Stahlflachprodukt aufgebrachten metallischen Schutzschicht auf

Zn-Al-Mg-Basis und Stahlflachprodukt

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Modifizierung der Oberfläche einer auf einem Stahlflachprodukt aufgebrachten metallischen Schutzschicht auf Zn-Al-Mg-Basis, welche Magnesiumoxid- und/oder Aluminiumoxid-bedeckte

Bereiche aufweist.

Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Stahlflachprodukt, welches mit einer metallischen Schutzschicht auf Zn-Al-Mg-Basis versehen ist und eine auf die Schutzschicht aufgetragene Phospahtierbeschichtung aufweist, die Mg, AI und Zn enthält.

Als Stahlflachprodukte werden hier Walzprodukte verstanden, deren Länge und Breite jeweils wesentlich größer sind als ihre Dicke. Somit sind, wenn nachfolgend von einem Stahlflachprodukt oder auch von einem„Blechprodukt“ die Rede ist, damit Walzprodukte, wie Stahlbänder oder -bleche, gemeint, aus denen für die Herstellung von beispielsweise Karosseriebauteilen Zuschnitte oder Platinen abgeteilt werden.

„Blechformteile“ oder„Blechbauteile“ sind aus derartigen Stahlflach- oder

Blechprodukten hergestellt, wobei hier die Begriffe„Blechformteil“ und „Blechbauteil“ synonym verwendet werden. Die Begriffe„Phosphatierschicht“,„Phosphatschicht“,

„Phosphatkristallschicht“ und„Phosphatbeschichtung“ sind im Folgenden ebenfalls synonym zu verstehen.

Der Begriff "Phosphorkristall" bezeichnet hier alle Kristalle, die aus

Verbindungen mit Phosphor gebildet werden. Dazu zahlen insbesondere die bei der Phosphatierung einer Zn-Beschichtung entstehenden

Zinkphosphatkristalle.

Der Begriff„Phosphat“ umfasst hier Phosphorsäure und Salze der

Phosphorsäure in jeder Dissoziationsstufe. Unter den Begriff„Phosphat" fallen somit auch Dihydrogenphosphate und Hydrogenphosphate sowie Phosphorsäure in nicht-dissoziierter Form.

Wird hier von Gehalten anorganischer Elemente wie Zink, Nickel, Mangan oder Eisen in der wässrigen Phosphatierlösung gesprochen, so sind hierbei insbesondere die Metallkationen der entsprechenden Salze gemeint. Wird somit beispielsweise ein bestimmter Anteil an Zink in der Phosphatierlösung in g/l beschrieben, so ist damit insbesondere Zink gemeint, welches in Form einer Zink-Verbindung, insbesondere eines Zinksalzes, der

Phosphatierlösung zugefügt wurde.

Wie in der vom Steel Institute VDEh, Düsseldorf, herausgegebenen und unter der URL https://www.stahl-online.de/wp-content/uploads/2013/08/ZM- Coatings-for-Automotive-lndustry.pdf zum Download bereitgestellten

Broschüre„ZINC-MAGNESIUM-ALUMINIUM COATINGS FOR

AUTOMOTIVE INDUSTRY“, First Edition 2013, im Einzelnen erläutert, enthalten metallische Zn-Mg-Al-Überzüge, mit denen Stahlflachprodukte der hier in Rede stehenden Art überzogen sind, typischerweise in Summe bis zu 8 Gew.-% Mg und AI. Derartige Überzüge werden in der Fachsprache und im vorliegenden Text auch kurz als„ZM-Überzug“ oder„ZM-Beschichtung“ bezeichnet

In ZM-Überzügen sind unterschiedliche Phasen, wie Zn, MgZn2, Al-reiches Zn, vorhanden, die jeweils zur Schutzwirkung des Überzugs beitragen. Der Al-Gehalt eines ZM-Überzugs variiert typischerweise im Bereich von 1 - 3,7 Gew.-%, während der Mg-Gehalt typischerweise bei 1 - 3 Gew.-% liegt.

Die durch die besondere Verteilung von Zn-, Mg- und Al-haltigen Phasen in der ZM-Schutzschicht erzielte optimierte Schutzwirkung erlaubt minimierte Schichtdicken bei gleichzeitig maximiertem Schutz vor Korrosion. Dies trägt nicht nur zur Verbesserung des Umformverhaltens, sondern auch zur Schonung der zur Erzeugung von Korrosionsschutz benötigten Ressourcen bei. So eröffnen sich für mit ZM-Überzügen versehene Stahlflachprodukte eine Vielzahl von Anwendungen beispielsweise im Bereich der Herstellung von Fahrzeugkarosserien und vergleichbare Anwendungen, in denen als Ausgangsprodukt dienende ZM-beschichtete Bleche bei hohen

Umformgraden zum jeweiligen Bauteil geformt werden.

Praktische Erfahrungen zeigen, dass der bei ZM-beschichteten

Stahlflachprodukten erzielten optimierten Korrosionsschutzwirkung und Verformbarkeit in bestimmten Anwendungsfällen eine, verglichen mit herkömmlich Zink- oder Aluminium-beschichteten Stahlflachprodukten, weniger gute Eignung zum Lackieren oder Verkleben entgegensteht. So kommt es bei ZM-beschichteten Stahlflachprodukten zum Ablösen von auf sie aufgetragenen Lackierungen oder Brüchen der an ihnen

vorgenommenen Klebeverbindung.

Insbesondere das Bruchverhalten von geklebten Oberflächen ist für viele Anwendungsbereiche, beispielsweise im Automobilbereich, von großer Bedeutung. Hierbei wird zwischen drei Brucharten unterschieden: - Kohäsives Versagen (cohesive failure), bei dem der Bruch im Klebstoff stattfindet;

- Adhäsives Versagen (adhesive failure), bei dem der Bruch an der

Grenzfläche zwischen Oxidschicht und Klebstoff stattfindet;

- Substratnaher spezieller Kohäsionsbruch (substrate close cohesive failure), bei dem der Bruch im Klebstoff in der Nähe der Grenzfläche zwischen Oxidschicht und Klebstoff stattfindet.

Es ist bekannt, dass die Haftung von Beschichtungen oder

Klebverbindungen an ZM-beschichteten Stahlflachprodukten durch eine Passivierung der zu lackierenden oder zu verklebenden Oberfläche verbessert werden kann. Hierzu wird zunächst durch ein Spülen mit einer aggressiven Säure, insbesondere Salzsäure, dem so genannten

„Dekapieren“, die native Oxidschicht entfernt und anschließend eine

Passivierungsschicht aufgetragen. Abgesehen davon, dass für das

Dekapieren große Mengen an Säure eingesetzt werden müssen, erweist es sich hier als besonders problematisch, dass gängige Passivierungsschichten giftige Ghrom(VI)-Verbindungen enthalten, an deren Einsatz hohe

Sicherheitsanforderungen gestellt werden.

Hinzukommt, dass die Passivierungsschicht bei der Umformung eines entsprechend passvierten Stahlflachprodukts Abrieb bilden kann und so das Verformungsverhalten beeinflusst. Zudem werden mit dem Dekapieren auch solche an der Oberfläche der ZM-Beschichtung vorhandene Elemente und Verbindungen entfernt, die positive Einflüsse auf die Verarbeitbarkeit des Stahlflachprodukts und seine Beschicht- bzw. Verklebbarkeit haben.

Es ist bekannt, dass sich insbesondere die Verklebbarkeit von ZM- beschichteten Stahlflachprodukten oder daraus geformten Bauteilen auch dadurch verbessern lässt, dass auf die Zn-Al-Mg-Schicht ein Haftvermittler aufgetragen wird.

In der EP 2 824 213 A1 ist ein Verfahren zur Verbesserung der Haftfähigkeit eines mit einer Schutzbeschichtung auf Zn-Al-Mg-Basis versehenen

Stahlblechs beschrieben, bei dem in einem kontinuierlichen Verfahren eine Schutzbeschichtung auf Zn-Al-Mg-Basis aufgebracht wird und anschließend die AI2O3 und MgO aufweisende Oxidschicht, ohne diese dabei zu dekapieren, modifiziert wird. Hierzu wird das schutzbeschichtete Stahlblech zunächst dressiert und anschließend mit einer wässrigen fluoridhaltigen Zusammensetzung unter Reduktion des MgO-Anteils behandelt.

Auch in der US 2015/0352825 A1 wird ein Verfahren zur Herstellung von Metallblechen mit einer Beschichtung auf Zn-Al-Mg-Basis beschrieben, die eine verbesserte Kompatibilität mit Haftvermittlern bzw. Klebern aufweisen sollen, indem ein mit Zn-AI-Mg-beschichtetes erstes Metallblech mit einer sauren Lösung behandelt wird, die einen pH Wert von 1 bis 4 aufweist, und anschließend ein Haftvermittler bzw. Kleber auf die mit der sauren Lösung behandelte Beschichtung aufgetragen wird. Ein zweites Metallblech wird dann über den Haftvermittler bzw. Kleber mit dem ersten Metallblech zusammengefügt.

Vor dem Hintergrund des voranstehend erläuterten Standes der Technik hat sich die Aufgabe ergeben, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem sich die Oberfläche einer auf ein Stahlflachprodukt aufgebrachten metallischen Schutzschicht auf Zn-Al-Mg-Basis so modifizieren lässt, dass dort eine verbesserte Lack- oder Klebehaftung erzielt ist. Das Verfahren soll ferner die EHS-Anforderungen C'EHS" = Environment, Health und Safety) erfüllen.

Darüber hinaus sollte ein Stahlflachprodukt mit einer metallischen

Schutzschicht auf Zn-Al-Mg-Basis angegeben werden, das eine verbesserte Lackhaftung und/oder Brucheigenschaften besitzt. In Bezug auf das Verfahren hat die Erfindung diese Aufgabe dadurch gelöst, dass zur Modifizierung der Oberfläche einer auf ein Stahlfiachprodukt

aufgebrachten metallischen Schutzschicht auf Zn-Al-Mg-Basis mindestens die in Anspruch 1 angegebenen Arbeitsschritte durchlaufen werden. Dabei versteht es sich von selbst, dass die hier nicht erwähnten, für den Fachmann bei der Durchführung eines Verfahrens der hier in Rede stehenden Art

üblicherweise absolvierten Verfahrensschritte auch beim

erfindungsgemäßen Verfahren zusätzlich durchgeführt werden, wenn hierzu der Bedarf besteht.

Ein die voranstehend angegebene Aufgabe lösendes Stahlflachprodukt weist mindestens die in Anspruch 16 aufgezählten Merkmale auf.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen

Ansprüchen angegeben und werden nachfolgend wie der allgemeine

Erfindungsgedanke im Einzelnen erläutert.

Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Modifizierung der Oberfläche einer auf einem Stahlfiachprodukt aufgebrachten metallischen Schutzschicht auf Zn-Al- Mg-Basis, welche Magnesiumoxid- und/oder Aluminiumoxid-bedeckte Bereiche aufweist, wird folglich a) die Oberfläche der metallischen Schutzschicht mit einer wässrigen

Phosphatierlösung benetzt, die mindestens Phosphat enthält, b 1 ) wobei die Benetzung über eine Benetzungsdauer durchgeführt wird, die mindestens bis zum Eintritt einer Reduktion des Magnesiumoxid- und/oder Aluminiumoxid-Anteils an den mit Magnesiumoxid- und/oder Aluminiumoxid bedeckten Bereichen der Oberfläche der metallischen Schutzschicht dauert, und b.2) die Benetzung abgeschlossen wird, bevor sich eine Zinkphosphatschicht an den mit Magnesiumoxid- und/oder Aluminiumoxid bedeckten Bereichen der Oberfläche der metallischen Schutzschicht bildet.

Gemäß der Erfindung wird das an seiner Oberfläche zu modifizierende, mit einer ZM-Beschichtung versehene Stahlflachprodukt einer Phosphatierung unterzogen, bei der, anders als bei einer konventionellen Phosphatierung, die Benetzungsdauer mit der Phosphatierlösung so gewählt wird, dass nur die die Lack- oder Klebehaftung beeinträchtigenden Metallkationen, insbesondere Magnesiumkationen, aus der oberflächennahen, auf der ZM-Beschichtung vorhandenen Oxidschicht, gelöst werden, wogegen die für die Anhaftung günstigen Bestandteile der Oxidschicht vorhanden bleiben oder durch die Phosphatierung dort erst gebildet werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren macht sich dabei die Zeitdifferenz zu Nutze, die zwischen Phosphatierungsbeginn, d.h. dem ersten Kontakt der Oberfläche mit Phosphatierungslösung, und dem Zeitpunkt vergeht, ab dem bei einer konventionell durchgeführten Phosphatierung konversionschemische Prozesse einsetzen.

Dabei wird durch das erfindungsgemäße Verfahren die Oxidschicht von der ZM- Beschichtung nicht vollständig abgelöst, sondern nur die die Lack- oder

Klebehaftung beeinträchtigenden Elemente bzw. Verbindungen aus der

Oxidschicht entfernt. Gleichzeitig werden die an der Oberfläche des ZM- Überzugs vorhandenen zinkreichen Bereiche selektiv phosphatiert.

Solche zinkreichen Bereiche bilden sich beispielsweise durch mechanisch bewirkte Veränderungen der homogenen, magnesium- und/oder

aluminiumreichen nativen Oxidschicht, die nach dem üblicherweise als

Schmelztauchbeschichtung erfolgenden Auftrag des ZM-Überzugs auf den frisch beschichteten Stahlflachprodukten entsteht. Beispielsweise bei einem nach dem Beschichtungsprozess zur Verbesserung der Maßhaltigkeit und der Optimierung der Oberflächenbeschaffenheit, insbesondere der

Oberflächenrauigkeit üblicherweise durchgeführten Dressieren, wird diese Oxidschicht in den ZM-Überzug eingedrückt oder weicht in Folge der beim Dressieren wirkenden Druckkräfte seitlich aus. Hierdurch kann es insbesondere im Kantenbereich des Stahlflachprodukts zum Aufreißen der Oxidschicht kommen. Die dadurch von der nativen Oxidschicht befreiten

Oberflächenbereiche der ZM-Beschichtung oxidieren zwar innerhalb kurzer Zeit erneut, jedoch sind die so neu entstehenden Oxidschichten deutlich zinkreicher als die zuvor. vorhandene native Oxidschicht.

Die erfindungsgemäß vorgenommene Phosphatierung führt nun im Bereich der nativen Oxidschicht zu einer Ausdünnung und Modifizierung, indem

Magnesium- und/oder Aluminium-Bestandteile aus der Oxidschicht entfernt werden, so dass die entsprechend modifizierte Oberfläche proportional deutlich zinkreicher ist.

Tatsächlich ähnelt die erfindungsgemäß phosphatierte, proportional

zinkreichere Oberfläche chemisch nun eher einer Oberfläche, wie sie bei zinkbeschichteten Oberflächen mit sehr hohem Zinkanteil zu finden ist. Die Oberflächen von derartigen in der Fachsprache auch als„Z-" oder„ZE- Beschichtungen“ bezeichneten Überzügen mit sehr hohem Zinkanteil lassen sich mit heute zur Verfügung stehenden Lack- oder Klebesystemen deutlich besser lackieren und verkleben als Oberflächen von ZM-Überzügen, da die vorhandenen Lack- oder Klebesysteme üblicherweise für Z-Überzüge optimiert sind.

In den Bereichen, in denen schon vor der erfindungsgemäß vorgenommenen Phosphatierung aufgrund eines zuvor beispielsweise mechanisch erfolgten Entfernens der nativen Oxidschicht oder aus anderen Gründen der Zn-Anteil an den an der Oberfläche vorhandenen Elementen und Verbindungen überwiegt, kommt es im Zuge der erfindungsgemäß vorgenommenen Phosphatierung hingegen zu einem klassischen Konversionsprozess, so dass diese Bereiche selektiv phosphatiert werden. Dies führt zu einer Abdeckung dieser Bereiche, wodurch der Korrosionsschutz sowie die Lackhaftungs- und

Klebeeigenschaften auch dort verbessert werden.

Entscheidend für die Erfindung ist somit, dass die erfindungsgemäß

durchgeführte Phosphatierung einerseits so kurz durchgeführt wird, dass sich auf der erfindungsgemäß behandelten Oberfläche des ZM-Überzugs keine vollflächige Zinkphosphatschicht bilden kann (Bedingung b.2)). Dies schließt selbstverständlich nicht aus, dass einzelne Zinkphosphatkristalle oder einzelne Cluster an Zinkphosphatkristallen in den mit Magnesiumoxid- und/oder Aluminiumoxid-bedeckten Bereichen der Oberfläche vorliegen können.

Anderseits ist die Benetzungsdauer, über die erfindungsgemäß die Oberfläche der ZM-Beschichtung der Phosphatierlösung ausgesetzt wird, so bemessen, dass die Magnesiumoxid- und/oder Aluminiumoxid-Anteile an der Oberfläche des mit einer metallischen Schutzschicht auf Zn-Al-Mg-Basis versehenen Stahiflachprodukts nach Beendigung der Benetzung reduziert sind (Bedingung b.1 )).

Die Dauer der Benetzung richtet sich somit nach der Zeit, die benötigt wird, um die auf einer erfindungsgemäß zu modifizierenden Oberfläche einer ZM- Beschichtung vorhandene Oxidschicht abzulösen. Hierzu geeignete

Benetzungsdauern liegen in der Praxis bei 0,5 - 600 Sekunden,

insbesondere 1 - 60 Sekunden.

Eine Benetzungsdauer von mindestens 0,5 Sekunden, insbesondere mindestens 1 Sekunde, stellt sicher, dass sich die erfindungsgemäß genutzten und angestrebten Effekte einstellen. Durch Einhalten einer

Benetzungsdauer von höchstens 60 Sekunden lässt sich verhindert, dass sich großflächig geschlossene Phosphatschichtbereiche auf der

erfindungsgemäß behandelten Fläche bilden. Praktische Versuche haben hier gezeigt, dass bei Benetzungsdauern von höchstens 15 s dieser unerwünschte Effekt sicher vermieden werden kann.

Gleichzeitig bleibt bei derart beschränkten Benetzungsdauern eine im

Hinblick auf einen optimalen Korrosionsschutz günstige Dicke der

Oxidschicht aufgrund der mit der Verminderung der Magnesium- und/oder Aluminiumoxid-Anteile einhergehenden Erhöhung des Zinkoxid-Anteils weitestgehend unverändert. Optimalerweise liegen daher die ·

Benetzungsdauern beim erfindungsgemäßen Verfahren im Bereich von 1 - 15 Sekunden. Letzteres gilt insbesondere im Fall von Applikation des Phosphatiermittels durch Spritzen.

Bei einer Bandphosphatierung sind aufgrund der erforderlichen

Bandgeschwindigkeiten und der Intensität, mit der die zu behandelnde Oberfläche der Phosphatierlösung dabei ausgesetzt wird,

Benetzungsdauern von insbesondere bis zu 5 Sekunden für das effiziente Ablösen der Oxidschicht besonders geeignet.

Beim Tauchphosphatieren oder Coatingphosphatieren kann die

Benetzungsdauer ebenfalls mindestens 0,5 Sekunden, insbesondere mindestens 1 Sekunde, betragen wobei sich in diesem Fall bei

Benetzungsdauern von mindestens 5 Sekunden oder mindestens

10 Sekunden, insbesondere mindestens 20 Sekunden oder mindestens 30 Sekunden die erfindungsgemäß angestrebten Wirkungen besonders betriebssicher einstellen. Gleichzeitig ist die Höchstdauer der Benetzung auch bei einer Tauch- oder Coatingphosphatierung auf 600 Sekunden, insbesondere 300 Sekunden oder 120 Sekunden beschränkt, wobei sich auch in diesem Fall Benetzungsdauern von höchstens 60 Sekunden als besonders praxisgerecht herausgestellt haben.

Oberflächennahe Schichten der ZM-Beschichtung im Sinne der Erfindung sind insbesondere an die Oberfläche angrenzende Schichten, die eine Dicke von 75 nm aufweisen, also ausgehend von der freien Oberfläche des

Stahlflachprodukts bis zu einer Tiefe 75 nm reichen.

Die Konzentrationsbestimmung in der an der Oberfläche befindlichen atomaren Monolage erfolgt mittels Time-of-Flight Secondary Ion Mas.s Spectrometry, kurz "ToF-SIMS", in einer an die Oberflächen grenzenden Schicht mit einer Dicke von 5 nm von der Oberfläche (also bezogen auf die freie Oberfläche des Stahlflachprodukts in eine Tiefe von 5 nm) mittels

Röntgenphotoelektronenspektroskopie (englisch: X-ray photoefectron spectroscopy "XPS") oder in einer an die Oberfläche grenzenden Schicht ml! einer Dicke von 75 nm mittels Glimmentladungsspektroskopie (engl. Glow Discharge Optical Emission Spectroscopy, GDOS/GDOES).

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird in den voranstehend

genannten oberflächennahen Schichten der ZM-Beschichtung eine

Verringerung der relativen Konzentration von Magnesium und/oder

Aluminium und eine Erhöhung der relativen Konzentration von Zink bewirkt. Dabei wird das Vorkommen der Elemente Zink, Magnesium und Aluminium im Sinne der Erfindung unabhängig von der Form erfasst, in welcher diese vorliegen. Es spielt somit keine Rolle, ob diese Elemente als neutrale Atome oder als Ionen, in einem Verbund wie zum Beispiel einer Legierung oder in intermetallische Phasen oder in einer Verbindung wie zum Beispiel in einem Komplex oder als Oxide, Salze, Hydroxide oder Ähnliches vorliegen.

Die Bestimmung der relativen Konzentration von Zink, Aluminium und

Magnesium erfolgt erfindungsgemäß durch Bestimmung der absoluten

Konzentration dieser Elemente mittels einem der voranstehend genannten Verfahren und anschließender Normierung auf 100 %. Dabei wird die

Summe der Konzentration an Zink, Aluminium und Magnesium gleich 100 gesetzt und der Anteil des jeweiligen Elements an diesem 100 % als relative Konzentration, also bezogen auf 100 %, gewertet bzw. gewichtet. Die relative Konzentration eines Elements (AI, Mg, Zn) bezieht sich mithin auf die 100 % darstellende Summe der Konzentrationen der drei Elemente AI, Mg, Zn.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lässt sich in einer ausgehend von der Oberfläche der Beschichtung bis in eine Tiefe von 5 nm reichenden Schicht, d.h. in einer Informationstiefe von 5 nm, gemessen mittels

Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS), bezogen auf die

Gesamtmenge von Mg, A! und Zn und verglichen mit der relativen

Konzentration an Mg an der Oberfläche vor Durchführung des Verfahrens eine Verringerung der relativen Konzentration von Mg um mindestens 5 %, insbesondere um mindestens 10 %, um mindestens 12 %, um mindestens 15 %, um mindestens 18 %, um mindestens 20 %, um mindestens 22 %, um mindestens 25 %, um mindestens 27 %, um mindestens 30 %, um

mindestens 32 %, um mindestens 34 %, um mindestens 36 %, um

mindestens 38 %, um mindestens 40 % oder mehr, erzielen.

Genauso stellt sich bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Erhöhung der relativen Konzentration von Zn und AI um mindestens 50 %, insbesondere mindestens 55 %, mindestens 60 %, mindestens 62 %, mindestens 64 %, mindestens 66 %, mindestens 68 %, mindestens 70 %, mindestens 71 %, mindestens 72 %, mindestens 73 %, mindestens 74 %, mindestens 75 %, mindestens 76 %, mindestens 77 %, mindestens 78 %, mindestens 79 %, mindestens 80 %, mindestens 81 %, mindestens 82 %, mindestens 83 %, mindestens 84 %, mindestens 85 %, mindestens 86 %, mindestens 87 %, mindestens 88 %, mindestens 89 % oder mindestens 90 %, ein, wobei auch hier die Messung mittels

Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS) mit einer Informationstiefe von 5 nm erfolgt und die relative Konzentration jeweils auf die Gesamtmenge von Mg, Al und Zn bezogen und mit der relativen Konzentration an Zn und AI an der Oberfläche vor Durchführung des Verfahrens verglichen wird. Da die absolute Konzentration der Elemente Ai, Mg und Zn von

Beschichtung zu Beschichtung variieren kann, erfolgt erfindungsgemäß die Angabe für das allgemein einzusetzende Verfahren als relative

Konzentration und in Prozentpunkten, um die Änderungen genau zu definieren. Somit können die Begriffe "Zink", "Aluminium" und "Magnesium" im Sinne der Erfindung nicht nur die Elemente in reiner Form, sondern zusätzlich oxidische und/öder hydroxidische bzw. jegliche Form von

Verbindungen erfassen, die diese Elemente enthalten. Eine nicht behandelte Vergleichsprobe im Sinne der Erfindung ist ein Substrat mit einer Zn-Al-Mg- Beschichtung, welches einschließlich der Beschichtung identisch mit der Probe ist, die erfindungsgemäß eingesetzt wird. D.h., die Vergleichsprobe ("Kontrolle") hat bis auf das erfindungsgemäße Verfahren dieselben

Prozesse und Herstellungsschritte durchlaufen wie ein erfindungsgemäß prozessiertes Stahlflachprodukt. Der einzige Unterschied zu dem

erfindungsgemäß eingesetzten Substrat mit einer Zn-AI-Mg-Beschichtung ist, dass die Kontrolle nicht dem erfindungsgemäßen Verfahren unterzogen wird.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lässt sich die relative Konzentration von Mg um mindestens 5 %, insbesondere um mindestens 10 %, um mindestens 12 %, um mindestens 15 %, um mindestens 18 %, um

mindestens 20 %, um mindestens 22 %, um mindestens 25%, um

mindestens 27 %, um mindestens 30%, um mindestens 32 %, um

mindestens 34 %, um mindestens 38 %, um mindestens 38 %, um

mindestens 40 % oder mehr, gemessen mittels

Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS) mit einer Informationstiefe von 5 nm, bezogen auf eine Gesamtmenge von Mg, AI und Zn und verglichen mit der relativen Konzentration an Mg an der Oberfläche vor Durchführung des Verfahrens, verringern.

In einer Ausführung der Erfindung erfolgt durch das erfindungsgemäße Verfahren in einer an die Oberfläche grenzenden Schicht mit einer Dicke, die gleich der XPS-typischen informationstiefe ist, eine Verringerung der relativen Konzentration von Magnesium um mindestens 10 Prozentpunkte, insbesondere mindestens 20 Prozentpunkte, wobei sich eine Verminderung von mindestens 30 Prozentpunkten, insbesondere mindestens 35

Prozentpunkten, als besonders vorteilhaft heraussteilt. Dabei lässt sich die absolute Konzentration von Zink, Magnesium und Aluminium mittels XPS bestimmen und wird dann relativ betrachtet.

Gemäß einer weiteren Ausführung der Erfindung wird durch das

erfindungsgemäße Verfahren alternativ oder zusätzlich in einer an die Oberfläche grenzenden Schicht mit einer Dicke von 75 nm; eine

Verringerung der relativen Konzentration von Magnesium um mindestens 2 Prozentpunkte, insbesondere mindestens 5 Prozentpunkte, bewirkt, wobei sich eine Verminderung um 10 Prozentpunkte oder mehr als besonders vorteilhaft herausgestellt hat. Dabei lässt sich die absolute Konzentration an Zink, Magnesium und Aluminium in der betreffenden Schichttiefe mittels GD- OES bestimmen und wird dann relativ betrachtet.

Ebenso alternativ oder zusätzlich erfolgt gemäß einer dritten Ausführung der Erfindung durch das erfindungsgemäße Verfahren in der an der Oberfläche befindlichen atomaren Monolage eine Verringerung der relativen

Konzentration von Magnesium um mindestens 5 Prozentpunkte,

insbesondere mindestens 7 Prozentpunkte, wobei sich in diesem Fall die Vorzüge der Erfindung bei einer Verminderung um 10 Prozentpunkte oder mehr besonders sicher zeigen. Dabei wird die absolute Konzentration mittels ToF-SIMS bestimmt, bei der die absoluten Konzentrationen von Zink, Magnesium und Aluminium durch die jeweiligen Signalintensitäten

wiedergegeben werden und dann hier relativ betrachtet wird.

Schließlich kann alternativ oder zusätzlich gemäß einer Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Erhöhung der relativen Konzentration von Zink bestimmt mittels einem der oben beschriebenen Verfahren von jeweils mindestens 4 Prozentpunkten, insbesondere mindestens 7

Prozentpunkten, besonders bevorzugt 10 Prozentpunkten oder mehr, erzielt werden.

Die erfindungsgemäße "selektive Phosphatierung" kann in einen

konventionellen Fertigungsablauf eingebunden werden, wie er durchlaufen wird, wenn ZM-beschichtete Stahlflach produkte vom Hersteller,

gegebenenfalls über Zwischenhändler oder -Verarbeiter, an einen

Endverarbeiter ("Kunden") geliefert werden, von dem sie zu Bauteilen umgeformt werden. Hierbei werden erfindungsgemäß die in einem

Feuerverzinkungsschritt mit der ZM-Beschichtung versehenen und

anschließend optional dressiergewalzten Stahlflachprodukte

erfindungsgemäß selektiv phosphatiert, um anschließend nach einer in konventioneller Weise erfolgenden Spülung, Trocknung und Beölung an den Kunden geliefert zu werden. Beim Kunden erfolgt dann die konventionelle Umformung zu einem Blechbauteil, das, sofern dies verfahrenstechnisch sinnvoll ist, in ebenso konventioneller Weise nach einer Reinigung

oberflächenaktiviert wird, um schließlich eine konventionelle Phosphatierung zu durchlaufen. Entscheidend ist, dass die erfindungsgemäße

Phosphatierung vor dem Verformen des Stahlflachprodukts zu dem Bauteil und zusätzlich zu der eigentlichen vorgenommen Phosphatierung

vorgenommen wird, der üblicherweise das Bauteil nach seiner Formgebung unterzogen wird.

Die erfindungsgemäß zu modifizierenden Stahlflachprodukte weisen eine metallische Schutzschicht auf Zn-Al-Mg-Basis auf, die in konventioneller Weise ausgebildet und auf das Stahlsubstrat aufgetragen ist. Typischerweise enthalten dabei die an ihrer Oberfläche erfindungsgemäß zu behandelnden ZM- Überzüge (in Gew.-%) 0,1 - 3,0 Gew.-% AI und 0,1 - 3,0 Gew.-% Mg, Rest Zink und herstellungsbedingt unvermeidbare Verunreinigungen in technisch unwirksamen Gehalten. Besonders gute Verarbeitungseigenschaften lassen sich mit ZM-Überzügen erreichen, die 1 ,0 - 2,0 Gew.-% AI und 0,6 - 2,0 Gew.- % Mg enthalten. Dabei eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren und die dadurch erzielte Modifikation der an der Oberfläche einer ZM-Beschichtung vorhandenen Oxidschicht insbesondere dann, wenn die ZM-Beschichtung durch Schmelztauchbeschichten auf das jeweilige Stahlsubstrat aufgetragen worden ist.

Die Beschichtung kann unterschiedlich dick auf das Stahlsubstrat aufgetragen werden. Einen besonders guten Korrosionsschutz weist die erfindungsgemäß vorgesehene metallische Schutzschicht auf Zn-Al-Mg-Basis bei einem

Auflagengewicht von insgesamt 1 - 600 g/m ² auf, das heißt einem

Auflagengewicht pro Seite von 0,5 - 300 g/m ² . Eine besonders gute

Verarbeitbarkeit des beschichteten Stahlsubstrats bei gleichzeitig gutem

Korrosionsschutz wird mit einem Auflagengewicht von insgesamt 20 - 300 g/m ² , das heißt einem Auflagengewicht pro Seite von 10 - 150 g/m ² , erzielt.

Da die Steuerung der erfindungsgemäß genutzten Effekte über die

Benetzungsdauer so erfolgt, dass das erfindungsgemäße Phosphatieren beendet wird, bevor die bei der üblichen Phosphatierung genutzten

konversionschemischen Prozesse einsetzen, können für das

erfindungsgemäße Verfahren alle dem Fachmann bekannten wässrigen

Phosphatierlösungen zum Einsatz kommen. Solche wässrigen

Phosphatierlösungen enthalten typischerweise 0,1 - 35 g/l Phosphorsäure.

Besonders gut gelingt der Abtrag des Magnesium- und/oder Aluminiumoxids von der Oberfläche eines erfindungsgemäß behandelten Stahlflachprodukts insbesondere mit einer Phosphatierlösung, die 0,1 - 8 g/l Phosphorsäure enthält.

Enthält die Phosphatierlösung Zink, Nickel und/oder Mangan, so kann

Phosphat auch in Form von Metallphosphaten in die Phosphatierlösung eingebracht werden. In diesem Fall enthält die Phosphatierlösung

typischerweise 10 - 35 g/l Phosphat. Der Anteil an Phosphorsäure an der Gesamtmenge an Phosphat lässt sich hierbei durch den pH-Wert

bestimmen, typischerweise enthält die Phosphatierlösung 1 - 8 g/i

Phosphorsäure, insbesondere 1 - 4 g/i oder 1 - 3 g/l Phosphorsäure.

Gemäß einer weiteren Variante der Erfindung enthält die Phosphatierlösung neben Phosphat mindestens eine Verbindung ausgewählt aus der Gruppe „Zink, Nickel, Mangan“, mit der Maßgabe, dass im Fall der jeweiligen

Anwesenheit der Gehalt der wässrigen Phosphatierlösung an Zink 0,5 - 8 g/l, der Gehaltan Nicke! 0,5 - 8 g/I und der Gehalt an Mangan 0,5 - 8 g/l beträgt. Bei Anwesenheit von Nickel und/oder Mangan in der Phosphatierlösung entstehen in Bereichen der Oberfläche des ZM-Überzugs, die bereits vor der erfindungsgemäß vorgenommenen Phosphatierung nicht oder nur

geringfügig mit Magnesiumoxid- und/oder Aluminiumoxid bedeckt sind, besonders feine Zinkphosphatkristalle, die die Lack- und Klebehaftung in den betreffenden Bereichen besonders verbessern.

Die erfindungsgemäß eingesetzte wässrige Phosphatierlösung kann jeweils optional 1 - 20 mg/l Fe oder 0,01 - 3 g/l F enthalten, um den Ablöseprozess des Magnesiumoxids und/oder Aluminiumoxids zu beschleunigen oder zur Stabilisierung der modifizierten Oxidschicht beizutragen. pH-Werte von 1 - 5 der wässrigen Phosphatierlösung tragen zum

Gleichgewicht zwischen Herauslösen der Magnesiumoxid- und/oder

Aluminiumoxid-Anteile aus der metallischen Schutzschicht und Verhindern der Konversionschemie des metallischen Zinks zu Zinkphosphatkristallen bei. Als in dieser Hinsicht besonders wirkungsvoll erweist es sich, wenn die erfindungsgemäße wässrige Phosphatierlösung einen pH-Wert von 1 - 4 aufweist, wobei sich pH-Werte von 1 - 3, insbesondere 1 ,0 - 2,1 oder 1 ,0 - 1 ,7 als besonders günstig erwiesen haben.

.Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die wässrige Lösung eine Konzentration von Phosphorsäure von 1 mM bis 100 mM auf, Bes einer erfindungsgemäß verwendeten Phosphatierlösung, die zur

Bandphosphatierung eingesetzt werden soll, sind pH-Werte von mindestens 2 besonders geeignet. Gleichzeitig hat sich gezeigt, dass eine

Beschränkung des pH-Werts auf höchstens 4 für das Arbeitsergebnis dieses AnwendungsfalSs günstig ist. Wird dagegen eine Tauchphosphatierung durchgeführt, so haben sich pH-Werte von 3 - 5 als besonders günstig erwiesen.

Bei einer für die Bandphosphatierung besonders geeigneten

Ausführungsform der Erfindung enthält die Phosphatierlösung 30 - 35 g/l

Phosphat, 0,5 - 8 g/l Nickel, 0,5 - 8 g/l Mangan, 0,5 - 8 g/l Zink, 1 - 35 g/l Nitrat, 0,01 - 1 g/l Fluorid und 1 - 20 g/l Eisen bei einem pH-Wert von 2 - 4. Es hat sich gezeigt, dass Phosphatierlösungen mit dieser

Zusammensetzung und diesem pH-Wert den sich bei einer

Bandphosphatierung stellenden Anforderungen besonders gut entsprechen.

Für die T auchphosphatierung hat sich in praktischen Studien eine

Phosphatierlösung als besonders geeignet herausgestellt, die 20 - 35 g/l Phosphat, 0,5 - 8 g/l Nickel, 0,5 - 8 g/l Mangan, 0,5 - 8 g/l Zink und

0,3 - 3 g/l Fluorid, insbesondere in Form von SiF ₆ , enthält, wobei die

Phosphatierlösung hierbei einen pH-Wert von 3 bis 5 aufweist.

Um die Effizienz der Verfahrensführung zu erhöhen, kann die wässrige Phosphatierlösung für die erfindungsgemäße Benetzung auf 30 - 80 °C erwärmt werden.

Die erfindungsgemäße Benetzung der mit der metallischen Schutzschicht auf Zn-Al-Mg-Basis versehenen Oberfläche des Stahlflachprodukts mit der wässrigen Phosphatierlösung kann auf konventionelle Weise erfolgen. So lassen sich zu diesem Zweck bekannte Spritz-, Spritz/Tauch-, Tauch- oder Coatinganlagen einsetzen. Durch Einsatz von Spritzanlagen bei einer Bandphosphatierung kann in an sich bekannter Weise eine besonders hohe Produktivität erreicht werden. In Tauchanlagen hingegen kann in ebenso bekannter Weise besonders kostengünstig produziert werden.

Aufgrund der geringen Benetzungsdauer eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren besonders für eine Applikation der Phosphatierlösung im kontinuierlichen Durchlauf, wie sie sich insbesondere bei der

Bandphosphatierung realisieren lässt. Das erfindungsgemäße Verfahren kann allerdings je nach spezifischer Anwendung auch im Stückprozess eingesetzt werden, wie es für die Tauchphosphatierung typisch ist.

Eine Aktivierung der zu modifizierenden Oberfläche des ZM-Überzugs ist grundsätzlich nicht erforderlich. Sind an der betreffenden Oberfläche jedoch größere, von AI- oder Mg-Oxiden freie Bereiche mit erhöhten Zn- Oxidanteilen vorhanden, so kann es im Hinblick auf die Entstehung von möglichst feinen Zinkphosphatkristallen in diesen Bereichen günstig sein, eine Aktivierung durchzuführen. Dies gilt insbesondere dann, wenn

Benetzungsdauern von länger als 10 Sekunden gewählt werden. Durch die ^' Aktivierung wird in diesem Fall verhindert, dass sich in den hoch Zn-Oxid- haltigen Bereichen grobe Zinkphosphatkristalle bilden, die sich negativ auf die Klebehaftung auswirken würden.

Für die optionale Aktivierung der metallischen Schutzschicht auf Zn-Al-Mg- Basis eignen sich grundsätzlich die hierzu im Stand der Technik

üblicherweise verwendeten wässrigen Aktivierungslösungen. Eine solche Aktivierungslösung enthält typischerweise 0,8 - 15 g/l Aktivierungsmittel, wobei das Aktivierungsmittel aus einer oder mehrerer Verbindungen aus der Gruppe von Titanverbindungen„Titandioxid, Kaliumtitanfluorid,

Dikaliumfluorotitanat, Titanylsulfat, Titantetrachlorid, Titantetrafluorid, Titantrichlorid, Titanhydroxid, Titannitrit, Titannitrat, Kaliumtitanoxidoxalat und Titancarbid“, aus der Gruppe von Phosphatverbindungen

„Zinkphosphat, Nickelphosphat, Manganphosphat, Calciumphosphat, Eisenphosphat, Aluminiumphosphat und Cobaltphosphat“ und/oder aus der Gruppe von anderen Metallverbindungen„Kupfer, insbesondere

Kupfersulfat, Kupfernitrat, Kupferchlorid, Kupfercarbonat oder Kupferoxid,

Nickel, Blei, insbesondere Bleiacetat, Zinn, insbesondere Zinnchlorid,

Zinntetrachlorid oder Zinnsulfat, Arsen, insbesondere Arsenoxid, Zirkon, insbesondere Zirkonchlorid oder Zirkonsulfat, Eisen und Lithium“ ausgewählt ist.

Um sicherzustellen, dass die Reaktionsprozesse an der erfindungsgemäß zu modifizierenden Oberfläche eines ZM-Überzugs stoppen, sobald die

Benetzungsdauer abgelaufen ist, kann die betreffende Oberfläche nach Ende der Benetzung mit einer Spülflüssigkeit gespült werden. Diese Spülung sorgt zudem dafür, dass auf der Oberfläche vorhandene lose

Magnesiumoxid- und/oder Aluminiumoxid-Anteile entfernt werden. Die Spülung kann mit Wasser und/oder einem Alkohol, insbesondere

ausgewählt aus der Gruppe enthaltend oder bestehend aus Methanol, Ethanol, Propanol und Isopropanol erfolgen. Als Alkohol hat sich hierbei aus wirtschaftlichen und ökologischen Gründen insbesondere Isopropanol als geeignet herausgestellt. Das Spülen kann in einem zweistufigen Verfahren durchgeführt werden, bei dem zunächst mit Wasser und anschließend mit einem Alkohol oder einer wässrigen Lösung eines Alkohols gespült wird. Alternativ kann auch eine Mischung aus Alkohol und Wasser in einem einstufigen Spülschritt aufgetragen werden. Durch den Einsatz von Wasser und einem Alkohol kann die Oberfläche besonders sorgfältig gespült werden.

Bei einem erfindungsgemäßen Stahlflachprodukt, welches mit einer metallischen Schutzschicht auf Zn-Al-Mg-Basis versehen ist und mindestens einzelne auf die Schutzschicht aufgetragene Phosphatkristalle aufweist, beträgt der Anteil an AI und Mg an der Oberfläche der metallischen

Schutzschicht an einer aus den auf der Oberfläche vorhandenen Mengen an Mg, AI und Zn gebildeten Gesamtmenge jeweils < 65 Atom-%. Als „Gesamtmenge“ ist dabei die Summe der an der erfindungsgemäß modifizierten Oberfläche vorhandenen Mengen an Mg, AI und Zn

bezeichnet.

Das Stahlflachprodukt mit diesen Atom%-Anteilen an Mg, AI und Zn an der

Oberfläche weist eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit sowie eine optimierte Lack- und Klebehaftung auf. Dabei lässt sich ein

erfindungsgemäßes Stahlflachprodukt insbesondere durch ein

erfindungsgemäßes Verfahren erzeugen.

Besonders gute Lack- und Klebehaftungseigenschaften lassen sich dadurch erzielen, dass der Anteil von Mg und AI an der Gesamtmenge der an der erfindungsgemäß modifizierten Oberfläche vorhandenen Mengen an Mg, AI und Zn jeweils < 20 Atom-% beträgt.

Dabei zeichnet sich ein erfindungsgemäßes Stahlflachprodukt insbesondere dadurch aus, dass in Bereichen der Phosphatierschicht, in denen der Anteil an Zn an der Gesamtmenge der im jeweiligen Bereich vorhandene AI-, Mg- und Zn- Mengen mehr als 85 Atom-% beträgt, Zinkphosphatkristalle vorhanden sind.

Als Stahl, aus dem das Stahlsubstrat erfindungsgemäß behandelter

Stahlflachprodukte besteht, kommen grundsätzlich alle Stähle infrage, die sich mit einer metallischen Schutzschicht auf Zn-Al-Mg-Basis durch Anwendung von zum Stand der Technik gehörenden Verfahren beschichten lassen. Hierzu zählen insbesondere weiche, unlegierte Stähle (beispielsweise die gemäß VDA- Werkstoffdatenblatt VDA 239-100 so bezeichneten Stähle "CR3", "CR4" oder "CR5), höherfeste IF-Stähle (beispielsweise der gemäß DIN EN 10152, 10268, 10346 so bezeichnete Stahl "HC180Y"), Bakehardeningstähle (beispielsweise die gemäß VDA-Werkstoffdatenblat VDA 239-100 so bezeichneten Stähle "CR180B" und "CR210B"), höherfeste Stähle (beispielsweise die gemäß DIN EN 10268, 10346 so bezeichneten Stähle "HC340" und "HC420") und höherfeste

Dualphasen- oder Mehrphasenstähle, die insbesondere TRI P-Eigenschaften besitzen. Diese und weitere in Frage kommende Stähle sind in den Broschüren "Produktübersicht: Stähle für die Automobilindustrie - Produktinformation", Stand: August 2018, Version 0, und "Steel DP-W und DP-K - Produktinformation für Dualphasenstähle", Stand: Februar 2018, Version 0, beide herausgegeben von der thyssenkrupp Steel Europe AG, Duisburg, Deutschland, verzeichnet.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Figuren zeigen:

Fig. 1 ein Diagramm, in dem die erfindungsgemäß bei Beschichtung und

Weiterverarbeitung eines mit einem ZM-Überzug beschichteten Stahlflachprodukts absolvierten Arbeitsschritte dargestelit sind;

Fig. 2 ein Diagramm, in dem die bei der konventionellen Beschichtung

und Weiterverarbeitung eines mit einem ZM-Überzug

beschichteten Stahlflachprodukts absolvierten Arbeitsschritte

dargestellt sind;

Fig. 3 ein Diagramm, in dem für verschiedene jeweils im

Zugscherversuch untersuchte Proben die Zugscherfestigkeiten in MPa angegeben sind;

Fig. 4 ein Diagramm, in dem für verschiedene jeweils im

Zugscherversuch untersuchte Proben der Bruchflächenanteil in "%" angegeben ist;

Fig. 5 ein Diagramm, in dem die relativen Konzentrationen an Mg, AI und

Zn an der Oberfläche dargestellt sind, nach Anwendung des

erfindungsgemäßen Verfahrens im Vergleich zu einer Referenz;

Fig. 6 ein Diagramm, in dem für verschiedene jeweils im

Zugscherversuch untersuchte Proben der Bruchflächenanteil in "%" angegeben ist; Fig. 7 ein Diagramm, in dem das Ablaufschema einer

Bandphosphatierung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren dargestellt ist;

Fig. 8 ein Diagramm, in dem die relativen Konzentrationen an Mg, AI und

Zn an der Oberfläche dargestellt sind, nach Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens im Vergleich zu einer Referenz;

Fig. 9 ein Diagramm, in dem für verschiedene jeweils im

Zugscherversuch untersuchte Proben der Bruchflächenanteil in "%" angegeben ist;

Fig. 10 ein Diagramm, in dem die Verfahrensschritte bei einer

Bandphosphatierung dargestellt sind;

Fig. 11 ein Diagramm, in dem die relativen Konzentrationen an Mg, AI und

Zn an der Oberfläche dargestellt sind, nach Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens im Vergleich zu einer Referenz;

Fig. 12 ein Diagramm, in dem die relativen Konzentrationen an Mg, AI und

Zn in der atomaren Monolage dargestellt sind, nach Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens im Vergleich zu einer Referenz, Kontrolle auf einer dressierten ZM-Beschichtung;

Fig. 13 ein Diagramm, in dem die relativen Konzentrationen an Mg, AI und

Zn an der Oberfläche dargestellt sind, nach Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens im Vergleich zu einer Referenz, Kontrolle auf einer undressierten ZM-Beschichtung;

Fig. 14 ein Diagramm, in dem die relativen Konzentrationen an Mg, AI und

Zn an der Oberfläche dargestellt sind, nach Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens im Vergleich zu einer Referenz, Kontrolle auf einer dressierten ZM-Beschichtung;

Fig. 15 ein Diagramm, in dem für verschiedene jeweils im

Zugscherversuch untersuchte Proben der Bruchflächenanteil in„%“ angegeben ist.

Die bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens absolvierten Arbeitsschritte sind in Fig 1 dargestellt. Demnach durchläuft das jeweils zu beschichtende Stahlflachprodukt zunächst eine in konventioneller Weise erfolgende Feuerbeschichtung, in der es mit einem ebenfalls konventionell zusammengesetzten und beschaffenen ZM-Überzug

schmelztauchbeschichtet wird.

Anschließend wird das ZM-beschichtete Stahlflachprodukt optional dressiergewalzt, um in bekannter Weise seine Maßhaltigkeit, seine

Oberflächenbeschaffenheit und /oder seine mechanischen Eigenschaften einzustellen.

Das mit der ZM-Beschichtung versehene, optional dressiergewalzte

Stahlflachprodukt wird nun einem ersten Phosphatierschritt, dem

erfindungsgemäßen "selektiven Phosphatieren", unterworden, bei dem es mit einer wässrigen Phosphatierlösung P1 oder P2 benetzt wird. Durch diese selektive Phosphatierung wird der Anteil an Magnesiumoxid- und/oder Aluminiumoxid an der Oberfläche der metallischen Schutzschicht reduziert.

Anschließend wird das Stahlflachprodukt in konventioneller Weise gespült, getrocknet und beölt, um dann zum jeweiligen Kunden, d.h. der Stelle, an dem das Stahlflachprodukt weiterverarbeitet wird, transportiert zu werden.

Beim Kunden wird das Stahlflachprodukt dann zu einem Blechbauteil umgeformt. Das so erhaltene Blechbauteil kann mit anderen Blechbauteilen zu einer größeren Struktur zusammengefügt werden. Das Zusammenfügen mit jeweils einem anderen Bauteil erfolgt dabei typischerweise durch

Verkleben, Punktschweißen oder Laserlöten. Das erfindungsgemäßeselektive Phosphatieren bietet für das Zusammenfügen der Blechbauteile optimale Voraussetzungen.

Das jeweilige Bauteil oder die aus mehreren vorgefertigten Bauteilen zusammengefügte Struktur werden daraufhin beim Kunden in üblicher Weise entfettet und von oberflächlichen Belägen befreit. Dabei können vor oder nach der Entfettung oder Reinigung die bei der Herstellung und

Verarbeitung von Blechformteilen aus Stahlflachprodukten der hier in Rede stehenden Art üblichen Arbeitsschritte absolviert werden, wie eine

thermische oder mechanische Vor- oder Nachbehandlung des jeweiligen Bauteils.

Um beste Voraussetzungen für die Haftung der abschließend beim Kunden durchlaufenen und konventionell ausgeführten zweiten Phosphatierung zu schaffen, können die Oberflächen des entfeteten und gereinigten Bauteils auf konventionelle Weise aktiviert werden.

Abschließend erfolgt dann in ebenso konventioneller Weise die zweite Phosphatierung, auf die hin das erhaltene Blechbauteil optimal gegen Korrosion geschützt ist und beste Voraussetzungen für eine Lackierung oder desgleichen bietet.

Im Unterschied zur in Fig. 1 schematisch dargestellten erfindungsgemäßen Vorgehensweise bei der Phosphatierung von Stahlflachprodukten wird bei der in Fig. 2 schematisch dargestellten konventionellen Vorgehensweise das jeweilige Stahlflachprodukt durch Feuerbeschichten mit einer ZM- Beschichtung schmelztauchbeschichtet, dann optional dressiergewalzt, daraufhin vor- oder nachbehandelt, für den Transport zum Kunden beölt, zum Kunden transportiert, vom Kunden umgeformt, gereinigt,

oberflächenaktiviert und abschließend einmalig phosphatiert.

Die Modifizierung der Oberfläche eines Stahlflachprodukts gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wurde wie in den nachfolgend im Einzelnen erläuterten Beispielen aufgeführt.

Die Zusammensetzungen der ZM-Beschichtung an der Oberfläche vor und nach der erfindungsgemäßen Modifizierung wurden mittels XPS bestimmt. Dazu wurden zunächst in einer XPS-typischen, ausgehend von der freien Oberfläche der Beschichtung gemessenen informationstiefe von etwa 5 nm die absoluten, oberflächennahen Konzentrationen der Elemente Zink, Magnesium und Aluminium ermittelt. Anschließend sind die so erfassten absoluten Werte auf 100 % normiert und relativ zueinander betrachtet worden.

Die XPS-Messung wurde mit einem Phi Quantera II SXM Scanning XPS Microprobe Gerät von Physical Electronics GmbH durchgeführt, welches folgende Parameter aulwies:

Arbeitsdruck in Hauptkammer: 1 x 10 ⁶ Pa; Schleusendruck: < 2,7 x 10 ⁴ Pa; Röntgenquelle: A1 1486,6 eV monochromatisch; maximale Probengröße 70 mm x 70 mm x 15 mm (Höhe); Neutralisationsmittel: Ar und Elektronen; Neutralisationsspannung: 1 ,5 V; Neutralisationsstromstärke 20,0 mA;

Strahldurchmesser: 100 pm; Pass Energy (Durchlassenergie): 280 eV; Spektrale Auflösung: 1 eV.

Die Zusammensetzung der metallischen Schutzschicht wurde mittels GD- OES-Messung ermittelt. Hierzu wurde das von der Spectruma Analytik GmbH angebotene Glimmentladungsspektrometer„Spectruma GDA750“ eingesetzt. Dieser Vakuum-Simultanspektrometer weist eine Brennweite von 750 mm und eine nach dem Grimm-Typ aufgebaute Entladungsquelle sowie eine Messmöglichkeit im DC- und RF-Modus auf. Bei den vorliegend berichteten Versuchen erfolgte die Messung im RF-Modus. Dabei wurde der

Messung über eine Dauer von 25 s ein Vorplasma vorgeschaltet. Für die Messung wurde das Glimmentladungsspektrometer mit einer 4 mm-Anode und Argon 5.0 (99,999 %) Gas bei einer Anodenspannung von 800 V, einem Anodenstrom von 20 mA, einer Leistung von 16 W und einem Lampendruck von 3-10 hPa betrieben.

Auf diese Weise wurden quantifizierte Sputterprofile gemessen, die über einen Messfleck mit einem Durchmesser von 4 mm den relativen Anteil Xi eines Elements i (also Zink, Aluminium oder Magnesium) in Abhängigkeit von der mittleren Sputtertiefe d Wiedergaben. Für jedes Element ließ sich mittels der Trapezregel ein integraler Kennwert Si berechnen, der die auf die Länge der Integrationsgrenzen normierte Fläche unter der Funktion Xi(d) approximiert wurde. Der integrale Kennwert Si(d1 ,d2) hängt von den

Grenzen d1 und d2 ab, welche den zu untersuchenden Flächenbereich unter der Funktion Xi(d) vorgeben. Die Kennwerte wurden durch die

Integrationsgrenzen von d1 = 0 nm und d2 = 75 nm festgelegt.

Durch eine Vielzahl von GD-OES Messungen an unterschiedlichen Stellen auf demselben Substrat Z (wobei hier "Z" lediglich eine Variable ist, die für jedes beliebige Substrat steht) wurden mit Hilfe des oben beschriebenen Verfahrens mittlere Kennwerte Si(Z) sowie deren Standardabweichung i(Z) für jedes Element berechnet und dem jeweiligen Substrat Z zugeordnet. Anschließend wurden die elementspezifischen Kennwerte Si der Proben Z (1-n) 1 bis n- Mal gemessen, die dem erfindungsgemäßen Verfahren untergezogen wurden.

Diese Kennwerte lagen für alle Elemente i in einem Bereich einer

Standardabweichung um Si(Z) ±2 i (Z). Mithin wurden die Kennwerte entsprechend der Kontrolle dem jeweiligen Element zugeordnet. Mittels ToF-SIMS bestimmte relative Konzentrationen wurden gemessen, indem die ZM-Oberfläche innerhalb einer repräsentativen Messfläche

(5 x 5 mm ² ) rasternd untersucht worden sind. Dabei sind an jeder Position des Rasters ein Spektrum in der positiven Polarität und die Rohsignale für die Hauptbestandteile Mg, Al und Zn aufgenommen worden. Die relative Konzentration des Elements X, welches in diesem Fall entweder für das Element Magnesium, Zink und Aluminium stehen kann, ergibt sich aus dem Quotienten [X-Rohsignal-Integral / (Zn-Rohsignal-Integral + Mg-Rohsignal- Integral + Al-Rohsignal-Integral)].“Rohsignal” bedeutet hier die Peak-Fläche, d.h. das„Rohsignal-Integral“, das über alle Rasterpositionen die integrierte Intensität darstellt, welche dem jeweiligen Element zugeordnet ist. Für die ToF-SIMS Messung ist ein von der 10N-T0F GmbH, Münster, Deutschland, unter der Bezeichnung " TOF.SIMS 5” angebotenes Messgerät eingesetzt worden, wobei ein Primärionenstrahl mit 25 keV Bi3+ ~ 0,3 pA und einer Pulsdauer < 1 ns eingesetzt wurde und das Messkammervakuum etwa 2E ⁹ mbar und das Messfeld in der Variante (a) 500 x 500 pm ² mit 512 x 512 Pixeln, 30 Scans, random rasier, und in der Variante (b) 3,08 x 3,08 mm ² (308 X 308 pixel) mit 50 shots per pixel, random rasier (innerhalb eines jeden ca. 300 x 300 pm ² großen ,,Stitching“-Messfeldes) betrug. Aus den so ermittelten absoluten Konzentrationen sind in der schon beschriebenen Weise die relativen Konzentrationen bestimmt worden.

Beispiel 1 :

Für die Versuche in Beispiel 1 wurden fünf Stahiblechproben Ph-12 bis Ph-16 aus einem Stahl S bereitgestellt, dessen Zusammensetzung in Tabelle 1 angegeben ist.

Jede der Proben Ph-12 - Ph-16 wurde in konventioneller Weise durch

Schmelztauchbeschichten (Feuerverzinken) mit einem ZM-Überzug versehen. Die Zusammensetzungen der ZM-Überzüge der Proben Ph-12 - Phi 6 sind in Tabelle 2 angegeben und wurden mittels GD-OES-Messung festgestellt. Die zunächst mit einer mild alkalischen Wesero 1340-Lösung gereinigte Oberfläche der mit der jeweiligen ZM-Beschichtung versehenen Proben

Ph-12 - Ph-16 wurden anschließend mit einer Phosphatierlösung P1 benetzt, wobei die Phosphatierlösung P1 folgende Zusammensetzung aufweist:

Für die erfindungsgemäße selektive Phosphatierung wurde die auf 55 °C erwärmte Phosphatierlösung P1 im konventionellen Spritz- oder

Tauchverfahren auf die Oberfläche der Stahlblechproben Ph-12 - Ph-16 aufgebracht. Dabei wurde die Dauer t variiert, über die die Proben der

Phosphatierlösung P1 ausgesetzt worden sind. Die Dauer t und das jeweils eingesetzte Applikationsverfahren sind in Tabelle 3 angegeben.

Jede der Proben wurde nach der selektiven Phosphatierung in konventioneller Weise mit Leitungswasser gespült, um sicherzustellen, dass keine Reste der Phosphatierlösung an der Oberfläche der Stahlblechprobe mehr vorhanden waren, so dass sich keine Zinkphosphatschichten an den mit Magnesiumoxid- und/oder Aluminiumoxid bedeckten Bereichen bilden konnten.

Abschließend wurde in konventioneller Weise getrocknet.

Die Zusammensetzung der ZM-Beschichtung an der Oberflächen der in der voranstehend erläuterten Weise behandelten Proben wurde ermittelt und mit dem unbehandelten Referenzzustand Ref., d.h. ein Stahlflachprodukt _» welches die gleichen Verfahrensschritte durchlaufen hat, allerdings ohne mit der

Phosphatierlösung P1 behandelt zu werden, verglichen. Die mittels XPS festgestellten Ergebnisse dieser Untersuchung sind ebenfalls in Tabelle 3 zusammengefasst (jeweils Mittelwerte der Ergebnisse aus drei Versuchen pro

Probe).

Die Versuchsergebnisse machen deutlich, dass sich bei geeignet langer Benetzung eine erhebliche Reduktion der AI- und Mg-Gehalte an der

Oberfläche der ZM-Beschichtung zugunsten eines proportional ansteigenden

Zn-Gehalts einstellt. Dabei erweist sich eine Benetzung der Proben durch konventionelle Spritz-Applikation als besonders wirksam.

Um das Klebeverhalten der erfindungsgemäß an den Oberflächen ihrer ZM- Beschichtung selektiv phosphatierten Proben Ph-12 - Ph16 zu prüfen, wurden die Stahlblechproben zunächst in konventioneller Weise gereinigt, so dass jeweils rückstandsfreie Oberflächen Vorlagen.

Jede der Proben Ph-12 - Ph-16 wurde mit einem für diese Zwecke

üblicherweise verwendeten, von der Fuchs Schmierstoff GmbH unter der Bezeichnung ANTICORIT PL 3802-39/S angebotenen Beölungsmittel beölt.

Von den so behandelten Proben Ph-12 - Ph-16 sind jeweils vier Abschnitte abgeteilt worden.

Anschließend wurde zwischen jeweils zwei Abschnitten der Proben Ph-12 - Ph- 16 jeweils eine Klebeverbindung hergestellt. Zu diesem Zweck wurde ein ebenfalls handelsüblicher, unter der Bezeichnung "DOW Betamate 1485 S" angebotener Klebstoff mit einer Klebschichtdicke von 0,2 mm auf jeweils einen ersten der von den Proben Ph-12 - Ph-16 abgeteilten Abschnitt aufgetragen und der betreffende, mit dem Klebstoff versehene Abschnitt jeweils mit einem zweiten Abschnitt derselben Probe Ph-12 - Ph-16 gefügt. Die Aushärtung der Klebeverbindungen zwischen den miteinander zu jeweils einer Klebeprobe K-12 - K-16 verklebten Abschniten erfolgte jeweils bei 175 °C (Objekttemperatür) über eine Dauer von 20 Minuten.

Jeweils eine der aus den Abschniten der Proben Ph-12 - Ph-16 gebildeten Klebeproben K-12 - K-16 wurde einer Alterung über 10 Zyklen gemäß DIN EN ISO 11997-B ausgesetzt (Klebeproben K-12a - K-16a), während die anderen Klebeproben (K-12 - K-16.) im ungealterten Zustand erhalten blieben.

Anschließend sind die ungealterten und die gealterten Klebeproben K-12 - K-16; K-12a - K-16a) jeweils einem Zugscherversuch gemäß DIN EN 1465 bei Raumtemperatur und einer Prüfgeschwindigkeit von 10 mm/min unterzogen worden.

Oie Mittelwerte von in jeweils fünf Zugscherversuchen an den ungealterten Klebeproben K-12 - K-16 ermittelten Zugscherfestigkeiten sind in Fig. 3 dargestellt, wogegen Fig. 4 die Mittelwerte der bei jeweils fünf

Zugscherversuchen an den gealterten Klebeproben K-12a - K-16a ermittelten Zugscherfestigkeiten zeigt.

Demnach erreichten sämtliche aus den erfindungsgemäß behandelten Proben Ph-12 - Ph-16 gebildeten Klebeproben K-12 - K-16a unabhängig von ihrem Alterungszustand Zugscherfestigkeiten von über 10 MPa.

Das Bruchverhalten der aus den erfindungsgemäß behandelten Proben

Ph-12 - Ph-16 gebildeten Klebeproben K-12 - K-16a erwies sich ebenfalls als zufriedenstellend. Sowohl im ungealterten, als auch im gealterten Zustand zeigten die geklebten Stahlblechproben fast ausschließlich (> 95 %)

substratnahen speziellen Kohäsionsbruch (SCF) auf.

Im Fall einer Benetzung der ZM-Beschichtung mit der wässrigen

Phosphatierlösung P1 über eine Dauer von 15 s im Spritzverfahren (Probe Ph- 14), ergab sich bei den daraus gebildeten Klebeproben K-14, K-14a ein 100 % substratnahes kohäsives Versagen.

Da somit bei den untersuchten, aus den erfindungsgemäß behandelten

Klebeproben K-12 - K-16a das Bruchversagen nicht zwischen der Oberfläche der ZM-Beschichtung und dem Klebstoff, sondern im Klebstoff selbst stattfindet, zeigt dies, dass die erfindungsgemäß behandelten, ZM-beschichteten

Oberflächen ein optimales Anhaftungsvermögen für den hier eingesetzten

Klebstoff besitzen.

Beispiel 2

Drei Stahlblechproben Ph-06 - Ph-08 mit einer Zusammensetzung

entsprechend der Stahlblechproben Ph-12 - Ph-16 wurden auf gleiche Weise wie in Beispiel 1 behandelt, allerdings wurde statt der Phosphatierlösung P1 eine Phosphatierlösung P2 mit folgender Zusammensetzung verwendet:

Phosphatierlösung P2: 5,1 g/l Phosphor in Form von P2O5 (entspricht

15,6 g/l Phosphat),

1 ,4 g/l Zink,

1 ,2 g/l SiF ₆ ,

Rest Wasser und unvermeidbare Verunreinigungen; pH-Wert der Phosphatierlösung 2,84.

Für die erfindungsgemäße selektive Phosphatierung wurde die auf 55 °C erwärmte Phosphatierlösung P2 im konventionellen Spritzverfahren auf die Oberfläche der Stahlblechproben Ph-06 - Ph-08 aufgebracht. Dabei wurde die Dauer t variiert, über die die Proben der Phosphatierlösung P2 ausgesetzt worden sind. Die Dauer t und das jeweils eingesetzte Applikationsverfahren sind in Tabelle 4 angegeben. Anschließend wurden die in Beispiel 1 aufgeführten Verfahrensschritte entsprechend für die modifizierten Stahlblechproben Ph-06 - Ph-08 ausgeführt.

Die mittels XPS festgestellten Ergebnisse dieser Untersuchung sind in Tabelle 4 und Fig. 5 zusammengefasst (jeweils Mittelwerte der Ergebnisse aus drei Versuchen pro Probe).

Von den so behandelten Proben Ph-06 - Ph-08 sind jeweils vier Abschnitte abgeteilt worden.

Anschließend wurde zwischen jeweils zwei; Abschnitten der Proben Ph-06 - Ph-08 jeweils eine Klebeverbindung hergestellt. Zu diesem Zweck wurde ein ebenfalls handelsüblicher, unter der Bezeichnung "DOW Betamate 1485 S" angebotener Klebstoff mit einer Klebschichtdicke von 0,2 mm auf jeweils einen ersten der von den Proben Ph-06 - Ph-08 abgeteilten Abschnitt aufgetragen und der betreffende, mit dem Klebstoff versehene Abschnitt jeweils mit einem zweiten Abschnitt derselben Probe Ph-06 - Ph-08 gefügt. Die Aushärtung der Klebeverbindungen zwischen den miteinander zu jeweils einer Klebeprobe K-06 - K-08 verklebten Abschnitten erfolgte jeweils bei 175 °C {Objekttemperatur) über eine Dauer von 20 Minuten.

Jeweils eine der aus den Abschnitten der Proben Ph-06 - Ph-08 gebildeten Klebeproben K-06 - K-08 wurde einer Alterung über 10 Zyklen gemäß DIN EN ISO 11997-B ausgesetzt (Klebeproben K-06a - K-08a), während die anderen Klebeproben (K-06 - K-08) im ungealterten Zustand erhalten blieben.

Anschließend sind die ungealterten und die gealterten Klebeproben (K-06 - K-08; K-06a - K-08a) jeweils einem Zugscherversuch gemäß DIN EN 1465 bei Raumtemperatur und einer Prüfgeschwindigkeit von 10 mm/min unterzogen worden. Das Bruchverhalten der mit erfindungsgemäß behandelten Proben Ph-06 - Ph- 08 gebildeten Verklebungen ist in Fig. 6 dargestellt. Im ungealterten Zustand weisen alle drei Klebeproben ausschließlich substratnahen speziellen

Kohäsionsbruch (SCF) auf. Die gealterten Proben K-06a - K-08a weisen nur ein unwesentlich schlechteres Bruchverhalten auf. Zwei der drei gealterten Proben weisen ausschließlich SCF auf (K-07a - K-08a), während eine der Proben (K-06a) nach der Alterung 98 % SCF aufweist. Folglich weisen auch die mit der Phosphatierlösung P2 behandelten Proben hervorragende

Klebeeigenschaften auf.

Eine mit einer metallischen Schutzschicht auf Zn-Al-Mg-Basis versehene

Stahlrolle wurde in einer elektrolytischen Bandbeschichtungsanlage den in Fig.

7 dargestellten Verfahrensschritten unterzogen. Die Bandgeschwindigkeit für das Verfahren wurde auf 90 m/min eingestellt. Die auf den Stahl aufgebrachte metallische Schutzschicht wies eine. Zusammensetzung gemäß GD-OES- Messung von 97,1 Gew.-% Zn, 1 ,8 Gew.-% AI und 1 ,1 Gew.-% Mg auf.

Im Anschluss ah eine alkalische und wässrige Spülung wurde das entrollte, mit einer metallischen Schutzschicht versehene Stahlband der erfindungsgemäßen Oberflächenmodifikation unterzogen, wobei hierbei eine Phosphatierlösung P3 mit folgender Zusammensetzung eingesetzt wurde:

Phosphatierlösung P3: 3,7 g/l Phosphor in Form von Phosphat(entspricht

11.3 g/l Phosphat),

4,1 g/l Zink,

2,0 g/l Mangan,

3.3 g/l Nickel,

3,7 mg/l Magnesium,

0,21 mg/l Aluminium,

Rest Wasser und unvermeidbare Verunreinigungen; pH-Wert der Phosphatierlösung 2,4. Das Stahlband wurde bei der Bandgeschwindigkeit 90 m/min über eine Phosphatierungsdauer von 4 s durch die Phosphatiertauchlösung P3 bei einer Phosphatierungsbadtemperatur von 40 °C geführt. Anschließend wurde das Stahlblech gespült und entsprechend Beispiel 1 beölt.

Die mittels XPS erhaltene Zusammensetzung der Oberfläche der

Oxidschichtoberfläche der modifizierten Stahiblechprobe wurde mit einer entsprechenden Referenz, bei der in der Verfahrensführung auf die

Oberflächenmodifikation verzichtet wurde, verglichen.

Wie der Fig. 8 zu entnehmen ist, konnte der relative Zink-Gehalt an der Oberfläche bereits erheblich gesteigert werden, wobei hierbei insbesondere Aluminiumoxid von der Oberfläche abgelöst wurde.

Zur Feststellung der Klebeeigenschaften wurde das auf diese Weise erhaltene modifizierte Stahlflachprodukt entsprechend der Beispiele 1 und 2 beklebt und teilweise einer Alterung entsprechend der Beispiele 1 und 2 unterworfen. Anschließend wurde die ungealterte und die gealterte Probe einem

Zugscherversuch entsprechend der Beispiele 1 und 2 ausgesetzt, um das Bruchverhalten des geklebten Stahlflachprodukts zu prüfen. Die Ergebnisse inFig. 9 zeigen,; dass das Bruchverhalten auch nach der Alterung noch über >90 % SCF aufweist. Allerdings weist das Stahlflachprodukt auch teilweise adhäsiven Bruch zwischen. dem Klebstoff und der Oxidschicht auf.

Beispiel 4

In einem vierten Experiment wurde eine ZM-beschichtete Stahlrolle in einer Bandbeschichtungsanlage bei variierenden Bandgeschwindigkeiten und variierenden Temperaturen der Phosphatierlösung dem erfindungsgemäßen Verfahren unterzogen. Die auf den Stahl aufgebrachte metallische

Schutzschicht wies eine Zusammensetzung gemäß GD-OES-Messung von 97,1 Gew.-% Zn, 1 ,8 Gew.-% AI und 1 ,1 Gew.-% Mg auf. Die Verfahrensschrite sind in Fig. 10 dargestellt. Das entrollte ZM- beschichtete Stahlblech wurde zunächst entfettet, anschließend alkalisch passiviert, im Anschluss einem Phosphatierungsschritt unterzogen und

abschließend gespült. Für die Phosphatierung wurden unterschiedliche

Temperatur- und Bandgeschwindigkeits-Bedingungen getestet. Die

Versuchsbedingungen V1 - V5 sind in Tabelle 5 aufgeführt. Die Temperatur der Phosphatierlösung wurde auf 60 °C (V1 - V3) oder 75 °C (V4 - V5) eingestellt. Die Bandgeschwindigkeiten betrugen 31 m/min (V2, V4), 40

m/min (V1 ), 50 m/min (V3) oder 80 m/min (V5), bei Benetzungsdauem von 1 ,5 s (80 m/min) bis 4 s (31 m/min).

Für die Phosphatierung wurde eine Phosphatierlösung P4 mit folgender

Zusammensetzung mittels Spritzen auf das beschichtete Stahlblech

aufgetragen:

Phosphatierlösung P4: 3,7 g/l Phosphor in Form von Phosphat (entspricht

11 ,3 g/l Phosphat),

3,2 g/l Zink,

1.4 g/l Mangan,

3,0 g/l Nickel,

7.4 mg/l Eisen,

11 ,5 g/l Nitrat,

0,4 g/l Fluorid,

0,36 g/l Fluorid komplex gebunden,

Rest Wasser und unvermeidbare Verunreinigungen; pH-Wert der Phosphatierlösung 2,7.

Die Veränderung der Oberfläche der Oxidschicht wurde anschließend

entsprechend den Beispielen 1 - 3 mittels XPS ermittelt. Hierbei hat sich herausgestellt, dass eine geringere Bandgeschwindigkeit und eine Temperatur von 75 °C besonders vorteilhaft für den Abtrag der Magnesiumoxid- und

Aluminiumoxidbestandteile von der Oberfläche sind (Tabelle 5 und Fig. 11 ). Bei einer Bandgeschwindigkeit von 31 m/min und einer Temperatur von 75 °C war der relative Zink-Gehalt an der Oberfläche bei Ober 90 % (V4). Auf diese Weise konnte mit dem eifindungsgemäßen Verfahren eine

Oberflächenzusammensetzung erzielt werden, die der einer Z- oder ZE- Beschichtung sehr nahe kommt.

Beispiel 5

In einem weiteren Experiment wurde getestet, ob durch das Eintauchen einer ZM-beschichteten Stahlplatine in eine verdünnte Phosphorsäurelösung ohne weitere Salzzusätze ein Abtrag von Magnesiumoxid- und/oder

Aluminiumoxid bestandteilen erzielt werden kann.

Hierfür wurden Platinen in DIN A4 Größe, die beidseitig eine Zn-Al-Mg- Schutzschicht aufwiesen, in eine wässrige Lösung von Phosphorsäure für 30 Sekunden eingetaucht oder mit einer solchen wässrigen Lösung von

Phosphorsäure bespritzt. Anschließend wurden die so behandelten Platinen in ein Wasserbad eingetaucht oder mit Wasser bespritzt und mit kühler Luft abgeblasen, bis sie trocken waren.

Bis zur Bestimmung der Konzentration von Zink, Aluminium und Magnesium wurden die so vorbereiten Platinen der natürlichen Luftatmosphäre ausgesetzt.

Außerdem wurden Substrate mit dressierter Zn-Al-Mg Beschichtung mit alkalischen Reinigungsmitteln entfettet und anschließend für 30 Sekunden in die entsprechende Lösung verdünnter Phosphorsäure getaucht. Anschließend wurde mit Wasser und Isopropanol gespült.

Die gesamten Versuche wurden unter normaler Luftatmosphäre durchgeführt, so dass die behandelten, gespülten Proben einer sauerstoffhaltigen

Atmosphäre ausgesetzt wurden. Beispiel 6

In einem sechsten Experiment (Fig. 12) wurden die

Oberflächenzusammensetzungen von drei dressierten ZM-beschichteten Substraten miteinander verglichen. Die Referenz wurde nicht mit

Phosphorsäure behandelt, ein Substrat wurde mit einer wässrigen

Phosphorsäurelösung enthaltend 0,1 ml/l Phosphorsäure einer Konzentration von 85 % behandelt und ein Substrat wurde mit einer wässrigen

Phosphorsäurelösung enthaltend 5 ml/l Phosphorsäure einer Konzentration von 85 % behandelt. Hierbei zeigte das Substrat, das mit einer wässrigen

Phosphorsäurelösung enthaltend 5 ml/l Phosphorsäure einer Konzentration von 85 % behandelt wurde, eine deutliche Reduktion des Mg- und Al-Anteils an der Oberfläche.

Beispiel 7

In einem siebten Experiment (Fig. 13) wurden undressierte ZM-beschichtete Substrate für 30 Sekunden in ein Phosphorsäurebad enthaltend 0,1 ml/l 85. %-ige Phosphorsäure mit unterschiedlichen Temperaturen (20 °C, 40 °C,

60 °C, 80 °C) eingetaucht. In diesem Fall wurde die Oberflächenbestimmung mittels GD-OES durchgeführt, so dass die Zusammensetzung bis in eine Tiefe von 75 nm festgestellt werden konnte. Hierbei lässt sich erkennen, dass die tieferen Lagen von der Phosphorsäurebehandlung nicht stark betroffen sind.

Beispiel 8

In einem achten Experiment (Fig. 14) wurden dressierte ZM-beschichtete Substrate für 30 Sekunden in ein Phosphorsäurebad enthaltend 0,1 ml/l 85 %-ige Phosphorsäure mit unterschiedlichen Temperaturen (20 °C, 40 °C,

60 °C, 80 °C) eingetaucht. Ein besonders hoher Anstieg des Zn-Anteils an der Oberfläche konnte hierbei bei einer Temperatur des Phosphorsäurebads von 40 °C und 60 °C beobachtet werden. Die Oberflächenzusammensetzung der behandelten Proben und einer Referenz wurden mittels ToF-SIMS (Fig. 12), mittels GD-OES (Fig 13) und mittels XPS (Fig. 14) gemessen, wobei mit der GD-OES-Messung bis zu 75 nm tief in die Oberfläche gemessen wurde und mit der XPS-Messung nur die obersten 5 nm gemessen wurden.

Die Untersuchung der Bruchfläche erfolgte nach Trennung des Haftverbundes von Substraten, deren ZM-Überzug, wie oben beschrieben, benetzt, gespült und getrocknet wurde und anschließend mittels epoxid basierten Klebstoff geklebt wurde. Ein Teil der geklebten Proben wurde entsprechend der in den Beispielen 1 - 3 beschriebenen Alterung gealtert. Anschließend wurde das Bruchverhalten wie in den Beispielen 1 - 3 geprüft.

Durch die Modifikation der Oxidschicht ergab sich ein im Vergleich zur Referenz deutlich besseres Bruchverhalten (Fig. 15). Der Anteil an substratnahem speziellem Kohäsionsbruch war für diese Fälle deutlich verbessert.

Insbesondere das Bespritzen mit der Phosphorsäure sorgte für ein

hervorragendes Bruchverhalten der geklebten Stahlproben.