Herstellen eines Bauteils

Die Erfindung betrifft ein Bauteil, insbesondere ein Strukturbauteil, für einen Kraftwagen, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 5.

Ein solches Bauteil sowie ein solches Verfahren sind aus der DE 10 2009 007 909 A1 als bekannt zu entnehmen. Das Bauteil umfasst einen aus einem warmumformbaren Stahl gebildeten Grundkörper, welcher zumindest in einem Teilbereich mit einer Beschichtung versehen ist, die eine Aluminium-Silizium-Legierung aufweisende erste Schicht und eine zweite Schicht umfasst, wobei die erste Schicht zwischen dem Grundkörper und der zweiten Schicht angeordnet ist.

Im Zuge der Herstellung des Bauteils wird der Grundkörper zusammen mit der

Beschichtung warmumgeformt. Dies bedeutet, dass der Grundkörper mit der

Beschichtung zeitlich vor dem Warmumformen versehen wird. Im Zuge der Herstellung der Beschichtung wird die erste Schicht zwischen dem Grundkörper und der zweiten Schicht angeordnet.

Bei dem Grundkörper handelt es sich beispielsweise um ein warmumformbares Blech, wobei der Grundkörper beispielsweise aus Borstahl gebildet ist. Im Rahmen einer Warmumformung wird der Grundkörper zusammen mit der Beschichtung hohen

Temperaturen ausgesetzt. Üblicherweise wird eine wenigstens zwei Schichten

aufweisende Beschichtung auch als„Beschichtungssystem" bezeichnet.

Aus dem allgemeinen Stand der Technik sind dabei zwei Beschichtungssysteme für warmumformbare Stahlbleche bekannt: bei einem ersten dieser Beschichtungssysteme handelt es sich um eine Feuerverzinkung, wobei es sich bei dem zweiten

Beschichtungssystem um eine Feueraluminierung handelt. Dies bedeutet, dass der Stahl des Grundkörpers entweder feuerverzinkt oder feueraluminiert ist. Derartige feuerverzinkte oder feueraluminierte Stähle kommen beispielsweise in der Serienproduktion von pressgehärteten Strukturbauteilen, insbesondere für Kraftwagen, zum Einsatz.

Feuerverzinkte Stähle bieten eine gute Korrosionsbeständigkeit aufgrund der reduzierten elektrochemischen Spannung im Vergleich zum Stahlsubstrat (kathodischer

Korrosionsschutz). Hierdurch sind folgende Phänomene bei dieser Art der Beschichtung problematisch: während der Warmumformung entsteht bei hohen Temperaturen eine Flüssigmetallversprödung. Flüssiges Zink diffundiert in Korngrenzen des Stahlsubstrats und führt bei einem einstufigen Presshärten aufgrund von mechanischen und thermischen Spannungen zur Rissbildung in dem Substrat. Dieses Phänomen kann durch eine zweistufige Umformung vermieden werden. Hierbei erfolgt eine konventionelle

Umformung bei Raumtemperatur. Anschließend erfolgt ein Presshärten mit geringem Umformungsgrad. Dabei erfolgt eine Verdampfung der Zinkauflage, was einen Verlust von Korrosionsschutzmateriai bedeutet Ferner erfolgt eine Oxidation der Zinkauflage. Als Konsequenz werden diese Bauteile nach dem Umformprozess gereinigt oder gestrahlt, um beispielsweise Lackierarbeiten zu ermöglichen. Die Diffusionsphänomene von Eisen in die Beschichtung, aufgrund der Prozesstemperaturen bei der Warmumformung, verursachen eine Erhöhung des Eisen-Anteils auf der Oberfläche und eine Reduzierung des kathodischen Schutzes. Dadurch tritt Rotrost auf der Bauteiloberfläche auf.

Feueraluminierte Stähle weisen eine gute Umformeigenschaft beim einstufigen

Presshärten ohne Flüssigmetallversprödung und ohne Rissbildung im Stahlsubstrat auf. Eine solche Beschichtung führt zu stabilen Korrosionsprodukten und eine Reinigung des warmumgeformten Produkts ist nicht erforderlich. Jedoch ist bei dieser Art von

Beschichtung folgendes Phänomen problematisch: eine Feueraluminierung bietet keinen galvanischen Schutzeffekt. Mit anderen Worten kann das Bauteil nicht durch das Prinzip der Opferanode vor Korrosion beschützt werden. Die Diffusionsphänomene von Eisen in die Beschichtung, aufgrund der Prozesstemperaturen bei der Warmumformung, verursachen eine Erhöhung des Eisen-Anteils auf der Oberfläche. Dadurch tritt Rotrost auf der Bauteiloberfläche auf.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Bauteil und ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welchen die genannten Probleme vermieden werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Bauteil mit den Merkmalen des

Patentanspruchs 1 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 5 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.

Um ein Bauteil mit einem Beschichtungssystem zu schaffen, bei welchem die eingangs genannten Probleme vermieden werden können, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die zweite Schicht aus Zink-Kobalt (ZnCo) oder Zink-Mangan (ZnMn) oder aus Mangan (Mn) gebildet ist.

Durch die Beschichtung mit Zink-Kobalt oder Zink-Mangan oder Mangan als zweiter Schicht kann eine intermetallische AISiFe-Sperrschicht geschaffen werden, mittels welcher die Flüssigmetallversprödung zumindest gemindert werden kann. Darüber hinaus kann die Diffusion von Eisen in die Beschichtung durch den Aluminium-Silizium-Überzug in Form der ersten Schicht gemindert werden, so dass die Entstehung von Rotrost vermieden oder zumindest gering gehalten werden kann. Ferner kann eine gute Haftung der Beschichtung durch die Interdiffusionsschichten gewährleistet werden. Im Vergleich zu einer reinen Zinkschicht, das heißt im Vergleich zu einer Schicht, die aus im

Wesentlichen reinem Zink (Zn) gebildet ist, kann durch die zinklegierte Auflage in Form der zweiten Schicht ein besonders vorteilhafter kathodischer Korrosionsschutz realisiert werden (dabei ist unter einer reinen Zinkschicht eine solche Schicht zu verstehen, welche mindestens 99 Gewichtsprozent (Gew.-%) Zink (Zn) und als Rest beispielsweise

Verunreinigungen aufweist).

Darüber hinaus können bei dem erfindungsgemäßen Bauteil stabile Korrosionsprodukte mit einer reduzierten Auflösungsgeschwindigkeit durch den Einsatz der Aluminium- Silizium-Schicht realisiert werden. Ferner lassen sich stabile Korrosionsprodukte mit einer reduzierten Auflösungsgeschwindigkeit durch die Legierung von Zink realisieren. Durch den erhöhten Schmelzpunkt bei der Legierung von Zink kann darüber hinaus die Zink- Verdampfung zumindest gemindert werden.

Alternativ kann die zweite Schicht aus Mangan bestehen. Auch auf diese Weise wird ein kathodischer Korrosionsschutz erzielt, da Mangan ein relativ niedriges elektrochemisches Potenzial gegenüber Eisen aufweist. Weiterhin findet bei einer Wärmebehandlung des Bauteils im Zuge des Presshärtens eine Interdiffusion zwischen der ersten und der zweiten Schicht statt, die zur galvanischen Kopplung des aus diesen beiden Schichten gebildeten kathodischen Systems führt, wodurch eine starke Anhaftung der zweiten Schicht an der ersten Schicht erzielt wird. Ein Bauteil mit diesem Beschichtungssystem kann daher auch einstufig pressgehärtet werden, Besteht die zweite Schicht aus Mangan, so weist die zweite Schicht vorteilhafterweise eine Dicke geringer als 5 μηι auf. Diese relativ geringe Schichtdicke hat den Vorteil, dass zum einen der besagte Korrosionsschutz genauso gut wie bei dickeren Schichten ist, wobei das auf diese Weise beschichtete Bauteil dabei besonders einfach mittels thermischen Fügeverfahren gefügt werden kann im Unterschied zu Werkstücken mit dickeren Beschichtungen. Durch die relativ geringe Dicke der zweiten Schicht kann insbesondere die thermische Schweißbarkeit des auf diese Weise beschichteten Bauteils erheblich verbessert werden. Eine solche dünne zweite Schicht wird vorteilhafterweise mittels einer physikalischen oder chemischen Gasphasenabscheidung aufgetragen, denn mit Hilfe dieser Verfahren kann das Mangan besonders einfach und vor allem besonders dünnschichtig aufgebracht werden. Alternativ kann die aus Mangan gebildete zweite Schicht auch mittels elektrolytischer Verfahren aufgetragen werden.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der

Gewichtsanteil von Silizium an der Aluminium-Silizium-Legierung der ersten Schicht bis zu 12 Prozent beträgt.

Zur Erfindung gehört auch ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils, wobei die zweite Schicht aus Zink-Kobalt oder Zink-Mangan zeitlich vor dem Warmumformen des

Grundkörpers gebildet wird.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen eines Bauteils, insbesondere eines Strukturbauteils für einen Kraftwagen, wird zumindest in einem Teilbereich eines aus einem warmumformbaren Stahl gebildeten Grundkörpers eine Beschichtung, die eine Aluminium-Silizium-Legierung aufweisende erste Schicht und eine zweite Schicht umfasst, aufgetragen und anschließend zusammen mit der Beschichtung

warmumgeformt, wobei die erste Schicht zwischen dem Grundkörper und der zweiten Schicht angeordnet wird. Dabei ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass als die zweite Schicht Zink-Kobalt (ZnCo) oder Zink-Mangan (ZnMn) oder Mangan (Mn) aufgetragen wird.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und

Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der einzigen Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen

Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der einzigen Figur näher erläutert, in welcher ein Bauteil in einer schematischen Seitenansicht gezeigt ist, welches einen Grundkörper aufweist, der mit zweischichtigen Beschichtung versehen ist.

Die Fig. zeigt in einer schematischen Schnittansicht ein im Ganzen mit 10 bezeichnetes Bauteil. Das Bauteil 10 ist beispielsweise ein Strukturbauteil eines Kraftwagens, insbesondere eines Personenkraftwagens. Das Bauteil 10 kann dabei als

Karosseriebauteil des Kraftwagens ausgebildet sein. Im Karosseriebau haben sich bei den meisten Automobilherstellern pressgehärtete Stähle etabliert, um

Gewichtsreduzierungen im Vergleich zu konventionellen Stählen erreichen zu können. An derartige Bauteile werden vielfältige Anforderungen gestellt, insbesondere hinsichtlich des Korrosionsschutzes, der Lackhaftung, der Benetzbarkeit, der Phosphatierung, der Warmumformbarkeit und im Hinblick auf eine Gewichtsreduzierung. Insbesondere beim Presshärten sollten Rissbildungen an derartigen Bauteilen vermieden werden.

Das Bauteil 10 weist einen Grundkörper 12 auf, welcher aus einem warmumformbaren Stahl gebildet ist. Der Grundkörper 12 ist zumindest in einem Teilbereich mit einer Beschichtung 14 versehen. Somit ist der Grundkörper 12 ein Stahlsubstrat, das aus einem härtbaren Stahl oder einem Tiefziehstahl ausgebildet ist. Hierzu eignen sich insbesondere Borstähle beziehungsweise Mangan-Bor-Stähle und mikrolegierte Stähle.

Im Rahmen der Herstellung des Bauteils 10 wird der Grundkörper 12 zusammen mit der Beschichtung 14 warmumgeformt, insbesondere pressgehärtet. Dies bedeutet, dass der Grundkörper 12 zeitlich vor dem Warmumformen mit der Beschichtung 14 versehen wird, so dass der Grundkörper 12 zusammen mit der Beschichtung 14 zeitlich nach dem

Aufbringen der Beschichtung 14 auf dem Grundkörper 12 warmumgeformt wird.

Aus der Fig. ist erkennbar, dass - im Zuge der Herstellung der Beschichtung 14 - eine erste Schicht 16 und eine zusätzliche, zweite Schicht 8 der Beschichtung 14 hergestellt werden. Dies bedeutet, dass die Beschichtung 14 eine erste Schicht 16 und eine zweite Schicht 18 aufweist, wobei die erste Schicht 16 zwischen dem Grundkörper 12 und der zweiten Schicht 18 angeordnet ist. Vorliegend ist die erste Schicht 16 direkt auf dem Grundkörper 12 aufgebracht. Dies bedeutet, dass die erste Schicht 16 den Grundkörper 2 berührt. Die zweite Schicht 8 ist direkt auf die erste Schicht 16 aufgebracht.

Die Herstellung der Beschichtung 14 beziehungsweise der Schichten 16 und 18 erfolgt beispielsweise durch ein PVD-Verfahren (PVD - Physical Vapor Diposition - Physikalische Gasphasenabscheidung), ein CVD-Verfahren (CVD - Chemical Vapor Diposition - Chemische Gasphasenabscheidung), ein Tauchverfahren, ein Slurry- Verfahren, galvanische oder elektrolytische Verfahren oder thermisches Spritzen.

Die erste Schicht 16 ist aus Aluminium-Silizium (AISi) gebildet. Die zweite Schicht 18 hingegen ist aus Mangan (Mn), Zink-Mangan (ZnMn) oder aus Zink-Kobalt (ZnCo) gebildet. Mittels der Beschichtung 14 können die Flüssigmetallversprödung und die Entstehung von Rotrost vermieden oder zumindest gering gehalten werden. Darüber hinaus lässt sich ein kathodischer Korrosionsschutz realisieren. Außerdem sind eine gute Haftung der Beschichtung 14 sowie stabile Korrosionsprodukte darstellbar. Darüber hinaus kann die Zink-Verdampfung zumindest gemindert werden.

Besteht die zweite Schicht aus Mangan, so weist diese zweite Schicht 18 vorzugsweise eine geringe Dicke, vorteilhafterweise geringer als 5 pm, auf.

Der Gewichtsanteil von Silizium an der Aluminium-Silizium-Legierung der ersten Schicht 16 beträgt bis zu 12 Prozent. Die Verwendung dieser ersten aluminierten Schicht wirkt sich positiv auf das Bauteil 10 beim Presshärten aus.

Mittels der Beschichtung 14 lassen sich somit besonders vorteilhafte, mechanische Eigenschaften des Bauteils 10 realisieren. Andererseits lässt sich ein besonders effektiver Korrosionsschutz darstellen.