Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beschichtung eines metallischen Bauteils mit einer Korrosionsschutzschicht nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Zur Realisierung von Leichtbaukonzepten mit dem Ziel der Kraftstoffeinsparung werden insbesondere im Automobilbereich zunehmend Leichtmetallbauteile, z. B. aus Aluminium oder Mag- nesium, eingesetzt. Die Bauteile werden in der Regel gegos- sen, geschmiedet, stranggepresst oder extrudiert.

Die genannten Metalle und ihre Legierung bilden eine Passi- vierungsschicht an der Oberfläche aus, die sie unter normalen klimatischen Bedingungen gut gegen Korrosion schützt. Unter Einfluss von korrosionsfördernden Medien, wie Wasser und Salz, werden diese Metalle jedoch in nicht vertretbarem Maße korrosiv angegriffen. Zahlreiche Maßnahmen zur Beschichtung von Leichtmetallen, insbesondere von Magnesium, wurden hier- gegen entwickelt.

Die WO 01/92600 AI beschreibt ein Verfahren, bei dem ein hochkonzentriertes Formtrennmittel, das verschiedene organi- sche Bestandteile, u. a. Wachse, umfasst, auf ein metallisches Formwerkzeug gesprüht werden, wobei sich das hochkonzentrier-

te Formtrennmittel bei einem Formgebungsprozess in die Ober- fläche des abgebildeten Bauteils einbrennt.

Je nach Korrosionsbeständigkeit der verwendeten Formgebungs- metalle, Magnesium-, Aluminium-oder Zinklegierungen, sind zum Teil jedoch hohe Wachskonzentrationen erforderlich, damit die gewünschte Korrosionsbeständigkeit erzielt werden kann.

Derart hohe Wachskonzentrationen im Formtrennmittel führen jedoch teilweise zu einem schnellen Verstopfen von Sprühdü- sen, durch die das Formtrennmittel auf das Formwerkzeug auf- gebracht wird. Daneben erschweren hohe Wachsgehalte im Form- trennmittel ein gleichmäßiges Besprühen von Gießwerkzeugen oder Umformwerkzeugen an schwer zugänglichen Stellen. Die be- nötigte Menge an Formtrennmitteln wird so stark erhöht, was sich negativ auf die Kostenbilanz auswirkt.

Zudem kann es auf diese Art möglich sein, dass unerwünschte Wachsbelege im Werkzeug aufgetragen werden, die u. U. die Struktur des Bauteils und die Oberfläche des Bauteils negativ beeinträchtigen. Dies kann wiederum dazu führen, dass das Werkzeug häufiger als geplant ausgebaut und gereinigt werden muss, was die Produktionskosten erhöht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend vom ge- nannten Stand der Technik, eine gleichmäßigere Korrosionsbe- schichtung der Bauteile zu erzielen und dabei gleichzeitig den Bedarf an Formtrennmitteln pro Bauteil zu senken.

Die Lösung der Aufgabe besteht in den Merkmalen des Patentan- spruchs 1.

Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Beschichtung eines metallischen Bauteils mit einer Korrosionsschicht wird ein konzentriertes Formtrennmittel, das mindestens 0,3 % or-

ganische Formtrennmittelwirkstoffe enthält, auf ein metalli- sches Formwerkzeug gesprüht. Dabei ist die Oberfläche des me- tallischen Formwerkzeuges mindestens teilweise mit dem Form- trennmittel bedeckt. In dem Formwerkzeug wird ein Bauteil ge- formt. Dies kann beispielsweise durch einen Gießprozess oder durch einen Unformprozess erfolgen. Während des Formprozesses des Bauteils im Formwerkzeug wird das konzentrierte Form- trennmittel in eine Oberfläche des Bauteils eingebrannt. Das eingebrannte Formtrennmittel wirkt nach einem Verfestigen und einem Abkühlen des Bauteils teils als Korrosionsschutz- schicht.

Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich gegenüber dem Stand der Technik dadurch aus, dass das Formtrennmittel vor dem Aufsprühen auf eine Temperatur zwischen 40 °C und 99 °C erhitzt wird. Durch das Vorwärmen des Formtrennmittels er- niedrigt sich dessen Viskosität, wodurch eine gleichmäßigere Formtrennmittelverteilung gerade in schwer zugänglichen Werk- zeugzonen erzielt werden kann. An diesen schwer zugänglichen Werkzeugzonen verbessert sich durch die erfindungsgemäße Maß- nahme der Korrosionsschutz durch das eingebrannte Wachs, was wiederum dazu führt, dass die Konzentration an Formtrennmit- telwirkstoffen reduziert werden kann.

Erfindungsgemäß kann bereits bei einer Konzentration von 0,3 % Formtrennmittelwirkstoffen im Formtrennmittel eine korrosi- onshemmende Wirkung durch eine Oberflächenschicht auf dem Bauteil nachgewiesen werden. Diese deutliche Erniedrigung der Formtrennmittelkonzentration gegenüber dem Stand der Technik, die auf die definierte Beheizung des Formtrennmittels zurück- zuführen ist, führt zu einer erheblichen Kostenreduktion bei der Korrosionsbeschichtung des Bauteils. Weiterhin wird das Verstopfen von Sprühdüsen reduziert und die Oberflächenbe- schaffenheit der Bauteile verbessert.

In einer Ausgestaltungsform der Erfindung wird zum Aufsprühen des Formtrennmittels ein Sprühkopf angewendet und das Form- trennmittel wird beim Durchlaufen des Sprühkopfes auf die Temperatur zwischen 40 °C und 99 °C erhitzt. Somit wird das Formtrennmittel erst kurz vor dem Aufsprühen auf das Form- werkzeug erhitzt, was ein Zersetzen von organischen Bestand- teilen bzw. der Emulgatoren in dem Trennmittel vermeidet. E- benfalls werden durch diese Maßnahme Energiekosten einge- spart, da ein erwärmtes Formtrennmittel nicht über weitere Strecken transportiert werden muss.

Das Beheizen des Sprühkopfes kann durch verschiedene Methoden erfolgen. Vorteilhafte Heizmethoden sind u. a. induktive Be- heizungen, elektrische Beheizungen, beispielsweise durch Heizwendel, oder das Beheizen des Sprühkopfes durch Wärme- tauschvorrichtungen. Wärmetauschvorrichtungen können bei- spielsweise durch gasförmige oder flüssige Wärmemittel aus- gestaltet sein.

In bestimmten Anwendungsfällen kann es zweckmäßig sein, dass das Formwerkzeug nach dem Entformen eines Bauteils und vor dem Besprühen mit dem Formtrennmittel mit vorgewärmtem Was- ser, das ebenfalls in einem Temperaturbereich zwischen 40 °C und 99 °C aufgeheizt ist, besprüht wird. Diese Behandlung mit vorgewärmtem Wasser wirkt als Kühlung des Formwerkzeuges, das nach einem Formgebungsvorgang auf bis zu 500 °C lokal aufge- heizt sein kann. Durch diese Kühlungsmaßnahme wird die Tempe- raturwechselbelastung des Formwerkzeuges reduziert. Durch die eingestellte Temperatur des vorgewärmten Wassers wird gleich- zeitig vermieden, dass die Oberfläche des Formwerkzeuges un- ter eine Minimaltemperatur fällt, was beispielsweise bei län- geren Zyklusunterbrechungen möglich wäre. Durch diese Maßnah- me wird zudem vermieden, dass Bauteile auf Konturen des Form-

werkzeuges aufschrumpfen, was eine schlechte Entformung des Bauteils zur Folge hätte.

Das Formtrennmittel besteht üblicherweise aus einer Emulsion aus Wasser bzw. Öl und organischen Formtrennmittelwirkstof- fen. Herkömmliches Formtrennmittel enthält im Produktionsein- satz bzw. nach entsprechender Wasserverdünnung weniger als 0,3 % an organischen Formtrennmittelwirkstoffen. Erfindungs- gemäß hat sich herausgestellt, dass die korrosionshemmende Wirkung des Formtrennmittels dann einsetzt, wenn der Anteil an organischen Formtrennmittelwirkstoffen größer als 0,3 % ist. Der anzustrebende Wirkstoffanteil im Formtrennmittel richtet sich nach der Korrosionsbeständigkeit der Legierung.

Bei der korrosionsanfälligen Mg-Legierung AS 21 HP ist ein Mindestwirkstoffanteil von 14 % bis 16 % zweckmäßig, während bei der korrosionsbeständigeren Mg-Legierung AS 31 HP ein Wirkstoffanteil größer 0,5 % schon ausreichend ist. Aus Grün- den der besseren Verarbeitbarkeit des Formtrennmittels ist es andererseits zweckmäßig, dass der Anteil an organischen Form- trennmittelwirkstoffen 25 % nicht übersteigt. Es ist jedoch anzumerken, dass auch reine, unverdünnte Formtrennmittelwirk- stoffe, die auf das Formwerkzeug aufgetragen werden, die er- findungsgemäße korrosionshemmende Wirkung auf dem Bauteil er- zielen. Unverdünnte Formtrennmittelwirkstoffe lassen sich je- doch schlecht auf dem Formwerkzeug verteilen und versprühen.

Im Weiteren hat sich herausgestellt, dass je nach Al-bzw.

Mg-Legierung insbesondere eine Konzentration von 0,5 bis 20 % von organischen Formtrennmittelwirkstoffen vorteilhaft sind.

Weiterhin vorteilhaft, ist eine Konzentration zwischen 5 und 15 % an organischen Formtrennmittelwirkstoffen. Die Konzent- ration an Formtrennmittelwirkstoffen ist einerseits von den Korrosionsbelastungen abhängig, denen das Material ausgesetzt ist, andererseits ist das Material selbst maßgebend für die

angewandte Konzentration. Es wurde jedoch eine steigende Kor- rosionsbeständigkeit mit einer steigenden Konzentration an Formtrennmittelwirkstoff, ausgehend von einer Konzentration von 2 % bis hin zu reinem Formtrennmittelwirkstoff, festge- stellt.

Die organischen Formtrennmittelwirkstoffe umfassen in der Re- gel eine Mischung aus Polysiloxanen, Wachsen (Polyethylene, Parafine, Olefine, Fettalkohole, natürliches Wachse, etc.) und z. T. Synthetikölen. Eine besonders gute erfindungsgemäße Wirkung hat sich herausgestellt, wenn die Formtrennmittel- wirkstoffe zwischen 2 % und 50 % an Wachsen und/oder Polysi- loxanen enthalten. Insbesondere ein Wachsanteil zwischen 6 % und 35 % in dem Formtrennmittelwirkstoff ist besonders vor- teilhaft.

Alle Prozentangaben (%) sind im Rahmen der vorliegenden Er- findung als Gewichtsprozentangaben (Gew.-%) zu verstehen, die sich jeweils auf das Gesamtgewicht der jeweiligen Mischung, vorzugsweise des Formtrennmittels, beziehen.

Vorteilhafte Ausgestaltungsformen der Erfindung werden in den folgenden Figuren und Beispielen näher erläutert. Dabei zei- gen : Fig. 1 einen schematischen Aufbau zur Besprühung eines Form- werkzeuges mit Formtrennmitteln, Fig. 2 eine schematische Darstellung eines beheizten Sprüh- kopfes.

Beispiel 1 Zur Herstellung eines Gehäuseteils für ein PKW-Nebenaggregat aus der Magnesiumlegierung AS 21 HP wird ein entsprechendes Gießwerkzeug 7 (dargestellt ist eine Werkzeughälfte) mit ei-

nem konzentrierten Formtrennmittel 15, das zu 90 % aus Wasser und zu 14,9 % aus einem organischen Formtrennmittelwirkstoff besteht, flächendeckend besprüht. Zum Besprühen des Formwerk- zeuges 7, insbesondere dessen Formhohlraums 9, wird ein Sprühkopf 2 eingesetzt, der eine Sprühdüse 4 umfasst und durch eine nicht näher dargestellte Positioniervorrichtung 6, die beispielsweise in Form eines Roboterarmes ausgestaltet sein kann, bewegt wird. Der Sprühkopf 2 ist über eine Leitung 11 mit einem Behälter 13 verbunden, in dem das Formtrennmit- tel 15 aufbewahrt wird. Über die Leitung 11 wird das Form- trennmittel 15 unter Druck zum Sprühkopf 2 geführt. Im Sprüh- kopf 2 wird das Formtrennmittel 15 erhitzt und in den Form- hohlraum 9 des Formwerkzeuges 7 gesprüht.

In Figur 2 ist eine schematische Darstellung des Sprühkopfes 2 gegeben, wobei der Sprühkopf 2 eine Beheizung mit Heizwen- del 17 umfasst, durch die das Formtrennmittel 15, das durch die Leitung 11 in den Sprühkopf 2 geführt wird, auf eine Tem- peratur von ca. 70 °C erhitzt wird. Durch die Sprühdüse 4 des Sprühkopfs 2 tritt das Formtrennmittel 15 aus und wird, wie in Figur 1 dargestellt, in den Formhohlraum 9 des Formwerk- zeuges 7 gesprüht.

Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung nach Figur 1 wird die Oberfläche des Formhohlraumes 9 besonders gleichmäßig mit dem Formtrennmittel 15 beschichtet. Die Oberfläche des Formhohl- raumes 9 weist üblicherweise bereits eine Temperatur von ca.

300 °C auf. Nach einer Wartezeit von ca. 15 s ist das Wasser des Formtrennmittels größtenteils verdampft und der organi- sche Formtrennmittelwirkstoff ist auf der Oberfläche fixiert.

Anschließend wird der Formhohlraum 9 des Formwerkzeuges 7 mit einer geschmolzenen Magnesiumlegierung, die eine Temperatur von 700 °C aufweist, unter Druck befüllt. Der Formtrennmit- telwirkstoff, der auf der Oberfläche des Formhohlraums 9 fi-

xiert ist, verhindert während der Befüllung eine Benetzung der Oberfläche durch die Magnesiumschmelze. In dieser Pro- zessphase findet nahezu keine Wechselwirkung zwischen der Schmelze und dem Formtrennmittel statt.

Nach dem vollständigen Befüllen erstarrt die Magnesiumschmel- ze zu einem Bauteil. Der Erstarrungsvorgang dauert ca. 15 s.

In dieser Zeit bildet sich auf der Oberfläche des Formhohl- raums 9 eine Gießhaut aus, die nach dem Entformen die Ober- fläche des Bauteils bildet. Während des Erstarrens lösen sich Teile des fixierten Formtrennmittelwirkstoffes und brennen sich in die Gießhaut ein. Hierbei wird die chemische Struktur des Formtrennmittels nicht nachhaltig geschädigt. Zur Verhin- derung einer Zersetzung des eingebrannten Formtrennmittel- wirkstoffes während einer längeren Abkühlphase wird das Bau- teil in Wasser abgeschreckt.

Der angewendete Formtrennmittelwirkstoff besteht im Wesentli- chen aus Polysiloxanen, Wachs und Synthetikölen. Für das Ein- brennen in die Oberfläche des Bauteils ist im Wesentlichen das Wachs verantwortlich. Das Wachs des Formtrennmittelwirk- stoffes führt letztlich auch zu der erfindungsgemäßen korro- sionshemmenden Wirkung und des Oberflächenschutzes. Der ange- wendete Formtrennmittelwirkstoff weist eine Wachskonzentrati- on von 30 % auf.

In dem oben angegebenen Beispiel wird exemplarisch auf einen Druckgießprozess eingegangen. Grundsätzlich ist es jedoch möglich, das erfindungsgemäße Verfahren auf alle Bauteilform- gebungsprozesse anzuwenden, in dem ein Formtrennmittel benö- tigt wird. Hierbei seien alle herkömmlichen Gießverfahren ge- nannt, in denen eine Dauergießform verwendet wird. Besonders vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Verfahren jedoch auch auf Schmiedeprozesse anzuwenden. Hierbei sei beispielweise auf Aluminiumschmiedeprozesse verwiesen. Die korrosionshem-

mende Wirkung, die durch das erfindungsgemäße Verfahren her- vorgerufen wird, kommt ebenso vorteilhaft auf Aluminiumbau- teilen zum Tragen. Ferner kann das erfindungsgemäße Verfahren auch auf Zinklegierungen angewendet werden.

Im oben angegebenen Beispiel wird das Formtrennmittel 15 im Sprühkopf 2 durch einen elektrischen Heizwendel erhitzt.

Grundsätzlich sind jedoch alle Heizverfahren im Sprühkopf denkbar, die eine rasche Aufheizung des Formtrennmittels 15 während des Durchlaufes durch den Sprühkopf 2 gewährleisten.

Als alternative Verfahren seien hierbei Wärmetauschverfahren, z. B. durch ein flüssiges Heizmedium oder ein induktives Heiz- verfahren durch eine Induktionsspule, genannt. Es sei jedoch darauf verwiesen, dass es vorteilhaft ist, wenn die Erwärmung des Formtrennmittels 15 direkt im Sprühkopf 2, kurz vor dem Austreten des Formtrennmittels 15 aus der Sprühdüse 4, er- folgt. Somit wird das Formtrennmittel nur sehr kurze Zeit auf dieser erhöhten Temperatur gehalten, wodurch eine mögliche Zersetzung von verschiedenen Wirkstoffen des Formtrennmittel- wirkstoffes verhindert wird.

Das Formtrennmittel besteht in der Regel aus Wasser und Form- trennmittelwirkstoff. In Einzelfällen kann es jedoch zweckmä- ßig sein, dass weitere funktionale Stoffe, als die die be- reits genannt wurden, beispielsweise auch anorganische Stof- fe, dem Formtrennmittel beigemischt werden.

Beispiel 2 Der Sprühkopf weist in einer anderen Ausgestaltungsform meh- rere, hier nicht dargestellt Einzeldüsen auf, die separat be- heizt werden können. Die Durchflussmenge der Einzeldüsen ist einzeln regulierbar, wobei durch gezieltes Steuern der Durch- flussmenge der einzelnen Düsen die Temperatur des ausgesprüh- ten Formtrennmittels sehr schnell geändert werden kann. Dies hat den Vorteil, dass kältere Bereiche des Formwerkzeuges 7 mit heißerem Formtrennmittel besprüht werden können und umge- kehrt. Hierdurch können Thermospannungen im Formwerkzeug re- duziert werden.