DE69300926T2

DE69300926T2 - Oberflächenbehandeltes Aluminiummaterial mit verbesserter punktbeständiger Schweissbarkeit, Bearbeitbarkeit und Korrosionsbeständigkeit.

Info

Publication number: DE69300926T2
Application number: DE69300926T
Authority: DE
Inventors: Kouichi Hashiguchi; Rinsei Ikeda; Masaki Mabuchi; Motohiro Nabae; Naoki Nishiyama; Nobuo Totsuka; Yasuji Uesugi; Koji Yamato
Original assignee: Furukawa Aluminum Co Ltd; Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp; Furukawa Aluminum Co Ltd
Priority date: 1992-02-24
Filing date: 1993-02-22
Publication date: 1996-06-27
Anticipated expiration: 2013-02-23
Also published as: CA2090077C; US5395687A; CA2090077A1; KR930018056A; EP0557928B1; EP0557928A1; DE69300926D1; KR950014931B1

Description

Hintergrund der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen oberflächenbehandelten Aluminiumwerkstoff, der sich in Anwendungen, wie bei Automobilen, elektrischen Geräten, Dosen und dgl., einsetzen läßt, wobei die Aluminiumwerkstoffe unvermeidlich einem Verarbeiten durch Pressen und einem Punktwiderstandsschweißen ausgesetzt sind. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung oberflächenbehandelte Aluminiumwerkstoffe mit einer deutlich besseren Be- bzw. Verarbeitbarkeit, Punktschweiß barkeit und Korrosionsbeständigkeit.
In jüngsten Jahren wurde die Gewichtsverringerung der Automobilkarossene zur Verbesserung der Kraftstoffeffizienz und Verringerung des CO&sub2;-Ausstoßes aufgrund der starken Berücksichtigung globaler Umweltinteressen und insbesondere im Hinblick auf die Verhinderung der Erwärmung der Erde ein wichtigeres Anliegen. Unter derartigen Bedingungen zog die Verwendung von Aluminiumlegierungen bei Automobilkarosserien aufgrund der Zuverlässigkeit und Be- bzw. Verarbeitbarkeit sowie der Wiederverwendbarkeit des Werkstoffs eine beachtliche Aufmerksamkeit auf sich. Mit der Verwendung von Blechen aus Aluminiumlegierungen für Automobilkarosserien wurde folglich erst jüngst begonnen.
Aluminiumwerkstoffe werden häufig für elektrische Geräte, Büroautomationsgeräte, Baumaterialien, Dosenwerkstoffe und andere Anwendungen elngesetzt. Bei der Herstellung derartiger Produkte werden Aluminiumwerkstoffe einer häufigen Bearbeitung durch Verpressen sowie einem häufigen Punktschweißen unterzogen.
Aluminiumwerkstoffe sind Stahlwerkstoffen in ihrer Punktwiderstandsschweißbarkeit, insbesondere bezüglich der Lebensdauer der verwendeten Schweißelektrode, deutlich unterlegen. Dies führt unvermeidbar zu einer geringeren Produktivität der Endprodukte, einschließlich der Automobilkarosserien, deren Herstellung ein wiederholtes Punktschweißen umfassen kann.
Deutlicher gesagt geht mit dem Punktschweißen eines Blechs aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung wahrscheinlich eine Abscheidung des aufgeschmolzenen Aluminiums an der Elektrode einher. Darüber hinaus ist die Zahl der Punktschweißnähte mit einem geeigneten Nuggetdurchmesser, der mit einer Elektrode vorgenommen werden kann, verglichen mit dem Punktschweißen von Stahlplatten, deutlich geringer. Folglich war ein häufiges Nacharbeiten oder Ersetzen der Schweißelektrode erforderlich, um ein derartiges Abscheiden des aufgeschmolzenen Aluminiums auf der Elektrode und eine übermäßige Verringerung des Nuggetdurchmessers zu verhindern. Ein derartiges häufiges Nacharbeiten oder Ersetzen der Elektrode beeinträchtigte jedoch die Schweißeffizienz der Platten aus Aluminium oder Aluminiumlegierung und somit die Produktivität der Endprodukte.
Da die Tatsache, daß ein Blech aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bei der im industriellen Maßstab durchgeführten Produktion unter Einbeziehung von Punktwiderstandsschweißen verwendet wird, lediglich von vergleichsweise jungem Datum ist, gibt es lediglich wenige geeignete Vorschläge, um die oben beschriebenen Schwierigkeiten zu überwinden. In der japanischen Patentanmeldung Kokai Nr. 60(1985)-187 483 ist eine Verbesserung vorgeschlagen, bei der die Dicke der Oxidschicht auf der Schweißoberfläche des Aluminiumblechs mit Hilfe einer anodischen Behandlung in geeigneter Weise gesteuert wird. In den japanischen Patentanmeldungen Kokai Nr. 53(1978)-6252, 53(1978)-48 954 und 53(1978)-48 955 ist eine Verbesserung vorgeschlagen, bei der zwischen den Schweißflächen der Bleche aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung ein Dünnfilm aus Zink, Titanium oder nichtrostendem Stahl vorgesehen ist. In der japanischen Patentanmeldung Kokai Nr. 57(1983)-4389 ist eine Verbesserung vorgeschlagen, bei der auf einem Blech aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung eine Chrom-, Nickel-, Kupfer- oder Silberplattierschicht vorgesehen ist. Trotz allem sind diese Schichten nicht speziell für für Automobilzwecke geeignete Bleche aus Aluminiumlegierungen entwickelt worden.
Von den oben beschriebenen Vorschlägen läßt sich die anodische Behandlung zur Steuerung der Dicke der Oxidschicht schwierig gleichmäßig durchführen, wodurch das Verfahren un zuverlässig und unpraktisch wird. Das Vorsehen einer Dünnschicht aus Zink, Titan oder nichtrostendem Stahl zwischen den Schweißflächen der Bleche aus Aluminiumlegierungen ist für Bleche aus Aluminiumlegierungen zur Verwendung bei Automobilen ungeeignet. Das Vorsehen der Chrom-, Nickel-, Kupfer- oder Silberplattierschicht auf einem Blech aus einer Aluminiumlegierung ist unpraktisch, da die Haftung der Plattierschicht am Substrat aus der Aluminiumlegierung unzureichend ist.
Verglichen mit Stahlmaterialien sind Aluminium oder Aluminiumlegierungen weich und besitzen schlechte Zugeigenschaften, so daß es beim Be- bzw. Verarbeiten eines derartigen Werkstoffs mit Hilfe einer Presse häufig zu einem Festfressen des Werkzeugs kommt.
Beim Be- bzw. Verarbeiten der Bleche aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung mit Hilfe einer Presse wird üblicherweise auf die Oberfläche des Blechs ein Schmieröl appliziert. Eine derartige Applikation von Schmieröl ist jedoch mit verschiedenen Problemen, wie beispielsweise den folgenden, behaftet:
(1) Das Festfressen des Werkzeugs beim Be- bzw. Verarbeiten mit einer Presse kann durch einfaches Applizieren des Schmieröls nicht verhindert werden;
(2) das Schmieröl wird üblicherweise durch Aufsprühen appliziert; dies führt zu einem Ausbreiten des Schmieröls unter Beeinträchtigung der Be- bzw. Verarbeitungsbedingungen; und
(3) ein Entfettungs/Waschschritt nach dem Be- bzw. Verarbeiten mit einer Presse ist unvermeidbar, bevor das Produkt mit anderen Produkten zusammengebaut werden kann; ein derartiges Entfetten/Waschen umfaßt die Verwendung von gefährlichen Lösungsmitteln, wie Chlorfluorkohlenstoff oder 1,1,1-Trichlorethan, die die Be- bzw. Verarbeitungsbedingungen beeinträchtigen und Umweltprobleme hervorrufen.
Folglich besteht Bedarf nach Aluminiumblechwerkstoffen, die ohne Applikation eines Schmieröls mit Hilfe einer Presse bebzw. verarbeitet werden können und die keinen Entfettungsschritt nach dem Be- bzw. Verarbeiten des Werkstoffs mit Hilfe einer Presse erfordern. In den japanischen Patentanmeldungen Nr. 2(1990)-310 036 und 3(1991)-180 218 sind mit Wachs beschichtete Aluminiumbleche beschrieben, die (zur Verwendung) als Dosenmaterial entwickelt wurden. Dieser Werkstoff krankt jedoch daran, daß die Steuerung des Auftragsgewichts des Wachses schwierig ist. Wenn das Auftragsgewicht des Wachses übermäßig klein ist, besitzt dieser Werkstoff eine schlechte Be- bzw. Verarbeitbarkeit. Bei einem übermäßig großen Auf tragsgewicht des Wachses kommt es zu einer Kontamination der Form. Folglich kann ein derartiges Dosenmaterial lediglich für eingeschränkte Anwendungen genutzt werden. Dieser Werkstoff krankt ferner an einer unzureichenden Korrosionsbeständigkeit, wenn der Werkstoff ohne jegliche Nachbehandlung verwendet wird, da die Oberfläche des Aluminiumblechs nach der Be- bzw. Verarbeitung des Werkstoffs mit Hilfe einer Presse freiliegen würde. Eine derartige Applikation des festen Schmiermittels führt ferner zu einer Verschlechterung der Punktschweißbarkeit, die ein weiteres ernstes Problem darstellt.
Mit Hilfe eines derartigen herkömmlichen Verfahrens, bei dem die Be- bzw. Verarbeitbarkeit durch die Wachsapplikation verbessert wird, war die Erreichung stabiler Effekte unter verschiedenen Arbeitsbedingungen ziemlich schwierig. Des weiteren erforderte ein derartiges herkömmliches Verfahren eine Antikorrosionsbehandlung, beispielsweise eine Beschichtung nach der Be- bzw. Verarbeitung mit einer Presse, um die Rostbildung unter gewissen Bedingungen zu verhindern. Folglich war es ziemlich schwierig, auf den Waschschritt nach der Be- bzw. Verarbeitung mit Hilfe einer Presse oder die Verwendung des Schmieröls beim Be- bzw. Verarbeiten mit Hilfe einer Presse zu verzichten.
Obwohl einem Blech aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung von sich aus eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit zu eigen ist, war es die auf der Oberfläche des Blechs ausgebildete Oxidschicht, die für die derartige ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit verantwortlich war. Wenn folglich ein Blech aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung einem Punktschweißen oder Be- bzw. Verarbeiten mit Hilfe einer Presse unterzogen wurde und Risse oder Ränder gebildet wurden, wo keine derartige Oxidschicht vorhanden war, war die Bildung einer sogenannten Rißkorrosion in derartigen Rändern und Rissen wahrscheinlich.

Zusammenfassung der Erfindung

Angesichts der oben beschriebenen Situation ist es eine Auf gabe der vorliegenden Erfindung, einen Werkstoff aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bereitzustellen, der den oben beschriebenen Problemen begegnet. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Werkstoff aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bereitzustellen, der eine ausreichende Punktschweißbarkeit aufweist, so daß die Elektrodenlebensdauer beim Punktschweißen unter Erhöhung der Zahl der Schweißnähte, die mit einer Elektrode durchgeführt werden können, verlängert werden kann. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Werkstoffs aus Aluminium oder Aluminiumlegierung, der, ver glichen mit herkömmlichen Aluminiumwerkstoffen, eine deutlich bessere Be- bzw. Verarbeitbarkeit mit Hilfe einer Presse aufweist, so daß der Werkstoff im industriellen Maßstab preisgünstig zuverlässig hergestellt werden kann, ohne daß irgendein Schmieröl beim Be- bzw. Verarbeiten mit Hilfe einer Presse verwendet wird. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Werkstoffs aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung mit verbesserter Korrosionsbeständigkeit, insbesondere verbesserter Rißkorrosionsbeständigkeit. Weitere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung der vorliegenden Erfindung.
Die Verbesserung der Punktschweißbarkeit wurde auf der Basis der im folgenden beschriebenen Erkenntnisse erreicht. Wenn ein Blech aus einer Aluminiumlegierung einem Punktwiderstandsschweißen mit Hilfe einer Elektrode auf Kupferbasis wiederholt unterzogen wird, nimmt der Durchmesser der Elektrodenspitze, durch den der Schweißstrom hindurchtritt, mit der Zahl der Punktschweißnähte, die vorgenommen werden, zu, wobei entsprechend der Zunahme des Elektrodendurchmessers die Stromdichte in dem zu verschweißenden Blech aus einer Aluminiumlegierung verringert wird, so daß der Nuggetdurchmesser abnimmt. Die Geschwindigkeit der Durchmesserzunahme der Schweißelektrode im Falle des Schweißens eines Bleches aus einer Aluminiumlegierung ist einzigartig hoch, so daß die Lebensdauer der Schweißelektrode, verglichen mit dem Schweißen von Stahlblechen, unverhältnismäßig gering ist.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben umfangreiche Untersuchungen bezüglich dieses Phänomens durchgeführt, um eine Lösung hierfür zu finden. Dabei haben sie festgestellt, daß bei wiederholtem Punktschweißen von Blechen aus einer Aluminiumlegierung auf der Spitze der Schweißelektrode, durch die der Schweißstrom fließt, aufgeschmolzene Aluminiumlegierung abgeschieden wird, wobei Oxide derartiger aufgeschmolzener Aluminiumlegierungen nach und nach eines nach dem anderen abgeschieden werden, wenn das Punktschweißen wiederholt wird, so daß der so gebildete Niederschlag schließlich eine Isolierschicht bildet, die zur Funkenbildung zwischen der Isolierschicht und der Elektrode führt. Die Elektrode wird durch derartige Funken in willkürlicher Weise erodiert. Ferner wurde festgestellt, daß ein schnelles Schweißen der Bleche aus einer Aluminiumlegierung durch die Oxidschicht auf der Schweißoberfläche des Bleches aus der Aluminiumlegierung verhindert wird. Durch sie kommt es zu einer Isolierung des Flusses des elektrischen Stroms. Die Erfinder folgerten, daß das oben beschriebene Phänomen, das bei Blechen aus einer Aluminiumlegierung einzigartig ist, die Zunahme des Durchmessers der Schweißelektrodenspitze fördert, so daß die Lebensdauer der Schweißelektrode extrem kurz wird.
Auf der Basis der obigen Erkenntnisse wurde vermutet, daß es zur Verbesserung der Punktschweißbarkeit ziemlich effektiv wäre, die Kontaktfläche zwischen der Elektrode und dem Blech aus einer Aluminiumlegierung zu verringern und einen ausreichenden Schweißstromfluß sicherzustellen. Es wurde festgestellt, daß die Applikation einer elektrisch leitende Teilchen enthaltenden Harzschicht auf der Oberfläche eines Blechs aus einer Aluminiumlegierung in wirksamer Weise die Punkt schweißbarkeit verbessert.
Ferner wurde festgestellt, daß durch Abscheiden einer ausreichenden Chromatmenge auf der Schweißoberfläche des Aluminiumsubstrats zur Erleichterung des Punktschweißens eine beachtliche Wärmemenge erzeugt werden kann, während die auf der Seite, auf der sich die Schweißelektrode befindet, erzeugte Wärmemenge durch Verringern der auf dieser Seite des Aluminiumsubstrats abgeschiedenen Chromatmenge auf einen unter dem Gehalt des auf der Schweißoberfläche des Aluminiumsubstrats abgeschiedenen Chromats liegenden Gehalt verringert werden kann, so daß die Abscheidung des aufgeschmolzenen Aluminiums auf der Schweißelektrode verhindert wird.
Die Verbesserung der Be- bzw. Verarbeitbarkeit mit Hilfe einer Presse wurde auf der Basis der im folgenden beschriebenen Erkenntnisse erreicht. Obwohl die Verbesserung der Zugeigenschaften die fundamentalste Lösung zur Verbesserung der Be- bzw. Verarbeitbarkeit mit Hilfe einer Presse ist, haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung festgestellt, daß die Be- bzw. Verarbeitbarkeit eines Blechs aus einer Aluminiumlegierung mit Hilfe einer Presse auf einen bestimmten Grad durch Erhöhen der Oberflächengleitfähigkeit der Substratoberfläche verbessert werden kann, wobei die Oberflächengleitfähigkeit durch Abscheiden einer ein Schmieröl enthaltenden Harzschicht auf der Substratoberfläche verbessert werden kann.
Es wurde ferner festgestellt, daß das Vorsehen der Chromatschicht und der Harzschicht in wirksamer Weise die Oberfläche des Substrats aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung und insbesondere den Teil der Oberfläche, der durch Punktschweißen oder Be- bzw. Verarbeiten mit Hilfe einer Presse freigelegt wird, schützt, so daß die Korrosionsbeständigkeit des Produkts verbessert wird.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben die vorliegende Erfindung auf der Basis der oben beschriebenen Erkenntnisse gemacht.
Gegenstand eines ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung ist ein oberflächenbehandelter Aluminiumwerkstoff verbesserter Punktschweißbarkeit, Be- bzw. Verarbeitbarkeit und Korrosionsbeständigkeit, der die folgenden Bestandteile umfaßt:
(A) Ein Substrat aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung;
(B) eine auf dem Substrat mit einem Auftragungsgewicht von 5 bis 100 mg/m², berechnet als elementares Chrom auf der ersten Hauptoberfläche, abgeschiedene Chromatschicht und
(0) eine auf der Chromatschicht in einer Trockenschichtdicke von 0,05 bis 3,0 µm abgeschiedene Schicht aus einem organischen Harzgemisch, wobei die Schicht aus organischem Harzgemisch
(a) 100 Gew.-Teile organisches Harz,
(b) 0,5 bis 40 Gew.-Teile eines Gleitmittel- bzw. Schmier mittelpulvers einer mittleren Teilchengröße von 0,05 bis 20 µm, wobei die mittlere Teilchengröße in einem Bereich des 1,0 bis 10fachen der Trockenschichtdicke liegt, und
(c) 1,0 bis 40 Gew.-Teile elektrisch leitender, feinteiliger Teilchen einer mittleren Teilchengröße im Bereich von 0,05 bis 5 µm, wobei die mittlere Teilchengröße in einem Bereich bis 1,0 bis 2fachen der Trockenschichtdicke liegt, umfaßt.
Gegenstand eines zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung ist ein oberflächenbehandelter Aluminiumwerkstoff verbesserter Punktschweißbarkeit, Be- bzw. Verarbeitbarkeit ohne
Gleitmittelöl und Korrosionsbeständigkeit, der die folgenden Bestandteile umfaßt:
(A) Ein Substrat aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung;
(B) eine auf dem Substrat mit einem Auftragungsgewicht von 5 bis 100 mg/m², berechnet als elementares Chrom auf der ersten Hauptoberfläche, abgeschiedene Chromatschicht und
(C) eine auf der Chromatschicht in einer Trockenschichtdicke von 0,05 bis 3,0 µm abgeschiedene Schicht aus einem organischen Harzgemisch, wobei die Schicht aus organischem Harzgemisch
(a) 100 Gew.-Teile organisches Harz,
(b) 2 bis 40 Gew.-Teile eines Gleitmittel- bzw. Schmiermittelpulvers einer mittleren Teilchengröße von 0,05 bis 20 µm, wobei die mittlere Teilchengröße in einem Bereich des 1, bis 10fachen der Trockenschichtdicke liegt, und
(c) 1,0 bis 40 Gew.-Teile elektrisch leitender, feinteiliger Teilchen einer mittleren Teilchengröße im Bereich von 0,05 bis 5 µm, wobei die mittlere Teilchengröße in einem Bereich bis 1,0 bis 2fachen der Trockenschichtdicke liegt, umfaßt.
Gegenstand eines dritten Aspekts der vorliegenden Erfindung ist ein oberflächenbehandelter Aluminiumwerkstoff verbesser ter Punktschweißbarkeit, Be- bzw. Verarbeitbarkeit und Korrosionsbeständigkeit, der die folgenden Bestandteile umfaßt:
(A) Ein Substrat aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung;
(B) eine auf dem Substrat mit einem Auftragungsgewicht von 5 bis 100 mg/m², berechnet als elementares Chrom auf der ersten Hauptoberfläche, abgeschiedene Chromatschicht und
(C) eine auf der Chromatschicht in einer Trockenschichtdicke von 0,05 bis 3,0 µm abgeschiedene Schicht aus einem organischen Harzgemisch, wobei die Schicht aus organischem Harzgemisch
(a) 100 Gew.-Teile organisches Harz,
(b) 0,5 bis 20 Gew.-Teile eines Gleitmittel- bzw. Schmiermittelpulvers einer mittleren Teilchengröße von 0,05 bis 20 µm, wobei die mittlere Teilchengröße in einem Bereich des 1,0 bis 10fachen der Trockenschichtdicke liegt, und
(c) 1,0 bis 40 Gew.-Teile elektrisch leitender, feinteiliger Teilchen einer mittleren Teilchengröße im Bereich von 0,05 bis 5 µm, wobei die mittlere Teilchengröße in einem Bereich bis 1,0 bis 2fachen der Trockenschichtdicke liegt, umfaßt.
Das organische Harz kann vorzugsweise mindestens ein Bestandteil, der unter Epoxyharzen, Alkydharzen, Acrylharzen, Urethanharzen, Phenolharzen, Melaminharzen, Polyvinylbuty ralharzen, Polyesterharzen und Copolymeren hiervon ausgewählt ist, sein. Das Basisharz kann des weiteren herkömmliche Additive, wie Reaktionsförderer, Stabilisatoren und Dispergiermittel in einer Menge, die nicht vom Zweck der vorliegenden Erfindung wegführt, umfassen.
Das Schmiermittelpulver bzw. Gleitmittelpulver kann vorzugsweise mindestens einen Bestandteil, der unter Polyolefinwachsen und Fluorharzen ausgewählt ist und eine mittlere Teilchengröße im Bereich des 1,0 bis 10fachen der Trocken schichtdicke aufweist, sein.
Die elektrisch leitenden, feinteiligen Teilchen können vorzugsweise aus mindestens einem Bestandteil, der unter Kupfer, Nickel, Silber, Aluminium, Zink, Chrom, Eisen, Cobalt, Legierungen hiervon sowie Graphitkohle ausgewählt ist und eine mittlere Teilchengröße im Bereich des 1,0 bis 2fachen der Trockenschichtdicke aufweist, bestehen.
Die Chromatschicht kann vorzugsweise auf der Oberfläche des Substrats, auf der die Schweißelektrode durch Punktschweißen anzuordnen ist, mit einem 3/4 oder weniger, vorzugsweise 1/2 des Beschichtungsgewichts der Chromatschicht auf der zu verschweißenden Oberfläche des Substrats entsprechenden Beschichtungsgewicht abgeschieden sein.
Weitere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind:
Ein oberflächenbehandelter Aluminiumwerkstoff verbesserter Punktschweißbarkeit, Be- bzw. Verarbeitbarkeit und Korrosionsbeständigkeit, der die folgenden Bestandteile umfaßt:
(A) Ein Substrat aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung;
(B) eine auf dem Substrat mit einem Auftragungsgewicht von 5 bis 100 mg/m², berechnet als elementares Chrom auf der ersten Hauptoberfläche, abgeschiedene Chromatschicht und
(C) eine auf der Chromatschicht in einer Trockenschichtdicke von 0,05 bis 3,0 µm abgeschiedene Schicht aus einem organischen Harzgemisch, wobei die Schicht aus organischem Harzgemisch
(a) 100 Gew.-Teile organisches Harz,
(b) 0,5 bis 20 Gew.-Teile eines Gleitmittel- bzw. Schmiermittelpulvers einer mittleren Teilchengröße von 0,05 bis 10 µm, wobei die mittlere Teilchengröße in einem Bereich des 1,0 bis 10fachen der Trockenschichtdicke liegt, und
(c) 1,0 bis 40 Gew.-Teile elektrisch leitender, feinteiliger 5 Teilchen einer mittleren Teilchengröße im Bereich von 0,05 bis 5 µm, wobei die mittlere Teilchengröße in einem Bereich bis 1,0 bis 2fachen der Trockenschichtdicke liegt, umfaßt;
ein oberflächenbehandelter Aluminiumwerkstoff verbesserter Punktschweißbarkeit, Be- bzw. Verarbeitbarkeit ohne Gleitmittelöl und Korrosionsbeständigkeit, der die folgenden Bestandteile umfaßt:
(A) Ein Substrat aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung;
(B) eine auf dem Substrat mit einem Auftragungsgewicht von 5 bis 100 mg/m², berechnet als elementares Chrom auf der ersten Hauptoberfläche, abgeschiedene Chromatschicht und
(C) eine auf der Chromatschicht in einer Trockenschichtdicke von 0,05 bis 3,0 µm abgeschiedene Schicht aus einem organischen Harzgemisch, wobei die Schicht aus organischem Harzgemisch
(a) 100 Gew.-Teile organisches Harz,
(b) 2 bis 40 Gew.-Teile eines Gleitmittel- bzw. Schmiermittelpulvers einer mittleren Teilchengröße von 0,05 bis 20 µm, wobei die mittlere Teilchengröße in einem Bereich des 1, bis 10fachen der Trockenschichtdicke liegt, und
(c) 1,0 bis 40 Gew.-Teile elektrisch leitender, feinteiliger Teilchen einer mittleren Teilchengröße im Bereich von 0,05 bis 5 µm, wobei die mittlere Teilchengröße in einem Bereich bis 1,0 bis 2fachen der Trockenschichtdicke liegt, umfaßt; und
ein oberflächenbehandelter Aluminiumwerkstoff verbesserter Punktschweißbarkeit, Be- bzw. Verarbeitbarkeit und Korrosionsbeständigkeit, der die folgenden Bestandteile umfaßt:
(A) Ein Substrat aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung;
(B) eine auf dem Substrat mit einem Auftragungsgewicht von 5 bis 100 mg/m², berechnet als elementares Chrom auf der ersten Hauptoberfläche, abgeschiedene Chromatschicht und
(C) eine auf der Chromatschicht in einer Trockenschichtdicke von 0,05 bis 3,0 µm abgeschiedene Schicht aus einem organischen Harzgemisch, wobei die Schicht aus organischem Harzgemisch
(a) 100 Gew.-Teile organisches Harz mit Hydroxyl- und/oder Carboxylgruppen,
(b) 0,5 bis 20 Gew.-Teile eines Gleitmittel- bzw. Schmiermittelpulvers einer mittleren Teilchengröße von 0,05 bis 20 µm, wobei die mittlere Teilchengröße in einem Bereich des 1,0 bis 10fachen der Trockenschichtdicke liegt, und
(c) 1,0 bis 40 Gew.-Teile elektrisch leitender, feinteiliger Teilchen einer mittleren Teilchengröße im Bereich von 0,05 bis 5 µm, wobei die mittlere Teilchengröße in einem Bereich bis 1,0 bis 2fachen der Trockenschichtdicke liegt, umfaßt,
wobei das Aluminiumsubstrat eine Oberfläche, auf der durch Punktschweißen eine Schweißelektrode aufzubringen ist, und eine andere Oberfläche, die mit einem anderen Werkstoff zu verschweißen ist, aufweist und die Chromatschicht (B) auf der Oberfläche, auf der die Schweißelektrode anzuordnen ist, mit einem 3/4 oder weniger des Beschichtungsgewichts der Chromatschicht (B) auf der zu verschweißenden Oberfläche entsprechenden Bes chichtungsgewicht abgeschieden ist.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Der erfindungsgemäße oberflächenbehandelte Aluminiumwerkstoff umfaßt ein Substrat aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, eine Chromatschicht auf dem Substrat und eine Schicht aus einem organischen Harzgemisch auf der Chromatschicht.

Aluminiumsubstrat

Die erfindungsgemäß verwendbaren Substrate umfassen herkömmliche, für Automobile, häusliche Anwendungen, Baumaterialien, Dosen und dgl. verwendete Werkstoffe aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, die üblicherweise einem Be- bzw. Verarbeiten mit Hilfe einer Presse und einem Punktwiderstandsschweißen unterzogen werden. Derartige Aluminiumsubstrate können Aluminium oder eine punktschweißbare Aluminiumlegierung mit mindestens einem unter Cu, Mn, Mg, Zn, Si, Zr, Fe, Cr und Li ausgewählten Metall umfassen. Das Substrat kann eine beliebige Form aufweisen und beispielsweise als Blech, Stab, Rohr o.dgl. vorliegen.
Bevor das Substrat aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung einer nachfolgenden Chromatbehandlung unterzogen wird, kann eine auf dem Substrat bei seinem Herstellungsverfahren gebildete ungleichmäßige Oxidschicht entfernt werden, um eine gleichmäßige Chromatschicht ausbilden zu können.

Chromatschicht

Auf mindestens einer Hauptoberfläche des Substrats aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung wird die Chromatschicht abgeschieden. Die auf dem Substrat abgeschiedene Chromatschicht liefert (i) bei Anlegen eines elektrischen Stroms eine ausreichende Widerstandswärme, (ii) eine gute Korrosionsbeständigkeit und insbesondere eine gute Rißkorrosions beständigkeit nach dem Schweißen sowie (iii) eine zufriedenstellende Haftung zu der darüberliegenden Schicht aus einem organischen Harzgemisch. Das Chromat kann auf dem Substrat mit einem als elementares Chrom berechneten Beschichtungsgewicht von 5 bis 100 mg/m², vorzugsweise 10 bis 50 mg/m², abgeschieden werden. Wenn das Beschichtungsgewicht auf der Oberfläche des Substrats 5 mg/m² unterschreitet, bleiben einige Teile auf dem Substrat zurück, auf denen kein Chromat abgeschieden ist. Eine derartige ungleichmäßige Abscheidung des Chromats ist im Hinblick auf die Korrosions beständigkeit sowie die Haftung zu der darüberliegenden Schicht ungünstig. Eine auf dem Substrat mit einem Beschichtungsgewicht über 100 mg/m² abgeschiedene Chromatschicht liefert keinerlei weitere merkliche Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit und ist somit unökonomisch. Eine derart dicke Chromatschicht kann ferner zu einer übermäßig hohen Isolierbeständigkeit, durch die die Schweißstabilität und Eignung für galvanische Beschichtungen beeinträchtigt werden, führen.
Die Chromatschicht muß nicht notwendigerweise auf beiden Hauptoberflächen des Substrats aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung abgeschieden werden. Das Substrat kann jedoch vorzugsweise die Chromatschicht auf beiden Seiten aufweisen. Hierdurch wird die Haftung zu der darüberliegenden Schicht aus einem organischen Harzgemisch verbessert und die Abscheidung der abgeschmolzenen Aluminiummatrix an der Elektrode beim Schweißen verhindert.
Wenn die Chromatschicht auf einer Hauptoberfläche des Aluminiumsubstrats mit einem 3/4 oder weniger, vorzugsweise 1/2 des Beschichtungsgewichts der Chromatschicht auf der anderen Hauptoberfläche des Substrats entsprechenden Beschichtungsgewicht abgeschieden wird und die Schweißelektrode sich auf der Seite des Substrats mit dem geringeren Beschichtungsgewicht befindet, wäre die Erzeugung einer größeren Wärmemenge auf der zu verschweißenden Substratoberfläche, verglichen mit der auf der Seite der Elektrode erzeugten Wärmemenge möglich, wodurch die Verschweißbarkeit verbessert würde.
Die Chromatschicht kann entweder durch Behandlung mit Chromat vom Umwandlungstyp, durch Behandlung mit Chromat, das an der Stelle trocknet, oder durch elektrolytische Chromatbehandlung abgeschieden werden. Hierbei sind die beiden ersten Behandlungstypen im Hinblick auf die Gleichmäßigkeit der gebildeten Chromatschicht bevorzugt.

Schicht aus einem organischen Harzgemisch

Auf der Chromatschicht wird eine organisches Harz, pulverförmiges Gleit- bzw. Schmiermittel und elektrisch leitende, feinteilige Teilchen umfassende Schicht aus einem organischen Harzgemisch ausgebildet.
Die Schicht aus einem organischen Harzgemisch wird in einer Trockenschichtdicke von 0,05 bis 3,0 µm abgeschieden. Eine in einer Trockenschichtdicke von weniger als 0,05 µm abgeschiedene Schicht aus einem organischen Harzgemisch würde keinerlei Verbesserung der Be- bzw. Verarbeitbarkeit bedingen. Eine übermäßig dicke Schicht in einer Trockenschichtdicke von mehr als 3,0 µm kann zu einem erhöhten elektrischen Widerstand, der die Punktschweißbarkeit beeinträchtigt, oder zu einem teilweisen Ablösen der Schicht beim Be- bzw. Verarbeiten mit Hilfe einer Presse unter Beeinträchtigung der Be- bzw. Verarbeitbarkeit führen. Die Schicht aus einem organischen Harzgemisch in einer Trockenschichtdicke von 0,05 bis 3,0 µm liefert verbesserte Gleit- bzw. Schmiereigenschaften, ohne daß die Punktschweißbarkeit in irgendeiner Weise verringert wird oder ein Ablösen der Schicht beim Be- bzw. Verarbeiten mit Hilfe einer Presse auftritt. Die Trockenschichtdicke der Schicht aus einem organischen Harzgemisch kann vorzugsweise 0,1 bis 1,0 µm betragen.
Die erfindungsgemäß verwendbaren organischen Harze umfassen Epoxyharze, Alkydharze, Acrylharze, Urethanharze, Phenolharze, Melaminharze, Polyvinylbutyralharze und Polyesterharze, die eine ausreichende Haftung zu dem darunterliegenden Substrat ermöglichen. Diese Harze können entweder alleine oder in Kombination von zwei oder mehr verwendet werden.
Das Schmiermittelpulver kann ein Polyolefinwachs, ein Fluorharz oder ein Gemisch hiervon sein.
Beispiele für Polyolefinwachse sind Polyethylenwachse, Polypropylenwachse und Polybutenwachse.
Beispiele für Fluorharze sind Polyethylentetrafluoridharze, Polyvinylfluoridharze und Polyvinylidenfluorid.
Das Schmiermittel- bzw. Gleitmittelpulver kann eine mittlere Teilchengröße von 0,05 bis 20 µm, vorzugsweise 0,1 bis 10 µm, aufweisen. Die mittlere Teilchengröße des Gleitmittelpulvers kann vorzugsweise das 1,0 bis 10fache der Trockenschichtdicke der Schicht aus einem organischen Harzgemisch betragen.
Wenn das Gleitmittelpulver eine übermäßig kleine mittlere Teilchengröße, bezogen auf die Trockenschichtdicke, auf weist, wird die Gleitfähigkeit des Produkts nicht in ausreichendem Maße verbessert. Eine übermäßig große mittlere Teilchengröße, bezogen auf die Trockenschichtdicke, führt andererseits zu einem Ausfallen der Gleitmittelteuchen aus der Schicht eines organischen Harzgemisches. Ein bevorzugter Bereich für die mittlere Teilchengröße ist das 1,5 bis 5fache der Trockenschichtdicke.
Das Gleitmittelpulver kann der Beschichtungszusammensetzung in einer Menge von 0,5 bis 40 Gew.-Teilen pro 100 Gew.-Teile des organischen Harzes zugesetzt werden. Wenn die Menge des Gleitmittelpulvers 0,5 Gew.-Teile pro 100 Gew.-Teile des organischen Harzes unterschreitet, werden die Gleitfähigkeit und somit die Be- bzw. Verarbeitbarkeit des Produkts nicht in ausreichendem Maße verbessert. Eine Zugabe von mehr als 40 Gew.-Teilen des Gleitmittelpulvers pro 100 Gew.-Teile des organischen Harzes ist mit dem Risiko einer unvollständigen Kohäsion des Harzes verbunden, wodurch es zu einer Pulverbildung der Schicht aus einem Harzgemisch unter Beeinträchtigung der Korrosionsbeständigkeit kommen kann.
Es sei darauf hingewiesen, daß zur Gewährleistung einer ausreichenden Gleitfähigkeit des Produkts - selbst bei Be- bzw. Verarbeiten des Produkts mit Hilfe einer Presse ohne Mitverwendung eines Schmieröls - die Zugabe des Schmiermittelpulvers in einer Menge von mehr als 2 Gew.-Teilen und folglich im Bereich von 2 bis 40 Gew.-Teilen pro 100 Gew.-Teile des organischen Harzes wünschenswert wäre. Wenn das Produkt unter Verwendung eines Schmieröls mit Hilfe einer Presse bebzw. verarbeitet werden soll, wäre es wünschenswert, 0,5 bis 20 Gew.-Teile des Gleitmittelpulvers pro 100 Gew.-Teile des organischen Harzes einzuarbeiten, da das Schmiermittel in einer Menge von mehr als 20 Gew.-Teilen ein Eindringen des Öls in die Schicht aus einem organischen Harzgemisch unter Lockerung der Kohäsion des organischen Harzes fördern kann.
Die elektrisch leitenden, feinteiligen Teilchen können vorzugsweise aus einem Metall, wie Kupfer, Nickel, Silber, Aluminium, Zink, Chrom, Eisen oder Cobalt, einer Legierung hiervon, Graphitkohle oder einem Gemisch hiervon bestehen.
Die elektrisch leitenden, feinteiligen Teilchen können eine mittlere Teilchengröße von 0,05 bis 5 µm, vorzugsweise 0,1 bis 2 µm, aufweisen. Vorzugsweise kann die mittlere Teilchengröße der elektrisch leitenden, feinteiligen Teilchen in einem Bereich des 1,0 bis 2fachen der Trockenschichtdicke der Schicht aus einem organischen Harzgemisch liegen.
Wenn die elektrisch leitenden, feinteiligen Teilchen, bezogen auf die Trockenschichtdicke, eine übermäßig kleine mittlere Teilchengröße aufweisen, wird die elektrische Leitfähigkeit des Produkts nicht in ausreichendem Maße verbessert. Eine, bezogen auf die Trockenschichtdicke, übermäßig große mittlere Teilchengröße der elektrisch leitenden, feinteiligen Teilchen führt andererseits zu einer Beeinträchtigung der Be- bzw. Verarbeitbarkeit. Insbesondere wenn die elektrisch leitenden, feinteiligen Teilchen ein Metall oder eine Metallegierung umfassen, kann eine übermäßig große Teilchengröße der elektrisch leitenden, feinteiligen Teilchen zu einem Festfressen des Werkzeugs führen. Ein bevorzugter Bereich für die mittlere Teilchengröße der elektrisch leitenden, feinteiligen Teilchen liegt zwischen dem 1,2 und 1,6fachen der Trockenschichtdicke.
Die elektrisch leitenden, feinteiligen Teilchen können der Beschichtungszusammensetzung in einer Menge von 1,0 bis 40 Gew.-Teilen pro 100 Gew.-Teile des organischen Harzes zugesetzt werden. Wenn die Menge der elektrisch leitenden, feinteiligen Teilchen 1,0 Gew.-Teile pro 100 Gew.-Teile des organischen Harzes unterschreitet, wird die elektrische Leitfähigkeit nicht in ausreichendem Maße verbessert. Eine Zugabe von mehr als 40 Gew.-Teilen der elektrisch leitenden, feinteiligen Teilchen pro 100 Gew.-Teile des organischen Harzes kann das Risiko einer geringeren Haftung der Schicht aus einem organischen Harzgemisch an dem darunterliegenden Aluminiumsubstrat beinhalten. Dies würde eine geringere Korrosionsbeständigkeit des Produkts bedingen.
Die Teilchengröße des Schmiermittelpulvers und der elektrisch leitenden, feinteiligen Teilchen wurde durch Lichtstreuungsmessungen oder direkte mikroskopische Untersuchungen bestimmt.
Die Schicht aus einem organischen Harzgemisch kann des weiteren herkömmliche Additive, wie Reaktionspromotoren, Stabilisatoren und Dispergiermittel, in einer die Vorzüge der vorliegenden Erfindung nicht beeinträchtigenden Menge umfassen.
Die Schicht aus einem organischen Harzgemisch kann auf herkömmliche Weise, beispielsweise mit Hilfe einer Walzenbeschichtungsvorrichtung, aufgetragen werden. Die Walzenbeschichtungsvorrichtung kann jedoch vorzugsweise einen mit einer Rührvorrichtung oder einer Zirkulationsvorrichtung ausgerüsteten Beschichtungstiegel aufweisen, so daß das Ausfallen der Teilchen in der Beschichtungszusammensetzung verhindert werden kann.
Es sei darauf hingewiesen, daß Produkte geringer Größe in einem Labor unter Verwendung einer Stabbeschichtungsvorrichtung und eines Ofens hergestellt werden können.
Das Aluminiumsubstrat muß nicht notwendigerweise der oben beschriebenen Oberflächenbehandlung auf allen seinen Oberflächen unterzogen werden. Das Aluminiumsubstrat kann auf ausgewählten Teilen, die mit Be- bzw. Verarbeitungsgeräten in Berührung gelangen können, d.h. auf Teilen, auf denen eine Gleitfähigkeit erforderlich ist, oberflächenbehandelt werden. Wenn beispielsweise der Aluminiumwerkstoff ein Blech ist, kann er entweder auf beiden Oberflächen oder auf einer Oberfläche oberflächenbehandelt werden.
Die vorliegende Erfindung wird des weiteren anhand der folgenden erfindungsgemäßen Beispiele und Vergleichsbeispiele, die den Umfang der vorliegenden Erfindung in keiner Weise einschränken, beschrieben.

BEISPIELE

(1) Herstellung eines oberflächenbehandelten Aluminiumwerkstoffs

Substrat aus einer Aluminiumlegierung

Als Substrat wurde ein Band aus der Aluminiumlegierung 5182 mit einer Dicke von 1 mm verwendet. Dies ist ein zum Be- bzw. Verarbeiten üblicherweise verwendeter Werkstoff. Die Bänder aus der Aluminiumlegierung wurden mit Trichlorethylendampf entfettet, in Natriumphosphat alkalisch entfettet, mit Wasser gewaschen und vor der nachfolgenden, in Tabelle 1 angegebenen Chromatbehandlung getrocknet. Einige Bänder aus der Aluminiumlegierung wurden mit Trichlorethylendampf entfettet und anschließend anstelle einer alkalischen Entfettung einer Oberflächenaktivierung mit Ätznatron und einer wäßrigen Salpetersäurelösung zur Entfernung der auf der Oberfläche gebildeten Oxidschicht vor der nachfolgenden in Tabelle 1 angegebenen Chromatbehandlung unterzogen.

Chromatschicht

Auf das Substrat aus der Aluminiumlegierung wurde mit Hilfe von im Handel erhältlichen Chromatlösungen vom Umwandlungstyp und an Ort und Stelle trocknenden Chromatlösungen eine Chromatschicht appliziert.
Die an Ort und Stelle trocknenden Chromatlösungen wurden bezüglich ihrer Konzentration vor ihrer Applikation unter Verwendung einer Walzenbeschichtungsvorrichtung in dem in Tabelle 1 angegebenen Beschichtungsgewicht eingestellt. Das Auftragen der Chromatlösungen vom Umwandlungstyp erfolgte durch Eintauchen des Substratmaterials während einer geeigneten Zeitdauer. Das so chromatbehandelte Substrat wurde getrocknet.

Schicht aus einem organischen Harzgemisch

Auf der so gebildeten Chromatschicht wurde eine Schicht aus einem organischen Harzgemisch abgeschieden.
Die bezüglich Typ und Menge in Tabelle 2 angegebenen Bestandteile wurden in einer Kugelmühle unter Herstellung der Beschichtungszusammensetzung vermischt. Die Beschichtungszusammensetzung wurde mit Hilfe einer Stabbeschichtungsvorrichtung in der in Tabelle 2 angegebenen Trockendicke auf die Chromatschicht aufgetragen. Die so aufgetragene Schicht aus einem organischen Harzgemisch wurde in einem Trockenschrank mit Heißluftzirkulation getrocknet.
Die organischen Harze, die elektrisch leitenden, feinteiligen Teilchen, die Gleitmittelpulver und die Chromate, die in den erfindungsgemäßen Beispielen und den Vergleichsbeispie len verwendet wurden, waren die im folgenden beschriebenen.

Organische Harze

Epoxyharz:

Epikote(R) 1007, hergestellt von Petrochemical Shell Epoxy K.K.

Alkydharz:

Urix(R), hergestellt von Mitsui Toatsu Chemicals, Inc.

Acrylharz:

Almatex(R) 749, hergestellt von Mitsui Toatsu Chemicals, Inc.

Urethanharz:

Olester(R), hergestellt von Mitsui Toatsu Chemicals, Inc.

Phenolharz:

Super beckacite(R), hergestellt von Dainippon Ink & Chemicals, Inc.

Melaminharz:

Uan(R), hergestellt von Mitsui Toatsu Chemicals, Inc.

Polyvinylbutyralharz:

Denka-butyral(R), hergestellt von Denki Kagaku Kogyo K.K.

Polyesterharz:

Almatex(R) P 645, hergestellt von Mitsui Toatsu Chemicals, Inc.

Epoxyharz + Acrylharz:

Ein Gemisch aus 100 Gew.-Teilen Epoxyharz und 50 Gew.-Teilen Acrylharz

Epoxyharz + Urethanharz:

Ein Gemisch aus 100 Gew.-Teilen Epoxyharz und 100 Gew.-Teilen Urethanharz

Acrylharz + Urethanharz:

Ein Gemisch aus 100 Gew.-Teilen Acrylharz und 100 Gew.-Teilen Urethanharz

Gleitmittel

Polyolefinwachs: Polyethylenwachs
Fluorharz: Polytetrafluorethylenharz
Ein Gemisch aus 100 Gew.-Teilen des Polyethylenwachses und 100 Gew.-Teilen Polytetrafluorethylen wurde ferner verwendet.

Elektrisch leitende, feinteilige Teilchen

Kohlenstoff: Graphitkohle, die bezüglich ihrer Teilchengröße in einer Kugelmühle eingestellt worden war

Metallteilchen und Teilchen aus Metallegierungen:

Metalle:

Cu, Ni, Ag, Al, Zn, Cr, Fe und Co

Metallegierungen:

Nichtrostender Stahl: SUS 316
Messing: 7/3 Messing
Kupfernickellegierung: Cu 90 Gew.-Teile; Ni 10 Gew.-Teile
Cu/Ni-Pulvergemisch: Cu 100 Gew.-Teile; Ni 100 Gew.-Teile
Cu/Al-Pulvergemisch: Cu 100 Gew.-Teile; Al 50 Gew.-Teile
Ag/Co-Pulvergemisch: Ag 100 Gew.-Teile; Co 200 Gew.-Teile
Die Metallteilchen und Teilchen aus Metallegierungen wurden durch Pulverisieren und Klassieren hergestellt.
Gemisch aus Graphitkohle und Ni: Graphitkohle 20 Gew.-Teile; Ni 80 Gew.-Teile

Chromate

Chromat vom Umwandlungstyp:

A. Phosphorsäurechromat: Alchrome 3701, hergestellt von Nihon Parkerizing Co., Ltd.
B. Chromsäurechromat: Alchrome 713, hergestellt von Nihon Parkerizing Co., Ltd.

An Ort und Stelle trocknende Chromate:

C. Siliciumdioxidfreies Chromat: 4513H, hergestellt von Nihon Parkerizing Co., Ltd.
D. Siliciumdioxid enthaltendes Chromat: Cosma-150, hergestellt von Kansei Paint Co., Ltd.

(2) Bewertung

Die erhaltenen oberflächenbehandelten Bänder aus einer Aluminiumlegierung wurden auf ihre Be- bzw. Verarbeitbarkeit, Schweißbarkeit und Korrosionsbeständigkeit hin untersucht und bezüglich dieser Eigenschaften bewertet.

Be- bzw. Verarbeitbarkeit

Die Be- bzw. Verarbeitbarkeit wurde in Form des Grenzstreckverhältnisses unter Verwendung von aus dem oberflächenbehandelten Blech einer Aluminiumlegierung ausgeschnittenen Rohlingen bewertet. Der Rohling wurde mit einer Geschwindigkeit von 100 mm/s unter Bildung eines Zylinders mit einem Durchmesser von 33 mm und einer flachen Oberfläche verpreßt. Die Bewertung erfolgte mit und ohne Schmieröl (R303P, hergestellt von Sugimura Chemical Corporation, verwendet in einer Menge von etwa 2 g/m²).
Der aus einem Rohling mit einem Durchmesser von 66 mm ohne Verwendung des Schmieröls hergestellte Zylinder mit einer flachen Oberfläche wurde ferner bezüglich seines Aussehens mit bloßem Auge bewertet. Das Aussehen wurde entsprechend der folgenden Kriterien bewertet.
0 (gut): es wurde kein Ablösen der Schicht aus einem organischen Harzgemisch oder ein Festfressen des Werkzeugs beobachtet.
Δ (akzeptabel): es wurden an einigen Teilen der Seitenfläche des Zylinders ein Ablösen der Schicht aus einem organischen Harzgemisch sowie ein Festfressen des Werkzeugs beobachtet.
x (schlecht): es wurden auf der gesamten Seitenfläche des Zylinders ein Ablösen der Schicht aus einem organischen Harzgemisch sowie ein Festfressen des Werkzeugs beobachtet.
XX (sehr schlecht): es konnte kein Ziehen durchgeführt werden und es wurde Rißbildung beobachtet.

Punktschweißbarkeit

Die oberflächenbehandelten Bleche aus einer Aluminiumlegierung wurden zur Bestimmung der Lebensdauer der Elektrode bezüglich der Zahl der Schweißnähte, die durchgeführt werden konnten, bevor eine Abscheidung des geschmolzenen Aluminiums auf der Elektrodenspitze auftrat oder bevor eine Abnahme des Nuggetdurchmessers auf 4 t oder weniger (t ist die Dicke des Probenblechs) stattfand, mit einem Wechselrichter-Wechselstromschweißgerät punktgeschweißt. Die Elektrode und die verwendeten Schweißbedingungen sind im folgenden angegeben.

Elektrode:

Form: kegelstumpfförmig (CF)
Durchmesser der Spitze: 5,0 mm
Material: Cr-Cu

Schweißbedingungen:

Schweißkraft: 150 kgf
anfängliche Zeit des Unterdrucksetzens: 20/50 s
Schweißzeit: 6/50 s
Verweilzeit: 5/50 s
Schweißstrom: 15 kA
Die Punktschweißbarkeit wurde entsprechend der folgenden Kriterien bewertet.
X (gering): weniger als 500 Punkte
Δ (akzeptabel) : 500 bis 999 Punkte
0 (gut) : 1000 bis 1499 Punkte
(ausgezeichnet): 1500 Punkte oder mehr

Korrosionsbeständigkeit

Die oberflächenbehandelten Bleche aus einer Aluminiumlegierung wurden im Rahmen eines Salzsprühtests, eines komplexen Korrosionstests und eines Rißkorrosionstests gemäß der folgenden Beschreibung auf ihre Korrosionsbeständigkeit hin untersucht und bewertet.

Salzsprühtest

Aus den oberflächenbehandelten Blechen aus einer Aluminiumlegierung wurden Testprüflinge einer Größe von 75 mm x 150 mm ausgeschnitten. Die Testprüflinge wurden an ihren Kanten versiegelt und 480 h mit 5% NaCl bei 35ºC besprüht. Die Prüflinge wurden anhand ihres Aussehens entsprechend den folgenden Kriterien bewertet.
X (schlecht): Weißrost und/oder Schwärzung
0 (gut): keine Veränderung im Aussehen

Komplexer Korrosionstest

Die Testprüflinge der den bei dem oben beschriebenen Salzsprühtest verwendeten Größen entsprechenden Größe wurden mit Querschnitten versehen. Die Testprüflinge wurden 100 Zyklen eines Besprühens mit Kochsalzlösung (5% NaCl, 35ºC, 4 h), eines Stehenlassens unter feuchten Bedingungen (60ºC, 2 h) und eines Trocknens (relative Luftfeuchtigkeit 95%, 50ºC, 2 h) unterzogen. Die Korrosionsbeständigkeit wurde in Form der maximalen Länge (Breite) der Korrosion, die sich aus den Querschnitten gebildet hatte, entsprechend den folgenden Kriterien bewertet.
0 (gut): weniger als 2 mm
X (schlecht): 2 mm oder mehr

Rißkorrosionstest

Zwei Prüflinge einer Größe von 50 mm x 100 mm wurden miteinander unter den bei der Punktschweißbarkeitsbewertung beschriebenen Bedingungen unter Verwendung einer neuen Elektrode an ihrem Mittelteil punktverschweißt. Die so verschweißten Prüflinge wurden einem Salzbesprühen (5% NaCl, 35ºC, 2000 h) unterzogen, worauf die verschweißten Prüflinge voneinander getrennt wurden, um die Korrosion zu bewerten, die sich auf der Schweißoberfläche der Bleche (d.h. in den Rissen der verschweißten Bleche) gebildet hatte. Die Korrosionsbeständigkeit wurde in Form der maximalen Korrosionstiefe entsprechend den folgenden Kriterien bewertet.
0 (gut): weniger als 0,05 mm
Δ (akzeptabel) : 0,05 bis 0,1 mm
X (schlecht) : 0,1 mm oder mehr
Die Ergebnisse der oben beschriebenen Bewertungen der Proben der erfindungsgemäßen Beispiele und der Vergleichsbeispiele sind in Tabelle 3 angegeben. Tabelle 1 : Chromatschicht Erste Hauptoberflächea) Zweite Hauptoberflächeb) Substrat Chromatschicht Probe Oxidschichtentfernung Typ Beschichtungsgewicht (C) (mg/m²) a) Beim Punktschweißen ist die Elektrode auf dieser Seite anzuordnen b) Beim Punktschweißen ist dies die zu verschweißende Seite Tabelle 1 (Forts.) Erste Hauptoberflächea) Zweite Hauptoberflächeb) Substrat Chromatschicht Probe Oxidschichtentfernung Typ * Vergleichsbeispiel a) Beim Punktschweißen ist die Elektrode auf dieser Seite anzuordnen b) Beim Punktschweißen ist dies die zu verschweißende Seite Tabelle 1 (Forts.) Erste Hauptoberflächea) Zweite Hauptoberflächeb) Substrat Chromatschicht Probe Oxidschichtentfernung Typ * Vergleichsbeispiel a) Beim Punktschweißen ist die Elektrode auf dieser Seite anzuordnen b) Beim Punktschweißen ist dies die zu verschweißende Seite Tabelle 2 Schicht aus einem organischen Harzgemisch Schmiermittelpulver elektrisch leitende Teilchen Probe Organisches Harz Trockenschichtdicke Typ mittlere Teilchen-Gehalt größe (B) Polyester Acryl Phenol Melamin Epoxy Urethan Graphitkohle nichtrostender Stahl PO: Polyolefinwachs FR: Fluorharz PBW: Gew.-Teile Tabelle 2 (Forts.) Schicht aus einem organischen Harzgemisch Schmiermittelpulver elektrisch leitende Teilchen Probe Organisches Harz Trockenschichtdicke Typ mittlere Teilchen-Gehalt größe (B) Alkyd Acryl Urethan Phenol Melamin Polyvinylbutyral Polyester Epoxy Messing Kupfernickel Graphitkohle PO: Polyolefinwachs FR: Fluorharz PBW: Gew.-Teile Tabelle 2 (Forts.) Schicht aus einem organischen Harzgemisch Schmiermittelpulver elektrisch leitende Teilchen Probe Organisches Harz Trockenschichtdicke Typ mittlere Teilchen-Gehalt größe (B) Epoxy Acryl Urethan Polyester Phenol Graphitkohle Messing PO: Polyolefinwachs FR: Fluorharz PBW: Gew.-Teile Tabelle 2 (Forts.) Schicht aus einem organischen Harzgemisch Schmiermittelpulver elektrisch leitende Teilchen Probe Organisches Harz Trockenschichtdicke Typ mittlere Teilchen-Gehalt größe (B) Epoxy Urethan Acryl Graphitkohle * Vergleichsbeispiel PO: Polyolefinwachs FR: Fluorharz PBW: Gew.-Teile Tabelle 2 (Forts.) Schicht aus einem organischen Harzgemisch Schmiermittelpulver elektrisch leitende Teilchen Probe Organisches Harz Trockenschichtdicke Typ mittlere Teilchen-Gehalt größe (B) Epoxy Polyester Acryl Urethan Graphitkohle * Vergleichsbeispiel PO: Polyolefinwachs FR: Fluorharz PBW: Gew.-Teile Tabelle 3 Be- bzw. Verarbeitbarkeit Korrosionsbeständigkeit Schweißbarkeit Probe Grenzziehverhältnis ohne mit Aussehen Korrosionsbeständigkeit: (A) Salzsprühtest (B) komplexer Korrosionstest (C) Rißkorrosionstest Tabelle 3 (Forts.) Be- bzw. Verarbeitbarkeit Korrosionsbeständigkeit Schweißbarkeit Probe Grenzziehverhältnis ohne mit Aussehen Korrosionsbeständigkeit: (A) Salzsprühtest (B) komplexer Korrosionstest (C) Rißkorrosionstest * Vergleichsbeispiel Tabelle 3 (Forts.) Be- bzw. Verarbeitbarkeit Korrosionsbeständigkeit Schweißbarkeit Probe Grenzziehverhältnis ohne mit Aussehen Korrosionsbeständigkeit: (A) Salzsprühtest (B) komplexer Korrosionstest (C) Rißkorrosionstest * Vergleichsbeispiel
Die in Tabelle 3 dargestellten Ergebnisse zeigen, daß die erfindungsgemäßen Proben Nr. 1 bis 28 gute Be- bzw. Verarbeitbarkeit, Punktschweißbarkeit sowie Korrosionsbeständigkeit zeigen.
Eine besonders ausgezeichnete Schweißbarkeit zeigen die Proben 1 bis 7, bei denen das Aluminiumsubstrat zur Entfernung der Oxidschicht vorbehandelt wurde und bei denen die Chromatschicht auf einer Oberfläche des Substrats mit einem 3/4 oder weniger des Beschichtungsgewichts der Chromatschicht auf der anderen Oberfläche des Substrats entsprechenden Beschichtungsgewicht abgeschieden wurde, sofern die Probenprüflinge mit der auf der Oberfläche mit dem geringeren Chromatbeschichtungsgewicht angeordneten Schweißelektrode verschweißt wurden.
Die Proben Nr. 7, 8 und 13, bei denen die Schicht aus einem organischen Harzgemisch mehr als 20 Gew.-Teile des Schmiermittelpulvers umfaßt, zeigen eine etwas geringe Be- bzw. Verarbeitbarkeit, wenn die Probe mit einem auf sie applizierten Schmiermittelöl mit Hilfe einer Presse be- bzw. verarbeitet wurde.
Im Gegensatz dazu weist die Probe Nr. 29, bei der das Substrat aus einer Aluminiumlegierung überhaupt nicht behandelt worden ist, schlechte Schweißbarkeit, Korrosionsbeständigkeit und Be- bzw. Verarbeitbarkeit auf. Die Probe Nr. 30, bei der das Substrat aus einer Aluminiumlegierung zur Entfernung der Oxidschicht vorbehandelt wurde, zeigt eine verbesserte Schweißbarkeit. Diese Probe krankt jedoch an einer geringen Korrosionsbeständigkeit und Punktschweißbarkeit, da das Substrat aus einer Aluminiumlegierung keiner weiteren Behandlung unterzogen wurde.
Die Probe Nr. 31 mit einem übermäßig großen Chromatbeschichtungsgewicht besitzt eine schlechte Schweißbarkeit. Die Proben Nr. 32 und 39 mit einem übermäßig geringen Chromatbeschichtungsgewicht besitzen eine schlechte Korrosionsbeständigkeit. Diese Proben kranken ferner an einer unzureichenden Be- bzw. Verarbeitbarkeit, da die Haftung der Schicht aus einem organischen Harzgemisch unzureichend ist.
Die Proben Nr. 33 und 34 mit einer übermäßig dicken Schicht aus einem organischen Harzgemisch kranken an einer unzureichenden Schweißbarkeit. Die Probe Nr. 38 mit einer übermäßig dünnen Schicht aus einem organischen Harzgemisch krankt an einer unzureichenden Schweißbarkeit, Korrosionsbeständigkeit und Be- bzw. Verarbeitbarkeit.
Die Proben Nr. 35 und 46 mit einem übermäßig großen Gehalt an elektrisch leitenden, feinteiligen Teilchen kranken an einer schlechten Be- bzw. Verarbeitbarkeit und einer geringen Korrosionsbeständigkeit. Die Proben Nr. 34 und 35 mit einem übermäßig geringen Gehalt an elektrisch leitenden, feinteiligen Teilchen kranken an einer schlechten Schweißbarkeit.
Die Probe Nr. 36 mit einem übermäßig geringen Gehalt an Schmiermittelpulver besitzt eine schlechte Be- bzw. Verarbeitbarkeit und insbesondere eine schlechte Be- bzw. Verarbeitbarkeit beim Be- bzw. Verarbeiten mit Hilfe einer Presse ohne Mitverwendung eines Schmieröls. Die Probe Nr. 40 mit einem übermäßig großen Gehalt an Schmiermittelpulver besitzt eine schlechte Be- bzw. Verarbeitbarkeit bei Be- bzw. Verarbeiten mit Hilfe einer Presse unter Mitverwendung des Schmiermittelöls. Diese Probe besitzt ferner eine schlechte Korrosionsbeständigkeit.
Die Probe Nr. 37, die lediglich einer Chromatbehandlung unterzogen wurde, besitzt eine schlechte Korrosionsbeständigkeit, Be- bzw. Verarbeitbarkeit und Punktschweißbarkeit.
Die Probe Nr. 41, bei der die Teilchengröße des Schmiermittels, bezogen auf die Trockenschichtdicke der Schicht aus einem organischen Harzgemisch, übermäßig gering ist, krankt an einer schlechten Be- bzw. Verarbeitbarkeit. Die Probe Nr. 42, bei der die Teilchengröße des Schmiermittels, bezogen auf die Trockenschichtdicke der Schicht aus einem organischen Harzgemisch, übermäßig groß ist, krankt an einer schlechten Korrosionsbeständigkeit.
Die Probe Nr. 47, bei der die Teilchengröße der elektrisch leitenden, feinteiligen Teilchen, bezogen auf die Trocken schichtdicke der Schicht aus einem organischen Harzgemisch, übermäßig groß ist, krankt an einer schlechten Be- bzw. Verarbeitbarkeit sowie einer schlechten Korrosionsbeständigkeit. Die Probe Nr. 48, bei der die Teilchengröße der elektrisch leitenden, feinteiligen Teilchen, bezogen auf die Trockenschichtdicke der Schicht aus einem organischen Harzgemisch, zu klein ist, krankt an einer unzureichenden Schweißbarkeit.
Wie oben beschrieben, weist der erfindungsgemäße oberflächenbehandelte Aluminiumwerkstoff, der ein Substrat aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, eine auf dem Substrat abgeschiedene Chromatschicht und eine auf der Chromatschicht abgeschiedene Schicht aus einem organischen Harzgemisch umfaßt, eine deutlich verbesserte Schweißbarkeit, Be- bzw. Verarbeitbarkeit und Korrosionsbeständigkeit auf. Folglich kann der erfindungsgemäße oberflächenbehandelte Aluminiumwerkstoff zuverlässig ohne Mitverwendung irgendeines Schmieröls mit Hilfe einer Presse be- bzw. verarbeitet werden. Folglich ist keine Entfettungsbehandlung nach dem Bebzw. Verarbeiten des Werkstoffs mit Hilfe einer Presse erforderlich. Dies führt zu einer verbesserten Produktivität sowie einer geringeren Belastung der Umwelt. Da darüber hinaus der erfindungsgemäße oberflächenbehandelte Aluminiumwerkstoff eine verbesserte Korrosionsbeständigkeit besitzt, werden die Risse und Randteile, die beim Schweißen oder Be bzw. Verarbeiten mit Hilfe einer Presse gebildet werden, nicht "einfach" korrodiert. Dies führt zu einer verbesserten Stabilität hinsichtlich der Qualität des Produkts.

Claims

1. Oberflächenbehandelter Aluminiumwerkstoff verbesserter Punktwiderstandsschweißbarkeit, Be- bzw. Verarbeitbarkeit und Korrosionsbeständigkeit, der die folgenden Bestandteile umfaßt:

(A) Ein Substrat aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung;

(B) eine auf dem Substrat mit einem Auftragungsgewicht von 5 bis 100 mg/m², berechnet als elementares Chrom auf der ersten Hauptoberfläche, abgeschiedene Chromatschicht und

(C) eine auf der Chromatschicht in einer Trockenschichtdicke von 0,05 bis 3,0 µm abgeschiedene Schicht aus einem organischen Harzgemisch, wobei die Schicht aus organischem Harzgemisch

(a) 100 Gew.-Teile organisches Harz,

(b) 0,5 bis 40 Gew.-Teile eines Gleitmittelpulvers einer mittleren Teilchengröße von 0,05 bis 20 µm, wobei die mittlere Teilchengröße in einem Bereich des 1,0 bis 10fachen der Trockenschichtdicke liegt, und

(c) 1,0 bis 40 Gew.-Teile elektrisch leitender, feinteiliger Teilchen einer mittleren Teilchengröße im Bereich von 0,05 bis 5 µm, wobei die mittlere Teilchengröße in einem Bereich bis 1,0 bis 2fachen der Trockenschichtdicke liegt, umfaßt.

2. Oberflächenbehandelter Aluminiumwerkstoff verbesserter Punktwiderstandsschweißbarkeit, Be- bzw. Verarbeitbarkeit ohne Gleitmittelöl und Korrosionsbeständigkeit, der die folgenden Bestandteile umfaßt:

(A) Ein Substrat aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung;

(B) eine auf dem Substrat mit einem Auftragungsgewicht von 5 bis 100 mg/m², berechnet als elementares Chrom auf der ersten Hauptoberfläche, abgeschiedene Chromat schicht und

(a) 100 Gew.-Teile organisches Harz,

(b) 2 bis 40 Gew.-Teile eines Gleitmittelpulvers einer mittleren Teilchengröße von 0,05 bis 20 µm, wobei die mittlere Teilchengröße in einem Bereich des 1,0 bis 10fachen der Trockenschichtdicke liegt, und

3. Oberflächenbehandelter Aluminiumwerkstoff verbesserter Punktwiderstandsschweißbarkeit, Be- bzw. Verarbeitbarkeit und Korrosionsbeständigkeit, der die folgenden Bestandteile umfaßt:

(A) Ein Substrat aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung;

(a) 100 Gew.-Teile organisches Harz,

(b) 0,5 bis 20 Gew.-Teile eines Gleitmittelpulvers einer mittleren Teilchengröße von 0,05 bis 20 µm, wobei die mittlere Teilchengröße in einem Bereich des 1,0 bis 10fachen der Trockenschichtdicke liegt, und

4. Oberflächenbehandelter Aluminiumwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das organische Harz (a) unter mindestens einem unter Epoxyharzen, Alkydharzen, Acrylharzen, Urethanharzen, Phenolharzen, Melaminharzen, Polyvinylbutyralharzen, Polyesterharzen und Copolymeren hiervon ausgewählten Harz besteht.

5. Oberflächenbehandelter Aluminiumwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Gleitmittelpulver (b) aus mindestens einem unter Polyolefinwachsen und Fluorharzen ausgewählten Bestandteil besteht und eine mitt lere Teilchengröße in einem Bereich des 1,0 bis 10fachen der Trockenschichtdicke aufweist.

6. Oberflächenbehandelter Aluminiumwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die elektrisch leitenden, feinteiligen Teilchen (c) aus mindestens einem unter Kupfer, Nickel, Silber, Aluminium, Zink, Chrom, Eisen, Cobalt und Legierungen hiervon sowie Graphitkohle ausgewählten Bestandteil bestehen.

7. Oberflächenbehandelter Aluminiumwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Aluminiumsubstrat eine Oberfläche, auf der durch Punktschweißen eine Schweißelektrode aufzubringen ist, und eine andere Oberfläche, die mit einem anderen Werkstoff zu verschweißen ist, aufweist und die Chromatschicht (B) auf der Oberfläche, auf der die Schweißelektrode anzuordnen ist, mit einem 3/4 oder weniger des Beschichtungsgewichts der Chromatschicht (B) auf der zu verschweißenden Oberfläche entsprechenden Beschichtungsgewicht abgeschieden wird.