DE102017011557A1

DE102017011557A1 - Beschichtung für ein Karosserieteil mit einer Legierung aus Zink und Mangan, Karosserieteil mit einer solchen Beschichtung und Verfahren zum Herstellen eines beschichteten Karosserieteils mit einer solchen Beschichtung

Info

Publication number: DE102017011557A1
Application number: DE102017011557.5A
Authority: DE
Inventors: Nathalie Allain; Florian Claudel; Damien Close; Claas Felix Raschke; Nicolas Stein; Tidu Albert
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2017-12-14
Filing date: 2017-12-14
Publication date: 2019-06-19

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Beschichtung (3) für ein Karosserieteil (1), wobei die Beschichtung (3) eine Legierung aufweist, und wobei die Legierung Zink und Mangan aufweist. Die Legierung weist dabei einen Konzentrationsgradienten (5) an Mangan auf, wobei der Anteil an Mangan in der Legierung in Richtung von einer dem Karosserieteil (1) abgewandten Seite (7) der Beschichtung (3) zu einer dem Karosserieteil (1) zugewandten Seite (9) der Beschichtung (3) hin abnimmt, und wobei die Legierung einen Anteil an Mangan an der dem Karosserieteil (1) abgewandten Seite (7) von höchstens 40 Gew.-% aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Beschichtung für ein Karosserieteil mit einer Legierung aus Zink und Mangan, ein Karosserieteil mit einer solchen Beschichtung und ein Verfahren zum Herstellen eines beschichteten Karosserieteils mit einer solchen Beschichtung.
Zur Verbesserung der Haltbarkeit von Karosserieteilen, insbesondere Karosserieteilen aus Stahl, werden die Karosserieteile mit einer Korrosionsschutzbeschichtung sowohl für die Kaltumformbarkeit als auch für die Warmumformbarkeit versehen. Um die Korrosionsbeständigkeit von Karosserieteilen zu erhöhen, insbesondere um gute Korrosionsschutzeigenschaften zu gewährleisten, sind die Karosserieteile üblicherweise mit einem metallischen Überzug beschichtet. Feuerverzinkte oder elektrolytisch-verzinkte Beschichtungen haben sich für Karosserieteile etabliert. Diese Überzüge bieten einen kathodischen Korrosionsschutz aufgrund des niedrigen Korrosionspotentials basierend auf einer Zink-basierten Schicht im Vergleich zu Karosserieteilen ohne eine derartige Schicht. Darüber hinaus können durch diese Beschichtung gute Eigenschaften für die darauffolgenden Lackier- und Fügeprozesse erzielt werden.
Der Vorteil von Zink-basierten Korrosionsbeschichtungen liegt darin, dass diese nicht nur eine Barrierewirkung mit der Bildung von Korrosionsprodukten aufweisen, sondern zusätzlich einen aktiven kathodischen Korrosionsschutz für das Karosserieteil bieten. Reine Zink-Korrosionsbeschichtungen haben allerdings auch Nachteile; so ist insbesondere beim direkten Presshärten von Zink-Korrosionsschutzbeschichtungen bekannt, dass Makro- und Mikrorisse im Stahl auftreten können.
Es sind zahlreiche Zinklegierungen für Beschichtungen bekannt, beispielsweise aus Zink-Nickel, Zink-Mangan, Zink-Eisen, Zink-Aluminium, Zink-Magnesium und Zink-Aluminium-Magnesium, die bessere Eigenschaften als reine Zinküberzüge aufweisen. Es sind Zink-Eisen-Beschichtungen bekannt, die für die Fügetechnik gut geeignet sind. Zink-Eisen-Beschichtungen weisen allerdings eine geringere Korrosionsbeständigkeit als reine Zinküberzüge auf, da das Korrosionspotential von Zink-Eisen-Beschichtungen im Vergleich zu reinem Zink erhöht ist. Des Weiteren führt der hohe Eisenanteil in der Beschichtung zu höheren Risiken von Rotrostbildung an der Oberfläche der Beschichtung, wodurch die optische Qualität und auch die langfristige Korrosionsstabilität des Produkts beeinflusst werden. Im Fall von Zink-Magnesium- und Zink-Aluminium-Magnesium-Beschichtungen sind vorteilhafte Korrosionsschutzeigenschaften wegen der Bildung von besonders stabilen Korrosionsprodukten zu erwarten.
Aus der Internationalen Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer WO 2015/027972 A1 sind Zink-basierte Korrosionsschutzbeschichtungen für Stahlbleche bekannt, die durch Schmelztauchverfahren aufgebracht werden, wobei die Beschichtung neben einem Zinkanteil von mindestens 75 Gew.-% Verunreinigungen von 0,5 bis 15 Gew.-% Mangan und 0,1 bis 10,0 Gew.-% Aluminium aufweist.
Aus der Internationalen Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer WO 2015/149918 A1 sind Bauteile für einen Kraftwagen bekannt, mit einem aus einem warmumformbaren Stahl gebildeten Grundkörper, der mit einer Zink aufweisenden Beschichtung versehen ist, wobei die Beschichtung aus einer Legierung aus Zink-Kobalt-Mangan, Zink-Kobalt oder Zink-Mangan ausgebildet ist, und ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Bauteils.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Beschichtung für ein Karosserieteil mit einer Zink-basierten Legierung, ein Karosserieteil mit einer solchen Beschichtung und ein Verfahren zum Herstellen eines beschichteten Karosserieteils mit einer solchen Beschichtung bereitzustellen, wobei die genannten Nachteile nicht auftreten, und wobei insbesondere eine Erhöhung des Korrosionsschutzes des Karosserieteils im Vergleich zu herkömmlichen Zink-basierten Beschichtungen erreicht wird, wobei außerdem bevorzugt die Lackhaftung, die Phosphatierbarkeit, die Fügbarkeit sowie die Verarbeitbarkeit bei der Kalt- und Warmumformung im Vergleich zu bekannten Zink-basierten Beschichtungen verbessert werden.
Die Aufgabe wird gelöst, indem die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche geschaffen werden, vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Aufgabe wird insbesondere gelöst, indem eine Beschichtung für ein Karosserieteil geschaffen wird, wobei die Beschichtung eine Legierung aufweist, und wobei die Legierung Zink und Mangan aufweist. Die Legierung weist dabei einen Konzentrationsgradienten an Mangan auf, wobei der Anteil an Mangan in der Legierung in Richtung von einer dem Karosserieteil abgewandten Seite der Beschichtung zu einer dem Karosserieteil zugewandten Seite der Beschichtung hin abnimmt, und wobei die Legierung einen Anteil an Mangan an der dem Karosserieteil abgewandten Seite von höchstens 40 Gew.-% aufweist.
Die Beschichtung weist Vorteile im Vergleich zum Stand der Technik auf. Vorteilhafterweise wird durch die erfindungsgemäße Beschichtung, insbesondere aufgrund der Schaffung eines Konzentrationsgradienten an Mangan in der Legierung, wobei der Anteil an Mangan in der Legierung bestimmungsgemäß in Richtung von einer dem Karosserieteil abgewandten Seite der Beschichtung zu einer bestimmungsgemäß dem Karosserieteil zugewandten Seite der Beschichtung hin abnimmt, eine Erhöhung des Korrosionsschutzes erzielt, insbesondere wird eine lokale Korrosion verringert. Vorteilhafterweise wird durch die erfindungsgemäße Beschichtung eine verbesserte Lackhaftung und verbesserte Phosphatierbarkeit der Beschichtung erzielt. Die erfindungsgemäße Beschichtung ermöglicht bei der Herstellung eine verbesserte Kaltumformung und/oder der Warmumformung, insbesondere dadurch, dass weniger Makro und/oder Mikrorisse in der erfindungsgemäßen Beschichtung und in dem Substrat entstehen. Die erfindungsgemäße Beschichtung mit einer Legierung aus Zink und Mangan stellt eine Zink-basierte Schutzschicht dar, welche einen kathodischen Korrosionsschutz bildet, insbesondere durch die Bildung stabiler Korrosionsprodukte mit einer geringen Auflösungsgeschwindigkeit nach der Bildung von intermetallischen Phasen aus Zink-Mangan im Vergleich zu herkömmlichen Zink-basierten Überzügen, die sich durch den erfindungsgemäßen Konzentrationsgradienten an Mangan in der Legierung vorteilhafterweise an der dem Karosserieteil abgewandten Seite der Beschichtung befinden. Es kann also eine verbesserte Korrosionsschutzwirkung erzielt werden, da der Konzentrationsgradient an Mangan in der Legierung derart ausgebildet ist, dass der Anteil an Mangan in der Legierung der Beschichtung an dem Karosserieteil am niedrigsten und an der Oberfläche der Beschichtung, die mit Luft in Kontakt steht, am höchsten ist. Vorteilhafterweise ermöglicht die erfindungsgemäße Beschichtung die Ausbildung einer besonders dünnen Beschichtung, was zu einer Ersparnis von Kosten und Gewicht beim Korrosionsschutz des Karosserieteils führt. Vorzugsweise kann auf die erfindungsgemäße Beschichtung eine weitere Beschichtung, die eine andere Legierung aufweist, aufgebracht werden.
Unter einem Karosserieteil versteht man insbesondere ein Teil der Karosserie eines Fahrzeugs, bevorzugt eines Personenkraftwagens, Lastkraftwagens, Bus, Wohnmobil, Baufahrzeug, Nutzfahrzeug oder auch Schienenfahrzeug, Boot, Schiff oder Luftfahrzeug.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Legierung an der dem Karosserieteil abgewandten Seite einen Anteil an Mangan aufweist von höchstens 40 Gew.-%, bevorzugt von höchstens 35 Gew.-%, bevorzugt von höchstens 30 Gew.-%, bevorzugt von höchstens 25 Gew.-%, bevorzugt von höchstens 20 Gew.-%, bevorzugt von höchstens 15 Gew.-%, bevorzugt von höchstens 10 Gew.-%, bevorzugt von 10 bis 40 Gew.-%, bevorzugt von 10 bis 35 Gew.-%, bevorzugt von 10 bis 30 Gew.-%, bevorzugt von 10 bis 25 Gew.-%, bevorzugt von 10 bis 20 Gew.-%, oder bevorzugt von 20 bis 30 Gew.-%. In diesem Bereich verwirklichen sich in besonderer Weise die bereits genannten Vorteile.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Legierung an der dem Karosserieteil zugewandten Seite einen Anteil an Mangan von höchstens 5 Gew.-% aufweist, bevorzugt höchstens 4 Gew.-%, bevorzugt höchstens 3 Gew.-%, bevorzugt, höchstens 2 Gew.-%, bevorzugt höchstens 1 Gew.-%, bevorzugt höchstens 0,8 Gew.-%, bevorzugt höchstens 0,6 Gew.-%, bevorzugt höchstens 0,4 Gew.-%, bevorzugt höchstens 0,2 Gew.-%, oder bevorzugt höchstens 0,1 Gew.-%. Insbesondere bevorzugt weist die Legierung an der dem Karosserieteil zugewandten Seite kein oder nahezu kein Mangan aufweist. In diesen Bereichen verwirklichen sich in besonderer Weise die bereits genannten Vorteile.
Vorzugsweise weist die Beschichtung einen Anteil an Mangan auf von höchstens 30 Gew.-% auf, bevorzugt höchstens 20 Gew.-%, bevorzugt höchstens 15 Gew.-%, bevorzugt höchstens 10 Gew.-%, bevorzugt 10 bis 20 Gew.-%, bevorzugt 5 bis 15 Gew.-%, bevorzugt 1 bis 15 Gew.-%, bevorzugt 1 bis 10 Gew.-%, oder bevorzugt 1 bis 5 Gew.-%. In diesem Bereich verwirklichen sich in besonderer Weise die bereits genannten Vorteile.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Beschichtung einen Anteil an Zink von mindestens 60 Gew.-% aufweist, bevorzugt mindestens 70 Gew.-%, oder bevorzugt mindestens 75 Gew.-%. In diesem Bereich verwirklichen sich in besonderer Weise die bereits genannten Vorteile.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Legierung einen Anteil an mindestens einem weiteren Element aufweist, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus:

- mindestens 0,1 Gew.-% bis höchstens 10 Gew.-% Aluminium,
- mindestens 0,1 Gew.-% bis höchstens 10 Gew.-% Chrom,
- mindestens 0,1 Gew.-% bis höchstens 10 Gew.-% Eisen,
- mindestens 0,1 Gew.-% bis höchstens 10 Gew.-% Kobalt,
- mindestens 0,1 Gew.-% bis höchstens 10 Gew.-% Magnesium, und
- mindestens 0,1 Gew.-% bis höchstens 10 Gew.-% Nickel.

In diesem Bereich verwirklichen sich in besonderer Weise die bereits genannten Vorteile. Sonstige Elemente können Schwefel, Blei, Kupfer, Molybdän, Titan, Zirconium oder herstellungsbedingte Verunreinigungen sein, insbesondere unvermeidbare Verunreinigungen. Unvermeidbare Verunreinigung treten vorzugsweise mit einem Anteil von höchstens 0,2 Gew.-% auf, bevorzugt höchstens 0,1 Gew.-%.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Beschichtung eine Schichtdicke von höchstens 200 µm aufweist, bevorzugt höchstens 100 µm, bevorzugt höchstens 80 µm, bevorzugt höchstens 60 µm, bevorzugt höchstens 50 µm, bevorzugt höchstens 40 µm, bevorzugt höchstens 30 µm, bevorzugt höchstens 25 µm, bevorzugt höchstens 20 µm, bevorzugt zwischen 1 und 100 µm, bevorzugt zwischen 1 und 80 µm, bevorzugt zwischen 1 und 50 µm, bevorzugt zwischen 1 und 40 µm, bevorzugt zwischen 1 und 30 µm, bevorzugt zwischen 1 und 20 µm, bevorzugt zwischen 10 und 100 µm, bevorzugt zwischen 10 und 80 µm, bevorzugt zwischen 10 und 50 µm, bevorzugt zwischen 10 und 40 µm, bevorzugt zwischen 10 und 30 µm, oder bevorzugt zwischen 10 und 20 µm. In den hier genannten Ausführungsformen verwirklichen sich die bereits beschriebenen Vorteile in besonderer Weise.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Beschichtung mindestens zwei Schichten mit unterschiedlichen Anteilen an Mangan aufweist. Bevorzugt weist die Beschichtung mindestens 3 Schichten mit unterschiedlichen Anteilen an Mangan auf, bevorzugt mindestens 4 Schichten, bevorzugt mindestens 5 Schichten, bevorzugt mindestens 6 Schichten, bevorzugt mindestens 10 Schichten, bevorzugt mindestens 20 Schichten, bevorzugt mindestens 50 Schichten, oder bevorzugt mindestens 100 Schichten. Vorzugsweise weisen die Schichten unterschiedliche Schichtdicken auf. In der hier genannten Ausführungsform verwirklichen sich die bereits beschriebenen Vorteile in besonderer Weise.
Vorzugsweise nimmt der Anteil an Mangan in der Legierung von einer Schicht der Beschichtung in Richtung der dem Karosserieteil abgewandten Seite der Beschichtung zu einer benachbarten Schicht der dem Karosserieteil zugewandten Seite der Beschichtung hin um mindestens 5 Gew.-% ab, bevorzugt um mindestens 8 Gew.-%, bevorzugt um mindestens 10 Gew.-%, bevorzugt um mindestens 15 Gew.-%, bevorzugt um mindestens 20 Gew.-%, bevorzugt um 1 bis 50 Gew.-%, bevorzugt um 5 bis 50 Gew.-%, bevorzugt um 10 bis 50 Gew.-%, bevorzugt um 1 bis 30 Gew.-%, bevorzugt um 5 bis 30 Atom-%, oder bevorzugt um 10 bis 30 Gew.-%, wobei die Angabe Gew.-% bezogen ist auf die Gesamtmenge der Metalle in der Legierung. In der hier genannten Ausführungsform verwirklichen sich die bereits beschriebenen Vorteile in besonderer Weise.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Anteil an Mangan in der Beschichtung von der dem Karosserieteil abgewandte Seite zu der dem Karosserieteil zugewandten Seite kontinuierlich abnimmt. Unter einer kontinuierlichen Abnahme des Anteils an Mangan in der Beschichtung wird bevorzugt verstanden, dass sich der Anteil an Mangan nicht sprunghaft ändert, sondern sich insbesondere über die Schichtdicke hinweg kurvenartig, insbesondere stetig, bevorzugt stetig und differenzierbar, besonders bevorzugt linear ändert, In der hier genannten Ausführungsform verwirklichen sich die bereits beschriebenen Vorteile in besonderer Weise.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Anteil an Mangan in der Beschichtung von der dem Karosserieteil abgewandte Seite zu der dem Karosserieteil zugewandten Seite diskontinuierlich abnimmt. Vorzugsweise ändert sich der Anteil an Mangan von einer Schicht in Richtung der dem Karosserieteil abgewandten Seite der Beschichtung zu einer Schicht in Richtung dem Karosserieteil zugewandten Seite der Beschichtung hin sprunghaft. Vorzugsweise nimmt der Anteil an Mangan in der Beschichtung von einer Schicht in Richtung der dem Karosserieteil abgewandten Seite der Beschichtung zu einer Schicht in Richtung der dem Karosserieteil zugewandten Seite der Beschichtung stufenweise ab. Vorzugsweise kann eine Schicht zwischen zwei der Schicht benachbarten Schichten einen höheren oder einen geringeren Anteil an Mangan aufweisen im Vergleich zu den benachbarten Schichten.
Die Aufgabe wird auch gelöst, indem ein Karosserieteil mit einer erfindungsgemäßen Beschichtung bereitgestellt wird, insbesondere nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele. Dabei ergeben sich für das beschichtete Karosserieteil insbesondere die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit der Beschichtung erläutert wurden.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Karosserieteil aus Stahl ausgebildet ist, beispielsweise aus hochfestem Stahl ohne Zwischengitteratome (HSIF), hochfestem niedriglegiertem Stahl (HSLA), Dualphasen Stahl (DP), Komplexphasen Stahl (CP), Verformungsinduziertem Verfestigungs-Stahl (TRIP), Bake-Hardening Stahl, Ultrahochfeste Stähle 22MnB5, oder einer ähnlichen Stahlsorte.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Karosserieteil vollständig mit der erfindungsgemäßen Beschichtung beschichtet ist. Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Karosserieteil bereichsweise, bevorzugt einseitig, mit der erfindungsgemäßen Beschichtung beschichtet ist.
Die Aufgabe wird auch gelöst, indem ein Verfahren zum Herstellen eines beschichteten Karosserieteils mit einer erfindungsgemäßen Beschichtung mit einem Konzentrationsgradienten an Mangan geschaffen wird, wobei im Rahmen des Verfahrens eine Legierung, die Zink und Mangan aufweist, durch ein Schmelztauchverfahren, ein elektrolytisches Verfahren, ein PVD-Verfahren (Physical Vapor Deposition), ein CVD-Verfahren (Chemical Vapor Deposition) und/oder ein IVD-Verfahren (Ion Vapor Deposition) zur Bildung der Beschichtung auf einem Karosserieteil abgeschieden wird, wobei der Anteil an Mangan in der Legierung während des Abscheidens der Legierung zunimmt, so dass das beschichtete Karosserieteil mit der Beschichtung mit dem Konzentrationsgradienten an Mangan erhalten wird. Dabei ergeben sich in Zusammenhang mit dem Verfahren insbesondere die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit der Beschichtung und/oder dem Karosserieteil mit der erfindungsgemäßen Beschichtung erläutert wurden.
Vorzugsweise wird die Legierung aus wenigstens einer Vorlegierung und/oder den chemischen Elementen durch Schmelzen erhalten.
Vorzugsweise wird die Legierung in einem elektrolytischen Verfahren aus einer wässrigen Elektrolyt-Lösung abgeschieden, insbesondere aus einer Sulfat- oder Chlorid-Lösung.
Vorzugsweise wird eine elektrische Stromdichte, oder Potential während des Abscheidens variiert, so dass der Anteil an Mangan in der Legierung variiert werden kann. Dabei führt eine Erhöhung der Stromdichte zu einer Erhöhung des Anteils an Mangan in der Legierung und eine Verringerung der Stromdichte führt zu einer Verringerung des Anteils an Mangan in der Legierung.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Stahlsubstrats mit einer Beschichtung mit Konzentrationsgradienten; und
2 ein schematisches Diagramm des Anteils an Mangan in der Legierung in Abhängigkeit von einer elektrischen Stromdichte.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Stahlsubstrats, insbesondere eines Karosserieteils 1, mit einer Beschichtung 3 mit einem Konzentrationsgradienten 5 an Mangan. Das Karosserieteil 1 gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel weist eine Beschichtung 3 mit einer Legierung auf, wobei die Legierung Zink und Mangan aufweist. Die Legierung weist innerhalb der Beschichtung 3 einen Konzentrationsgradienten 5 an Mangan auf, wobei der Anteil an Mangan in der Legierung in Richtung von einer dem Karosserieteil 1 bestimmungsgemäß abgewandten Seite 7 der Beschichtung 3, die 20 bis 30 Gew.-% Mangan aufweist, zu einer dem Karosserieteil 1 bestimmungsgemäß zugewandten Seite 9 der Beschichtung 3 hin, die 0 Gew.-% oder nahezu 0 Gew.-% Mangan aufweist, abnimmt. Durch einen derartigen Konzentrationsgradienten 5 an Mangan in der Beschichtung 3 wird ein verbesserter Korrosionsschutz in Vergleich zu reinem Zink oder Zink-Mangan Legierungen ohne Konzentrationsgradienten 5 erhalten.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist die dem Karosserieteil 1 abgewandte Seite 7 der Beschichtung 3 den höchsten Anteil an Mangan von 20 bis 30 Gew.-% auf, der durch die Schichtstärke hin bis zu der dem Karosserieteil 1 zugewandten Seite 9 der Beschichtung 3 auf einen Anteil an Mangan von 0 Gew.-% oder nahezu 0 Gew.-% abnimmt. Die Verwendung von höheren Anteilen an Mangan in der dem Karosserieteil 1 abgewandten Seite 7 der Beschichtung 3 führt zu einer präferentiellen Korrosion von Mangan-reichen Phasen, was zu einer Erhöhung des pH-Werts und der Bildung von stabilen Korrosionsprodukten führt. Dadurch wird der Korrosionsschutz im Vergleich zu reinem Zink deutlich verbessert. Die Verwendung von einem niedrigeren Anteil an Mangan in der dem Karosserieteil 1 zugewandten Seite 9 der Beschichtung 3 führt dagegen zu einer niedrigen Korrosionsrate im Vergleich zu Zink-basierten Legierungen mit hohem Mangan-Anteil. Durch die Verwendung einer Legierung mit unterschiedlichen Anteilen an Mangan in der Beschichtung 3 können optimale Korrosionsschutzeigenschaften erzielt werden.
In einer derartigen Zink-basierten Legierung mit einem Konzentrationsgradienten 5 an Mangan verhält sich die dem Karosserieteil 1 abgewandte Seite 7 der Beschichtung 3 als Opferanode und schützt das Stahlsubstrat, insbesondere das Karosserieteil 1, vor dem Verlust von funktionalen Eigenschaften, insbesondere vor mechanischen Belastungen, beispielsweise bei einem Crash. Die Mangan-reichen Phasen der Beschichtung oxidieren vorzugsweise aufgrund des niedrigen Korrosionspotentials von Mangan im Vergleich zu Zink. Die Oxidation von Mangan führt zur Bildung von Mn²⁺-Ionen, die zu einer Erhöhung des pH-Werts durch Wasserstoffentwicklung führen. Aufgrund des höheren pH-Werts bilden sich Korrosionsprodukte mit einer geringen Auflösungsrate, was zur Bildung einer dichten, stabilen und schwerlöslichen Schutzschicht führt. Diese Schutzschicht mit Korrosionsprodukten verhindert beziehungsweise verlangsamt die Korrosionsmechanismen an dem Karosserieteil 1 und den darunterliegenden Schichten. Durch die erfindungsgemäße Beschichtung wird ein verbesserter Korrosionsschutz erhalten, gleichzeitig werden die Lackhaftung und die Phosphatierbarkeit im Vergleich zu bekannten Zink-basierten Beschichtungen verbessert.
In diesem Ausführungsbeispiel weist die Legierung einen kontinuierlichen Konzentrationsgradienten 5 an Mangan in der Beschichtung 3 auf, die Legierung kann aber alternativ auch einen diskontinuierlichen Konzentrationsgradienten 5 aufweisen. Die Verwendung eines kontinuierlichen Konzentrationsgradienten 5 an Mangan in der Beschichtung 3 ist insofern vorteilhaft, da derartige Beschichtungen gute Haftungseigenschaften aufweisen, wobei das Risiko von Delamination, Haftungsfehlern und mangelnder Kompatibilität zwischen metallischen Schichten verringert wird.
Der Einsatz von weiteren Elementen in der Legierung, wie Aluminium, Chrom, Eisen, Kobalt, Magnesium und/oder Nickel, ist denkbar. Dadurch können weitere spezifische Eigenschaften der Zink-basierten Legierung mit Konzentrationsgradienten 5 erhalten werden.
2 zeigt ein schematisches Diagramm des Anteils an Mangan in einer Legierung in Abhängigkeit von einer elektrischen Stromdichte beim Abscheiden der Legierung auf einem Karosserieteil 1, insbesondere einem Karosserieteil 1 aus Stahl. Das beschichtete Karosserieteil 1 mit einer Beschichtung 3 mit einem Konzentrationsgradienten 5 an Mangan in der Legierung (siehe 1) wird durch Abscheiden einer Legierung, die Zink und Mangan aufweist, erhalten. Die Legierung wird durch ein elektrolytisches Verfahren auf dem Karosserieteil 1 abgeschieden. Insbesondere wird die Legierung aus wässrigen Elektrolyten wie Sulfat- und Chlorid-Lösungen abgeschieden, beispielsweise werden Chlorid-Elektrolyte mit folgender Zusammensetzung eingesetzt: 2,8 M KCI, 0,6 M MnCl₂, 0,075 M ZnCl₂, 0,32 M H₃BO₃, 0,5 g l^-1 4-HB und 6,5 mM NH₄SCN.
Der Anteil an Mangan beim Abscheiden der Legierung ist von der eingesetzten Stromdichte, dem Potential, der Elektrolyt-Zusammensetzung und dem Abscheidungsverfahren abhängig. Der Verlauf des Anteils an Mangan in der Legierung kann je nach Anwendungsanforderung variiert und durch die Verwendung der oben genannten Abscheidungstechniken frei gewählt werden, wenn die Stromdichte, das Potential oder der Elektrolyt während der Abscheidung der Legierung variiert werden. Eine Erhöhung der Stromdichte führt zu einer Erhöhung des Anteils an Mangan in der Beschichtung. Dadurch nimmt der Anteil an Mangan in der Legierung während des Abscheidens der Legierung unter Erhöhung der Stromdichte zu, so dass das beschichtete Karosserieteil 1 mit der Beschichtung 3 mit dem Konzentrationsgradienten 5 an Mangan erhalten wird. In diesem Ausführungsbeispiel wird die Beschichtung 3 mit dem Konzentrationsgradienten 5 mit einer Schichtdicke von 50 µm, bevorzugt von 20 µm, bevorzugt von 7 µm, auf dem Karosserieteil 1 abgeschieden.
Insgesamt zeigt sich, dass mit der hier vorgeschlagenen Beschichtung mit einer Legierung, die Zink und Mangan aufweist, wobei der Anteil an Mangan einen Konzentrationsgradienten 5 aufweist, vorteilhafte Korrosionseigenschaften erhalten werden können.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2015/027972 A1 [0005]
WO 2015/149918 A1 [0006]

Claims

Beschichtung (3) für ein Karosserieteil (1), wobei die Beschichtung (3) eine Legierung aufweist, und wobei die Legierung Zink und Mangan aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung einen Konzentrationsgradienten (5) an Mangan aufweist, wobei der Anteil an Mangan in der Legierung in Richtung von einer dem Karosserieteil (1) abgewandten Seite (7) der Beschichtung (3) zu einer dem Karosserieteil (1) zugewandten Seite (9) der Beschichtung (3) hin abnimmt, und wobei die Legierung einen Anteil an Mangan an der dem Karosserieteil (1) abgewandten Seite (7) von höchstens 40 Gew.-% aufweist.
Beschichtung (3) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung an der dem Karosserieteil (1) abgewandten Seite (7) einen Anteil an Mangan von höchstens 30 Gew.-% aufweist.
Beschichtung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung an der dem Karosserieteil (1) zugewandten Seite (9) kein oder nahezu kein Mangan aufweist.
Beschichtung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (3) einen Anteil an Zink von mindestens 60 Gew.-% aufweist.
Beschichtung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung einen Anteil an mindestens einem weiteren Element aufweist, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: - mindestens 0,1 Gew.-% bis höchstens 10 Gew.-% Aluminium, - mindestens 0,1 Gew.-% bis höchstens 10 Gew.-% Chrom, - mindestens 0,1 Gew.-% bis höchstens 10 Gew.-% Eisen, - mindestens 0,1 Gew.-% bis höchstens 10 Gew.-% Kobalt, - mindestens 0,1 Gew.-% bis höchstens 10 Gew.-% Magnesium, und - mindestens 0,1 Gew.-% bis höchstens 10 Gew.-% Nickel.
Beschichtung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung mindestens zwei Schichten mit unterschiedlichem Anteil an Mangan aufweist.
Beschichtung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil an Mangan in der Beschichtung (3) von der dem Karosserieteil (1) abgewandten Seite (7) zu der dem Karosserieteil (1) zugewandten Seite (9) kontinuierlich abnimmt.
Karosserieteil (1) mit einer Beschichtung (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
Karosserieteil (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Karosserieteil (1) aus Stahl gebildet ist.
Verfahren zum Herstellen eines beschichteten Karosserieteils (1) nach einem der Ansprüche 8 oder 9 mit einer Beschichtung (3) mit einem Konzentrationsgradienten (5) an Mangan nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Legierung, die Zink und Mangan aufweist, durch ein Schmelztauchverfahren, ein elektrolytisches Verfahren, ein PVD-Verfahren, ein CVD-Verfahren und/oder ein IVD-Verfahren auf einem Karosserieteil (1) abgeschieden wird, wobei der Anteil an Mangan in der Legierung während des Abscheidens der Legierung zunimmt, so dass das beschichtete Karosserieteil (1) mit der Beschichtung mit dem Konzentrationsgradienten (5) an Mangan erhalten wird.