Die Erfindung betrifft eine metallische Flachdichtung mit einer Dichtungslage, welche ein sich zumindest im Wesentlichen über die ganze Flachdichtung erstreckendes Stahlblech sowie an mindestens einer der beiden Hauptoberflächen der Dichtungslage eine Oberflächenbeschichtung aufweist.

Insbesondere betrifft die Erfindung eine ein- oder mehrlagige solche im

Wesentlichen metallische Flachdichtung, welche als Zylinderkopfdichtung, vorzugsweise aber als Verbrennungsmotorabgasstrang-Dichtung gestaltet ist, das heißt als eine im Abgasbereich eines Verbrennungsmotors zu verbauende Flachdichtung, wie eine Abgaskrümmerdichtung oder eine Flanschdichtung für einen Abgasturbolader.

Bei der Oberflächenbeschichtung der Dichtungslage soll es sich vorzugsweise um eine Elastomer-basierte Mikroabdichtungsbeschichtung oder um eine die Gleitreibung der Dichtungslage gegenüber einem der Letzteren benachbarten Elemente wie einer anderen Dichtungslage oder einem der Flachdichtung benachbarten Bauteil vermindernde Beschichtung (sogenannte Gleitschicht) handeln. Dabei ist unter einer Mikroabdichtungsbeschichtung eine solche Beschichtung zu verstehen, welche Undichtigkeiten aufgrund von Oberflä- chenrauigkeiten einer der Dichtungslage benachbarten Dichtfläche verhindert, unter einer Elastomer-basierten Beschichtung eine solche Beschichtung, wel- che zumindest im Wesentlichen aus einem Elastomer besteht, welches also auch Füllstoffe enthalten kann, während eine die Gleitreibung der Dichtungslage vermindernde Beschichtung härter ist als eine Mikroabdichtungsbeschichtung . Zur Verbesserung der Haftung von Lacken und anderen Beschichtungen an einem metallischen Träger werden häufig Konversionsschichten verwendet, worunter nichtmetallische, meist anorganische, sehr dünne Schichten auf einer Metalloberfläche verstanden werden; hierzu zählen auch alle auf einer Metalloberfläche erzeugten Phosphatschichten.

Nicht selten verlangen die Abnehmer metallischer Flachdichtungen, dass das Stahlblech einer, mehrerer oder aller Dichtungslagen der Flachdichtung aus einem im Betrieb der Flachdichtung korrosionsbeständigen Edelstahl besteht. Lange war es aber unmöglich, eine Phosphatschicht direkt auf ein Edelstahlblech kostengünstig aufzubringen, weshalb auf dem Edelstahlblech zunächst, und zwar meist elektrolytisch eine Zinkschicht und dann auf dieser eine Phos- phatschicht erzeugt wurde. Bei in einem Verbrennungsmotor zu verbauenden Flachdichtungen, insbesondere Zylinderkopfdichtungen, verursachen verzinkte Oberflächen jedoch Probleme : Kommt Zink in Kontakt mit dem Motor-Kühlmittel, verursachen durch Letzteres herausgelöste Zinkionen Ausfällungen im Kühlmittel, was von der Automobilindustrie nicht akzeptiert wird; außerdem fordert dieser Kundenkreis, dass ein Motor einem Salzsprühtest unterzogen wird, wodurch in vielen Fällen die Zinkschicht angegriffen oder gar zerstört und die auf der Zinkschicht vorhandene Oberflächenbeschichtung von der Salzlösung unterwandert wird, so dass die Oberflächenbeschichtung am metallischen Träger nicht mehr haftet. Schließlich ist noch Folgendes zu beachten : Wenn auf einer Metalloberfläche atomarer Wasserstoff entsteht, diffundiert dieser außerordentlich schnell in das Metall und wird dabei teilweise in das Metallgitter eingelagert, was zu einer sogenannten Wasserstoffver- sprödung des Metalls führt und bei einer metallischen Flachdichtung im Dichtungsbetrieb zur Folge haben kann, dass sich in einer metallischen Dichtungs- läge Risse bilden; eine solche Wasserstoffversprödung einer Stahlblech- Dichtungslage tritt aber insbesondere beim elektrolytischen Verzinken des Stahlblechs auf.

Der vorliegenden Erfindung lag nun die Aufgabe zugrunde, eine Dichtungslage einer metallischen Flachdichtung vorzuschlagen, und zwar eine kostengünstig herstellbare Dichtungslage, welche ein Edelstahlblech sowie an mindestens einer der beiden Hauptoberflächen der Dichtungslage eine gut haftende Oberflächenbeschichtung aufweist, wobei jedoch die vorstehend erörterten Probleme nicht auftreten oder zumindest minimiert sein sollen.

Diese Aufgabe lässt sich erfindungsgemäß mit einer Dichtungslage lösen, welche ein sich zumindest im Wesentlichen über die ganze Flachdichtung erstreckendes Edelstahlblech mit mindestens einer unpolierten Hauptoberfläche und auf Letzterer eine Konversionsschicht in Form einer auf dem Edelstahlblech galvanisch abgeschiedenen Schicht aus Zink-Phosphat und/oder Zink- Calcium-Phosphat aufweist, die mit einer Oberflächenbeschichtung versehen ist, wobei es sich bei der Letzteren um eine Beschichtung handeln soll, die gegenüber einer Schubbeanspruchung in einer parallel zur Ebene der Edelstahlblech-Hauptoberfläche verlaufenden Richtung weniger widerstandsfähig (beständig) ist als das Edelstahlblech, so wie dies bei den typischen Mikro- abdichtungsbeschichtungen und den die Gleitreibung der Dichtungslage ver- mindernden bekannten Beschichtungen der Fall ist.

Bei bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung ist die galvanisch, das heißt elektrolytisch abgeschiedene Phosphatschicht eine kathodische Beschichtung des Edelstahlblechs.

Eine erfindungsgemäße Dichtungslage lässt sich nicht nur wegen des Verzichts auf eine Zinkschicht, sondern auch deshalb kostengünstig herstellen, weil festgestellt wurde, dass sich die Konversionsschicht mit der zu fordernden Qualität und gutem Haftvermögen auf der Oberfläche eines üblichen Edel- stahlblech-Bandmaterials erzeugen lässt, das heißt die Oberfläche eines üblichen Bandmaterials muss nicht zuvor poliert werden, was die Produktionskosten deutlich erhöhen würde.

Bei der vorliegenden Erfindung ist unter einem Edelstahlblech ein solches zu verstehen, welches unter den Einsatzbedingungen einer erfindungsgemäßen Flachdichtung korossionsbeständig und insbesondere rostfrei ist. Selbstverständlich sind unter den Hauptoberflächen des Edelstahlblechs dessen voneinander abgewandte Oberflächen ohne die Flächen der Blechkanten zu verstehen. Besonders bevorzugt werden Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Dichtungslage mit einer Phosphat-Konversionsschicht, bei deren galvanischer Abscheidung so vorgegangen wurde, dass die galvanische Phosphatierung mit einem sauren zinkhaltigen Elektrolyten begonnen wurde, welchem im Zuge der galvanischen Abscheidung Calciumkarbonat zugegeben wurde. Da bei der galvanischen Phosphatierung in einem Bad gearbeitet wird, welches Phosphorsäure enthält, die beim galvanischen Phosphatieren Protonen bildet, führt die Zugabe von Calciumkarbonat zur Bildung von Carbonat-Anionen, welche mit Protonen zu Kohlensäure reagieren, so dass das Bad nicht durch eine Bildung von Phosphatschlamm verschmutzt wird und deshalb länger verwendet werden kann.

Insbesondere wird bei der Herstellung einer erfindungsgemäßen Dichtungslage, nämlich bei der galvanischen Abscheidung einer Phosphatschicht auf dem Edelstahlblech, nach dem sich aus der EP 1 574 601 Bl ergebenden Verfahren gearbeitet, so dass die sich aus diesem Dokument ergebenden Einzelheiten dieses Verfahrens auch als Bestandteil der vorliegenden Erfindungsbeschreibung zu sehen sind.

Wie sich aus dem Vorstehenden ergibt, lässt sich durch die vorliegende Erfin- dung eine Wasserstoffversprödung des Edelstahlblechs zumindest weitgehend vermeiden.

Überraschender Weise lässt sich eine deutliche Verbesserung der Haftung der Oberflächenbeschichtung dadurch erreichen, dass das Edelstahlblech samt der auf diesem abgeschiedenen Konversionsschicht einer Wärmebehandlung unterzogen wird, welche nicht nur zu einer Erhöhung der Festigkeit und damit zu einer Gefügeänderung des Edelstahls, sondern auch zu einer Änderung der Struktur der galvanisch abgeschiedenen Konversionsschicht führt (Untersuchungen führten zu dem Eindruck, dass durch die Wärmebehandlung auch das Gefüge der Konversionsschicht verändert wurde). An dem mit der Konversionsschicht versehenen Edelstahlblech sind also die Folgen der Wärmebe- handlung feststellbar.

Infolgedessen zeichnen sich bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Dichtungslage durch ein Edelstahlblech mit einer Festigkeit aus, wie sie durch eine Wärmebehandlung des mit der Konversionsschicht versehenen Edelstahlblechs erzielt wird, nämlich durch eine Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 200 °C bis 450 °C, insbesondere bei 350 °C bis 420 °C, während eines Zeitraums von 10 min bis 120 min, insbesondere von 20 min bis 60 min.

Wie sich bereits aus den vorstehenden Ausführungen ergibt, handelt es sich bei bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Dichtungslage bei der Oberflächenbeschichtung um eine Elastomer-basierte Mikroabdichtungs- beschichtung oder eine die Gleitreibung der Dichtungslage vermindernde Gleitschicht, wobei darauf hingewiesen werden soll, dass eine solche Gleitschicht insbesondere aus Sinterbronze bestehen kann, welche auf dem mit der Konversionsschicht versehenen Edelstahlblech gesintert wurde.

Handelt es sich bei der Oberflächenbeschichtung um eine Mikroabdichtungs- beschichtung, lässt sich deren Haftung dadurch optimieren, dass die

Elastomer-basierte Mikroabdichtungsbeschichtung einen die Haftung auf der Phosphatschicht noch weiter verbessernden Haftvermittler enthält und/oder zwischen der Phosphatschicht und der Mikroabdichtungsbeschichtung eine entsprechende Haftvermittlerschicht angeordnet ist. Als solche Haftvermittler für Elastomer-basierte Beschichtungen empfehlen sich besonders Harze oder Silane, aber auch Mischungen aus Harzen und Silanen. Als Harze besonders geeignet sind Phenolharze, und zwar auch deshalb, weil sich Phenolharze gut mit Silanen mischen lassen. Für Haftvermittler auf reiner Harzbasis werden aber auch Gemische von Phenolharzen mit anderen Harzen, insbesondere mit Epoxidharzen empfohlen. Bei bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung besteht das Edelstahlblech aus einem rostfreien Stahl mit einer der folgenden Werkstoffnummern : 1.40AB, 1.41CD, 1.43EF, 1.44GH, 1.45KL, 1.47MN und 1.48PQ, wobei die Buchstaben Folgendes bedeuten sollen :

AB: 00, Ol, 02, 05, 06, 16, 21, 28 oder 57;

CD: 04, 13 oder 25;

EF: Ol, 03, 05, 06, 07, 10, 11, 19 oder 72;

GH : Ol, 04, 06, 29, 35, 36, 38, 39, 49, 60 oder 62;

KL: 10, 12, 21, 29, 39, 41, 42, 46, 50, 65, 67 oder 71;

MN : 18;

PQ: 28, 41, 42, 45, 64 oder 78.

Bei vorteilhaften Ausführungsformen der Erfindung besteht das Edelstahlblech aus einem Federstahl; im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist unter einem Federstahl ein Stahl zu verstehen, bei dem das Verhältnis von Streckgrenze R _e oder hilfsweise Dehngrenze R _p0 ,2 zu Zugfestigkeit R _m größer als 0,85 % ist.

Ganz wesentlich ist die vorliegende Erfindung für Dichtungslagen, bei denen es sich um sogenannte Funktionslagen aus einem Edelstahlblech handelt, welches mindestens eine eingeprägte, in ihrer Höhe federelastisch veränderliche Ab- dichtsicke aufweist, wobei sich die Konversionsschicht und die Oberflächen- beschichtung bevorzugt über die Abdichtsicke erstrecken, denn eine Funktionslage einer metallischen Flachdichtung ist im Dichtungsbetrieb besonders hohen Beanspruchungen, und zwar auch durch sogenannte Schiebebewegungen ausgesetzt - Relativbewegungen in der Ebene der Flachdichtung zwi- sehen der Dichtungslage und dieser benachbarten Bauteilen -, so dass eine gute Haftung einer Oberflächenbeschichtung von größter Bedeutung ist, vor allem auch im Bereich des Kamms einer Abdichtsicke. Wie sich aus dem Vorstehenden ergibt, betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren zur Herstellung einer Dichtungslage einer metallischen Flachdichtung, wobei auf einer unpolierten Hauptoberfläche eines für die Dichtungslage vorgesehenen Edelstahlblechs eine Konversionsschicht aus Zink- Phosphat oder Zink-Calcium-Phosphat galvanisch abgeschieden und die Konversionsschicht mit einer Oberflächenbeschichtung versehen wird, welche gegenüber einer Schubbeanspruchung parallel zur Ebene der Dichtungslage weniger widerstandsfähig oder beständig ist als das Edelstahlblech, wobei zur Verbesserung der Haftung der Oberflächenbeschichtung das Edelstahlblech bei einer Temperatur von 200 °C bis 450 °C während eines Zeitraums von 10 min bis 120 min wärmebehandelt und die Wärmebehandlung nach dem Abscheiden der Konversionsschicht auf dem Edelstahlblech durchgeführt wird . Bevorzugt erfolgt die Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 350 °C bis 420 °C während eines Zeitraums von 20 min bis 60 min, und insbesondere erfolgt die Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 390 °C bis 420 °C, besonders bevorzugt bei 410 °C, während eines Zeitraums von 30 min bis 40 min.

Da das vorstehend erörterte Verfahren zur Erzeugung einer Phosphatschicht als Konversionsschicht mit einer hohen Abscheidegeschwindigkeit vonstatten geht (im Vergleich zu einer rein chemischen Phosphatierung), sieht die vorliegende Erfindung für bevorzugte Ausführungsformen erfindungsgemäßer Dichtungslagen vor, dass es sich bei den noch nicht mit der Oberflächenbeschichtung versehenen Dichtungslagen um aus einem mit einer erfindungsgemäßen Phosphatschicht versehenen Blechband ausgeschnittene, insbesondere ausge- stanzte Edelstahlblech-Platinen handelt. Im Falle einer vollflächigen Oberflächenbeschichtung kann das Blechband aber auch bereits mit der Oberflächenbeschichtung versehen sein, was allerdings im Falle der bevorzugten und vorstehend erörterten Wärmebehandlung voraussetzt, dass das Material der Oberflächenbeschichtung gegen die bei der Wärmebehandlung ange- wandten Temperaturen beständig ist. Wenn eine erfindungsgemäße Dichtungslage nur partiell mit einer Oberflächenbeschichtung versehen ist, kann diese vorteilhafterweise auch mittels des bekannten Siebdruckverfahrens aufgebracht worden sein. Die beigefügten Zeichnungen zeigen eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Dichtungslage, bei welcher es sich um eine Funktionslage handelt; in diesen Zeichnungen zeigen :

Fig. 1 : eine Draufsicht auf einen Teil einer solchen Dichtungslage, und Fig. 2 : einen Schnitt nach der Linie 2-2 in Fig . 1. Die Fig . 1 zeigt einen Teil einer Dichtungslage 10 einer ein- oder mehrlagigen Zylinderkopfdichtung für einen Hubkolben-Verbrennungsmotor, wobei in Fig. 1 nur eine Brennraumöffnung 12 vollständig und eine weitere Brennraumöffnung 14 teilweise dargestellt wurde. Die Dichtungslage 10 hat Schraubenlöcher 16 für den Durchtritt von Zylinderkopfschrauben, und außerdem weist die Dich- tungslage 10 für jede Brennraumöffnung eine diese umschließende Abdicht- sicke 18 auf.

Wie die Fig. 2 erkennen lässt, ist Hauptbestandteil der Dichtungslage 10 ein sich über die ganze Dichtungslage erstreckendes Stahlblech 20, in welches die im vorliegenden Fall als sogenannte Vollsicken gestalteten Abdichtsicken 18 eingeprägt wurden.

Auf der Oberseite (gemäß Fig . 2) des Blechs 20 ist dieses erfindungsgemäß vollflächig mit einer Konversionsschicht 22 versehen, bei der es sich um eine galvanisch abgeschiedene Phosphatschicht handelt. Diese dient als Haftvermittler für eine Oberflächenbeschichtung 24, damit Letztere gut und dauerhaft vollflächig mit dem Blech 20 verbunden ist.

Wie die Fig. 2 zeigt, erstrecken sich die Konversionsschicht 22 und die Ober- flächenbeschichtung 24 über die ganze Abdichtsicke 18 und damit auch über deren Kamm 18a. Insbesondere dann, wenn das Material der Oberflächenbeschichtung 24 ein elastomeres Material ist, welches mit Füllstoffen versehen sein kann, kann für eine optimale Haftung der Oberflächenbeschichtung 24 an der Konversionsschicht 22 Folgendes unternommen werden : Auf die Konversionsschicht 22 wird eine geeignete Haftvermittlerschicht aufgebracht, ehe die Oberflächenbeschichtung 24 aufgebracht wird, oder wird in ein zur Herstellung der Oberflächenbeschichtung 24 verwendetes Material ein geeigneter Haftvermittler eingemischt, ehe die Oberflächenbeschichtung 24 aufgebracht wird.