DE102010021827A1

DE102010021827A1 - Verfahren zur Herstellung eines zumindest in Teilbereichen kathodisch korrosionsgeschützen metallischen Bauteils

Info

Publication number: DE102010021827A1
Application number: DE102010021827A
Authority: DE
Inventors: Gerd Monien; Dr.Ing. Eisenberg Stephan
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2010-05-28
Filing date: 2010-05-28
Publication date: 2011-12-01

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines zumindest in Teilbereichen kathodisch korrosionsgeschützten metallischen Bauteils, mit den Schritten – Aufbringung eines galvanischen Überzugs, insbesondere einer Verzinkung, auf mindestens einen Teilbereich des Bauteils – Aufbringung eines Oberflächenschutzes auf zumindest den Teilbereich oder das gesamte Bauteil und – Einbrennung des Oberflächenschutzes bei einer Temperatur im Bereich von 150°C bis 250°C zur Aushärtung des Oberflächenschutzes und zur Ausdiffusion von Wasserstoff aus dem Bauteil.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines zumindest in Teilbereichen kathodisch korrosionsgeschützten metallischen Bauteils.
Bauteile der vorgenannten Art können beispielsweise Schraubenfedern für den Einsatz in einem Kraftfahrzeug sein. Derartige Schraubenfedern weisen als Standardoberflächenschutz Pulverlackierungen auf. Diese Pulverbeschichtung bietet für Schraubenfedern einen Oberflächenschutz. Federn, insbesondere Fahrwerksfeder, können in Kraftfahrzeugen extremen Belastungen ausgesetzt sein. Bei Fahrwerksfedern können durch Steinschlag Beschädigungen der Beschichtung entstehen. Weiterhin kann im Abwälzbereich der Federn die Beschichtung unter Umständen sogar komplett abgerieben werden. Bei Beschädigungen der Pulverbeschichtung kann diese den Schutz vor Korrosion nicht mehr gewährleisten. Da es sich beispielsweise bei Schraubenfedern um hochfeste Bauteile mit Zugfestigkeiten zwischen 1000 MPa und 2400 MPa handelt, sind die Werkstoffe, aus denen das Bauteil besteht, grundsätzlich gegenüber Schwingungsriss- und Spannungsrisskorrosion empfindlich. Eine Beschädigung der Pulverbeschichtung kann somit zu einem vorzeitigen Bruch eines Bauteils führen, so dass dessen Lebensdauer verkürzt ist. Werden Bauteile galvanisch korrosionsgeschützt, so treten beim Galvanisierungsschritt freie Wasserstoffatome in das Bauteil ein, die bei einer späteren Belastung des Bauteils zu einem frühen Ausfall, insbesondere durch eine sogenannte Wasserstoffversprödung, führen können. Eine galvanische Verzinkung von Kraftfahrzeugfahrwerksfedern wird daher in der Regel vermieden.
Aus der DE 10 2007 060 405 A1 ist eine Tragfeder aus Stahl für ein Kraftfahrzeug bekannt, wobei die Tragfeder mit einem Metall oder einer Metall-Legierung flächig beschichtet ist und das Metall oder die Metall-Legierung metallisch unedler ist und daher leichter oxidierbar ist als der Stahl.
Das der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Problem ist die Schaffung eines Verfahrens, für metallische Bauteile mit einem galvanischen Überzug, die eine höhere Korrosionsbeständigkeit und Lebensdauer aufweisen.
Dies wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Die Unteransprüche betreffen bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung.
Gemäß Anspruch 1 ist vorgesehen, einen galvanischen Überzug, insbesondere eine galvanische Verzinkung, auf mindestens einen Teilbereich des Bauteils aufzubringen. Danach wird ein zusätzlicher Oberflächenschutz auf zumindest einen Teilbereich oder das gesamte Bauteil aufgebracht. Das Bauteil wird anschließend einer Temperatur im Bereich von 150°C bis 250°C zur Aushärtung des Oberflächenschutzes und zur Ausdiffusion von Wasserstoff aus dem Bauteil, das bei der Galvanisierung in das Bauteil eingetreten ist, ausgesetzt. Dieses bewirkt, dass einerseits der Überzug auf dem Bauteil aushärten kann und gleichzeitig eine Ausdiffusion des freien Wasserstoffs begünstigt wird. Da der freie Wasserstoff eine Versprödung des Bauteils begünstigt, insbesondere eines hochfesten Bauteils, wird in der Fachwelt eine galvanische Verzinkung von hochfesten Bauteilen, insbesondere von Fahrwerksfedern, vermieden.
Ein galvanischer Überzug bietet neben einem guten Korrosionsschutz auch einen hohen Schutz gegen mechanische Beanspruchungen wie beispielsweise Steinschlag oder Abrieb. Auch bei einer Beschädigung des galvanischen Überzugs bietet dieser immer noch einen gewissen kathodischen Korrosionsschutz. Der galvanische Überzug kann als metallischer Überzug, insbesondere als Zink-Nickel-Überzug ausgebildet sein, wobei der Überzug zwischen 8% und 18% Nickel, insbesondere zwischen 12% und 15% Nickel enthält.
Es kann vorgesehen sein, dass das Bauteil zusätzlich zu dem galvanischen Überzug eine zusätzliche Beschichtung aufweist. Diese kann zumindest teilweise aus organischen Stoffen bestehen und insbesondere eine Pulverlackierung sein. Durch die Kombination des galvanischen Überzugs und der zusätzlichen, beispielsweise als Pulverlackierung ausgeführten Beschichtung wird ein vergleichsweise optimaler Korrosionsschutz und mechanischer Schutz des Bauteils gewährleistet. Es besteht dabei unter Umständen die Möglichkeit, ein beispielsweise als Feder ausgebildetes Bauteil höherfest auszulegen. Dadurch kann die Materialstärke und damit das Gewicht des Bauteils reduziert werden.
Damit der galvanische Überzug auf dem Bauteil sicher aufgebracht werden kann, wird vorzugsweise vor Aufbringung ein Festigkeitsstrahlen zur Säuberung und/oder Einbringung von Druckeigenspannung des Bauteils vorgesehen.
Wird das Verfahren auf den Abwälzbereich einer Fahrwerksfeder angewandt, so kann dieser im Betrieb hochbeanspruchte Bereich vor Korrosion geschützt werden. Wird dieses Verfahren ausschließlich nur im wesentlichen im Abwälzbereich angewandt, so wird erreicht, dass der Abwälzbereich sicher korrosionsgeschützt ist, wobei dem freien Wasserstoff im Temperierschritt die Möglichkeit zur einfacheren Ausdiffusion im nicht galvanisch überzogenen Bereich gegeben wird. Somit wird vorteilhafterweise erreicht, dass in einem einzigen Temperierschritt sowohl eine Aushärtung des Oberflächenschutzes als auch eine Ausdiffusion des Wasserstoffs erfolgt. Weiterhin wird durch die partielle Verzinkung des Endbereichs der Feder erreicht, dass der Bereich der Feder, der einer verstärkten Korrosion im Betrieb ausgesetzt sein kann, einen entsprechenden kathodischen Korrosionsschutz durch Galvanisierung erhält. Für den Mittelbereich der Fahrwerksfeder ist eine galvanische Verzinkung in der Regel nicht zwingend notwendig. Die in diesem Bereich fehlende Verzinkung erleichtert jedoch den Austritt des Wasserstoffs, der bei der galvanischen Verzinkung in den Federwerkstoff eingetreten ist.
Im nachfolgenden wird zur Verdeutlichung ein Beispiel der Erfindung beschrieben.
Beispiel 1:
Eine für den Einsatz in einem Kraftfahrzeug vorgesehene Schraubenfeder aus einem hochfesten Material, das eine Zugfestigkeit größer 1000 MPA, beispielsweise zwischen 1900 MPa und 2050 MPa aufweist, wird im Abwälzbereich mit einem galvanischen Zink-Nickel-Überzug versehen. Dieser Überzug wird beispielsweise mittels einer Membrantechnologie auf die Schraubenfeder aufgebracht. Der Zink-Nickel-Überzug weist dabei einen Nickel-Anteil zwischen 12% und 15% sowie eine Schichtdicke zwischen 60 μm und 160 μm auf. Der galvanische Überzug kann an einem Ende der Feder oder auf beiden Enden der Feder aufgebracht werden.
Anschließend wird auf den Zink-Nickel-Überzug eine Pulverlackierung aufgesintert. Die Pulverlackierung ist eine handelsübliche Pulverlackierung beispielsweise gemäß Volkswagennorm TL 261D. Die Pulverlackierung weist eine Schichtdicke zwischen 50 μm und 150 μm auf.
Die Lackierung wird anschließend bei 150°C bis 250°C, vorzugsweise zwischen 180°C und 200°C, eingebrannt und solange bei der Temperatur gehalten, dass freier Wasserstoff soweit ausgetrieben wird, dass keine Gefahr einer Wasserstoffversprödung besteht.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102007060405 A1 [0003]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Volkswagennorm TL 261D [0013]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines zumindest in Teilbereichen kathodisch korrosionsgeschützten metallischen Bauteils, mit den Schritten – Aufbringung eines galvanischen Überzugs, insbesondere einer Verzinkung, auf mindestens einen Teilbereich des Bauteils – Aufbringung eines Oberflächenschutzes auf zumindest den Teilbereich oder das gesamte Bauteil – Einbrennung des Oberflächenschutzes bei einer Temperatur im Bereich von 150°C bis 250°C zur Aushärtung des Oberflächenschutzes und zur Ausdiffusion von Wasserstoff aus dem Bauteil.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vor Aufbringung eines galvanischen Überzugs ein Festigkeitsstrahlen zur Säuberung und/oder Einbringung von Druckeigenspannung des Bauteils vorgesehen ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt der Einbrennung und Ausdiffusion so lange durchgeführt wird, dass ein überwiegender Teil des freien Wasserstoffs aus dem Bauteil ausdiffundiert wird, derart dass die Gefahr einer Wasserstoffversprödung minimiert ist.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für den Oberflächenschutz ein organischer Lack oder eine elektrostatische Pulverbeschichtung verwendet wird.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren auf eine Feder eines Fahrwerks eines Kraftfahrzeugs angewendet wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren auf mindestens einen Abwälzbereich der Fahrwerksfeder angewendet wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ausschießlich im wesentlichen auf mindestens einen Abwälzbereich der Fahrwerksfeder angewendet wird.