DE10158622A1 - Verfahren zur Entfernung von oxidischen Belägen auf Stahlteilen und Erzeugung einer Beschichtung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entfernung von oxidischen Belägen auf Stahlteilen und Erzeugung einer Beschichtung, insbesondere einer Korrosionsschutzschicht, in einem Arbeitsschritt. Ein Stahlteil mit oxidischen Belägen wird mittels einer Einrichtung zur gasdynamischen Beschichtung von Oberflächen mit einer Schalldüse mit auf knapp 1 Mach beschleunigten Partikeln, insbesondere Zinkpartikeln, bestrahlt. Dadurch wird das Stahlteil sowohl vom oxidischen Belag gereinigt als auch mit einer fest haftenden Beschichtung versehen. Zudem läßt sich die Beschichtung auf Schichtdicken zwischen 4 mum und 8 mum einstellen, wodurch sie gut schweißbar ist. Je nach Partikelart hat die Schicht korrosionsschützende Eigenschaften.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entfernung von oxidischen Belägen auf Stahlteilen und zur Erzeugung einer Beschichtung, insbesondere einer Korrosionschutzschicht mittels einer Einrichtung zur gasdynamischen Beschichtung von Oberflächen mit einer Schalldüse gemäß den Merkmalen im Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
• In der Automobilindustrie werden verschiedene warmgeformte, gehärtete oder partiell gehärtete Stahlteile eingesetzt, von denen eine Vielzahl zumindest teilweise mit einer Beschichtung versehen ist, zum Beispiel um das Bauteil gegen Korrosion zu schützen.
• Bei allen Prozessen, bei denen eine Wärmezufuhr (z. B. beim Löten, Schweißen, Härten) Stahlteile auf hohe Temperaturen erhitzt, bilden sich in normaler Atmosphäre oxidische Beläge an der Oberfläche. Diese Beläge müssen zunächst entfernt werden, bevor das Stahlteil z. B. aus Korrosionsschutzgründen beschichtet wird, da eine Beschichtung sonst schlecht haftet und sich mindestens zum Teil wieder lösen kann, wodurch sie ihre Schutzfunktion einbüßt.
• Bisher übliche Verfahren zur Entfernung einer oxidischen Schicht besitzen entweder eine abrasive Wirkung oder entfernen die Beläge mittels eines chemischen Angriffs. Als Beispiele für Verfahren mit abrasiver Wirkung sind das Sand- oder Kugelstrahlen zu nennen. Chemische Verfahren wie etwa das Beizen arbeiten üblicherweise mit Säuren. Alle diese Verfahren stellen einen eigenständigen Arbeitsvorgang vor einer Weiterverarbeitung des Stahlteils dar.
• Beim anschließenden Beschichten wird eine fest haftende Schicht aus formlosem Stoff auf das Stahlteil gebracht. Gebräuchliche Beschichtungsverfahren sind das Schmelztauchverfahren, insbesondere die Feuerverzinkung, die galvanische Abscheidung aus Lösungen oder das Thermische Spritzen. Stand der Technik sind mittlerweile auch gasdynamische Beschichtungsverfahren wie das sogenannte "Cold Gas Coating", das Gegenstand der EP 0484533 A1 ist. Hierbei werden die Partikel mit Überschallströmungen, die durch Expansion in Überschalldüsen erzeugt werden, so stark beschleunigt, daß sie aufgrund ihrer kinetischen Energie beim Aufprall auf der zu beschichtenden Oberfläche aufschmelzen und dabei eine dünne und geschlossene Schicht bilden. In der DE 199 18 758 A1 ist ein Verfahren angegeben, nachträglich bearbeitete Teilflächen eines insbesondere zuvor antikorrosiv behandelten Bauteils auf die genannte Art nachzubeschichten.
• Die vorgenannten Verfahren haben verschiedene Nachteile. So lassen sich bisherige chemische Verfahren zur Entfernung oxidischer Beläge (Beizen) aufgrund der Gefahr der Wasserstoffversprödung nicht uneingeschränkt für hochfeste Stähle einsetzen. Zudem bilden sie ebenso wie das Sand- oder Kugelstrahlverfahren einen gesonderten Arbeitsvorgang. Ähnlich wie beim Beizen besteht auch bei der galvanischen Verzinkung die Gefahr der Wasserstoffversprödung. Eine Feuerverzinkung kann aufgrund der eingebrachten Wärmemenge zu einer Festigkeitsabnahme gehärteter Stahlteile führen. Zudem sind die realisierbaren Schichtdicken nach unten begrenzt, wodurch sich unter anderem Probleme bei nachgeschalteten Schweißvorgängen ergeben können.
• Der Erfindung liegt ausgehend vom Stand der Technik die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Entfernung von oxidischen Belägen auf Stahlteilen und zur Erzeugung einer Beschichtung in einem Arbeitsvorgang aufzuzeigen, welches anwendungstechnisch günstig und wirtschaftlich ist und gut schweißbare Schichten erzeugt.
• Die Lösung dieser Aufgabe besteht nach der Erfindung in den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
• Gemäß Anspruch 1 wird ein mit oxidischen Belägen versehenes Stahlteil mit Partikeln bestrahlt, die durch eine Einrichtung zur gasdynamischen Beschichtung von Oberflächen mit einer Schalldüse auf Unterschallgeschwindigkeiten von knapp unter 1 Mach beschleunigt wurden.
• Wie in Anspruch 2 beschrieben sprengen die ersten Partikel, die auf die mit oxidischen Belägen verunreinigte Oberfläche treffen, zunächst die spröden und sehr harten oxidischen Beläge auf und entfernen sie durch ihre abrasive Wirkung komplett. Die kinetische Energie der Partikel, die die gereinigte Oberfläche treffen, wird in thermische Energie umgewandelt, was zum Aufschmelzen der Partikel und damit zur Bildung einer geschlossenen Beschichtungsoberfläche führt.
• Insbesondere werden die Partikel wie in Anspruch 3 beschrieben auf eine Geschwindigkeit von 0,7 bis 0,9 Mach beschleunigt und vorzugsweise gemäß Anspruch 4 vorgewärmt.
• Zur Erzielung der bestmöglichen Ergebnisse sollten die einzelnen Partikel wie in Anspruch 5 dargelegt einen Durchmesser von 10-40 µm haben.
• Eine bevorzugte Ausführung des Verfahrens beschreibt Anspruch 6. Demnach bestehen die Partikel vorzugsweise aus Zinkpulver, das aufgrund seines niedrigen Schmelzpunktes bereits bei Geschwindigkeiten von 0,7 bis 0,9 Mach genug kinetische Energie aufnehmen kann, um beim Aufprallen auf die Stahloberfläche aufzuschmelzen. Zugleich bietet eine Zinkschicht einen vergleichsweise guten Korrosionsschutz.
• Das Verfahren kann aber auch wie in Anspruch 7 beschrieben mit Aluminium-, Zinn- oder anderen Nichteisenpartikeln durchgeführt werden.
• Anders als bei der gasdynamischen Beschichtung mit Überschallgeschwindigkeiten, läßt sich dieses Verfahren aufgrund der geringeren Geschwindigkeiten mit weniger Energie und damit kostengünstiger durchführen. Auch ist die Erzeugung von Unterschallgeschwindigkeiten aufgrund der bei der Erzeugung von Überschallgeschwindigkeiten notwendigen höheren Gasdrücke technisch einfacher zu handhaben. Zugleich ist die Druckbelastung auf die Stahloberfläche und damit die Verzugsgefahr bei geringen Wandstärken kleiner.
• Das Sand- oder Kugelstrahlen kann komplett entfallen, da bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die oxidischen Beläge von den Partikeln entfernt werden.
• Anders als bei chemischen Verfahren zur Entfernung von oxidischen Belägen oder bei der galvanischen Verzinkung kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren keine Wasserstoffversprödung auftreten. Auch ist die beim Aufprall der Partikel auf die Stahloberfläche entstehende thermische Energie zu gering, um sich auf die Festigkeit von gehärteten Stählen auswirken zu können.
• Eine weitere vorteilhafte Ausführung des Verfahrens ist in Anspruch 8 dargelegt. Demnach lassen sich die aufgebrachten Schichtdicken insbesondere zwischen 4 µm und 8 µm einstellen. Infolgedessen treten keine Probleme bei anschließenden Schweißvorgängen auf. Wie in Anspruch 9 beschrieben lassen sich derart dünne Schichten daher gut schweißtechnisch bearbeiten.
• Von daher vermeidet das erfindungsgemäße Verfahren Probleme herkömmlicher Verfahren und spart zudem einen vollständigen Arbeitsschritt, nämlich die Reinigung der Bauteile von oxidischen Belägen ein. Das erfindungsgemäße Verfahren ist daher technisch und wirtschaftlich vorteilhaft.

Claims (9)

1. Verfahren zur Entfernung von oxidischen Belägen auf Stahlteilen und Erzeugung einer Beschichtung mittels einer Einrichtung zur gasdynamischen Beschichtung von Oberflächen mit einer Schalldüse, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit oxidischen Belägen versehenes Stahlteil mit auf knapp unter Machzahl (Ma = 1) beschleunigten Partikeln bestrahlt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß das Stahlteil so bestrahlt wird, daß die Partikel beim Auftreffen auf die Stahlteiloberfläche zunächst die spröden und sehr harten Oxidbeläge aufsprengen und durch ihre abrasive Wirkung entfernen, die nachfolgenden Partikel auf der gereinigten Oberfläche aufschmelzen und so eine geschlossene Schicht bilden.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die Partikel auf Geschwindigkeiten von etwa 0,7 bis 0,9 Mach beschleunigt werden.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die Partikel vorgewärmt werden.

5. Verfahren nach den vorhergehenden Ansprüchen dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Partikel einen Durchmesser von 10-40 µm haben.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei den Partikeln um Zinkpartikel handelt.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei den Partikeln auch um Aluminium oder Zinn oder andere Nichteisenpartikel handeln kann.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß sich die aufgebrachten Schichtdicken zwischen 4 µm und 8 µm einstellen lassen.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die aufgebrachten Schichten gut schweißbar sind.