DE102006029817A1

DE102006029817A1 - Metallblech sowie Verfahren zum Herstellen eines Metallblechs

Info

Publication number: DE102006029817A1
Application number: DE200610029817
Authority: DE
Inventors: Thomas SÖNTGEN; Sigrid Thanner; Robert Wagner
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 2006-06-28
Filing date: 2006-06-28
Publication date: 2008-01-03
Also published as: WO2008000583A1

Abstract

Um ein kostengünstiges Metallblech (1) beispielsweise für die Verwendung für ein Haushaltsgerät (10) bereitzustellen, ist vorgesehen, dass auf einem insbesondere als einfaches Stahlblech ausgebildeten Grundblech (2) eine Beschichtung (4) aus einer duktilen metallischen Matrix (6), insbesondere Bronzelegierung, mit eingelagerten Feststoffpartikeln (8) aufgebracht ist. Durch die Wahl der metallischen Matrix (6) in Kombination mit ausgewählten Feststoffpartikeln (8) lassen sich unterschiedliche Eigenschaften der Beschichtung (4) einstellen. Insbesondere lässt sich durch die Einlagerung von Hartstoffpartikeln eine sehr gute Oberflächenhärte und damit Kratzfestigkeit erzielen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Metallblech sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Metallblechs.
Metallbleche werden als Halbzeuge für die Herstellung von unterschiedlichen Waren, insbesondere auch für Haushaltsgeräte, oder in der Automobilindustrie eingesetzt. Hierbei müssen die Bleche für die jeweiligen Anwendungsfälle geeignet ausgebildet sein. So ist in der Regel erforderlich, dass die Metallbleche mit einem Korrosionsschutz versehen sind. Auch soll die Oberfläche möglichst kratzunempfindlich sein. Diese Anforderungen werden durch die Verwendung von hochspeziellen Stahl- oder Edelstahlblechen und/oder in Kombination mit speziellen Lackierungen erreicht. Die Verwendung von hochwertigen Stahl- oder Edelstahlblechen ist jedoch vergleichsweise teuer.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Metallblech sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung anzugeben, wobei das Metallblech gute mechanische Eigenschaften aufweist und gleichzeitig in der Herstellung kostengünstig ist.
Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch ein Metallblech mit einem Grundblech, auf das eine Beschichtung aus einer duktilen metallischen Matrix mit eingelagerten Feststoffpartikeln aufgebracht ist. Das Grundblech ist daher mit einer metallischen Schutzschicht versehen, die zur Einstellung der gewünschten Oberflächeneigenschaften eingelagerte Feststoffpartikel aufweist.
Aufgrund der auf das Grundblech aufgebrachten Beschichtung ist die Verwendung von hochwertigen und teuren Grundblechen, insbesondere Edelstahlblechen nicht erforderlich. Vielmehr wird vorzugsweise ein einfaches kostengünstiges Stahlblech als Grundblech herangezogen. Insgesamt wird durch die Beschichtung ein Verschleiß- und Korrosionsschutz ausgebildet.
Von besonderem Vorteil bei der Beschichtung ist hierbei die Kombination eines duktilen metallischen Grundwerkstoffs mit darin eingelagerten Feststoffpartikeln. Unter duktiler metallischer Matrix wird hierbei ein vergleichsweise weicher metallischer Grundwerkstoff verstanden, der eine Vickers-Härte von maximal etwa 180–230 HV₀₁ aufweist. Die Härtebestimmung nach Vickers ist der Norm DIN EN ISO 6507 zu entnehmen.
Durch die Kombination der duktilen Matrix mit den darin eingelagerten Feststoffpartikeln wird das Grundblech mit einer Beschichtung versehen, die den jeweiligen mechanischen oder thermisch-mechanischen Belastungen standhält. Durch die Duktilität der Matrix besteht keine Gefahr einer Rissbildung, insbesondere können beispielsweise thermische Dehnungen aufgrund der Duktilität ausgeglichen werden.
Als duktile metallische Matrix wird gemäß einer zweckdienlichen Weiterbildung eine Bronzelegierung bzw. eine Nickellegierung verwendet. Insbesondere die Bronzelegierung wird wegen ihrer guten duktilen Eigenschaften und ihrer vergleichsweise guten Zugfestigkeit bevorzugt. Mit einer derartigen duktilen metallischen Matrix lassen sich Umformungen am Metallblech vornehmen, ohne dass die Beschichtung beschädigt wird.
Gemäß einer bevorzugten Alternative ist für die duktile Matrix eine Nickel-Kobaltlegierung vorgesehen. Der Nickelanteil an der Legierung beträgt hierbei vorzugsweise etwa zwischen 65 und 95 Vol% und insbesondere etwa 90 Vol%.
Um eine kratzunempfindliche Oberfläche zu erhalten ist gemäß einer zweckdienlichen Weiterbildung vorgesehen, dass als Feststoffpartikel Hartstoffpartikel eingelagert sind. Diese weisen im Vergleich zu der duktilen Matrix eine zumindest um den Faktor zwei höhere Härte auf. Derartige Hartstoffpartikel sind insbesondere Borcarbidpartikel oder auch Diamantpartikel. Durch die Einlagerung dieser Hartstoffpartikel in der duktilen Matrix wird eine sehr harte Oberfläche erzeugt, die auch extremen mechanischen Belastungen widersteht. Aufgrund der Einbettung in die duktile Matrix besteht hierbei trotz der sehr hohen Oberflächenhärte keine oder nur eine geringe Gefahr eines Sprödrisses in der Beschichtung.
Alternativ oder ergänzend zu der Einlagerung von Hartstoffpartikeln werden gemäß einer zweckdienlichen Ausgestaltung Farbstoffpartikel eingelagert. Durch die Einlagerung der Farbstoffpartikel kann daher das Metallblech in einer gewünschten Farbe bereitgestellt werden. Es sind keinerlei zusätzliche Lackierungsmaßnahmen erforderlich und vorgesehen. Als Farbstoffpartikel werden hierbei vorzugsweise metallische Partikel eingelagert, die eine spezielle Farbanmutung hervorrufen.
So werden vorzugsweise Nickel- und Diamantpartikel in die insbesondere als eine Bronzelegierung ausgebildete metallische Matrix eingelagert, um eine hochglänzende silbrige Oberfläche zu erzielen. Zur Erzielung einer weißen Oberfläche werden vorzugsweise Palladiumpartikel in die Bronzelegierung eingelagert.
Alternativ oder ergänzend werden gemäß einer bevorzugten Weiterbildung als Feststoffpartikel insbesondere organische Geruchsstoff-Partikel eingelagert. Unter Geruchs- oder Riechstoff-Partikel werden derartige Einlagerungen verstanden, die einen für den Menschen wahrnehmbaren Geruch, insbesondere Duft haben. Dies bietet sich beispielsweise für Küchenhaushaltsgeräte an.
Als Feststoffpartikel werden je nach Zielrichtung unterschiedliche Partikelarten wahlweise oder in Kombination eingesetzt. Für die Ausbildung einer hohen Oberflächenhärte werden allgemein Hartstoffpartikel, beispielsweise keramische Hartstoffpartikel, eingelagert. Für die Erzeugung von speziellen Farbeffekten werden insbesondere metallische Feststoffpartikel eingelagert. Schließlich besteht auch die Möglichkeit der Einlagerung von organischen Partikeln, über die spezielle Geruchsstoffe in die Beschichtung eingelagert werden.
Zweckdienlicherweise weisen die eingelagerten Feststoffpartikel eine Größe auf, die im μm-Bereich oder auch im nanoskaligen Bereich liegt. Insbesondere sind die Partikel < 50 μm und liegen beispielsweise in einem Bereich von 10 und 50 μm. Bei der Verwendung von Feststoffpartikeln im nanoskaligen Bereich lassen sich sehr plane Oberflächen mit einer geringen Rauhigkeit erhalten.
Weiterhin ist in einer zweckdienlichen Ausgestaltung vorgesehen, dass der Anteil der Feststoffpartikel in der Beschichtung bei etwa 10–40 Vol% und insbesondere etwa bei 25 Vol% liegt.
Die Schichtdicke der aufgebrachten Beschichtung liegt vorzugsweise im μm-Bereich bis etwa 0,5 mm.
Derartige Metallbleche werden bevorzugt für Haushaltsgeräte, wie beispielsweise die so genannte weiße Ware (Kühlschränke, Herde, Spülmaschinen, etc.) eingesetzt. Ein weiteres bevorzugtes Anwendungsgebiet ist der Einsatz in der Kraftfahrzeugindustrie.
Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung weiterhin gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen des Metallblechs, wobei auf ein Grundblech eine Beschichtung aus einer duktilen metallischen Matrix mit eingelagerten Feststoffpartikeln aufgebracht wird. Vorzugsweise wird hierbei die Beschichtung elektrolytisch aufgebracht. Durch das elektrolytische Beschichten wird ein stoffschlüssiger Kontakt zwischen dem Grundblech und der Beschichtung und damit eine sehr dauerhafte Verbindung zwischen dem Grundblech und der Beschichtung erzielt. Zudem lässt sich das elektrolytische Beschichtungsverfahren problemlos und im großen Maßstab durchführen.
Zweckdienlicherweise wird hierbei die Beschichtung in einem kontinuierlichen Verfahren, insbesondere einem so genannten Bandbeschichtungsverfahren aufgebracht. Alternativ hierzu besteht auch die Möglichkeit, bereits in ihre Endform gebrachte Grundbleche in einem Tauchbad mit der Beschichtung elektrolytisch zu versehen.
Unter Bandbeschichtungsverfahren wird hierbei ein Verfahren verstanden, bei dem das in einem Stahlwerk kaltgewalzte und als durchgehendes Stahlband vorliegendes Stahlblech kontinuierlich durch eine Beschichtungsanlage geführt wird und hierbei sukzessive bereichsweise beschichtet wird.
Das Beschichten erfolgt daher vor dem Ablängen des Stahlblechs auf die gewünschte Länge und insbesondere auch vor dem Umformen des Stahlblechs in die gewünschte Endgeometrie. Gemäß einer zweckdienlichen Weiterbildung ist daher auch vorgesehen, dass das Metallblech mit der aufgebrachten Beschichtung umgeformt und insbesondere tiefgezogen wird. Aufgrund der duktilen metallischen Matrix ist eine Umformung ohne Beschädigung der Beschichtung möglich.
Beim elektrolytischen Beschichtungsverfahren wird das Grundblech elektrisch als Kathode geschaltet. Gleichzeitig wird als Anode eine Verbrauchselektrode aus dem aufzubringenden duktilen metallischen Grundwerkstoff vorgesehen. Die eingelagerten Feststoffpartikel werden beim elektrolytischen Auftragsverfahren in den zwischen der Kathode und der Anode angeordneten Elektrolyten eingebracht, so dass die Feststoffpartikel mit den Metallionen von der zum Grundblech wandern.
Die mit dem Beschichtungsverfahren erzeugte Oberfläche weist bei der Verwendung von Hartstoffpartikeln eine sehr hohe Oberflächenhärte auf und ist daher sehr kratzunempfindlich. Allgemein lassen sich die erzeugten Oberflächen noch mecha nisch nachbehandeln, um insbesondere sehr geringe Rauhigkeitswerte, beispielsweise mit einem Rauhigkeitswert Ra < 0,1 μm. Ra ist hierbei die mittlere Rauhigkeit, die das arithmetische Mittel der Abweichung der einzelnen Oberflächenpunkte zu einer Mittellinie angibt. Ein Rauhigkeitswert Ra < 0,1 μm bedeutet daher, dass im Mittel der Abstand der einzelnen Oberflächenpunkte zu einer Mitten-Höhenlinie < 0,1 μm ist. Bei der Verwendung von Hartstoffpartikeln zur Erzeugung von extrem harten Oberflächen kann die Oberfläche mit an sich bekannten Oberflächenbearbeitungsvorgängen bearbeitet werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen jeweils in schematischen und stark vereinfachten Darstellungen:
1 einen Querschnitt durch ein Metallblech und
2 eine Vorderansicht eines Haushaltsgeräts.
Das Metallblech 1 gemäß 1 ist gebildet durch ein als einfaches Stahlblech ausgebildetes Grundblech 2, auf das eine Beschichtung 4 aufgebracht ist, die aus einer duktilen Matrix 6 mit darin eingelagerten Feststoffpartikeln 8 besteht.
Die Beschichtung 4 ist elektrolytisch in einem vorzugsweise kontinuierlichen Bandbeschichtungsverfahren aufgebracht. Durch die aufgebrachte Beschichtung 4 ist insbesondere ein nachfolgendes Lackieren oder eine nachfolgende Korrosionsschutzbeschichtung nicht erforderlich und nicht vorgesehen.
Das in 1 gezeigte Metallblech 1 liegt daher nach dem Beschichten als ein durchgehendes "Endlos-"Metallband vor.
Aus diesem Metallblech 1 werden dann einzelne Teilbleche für die Herstellung beispielsweise eines Gehäuses einer in 2 dargestellten Waschmaschine 10 herangezogen. Hierzu wird das Metallblech 1 geeignet abgelängt und anschließend umgeformt, insbesondere tiefgezogen. Bei Bedarf ist weiterhin eine mechanische Bearbeitung der Oberfläche mit geeigneten Werkzeu gen vorgesehen, um spezielle Oberflächentopografien und insbesondere sehr geringe Oberflächenrauhigkeiten zu erreichen.
Als Feststoffpartikel 8 werden wahlweise oder in Kombination Hartstoffpartikel, insbesondere Borcarbidpartikel oder Diamantpartikel, daneben Farbstoffpartikel oder auch Geruchspartikel, etc. eingelagert. Die Feststoffpartikel 8 weisen üblicherweise eine Größe < 50 μm auf. Der Anteil der Feststoffpartikel beträgt etwa 25 Vol%.
Als duktile Matrix 6 wird insbesondere eine Bronzelegierung verwendet. Alternativ zur Bronzelegierung ist auch eine Nickellegierung, insbesondere eine Nickel-Kobaltlegierung mit einem Nickelanteil von etwa 65–95 Vol% vorgesehen.
Der besondere Vorteil eines derartigen Metallblechs 1 mit der speziellen aufgebrachten metallischen duktilen Beschichtung mit den darin eingelagerten Feststoffpartikeln 8 ist darin zu sehen, dass insbesondere keine weitergehenden Lackiermaßnahmen erforderlich und vorgesehen sind. Durch die Verwendung eines kontinuierlichen Bandbeschichtungsverfahrens ist das Aufbringen der Beschichtung vergleichsweise einfach, da erprobt und damit kostengünstig. Durch den Entfall einer zusätzlichen Lackierungsmaßnahme sind insgesamt die Kosten vergleichsweise gering gehalten. Insbesondere wird als Grundblech 2 ein einfaches, insbesondere niedrig legiertes Stahlblech herangezogen.

Claims

Metallblech (1) mit einem Grundblech (2), auf das eine Beschichtung (4) aus einer duktilen metallischen Matrix (6) mit eingelagerten Feststoffpartikeln (8) aufgebracht ist.
Metallblech (1) nach Anspruch 1, bei dem als duktile Matrix (6) eine Bronzelegierung oder Nickel bzw. eine Nickellegierung vorgesehen ist.
Metallblech (1) nach Anspruch 1 oder 2, bei dem als duktile Matrix (6) eine Nickel-Kobaltlegierung vorgesehen ist.
Metallblech (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem als Feststoffpartikel (8) Hartstoffpartikel wie Borcarbidpartikel oder Diamantpartikel eingelagert sind.
Metallblech nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem als Feststoffpartikel (8) Farbstoffpartikel eingelagert sind.
Metallblech nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem als Feststoffpartikel (8) Nickel- und Diamantpartikel eingelagert sind.
Metallblech nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem als Feststoffpartikel (8) Palladiumpartikel eingelagert sind.
Metallblech nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die Feststoffpartikel (8) kleiner 50 μm sind.
Metallblech nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem der Anteil der Feststoffpartikel (8) in der Beschichtung etwa 10–40 Vol% beträgt.
Haushaltsgerät (10) mit einem Metallblech (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Verfahren zum Herstellen eines Metallblechs (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem auf ein Grundblech (2) eine Beschichtung (4) aus einer duktilen metallischen Matrix (6) mit eingelagerten Feststoffpartikeln (8) aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 11, bei dem die Beschichtung (4) elektrolytisch aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, bei dem die Beschichtung (4) in einem kontinuierlichen Bandbeschichtungsverfahren auf das Grundblech (2) aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, bei dem das Metallblech (1) mit der aufgebrachten Beschichtung (4) umgeformt, insbesondere tiefgezogen wird.