DE102007048504B4 - Korrosionsschutzbeschichtung für Stahlbleche und Verfahren zum Konditionieren einer Korrosionsschutzbeschichtung - Google Patents

Abstract

Verfahren zum Herstellen eines Korrosionsschutzbeschichtung für Stahlbleche, die zum Zwecke der Härtung einer Erhitzung auf oder über die Austenitisierungstemperatur und einer Abschreckhärtung unterworfen werden, dadurch gekennzeichnet, dass eine Beschichtung, die überwiegend Zink enthält im Schmelztauchverfahren auf das Stahlblech aufgebracht wird und eine Beschichtung verwendet wird, die neben Zink und gegebenenfalls vorhandenen unvermeidbaren Verunreinigungen 0,1 bis 5% Aluminium und 0,2 bis 2% Magnesium enthält.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Konditionieren einer Korrosionsschutzbeschichtung und eine Korrosionsschutzbeschichtung für Stahlbleche.
• Aus der WO 2005/021822 A1 der Anmelderin ist es bekannt, zum Schutz einer kathodischen Korrosionsschutzschicht sauerstoffaffine Elemente in das die kathodische Schutzschicht ausbildende Metall in gewissen Grenzen zuzufügen, um beim Härten eines mit dem kathodisch geschützten Metall hergestellten Bauteils einen Schutz der kathodischen Schutzschicht zu bewirken. Zum Härten derartiger Bauteile müssen diese über die Austenitisierungstemperatur des Grundmetalls, in diesem Fall Stahl, aufgeheizt werden. Insbesondere bei hochhärtbaren Stählen liegt diese Temperatur oberhalb von 800°C. Bei derartigen Temperaturen werden die meisten kathodischen Schutzschichten durch Abdampfen oder Oxidation zerstört, so dass ein derart behandeltes Bauteil nach der Härtung keinen kathodischen Schutz besitzen würde. Der Zusatz der sauerstoffaffinen Elemente führt dazu, dass die sauerstoffaffinen Elemente aus der Zusammensetzung der kathodischen Schutzschicht an die Oberfläche diffundieren und dort eine sehr feine Schutzschicht ausbilden. Diese sehr feine Schutzschicht kann beispielsweise aus Aluminiumoxid bestehen.
• Bei Untersuchungen hat sich gezeigt, dass sich bei dem hauptsächlich verwendeten sauerstoffaffinen Element, nämlich Aluminium im Zinküberzug, eine Aluminiumoxidschicht an der Oberfläche bildet, die sehr hart, glasartig und glatt ist und die offenbar eine gute Lackhaftung behindert. Lackiert man derartige gehärtete schmelztauchverzinkte Bleche, haftet der Lack schlecht am Blech. Möglicherweise löst sich der Lack samt Aluminiumoxidschicht oder der Lack bindet schlecht am Aluminiumoxid. Ein Weg, die Lackhaftung zu verbessern, ist daher, die schlecht haftende Oxidschicht zuvor zu entfernen.
• Aufgabe der Erfindung ist es, eine Korrosionsschutzbeschichtung so zu konditionieren, dass einerseits einen zuverlässigen Schutz vor Oxidation und Abdampfung der Zinkschicht beim Härten erzielt wird und zweitens eine gute Lackhaftung ohne Nachbearbeitung der Korrosionsschutzschicht möglich ist.
• Die Aufgabe wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in dem Unteranspruch gekennzeichnet.
• Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Korrosionsschutzbeschichtung mit verbesserter Haftung zu schaffen.
• Diese Aufgabe wird mit einer Korrosionsschutzschicht mit den Merkmalen des Anspruchs 3 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in dem hiervon abhängigen Unteranspruch gekennzeichnet.
• Erfindungsgemäß hat sich gezeigt, dass ein definiertes Zumischen von Magnesium zu einem aluminiumhaltigen Zinküberzug offenbar in die Bildung der harten Schicht aus dem Aluminiumoxid derart eingreift, dass sich keine glasartige, sehr harte und glatte Aluminiumoxidoberfläche ausbildet, sondern eine gleichmäßig strukturierte und eine gute Lackhaftung vermittelnde Schicht ergibt.
• Darüber hinaus kann mit einer solchen definierten Zumischung eine Schicht erzielt werden, die beim Glühen eine dunklere Farbe annimmt, so dass zudem die Emissivität steigt, wodurch sich erfindungsgemäß beschichtete Bleche rascher auf Temperaturen von etwa 900°C aufheizen lassen, als schmelztauchverzinkte Bleche ohne Magnesiumzusatz.
• Erfindungsgemäß wird die Beschichtung eines Stahlblechs dadurch ausgebildet, dass das Stahlblech im an sich bekannten Schmelztauch-Beschichtungs-Prozess mit einer Metallbeschichtung versehen wird, die 0,1 bis 5% Aluminium und 0,2 bis 2% Magnesium, Rest Zink enthält.
• Bei einer solchen Beschichtung ergibt sich eine sehr gute Haftung der sich ausbildenden Oxidschicht und eine sehr gute Lackierbarkeit.
• Die Erklärung für die gute Haftung der Oxidschicht ist folgende: Das Magnesium steht in der Gruppe der Netzwerkwandler. Es bildet kristalline Oxide und hat darüber hinaus ein stärkeres Bestreben als Aluminium Oxide zu bilden. Dadurch ist es dem Aluminium beim Erwärmen auf 900°C nicht mehr möglich, ein deckendes glasartiges Netzwerk aus Aluminiumoxid zu bilden. Durch eine Festkörperreaktion bildet sich gut haftendes Oxid. Vielleicht bildet sich auch eine Verbindung MgAl₂O₄, der Spinell mit Zinkoxid.
• Im Gegensatz hierzu reagiert eine Beschichtung mit lediglich einem Aluminiumzusatz in anderer Weise.
• Nach dem Schmelzen des Zinks bei 420°C bildet sich eine glasartige, wenige Nanometer dicke Aluminiumoxidschicht an der Oberfläche. In weiterer Folge treten durch die Zersetzung von Zn-Fe-Phase in zinkreiche Schmelze und feste Zn-Fe-Phase Spannungen an der Oberfläche auf. An Fehlstellen in der Aluminiumoxidschicht, bildet sich – durch Diffusion von Aluminium aus der zinkreichen Schmelze an die Oberfläche – schnell Aluminiumoxid nach. Es zeigt sich jedoch erste Zinkoxidation in Ausprägung von ZnO-Clustern. In weiterer Folge entstehen Gräben in der Zn-Fe-Schicht, die großteils aus Schmelze und zinkgesättigten α-Eisen besteht. Die Aluminiumoxidschicht weist zu diesem Zeitpunkt bereits eine Dicke von bis zu 100 nm auf. Durch das Aufbrauchen der Zinkschmelze liegt sie in weiterer Folge wie ein Welldach auf den zinkgesättigten α-Eisenkörnern. Dort wo das Aluminiumoxid noch gut am Untergrund haftet, treten jedoch beim raschen Abkühlen Spannungen auf. Nach dem Härten haftet die Aluminiumoxidschicht mit den ZnO-Clustern daher sehr schlecht am Untergrund.
• Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung beispielhaft erläutert. Es zeigen hierbei:
• 1: ein Schema der Oberfläche von gehärteten, erfindungsgemäß schmelztauchverzinkten Blechen mit Magnesium in der Schicht;
• 2: eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme der Oberfläche des geglühten Blechs mit der erfindungsgemäßen Beschichtung;
• 3: ein Schema der Oberfläche eines gehärteten schmelztauchverzinkten Blechs nach dem Stand der Technik mit schlecht haftender Oxidschicht;
• 4: eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme der Oberfläche des geglühten Blechs nach 3;
• 5: das Aussehen der auf 900°C erwärmten und gehärteten Bleche mit einem Blech, das erfindungsgemäß beschichtet ist (links), und einem Blech nach dem Stand der Technik (rechts);
• 6: die Lackhaftung an einem geglühten erfindungsgemäß beschichteten Blech (links) und einem Blech nach dem Stand der Technik (rechts) nach korrosiver Auslagerung;
• 7: eine lichtmikroskopische Aufnahme der Querschnitts eines geglühten Blechs nach dem Stand der Technik;
• 8: ein Querschnitt des erfindungsgemäß beschichteten geglühten Blechs;
• 9: GDOES-Analyse des erfindungsgemäßen schmelztauchverzinkten und nicht wärmebehandelten Blechs;
• 10: GDOES-Analyse des schmelztauchverzinkten und nicht wärmebehandelten Blechs nach dem Stand der Technik;
• 11: GDOES-Analyse des erfindungsgemäß beschichteten und auf 900°C erwärmten Blechs;
• 12: GDOES-Analyse des auf 900°C erwärmten und gehärteten Blechs nach dem Stand der Technik;
• 13: technische Daten der Versuchslackierung der Probenbleche;
• 14: Anordnung der Verklebung von Probenstreifen;
• 15: Zugscherfestigkeiten des gehärteten erfindungsgemäßen Blechs und eines Vergleichsblechs nach dem Stand der Technik;
• 16: die Emissivität eines erfindungsgemäß beschichteten Stahlblechs beim Glühen im nur 895°C heißen Strahlungsofen;
• 17: chemische Zusammensetzung des für die Proben verwendeten Stahls 592519;
• 18: chemische Zusammensetzung eines weiteren Versuchsstahls 600354;
• 19: die rasterelektronenmikroskopische Aufnahme der Oberfläche eines gehärteten Blechs gemäß 18.
• Erfindungsgemäß wird für die Korrosionsschutzbeschichtung 1 eines Stahlblechs 2 eine Beschichtung verwendet, die überwiegend aus Zink besteht und neben Zink Aluminium in Gehalten von 0,1 bis 5% und Magnesium in Gehalten von 0,2 bis 2% enthält.
• Innerhalb dieser Mischungsbereiche kann das Verhältnis von Aluminium zu Magnesium frei eingestellt werden, mit allen möglichen Mischungen ist ein Erfolg herbeiführbar.
• Das Ergebnis der Glühbehandlung ist in den 1 und 2 zu erkennen. Man erkennt das Stahlsubstrat 2 und auf dem Stahlsubstrat 2 eine Eisen-Zink-Schicht 3, die aus unterschiedlichen Eisen-Zink-Phasen bestehen kann. Als Deckschicht 4 ist zuoberst eine Oxidschicht 4 vorhanden, welche der welligen bzw. rauen Struktur der Eisen-Zink-Schicht 3 an der Oberfläche folgt. Im Bereich der Vertiefungen 5 der Rauhigkeit erkennt man Risse 6 in der Eisen-Zink-Schicht 3.
• In 2 erkennt man sehr gut die zerklüftete Oberfläche eines erfindungsgemäß beschichteten und anschließend geglühten Blechs. Hier hat sich beim Glühen eine gut haftende Oxidschicht gebildet, die je nach Glühbedingungen mehrere um dick sein kann. Es wird vermutet, dass das Magnesium als Netzwerkwandler kristalline Oxide bildet und ein stärkeres Bestreben hat, Oxide zu bilden, als das Aluminium. Hierdurch ist es dem Aluminium beim Erwärmen auf 900°C oder darüber nicht mehr möglich, ein deckendes, glasartiges Netzwerk aus Aluminiumoxid zu bilden. Durch eine Festkörperreaktion zwischen der Eisen-Zink-Schicht und der Oxidschicht bildet sich das gut haftende Oxid, wobei vermutet wird, dass gegebenenfalls noch Spinelle mit dem Zinkoxid gebildet werden.
• In den 3 und 4 ist eine herkömmliche bekannte Beschichtung 10 gezeigt, wobei im Gegensatz zur erfindungsgemäßen Beschichtung 1 eine mehr oder weniger glatte geschlossene Al₂O₃-Schicht 11 vorhanden ist, welche im Bereich von Mikrorissen Zinkoxidausblühungen 12 besitzt, die insbesondere in 4 gut zu erkennen sind. Diese Struktur konnte mittels Augerelektronen Spektroskopie ermittelt werden. Diese Bildung einer durchgehenden Schicht wird wie folgt erklärt.
• Nach dem Schmelzen des Zinks bei 420°C bildet sich eine glasartige, wenige Nanometer dicke Aluminiumoxidschicht an der Oberfläche. In weiterer Folge treten durch die Zersetzung von Zn-Fe-Phase in zinkreiche Schmelze und feste Zn-Fe-Phase Spannungen an der Oberfläche auf. An Fehlstellen in der Aluminiumoxidschicht, bildet sich – durch Diffusion von Aluminium aus der zinkreichen Schmelze an die Oberfläche – schnell Aluminiumoxid nach. Es zeigt sich jedoch erste Zinkoxidation in Ausprägung von ZnO-Clustern. In weiterer Folge entstehen Gräben in der Zn-Fe-Schicht, die großteils aus Schmelze und zinkgesättigten α-Eisen besteht. Die Aluminiumoxidschicht weist zu diesem Zeitpunkt bereits eine Dicke von bis zu 100 nm auf. Durch das Aufbrauchen der Zinkschmelze liegt sie in weiterer Folge wie ein Welldach auf den zinkgesättigten α-Eisenkörnern. Dort wo das Aluminiumoxid noch gut am Untergrund haftet, treten jedoch beim raschen Abkühlen Spannungen auf. Nach dem Härten haftet die Aluminiumoxidschicht mit den ZnO-Clustern daher sehr schlecht am Untergrund.
• Im Gegensatz zur Erfindung, bei der die Oxidschicht gut der Welligkeit der Eisen-Zink-Schicht folgt, bilden sich im Stand der Technik Haftungsbereiche, in denen die Schicht an der Eisen-Zink-Schicht haftet und freie Bereiche, unter denen sich Hohlräume befinden.
• Die Oxidbildung beim Härten von schmelztauchverzinkten Blechen mit und ohne erfindungsgemäßem Magnesiumzusatz zum Zinkbad kann man anhand von GDOES-Analysen vor und nach dem Härten vergleichen.
• Erfindungsgemäß schmelztauchverzinkte Bleche (Magnesiumzusatz zum Zinkbad von 1,1 Massenprozent) und konventionell schmelztauchverzinkte Bleche ohne Magnesiumzusatz zum Zinkbad wurden mittels Glimmentladungsspektroskopie vor und nach dem Härten analysiert.
• Es zeigte sich, dass der Schichtaufbau der beiden Bleche nach dem Schmelztauchverzinken in etwa gleich ist. Beim Schmelztauchverzinken bildet sich bei beiden Blechen eine aluminiumreiche Phase zwischen Stahl und Zinkschicht, die für eine gute Umformeignung der Platinen zu Bauteilen notwendig ist. An der Oberfläche ist in beiden Fällen nur eine dünne Oxidschicht.
• Das Sauerstoffsignal O ist kaum erkennbar. In erfindungsgemäßen Blechen ist aufgrund des Magnesiumzusatzes zum Zinkbad Magnesium in der Zinkschicht eingebaut (vergleiche 9 und 10).
• Nach dem Härten der beiden Bleche ergeben sich vor allem in der Oxidschicht unterschiedliche Sputterprofile. Die Oxidschicht des erwärmten und gehärteten erfindungsgemäßen Blechs ist dicker und wird erst nach etwa 50 s vollständig abgetragen. Im Vergleich zur dünneren Oxidschicht des nicht erfinderischen Blechs ist das Aluminiumsignal an der Oberfläche geringer, während eindeutig Zink und Magnesium in der Oxidschicht eingebaut sind.
• Am erfindungsgemäß behandelten Blech konnte das Aluminium während des Erwärmens keine deckende Aluminiumoxidschicht ausbilden, sondern es oxidierte auch Magnesium und Zink. Diese Oxidschicht haftet sehr gut am Untergrund.
• Am konventionell schmelztauchverzinkten Blech ohne Magnesiumzusatz bildete sich beim Erwärmen auf 900°C eine gut schützende und vergleichsweise dünne Aluminiumoxidschicht. Diese dünne Oxidschicht, die beinahe ausschließlich aus Aluminiumoxid besteht, haftet jedoch sehr schlecht am Untergrund (vergleiche 11 und 12).
• 7 zeigt den Querschliff des gehärteten konventionell schmelztauchverzinkten Blechs. Die Zn-Fe-Schicht ist etwa 25 um dick und hat eine Struktur von heller, zinkreicher Phase und dunklen zinkhaltigen α-Fe-Körnern. Die Oxidschicht ist im Querschliff nicht ersichtlich und besteht aus einer etwa 150 nm dicken Aluminiumoxidschicht.
• 8 zeigt den Querschliff des gehärteten erfindungsgemäßen Blechs. Die Zn-Fe-Schicht ist wieder etwa 25 μm dick und hat wieder eine Struktur von heller, zinkreicher Phase und zinkhaltigen α-Fe-Mischkristallen. In den zinkreichen Bereichen, die Magnesium und Aluminium enthalten, sind zum Teil Poren. Die dunkle Oberfläche des gehärteten erfindungsgemäßen Blechs ist eine bis zu 4 μm dicke Oxidschicht.
• Die beiden 7 und 8 zeigen, dass auch mit einer erfindungsgemäßen Beschichtung, obwohl diese offensichtlich in anderer Weise reagiert bzw. eine andere Deckschicht ergibt, eine im wesentlichen gleichen Phasenzusammensetzung der Zink-Eisen-Phasen an der Oberfläche des Stahlblechs ergibt, welche für einen kathodischen Korrosionsschutz wichtig ist.
• Die Erfindung wird anhand von Beispielen weiter erläutert.
• 1. Probenherstellung und Härten der Bleche
• Am Schmelztauchverzinkungssimulator der Anmelderin wurden phs-ultraform-Platinen des Stahls 592519 mit einer Legierung verzinkt, die neben Zink etwa 0,2% Aluminium und 1,1% Magnesium enthielt. Es entstand ein beidseitig beschichtetes Stahlblech 592519 ZMg 190, im Folgenden mit Blech A bezeichnet.
• Weiter wurde am Schmelztauchverzinkungssimulator der Anmelderin phs-ultraform-Platinen des Stahls 592519 mit einer Legierung verzinkt, die neben Zink nur etwa 0,2% Aluminium und kein Magnesium enthielt. Es entstand ein konventionelles beidseitig beschichtetes schmelztauchverzinktes Stahlblech 592519 Z 200, im Folgenden mit Blech B bezeichnet.
• Platinen der Größe 100 mm × 100 mm der beiden 1,5 mm Bleche A und B wurden im 910°C heißen Strahlungsofen für 5 min geglüht und anschließend zwischen Stahlplatten gekühlt und somit gehärtet. 5 zeigt die beiden geglühten Bleche, links das mit Magnesiumzusatz schmelztauchverzinkte Blech A, rechts das hellere konventionell schmelztauchverzinkte Blech B.
• Lackieren der gehärteten Bleche
• Nach dem Härten wurden die beiden Bleche A und B wie beim Automobilbauer phosphatiert und KT-lackiert.
• 13 zeigt den Prozess zum Beschichten von Blechen mittels Automobilphosphatieren und KT-Lackieren der Anmelderin. Der Lackierprozess ist dem Verfahren zum Lackieren von Karosserien bei Automobilherstellern ähnlich.
• Prüfung der Lackhaftung vor korrosiver Auslagerung
• Bei einem Test zur Lackhaftung ritzt man einen sogenannten Gitterschnitt in die Oberfläche, drückt ein Klebeband fest über die Ritzspuren und zieht es dann ab. Dabei sollte kein Lack abgezogen werden.
• Die Lackhaftung an konventionell schmelztauchverzinkten Proben vor korrosiver Auslagerung, d. h. den Blechen B; ist mittelmäßig. Die ungenügende Lackhaftung der Proben ist auf die Bildung der schlecht haftenden Aluminiumoxidschicht zurückzuführen. Die Trennebene Lack-Blech ist die Oxidschicht. Das Aluminiumoxid an gehärteten, schmelztauchverzinkten Platinen wird beim Phosphatieren nicht abgelöst. Es finden sich weite Bereiche ohne Phosphatschicht.
• Die Lackhaftung vor Korrosionsauslagerung des Blechs B wurde auf einer Skala von 0 bis 5 mit 3 bewertet. Der Wert 0 würde keinen Lackabzug nach Gitterschnitt bedeuten, ein Wert von 3 bedeutet, dass bereits weite Bereiche innerhalb des Gitterschnitts eine schlechte Lackhaftung zeigten und mittels Klebeband entfernt werden konnten.
• Die Lackhaftung an magnesiumhaltigen schmelztauchverzinkten Proben, d. h. den Blechen A, ist sehr gut. Die Lackhaftung vor Korrosionsauslagerung des Blechs A wurde auf einer Skala von 0 bis 5 mit 0 bewertet, d. h. es wurde kein Lack mit dem Klebeband abgezogen.
• Prüfung der Lackhaftung nach korrosiver Auslagerung
• Die Bleche des Typs A und B wurden phosphatiert, KT-lackiert und im VDA-Wechselklimatest DIN 621-45 für 10 Wochen unter korrosiven Bedingungen ausgelagert. Dann wurde die Lackhaftung mit drei Methoden geprüft.
• 1. Einem Klebebandabzug nach Gitterschnitt.
• 2. Der korrosiven Unterwanderung des Lacks an einem vor der korrosiven Auslagerung eingeritzten Bereichs.
• 3. Einem Bereich, der vor und nach der Korrosionsauslagerung mittels Stahlschrot beschossen wurde.
• Das Ergebnis für alle 3 Methoden war, dass die Lackhaftung am gehärteten konventionell schmelztauchverzinkten Blech B unzureichend ist. Die Bewertung mittels Gitterschnitt war 5, die korrosive Unterwanderung des Lacks war nicht nur am Ritz sondern über die gesamte Blechoberfläche gegeben und in jenem Bereich, der mit Stahlschrot beschossen wurde, löste sich der Lack beinahe vollständig (siehe 6).
• Das Blech A, jenes Blech, das Magnesium in der Zinkschicht enthält, zeigt eine ausgezeichnete Lackhaftung sowohl beim Test mittels Gitterschnitt (Bewertung: 0), am Ritz und auch im Bereich, der mit Stahlschrot beschossen wurde.
• 6 zeigt die Proben A und B nach der korrosiven Auslagerung und nach Durchführung der Tests (ohne Gitterschnitt).
• 2. Vergleich der Klebeeignung von gehärteten, konventionell schmelztauchverzinkten Blechen mit gehärteten schmelztauchverzinkten Blechen, die durch eine Zugabe von Magnesium zum Zinkbad hergestellt wurden
• Aus den gehärteten Blechen der Varianten A und B wurden Streifen der Dimension 100 mm × 25 mm gefertigt. Je zwei solcher Streifen wurden an den Enden mit einem crashstabilen Strukturkleber Betamate 1496 gefügt. Die geklebte Fläche beim Strukturkleber war 25 mm × 10 mm mit einer Klebschichtdicke von 0,2 mm. 14 zeigt die Grundform der Verklebung.
• Die Prüfung der Klebeverbindung erfolgte mittels Zugscherversuch nach DIN EN 1465 mit einer nachfolgenden Beurteilung des Bruchbilds.
• 15 zeigt die Zugscherfestigkeit der Klebeverbindungen. Im Diagramm sind die Ergebnisse der Einzelversuche, der Mittelwert sowie die Standardabweichung des Mittelwerts für die beiden Varianten dargestellt.
• Die Zugscherfestigkeiten der Klebeverbindungen der mittels Magnesiumzusatz zum Zinkbad schmelztauchverzinkten Bleche war im gehärteten Zustand im Mittel 33 MPa (Blech A). Die Zugscherfestigkeiten der gehärteten konventionell schmelztauchverzinkten Proben lag nur bei 14 MPa (Blech B). Eine Zugscherfestigkeit von 14 MPa ist unzureichend, besonders da nach einer etwaigen korrosiven Belastung die Zugscherfestigkeit noch weiter absinkt. Der Grund für die geringe Kleberhaftung ist die schlechte Haftung des Aluminiumoxids am Untergrund, was sich auch in einem adhäsiven Versagen der Klebeverbindung äußert. Demgegenüber liegt die Zugscherfestigkeit des Blechs mit dem magnesiumhaltigen Zinküberzug nahe der Kleberfestigkeit selbst. Daher war auch ein kohäsives Versagen anhand des Bruchbilds feststellbar.
• 3. Vergleich der Schweißeignung von schmelztauchverzinkten Blechen, die durch eine Zugabe von Magnesium zum Zinkbad hergestellt wurden mit anderen gehärteten verzinkten Blechen
• Schmelztauchverzinkte Bleche, hergestellt mit einem Magnesiumzusatz zum Zinkbad, konventionell schmelztauchverzinkte Bleche ohne Magnesiumzusatz zum Zinkbad und elektrolytisch verzinkte Bleche ohne Magnesium- bzw. Aluminiumeinbau im Zinküberzug wurden im Strahlungsofen bis etwa 900°C erwärmt und anschließend gehärtet.
• Versuche zum Widerstandspunktschweißen von gehärteten verzinkten Blechen zeigten Folgendes:
  Die gehärteten konventionell schmelztauchverzinkten Bleche zeigten den größten Schweißbereich und waren gut verschweißbar. Die gehärteten schmelztauchverzinkten Bleche mit Magnesium im Zinküberzug zeigten einen breiten Schweißbereich und konnten gut verschweißt werden. Die gehärteten elektrolytisch verzinkten Bleche konnten mittels Widerstandspunktschweißen nicht verschweißt werden, da sich beim Glühen eine sehr dicke Zinkoxidschicht ausbildete. Die Zinkoxidschicht bildete sich deshalb sehr dick und dicht (mehrer Mikrometer dick, sehr kompakt) aus, da kein Aluminium und Magnesium vorhanden waren, welche das Zink vor Oxidation schützen konnten.
• Bei der Messung des Übergangswiderstands der Bleche zeigte sich, dass ein gehärtetes schmelztauchverzinkte Blech mit Magnesium im Zinküberzug bei 10 Messungen einen Übergangswiderstand von im Mittel 6,3 mΩ mit einer Standardabweichung von 2,1 aufwies.
• Der Übergangswiderstand von vergleichbar gehärteten elektrolytisch verzinkten Blechen war bei 10 Messungen im Mittel bei etwa 11,8 mΩ, d. h. etwa doppelt so hoch. Je höher der Übergangswiderstand des Blechs bzw. der Oxidschicht desto kleiner ist der sogenannte Schweißbereich und desto schlechter die Schweißeignung beim Widerstandspunktschweißen.
• Das erklärt auch das bessere Schweißverhalten der gehärteten magnesiumhaltigen schmelztauchverzinkten Bleche im Vergleich mit den gehärteten Blechen mit einer ursprünglichen Reinzinkschicht.
• 4. Aufheizverhalten aufgrund der Farbänderung der Bleche beim Erwärmen
• 16 zeigt die Emissivität von Blech A beim Glühen im 895°C heißen Strahlungsofen. Die Emissivität steigt bis zu einer Temperatur von 700°C auf ~ 0,2–0,3, bevor es bei einer Glühtemperatur nahe der Ofentemperatur von 895°C steil auf einen Wert nahe 1 steigt. Die Oberfläche nach dem Glühen und Härten ist schwarz.
• Während konventionell schmelztauchverzinkte Bleche beim Erwärmen im 900°C heißen Strahlungsofen hell bleiben und die Emissivität im Ofen nur langsam über einen Wert von etwa 0,6 steigt, erwärmen sich schmelztauchverzinkte Bleche mit Magnesium im Zinküberzug rascher, da deren Emissivität bei 900°C nahe 1 liegt.
• Der Grund für die niedrige Emissivität von konventionell schmelztauchverzinkten Blechen bei 900°C liegt darin, dass die dünne Aluminiumoxidschicht als transparent zu betrachten ist und die darunter liegenden hellen zinkreichen Phasen die Wärmestrahlung eher reflektiert als absorbiert. Beim Erwärmen von schmelztauchverzinkten Blechen mit Magnesium im Zinküberzug bilden sich jedoch dunkle Zn-Mg-Al-Oxide, welche die Wärmestrahlung gut absorbieren und somit das Blech rasch aufheizen. Vergleiche dazu auch 5.
• Härten eines Blechs des Stahls 600354 mit einem magnesiumhaltigen, schmelztauchverzinkten Überzug
• Ein 1,5 mm dicker Stahlbund der Nummer 600354/2 wurde in einem magnesiumhaltigen Schmelztauchverzinkungsbad großtechnisch an der Schmelztauchverzinkungsanlage verzinkt. Der Aluminiumgehalt im Zinkbad war etwa 4%, der Magnesiumgehalt etwa 1%. Der Zinküberzug war beidseitig etwa 14 μm dick, d. h. es folgte eine Zn-Al-Mg-Auflage von ZnAlMg 200.
• Beim 7-minütigen Erwärmen der Platinen des Bunds 600354 im 900°C heißen Strahlungsofen färbte sich die Oberfläche wieder dunkel. Anschließend wurde das Blech rasch zwischen Stahlplatten gekühlt. Es entstand ein typischer Phasenaufbau aus zinkreichen und zinkarmen Zn-Fe-Phasen. 19 zeigt die rasterelektronische Aufnahme der Oberfläche des geglühten Blechs, an der man wiederum sieht, dass die Oxidschicht in die Zn-Fe-Phasen ragt.
• Die Lackhaftung vor und nach Korrosionsauslagerung war ausgezeichnet und wurde mittels Gitterschnitt mit 0 beurteilt. Das Blech zeigte eine hohe Zugscherfestigkeit beim Verkleben mit Betamate 1496 und war gut widerstandsschweißbar. Bei der Messung des Übergangswiderstands des Blechs ergab sich ein Mittelwert von 6,3 mΩ mit einer Standardabweichung von 2,1 bei 10 Messungen.
• Bei der Erfindung ist von Vorteil, dass durch eine gezielte Auswahl einer Beschichtungszusammensetzung für die Korrosionsschutzbeschichtung eines härtbaren Stahlblechs nach dem Härten eine Korrosionsschutzschicht erzielt wird, die eine sehr gute Lackhaftung, eine sehr gute Verklebbarkeit und eine gute Schweißbarkeit im Vergleich zu einer bekannten Beschichtung ergibt. Durch die Zugabe von Magnesium in einem definierten Umfang wird eine sich ausbildende Oxidationsbarriere für eine Zink-Eisen-Schicht deutlich verbessert.
• Zudem kann durch die Erfindung die Emissivität und damit die Aufheizbarkeit eines somit beschichteten Blechs erheblich verbessert werden.
• Bezugszeichenliste

1

Korrosionsschutzbeschichtung

2

Stahlblech

3

Eisen-Zink-Schicht

4

Oxidschicht

5

Vertiefungen

6

Risse

10

Beschichtung nach Stand der Technik

11

Al₂O₃-Schicht

12

Zinkoxidausblühungen

Claims (4)

1. Verfahren zum Herstellen eines Korrosionsschutzbeschichtung für Stahlbleche, die zum Zwecke der Härtung einer Erhitzung auf oder über die Austenitisierungstemperatur und einer Abschreckhärtung unterworfen werden, dadurch gekennzeichnet, dass eine Beschichtung, die überwiegend Zink enthält im Schmelztauchverfahren auf das Stahlblech aufgebracht wird und eine Beschichtung verwendet wird, die neben Zink und gegebenenfalls vorhandenen unvermeidbaren Verunreinigungen 0,1 bis 5% Aluminium und 0,2 bis 2% Magnesium enthält.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrosionsschutzbeschichtung in einer Dicke von 5 bis 25 μm auf das Blech aufgebracht wird.
3. Korrosionsschutzbeschichtung für Stahlbleche, die zum Zwecke der Härtung einer Erhitzung auf oder über die Austenitisierungstemperatur und einer Abschreckhärtung unterworfen werden, wobei die Beschichtung eine überwiegend Zink aufweisende, im Schmelztauchverfahren auf das Stahlblech aufgebrachte Beschichtung ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung neben Zink und gegebenenfalls vorhandenen unvermeidbaren Verunreinigungen 0,1 bis 5% Aluminium und 0,2 bis 2% Magnesium enthält.
4. Korrosionsschutzbeschichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrosionsschutzbeschichtung in einer Dicke von 5 bis 25 μm auf dem Stahl aufgebracht ist.

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