtrennmittel auf der Basis von Carbooxylaten und zwei- und dreiwertigen Alkoholen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht demnach darin, ein gegenüber dem Stand der Technik kostengünstigeres Verfahren für den Korrosionsschutz von gegossenen Metallbauteilen bereitzustellen.

Die Lösung der Aufgabe besteht aus den Merkmalen des Patentanspruchs 1.

Leichtmetallbauteile werden in der Regel durch ein Gießverfahren hergestellt. Vielfach werden hierbei metallische Dauergießformen 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 Dauergießform 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 Grundstoffs auf der Basis von Wachsen enthält.

Erfindungsgemäß wurde bei der Verwendung von konzentrierten Formtrennmitteln festgestellt, dass sich der organische Grundstoff des Formtrennmittels in eine Gießhaut, die während des Erstarrens des Bauteils entsteht und die Oberfläche des Bauteils bildet, einbrennt und deutlich korrosionshemmend wirkt. Unter Einbrennen wird hierbei das Entstehen einer kontinuierlichen Oberflächenschicht während des Erstarrens des Bauteils verstanden. Diese ist mit der Oberfläche des Bauteils fest verbunden 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 konzentriertes Formtrennmittel genannt) bereits korrosionshemmend wirkt. Die korrosionshemmenden Eigenschaften verstärken sich mit zunehmender Konzentration des Formtrennmittels an organischem Grundstoff. Der beste Korrosionsschutz wird durch den unverdünnten Grundstoff erzielt.

Zur Reduktion von Prozeßkosten ist es möglich, dass die Dauergießform nur teilweise mit konzentriertem Formtrennmittel besprüht wird, wogegen die anderen Bereiche mit herkömmlichen, verdünnten Formtrennmittel behandelt werden. Dies führt natürlich lediglich zu einem partiellen Korrosionsschutz und kann dann angewendet werden, wenn nur bestimmte Bauteilbereiche korrosiven Medien ausgesetzt sind.

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

Die besten Ergebnis bezüglich des Korrosionsschutzes werden mit einem organische Grundstoff auf der Basis von Wachsen erzielt. Hierzu gehören Paraffine und gesättigte Fettsäuren aus Glycerinesther. Diese Grundstoffe brennen sich besonders gut in die Gießhaut des Bauteils ein, ohne dass eine Zersetzung stattfindet.

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 heiße Oberfläche der Dauergießform gesprüht, so trocknen die organischen Grundstoffe zumindest teilweise an. Dies hat eine Fixierung des Grundstoffes zur Folge und führt zu einer gleichmäßigen Oberflächenschicht auf der Bauteiloberfläche. Die Berücksichtigung einer Fixierzeit von bis zu 30 s ist hierbei zweckmäßig.)

Durch eine Zersetzung der Grundstoffe würde der Korrosionsschutz beeinträchtigt werden. Zur Vermeidung einer Zersetzung des organischen Grundstoffes auf der Bauteiloberfläche ist es im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens zweckmäßig, das Bauteil direkt nach dem Gießen in Wasser abzuschrecken (Anspruch 2).

Besonders gut läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren in den Gießprozeß von Leichtmetallbauteilen integrieren, in denen die Metalle Aluminium, Magnesium, Zink oder Legierungen dieser Metalle vergossen werden (Anspruch 3).

Das erfindungsgemäße Verfahren wird an Hand des folgenden Beispiel erläutert.

Die einzige Figur zeigt den schematischen Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens, das im Folgenden an einem Beispiel näher beschrieben ist.

Zur Herstellung eines Gehäuseteils für ein Pkw-Nebenaggregat aus der Magnesiumlegierung AS21 wird eine entsprechende Dauergießform 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 Formtrennmittels großenteils verdampft und der organische Grundstoff auf der Dauergießform, die auf ca. 250° C temperiert wird, fixiert. Anschließend wird die Dauergießform mit der geschmolzenen Magnesiumlegierung (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 Abkühlphase wird das Bauteil in Wasser abgeschreckt.
Die Beschichtung der Bauteiloberfläche durch das Formtrennmittel ist nach dem Abschrecken kontinuierlich mit der Oberfläche verbunden und verfestigt, so dass dieses einen dauerhaften Korrosionsschutz gewährleistet. Das nach dem erfindungsgemäße Verfahren beschichtete Bauteil, sowie ein unbeschichtetes, ansonsten identisches Bauteil, wurde dem sogenannten VDA(Verband Deutscher Automobilindustrie)-Wechseltest unterzogen. 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 anschließend bei 90 % relativer Luftfeuchtigkeit einem Klimawechseltest 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 verkrustete Oberfläche auf. Feine Oberflächenstrukturen sind nicht mehr zu erkennen. Das erfindungsgemäß beschichtete Bauteil hingegen blieb nahezu unverändert, geringfügige Oberflächendefekte sind lediglich an scharfen Kanten zu erkennen, dort wo das Formtrennmittel nur in geringerem Ausmaß in die Oberfläche einbrennen konnte.

Claims

Verfahren zur Beschichtung eines metallischen Bauteils mit einer Korrosionsschutzschicht, wobei – eine metallische Dauergießform mindestens teilweise mit einem Formtrennmittel besprüht wird, – das Formtrennmittel mindestens 15% Wachse enthält, – die Dauergießform vor und während des Gießvorgangs beheizt wird, – das Bauteil in die metallische Dauergießform gegossen wird und – das Formtrennmittel während des Erstarrens des Bauteils in eine Gußhaut des Bauteils eingebrannt wird – und als Korrosionsschutz auf dem Bauteil verbleibt.
Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das metallische Bauteil direkt nach dem Gießen abgeschreckt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil aus Aluminium, Magnesium, Zink oder aus Legierungen dieser Metalle besteht.