Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Konditionieren der Oberfläche von gehärteten korrosionsgeschützten Bauteilen aus Stahlblech nach dem Oberbegriff des Anspruch 1.

Es ist bekannt, Stahlbauteile mit einer Korrosionsschutz ^¬ schicht zu versehen, um eine Korrosion des Stahlwerkstoffes zu verhindern .

Darüber hinaus ist es bekannt, derartige Korrosionsschutz ^¬ schichten aus einem unedleren Metall auszuführen, so dass das unedlere Metall einen sogenannten kathodischen Korrosionsschutz ausbildet.

Aus der WO 2005/021822 der Anmelderin ist es bekannt, zum Schutz einer kathodischen Korrosionsschutzschicht in Hochtemperaturprozessen Sauerstoffäffine Elemente in das die kathodi ^¬ sche Schutzschicht ausbildende unedlere Metall in gewissen Grenzen zuzufügen, um bei Hochtemperaturprozessen für das Abschreckhärten des Werkstoffs einen Schutz der kathodischen Schutzschicht zu bewirken. Zum Härten derartiger Bauteile müssen diese über die Austenitisierungstemperatur des Grundme ^¬ talls, in diesem Fall Stahl, aufgeheizt werden. Insbesondere bei hochhärtbaren Stählen liegt diese Temperatur oberhalb von 800°C. Bei derartigen Temperaturen werden die meisten kathodischen Schutzschichten durch Abdampfen oder Oxidation zerstört, so dass ein derart behandeltes Bauteil nach der Härtung keinen kathodischen Schutz besitzen würde. Der Zusatz der sauerstoffaffinen Elemente führt dazu, dass die Sauerstoffäffinen Ele ^¬ mente aus der Zusammensetzung der kathodischen Schutzschicht an die Oberfläche diffundieren und dort eine sehr feine

Schutzschicht ausbilden. Diese sehr feine Schutzschicht kann beispielsweise aus Magnesiumoxid oder Aluminiumoxid oder Mi ^¬ schungen hieraus bestehen. Aus der WO 2005/021822 ist es zudem bekannt, ein derartiges Verfahren beim Rollprofilieren anzuwenden .

Aus der EP 1 561 542 AI ist ein Verfahren zum Entfernen einer Schicht eines Bauteils bekannt. Hierbei handelt es sich um ei ^¬ ne Schicht aus einem organischen Binder, der von einem Substrat entfernt werden soll, ohne das Substrat zu schädigen. Hierzu wird ein Strahl aus Trockeneispartikeln über die Oberfläche geführt, so dass durch die Einwirkung der auftretenden Trockeneispartikel Material von der einen organischen Binder enthaltenen Schicht abgetragen wird. Durch die Trockeneisab ^¬ tragung soll eine Kontamination durch Fremdstoffe vermieden werden und der metallische Grundkörper des Bauteils nicht be ^¬ einträchtigt werden.

Aus der EP 1 321 625 Bl ist ein Verfahren zum Abtragen einer Metallschicht bekannt, wobei ein SchichtSystem mit der Metall ^¬ schicht und einem von der Metallschicht beschichteten Substrat umfasst und der Entfernungsprozess ein Strahlprozess ist. Der Strahlprozess kann hierbei ein Sandstrahlprozess sein, wobei die Metallschicht stark gekühlt wird, um eine Tieftemperatur- versprödung der Schicht gegenüber dem Substrat zu erreichen. Aus der EP 1 034 890 A2 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestrahlen mit verschiedenen Strahlmitteln bekannt. Hierbei soll eine abrasive Strahlbehandlung mit Strahlmitteln aufgezeigt werden, bei welcher die abrasive Wirkung der

Strahlmittel zwischen der von bei Normalbedingungen in fluider Form vorliegenden Strahlmitteln und der bei Normalbedingungen in festem Aggregatszustand vorliegenden Strahlmitteln liegt. Hierbei wird eine Mischung aus einem ersten Strahlmittel wie Trockeneis und einem zweiten Abrasivstrahlmittel wie bei ^¬ spielsweise Sand verwendet.

Aus der DE 199 46 975 Cl sind eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Entfernen einer Beschichtung von einem Substrat bekannt, die materialschonend und zum Entfernen sowohl weicher als auch harter Beschichtung geeignet sein soll. Hierbei soll eine Kältebehandlung durch Bestrahlung mit einem Kältemittel, welches zu einer Versprödung der Beschichtung führt, und anschließend ein abrasiver Reinigungseffekt mit einem Bearbei ^¬ tungswerkzeug durchgeführt werden, wobei durch die Kältebe ^¬ handlung die mechanische abrasive Bearbeitung mit Werkzeugtei ^¬ len geringerer Härte als bei Bearbeitungswerkzeugen nach dem Stand der Technik ausgeführt werden kann.

Aus der DE 199 42 785 AI ist ein Verfahren zum Entfernen von festen Bearbeitungsrückständen, Oberflächenbeschichtungen oder Oxidschichten bekannt, wobei nur dort eine Reinigung erfolgen soll, wo sich feste Bearbeitungsrückstände befinden. Die Rei ^¬ nigung kann hierbei mit Dampfstrahlen, Trockeneisstrahlen oder Reinigen mit technisch induzierten Schockwellen, so genannten Lasercleanern, stattfinden. Die CC>2-Reinigung kann durch an sich bekannte Trockeneispellets erfolgen.

Aus der DE 102 43 035 B4 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Entfernen von durch Erhitzung und Abkühlen auf Me- tallstücken sich bildenden Schichten bekannt. Da beim Entfernen von beispielsweise Zunder, Oxidsilikat und Schlackeschich ^¬ ten auf Metallwerkstücken und insbesondere bei Metallwerkstü ^¬ cken mit nicht ebenen Oberflächen, beispielsweise Achs- und Karosseriebauteilen für Fahrzeuge, die Festkörperteilchen in abrasiven Druckgasstrahlen nicht in allen Fällen vollständig von Metallwerkstücken entfernt werden können, soll der Druckgasstrom, mit dessen Hilfe beispielsweise Trockeneisteilchen auf das zu reinigende Metallwerkstück aufgebracht werden, vor ^¬ gewärmt werden und eine Temperatur besitzen, die größer ist als die Temperatur der das Metallwerkstück umgebenden Luft und/oder als die Oberflächentemperatur des Metallwerkstücks. Hierdurch soll erreicht werden, dass einerseits das Metall ^¬ werkstück nicht zu stark unterkühlt wird und andererseits das Druckgas zumindest im Wesentlichen frei von Feuchtigkeit ist und damit unerwünschte Kondensatbildung vermieden wird. Die von der Oberfläche des Metallstücks zu entfernenden Schichten werden durch die mechanische Einwirkung der mit hoher Geschwindigkeit auftreffenden und dadurch eine abrasive Wirkung aufweisenden Trockeneisteilchen sowie durch die aufgrund der Trockeneisteilchen verursachten örtlich begrenzten Abkühlung der Oberfläche und der Schicht abgetragen.

Aus der DE 10 2007 022 174 B3 ist ein Verfahren zum Erzeugen und Entfernen einer temporären Schutzschicht für eine kathodi ^¬ sche Beschichtung, insbesondere zum Herstellen eines gehärte ^¬ ten Stahlbauteils mit einer gut lackierbaren Oberfläche be ^¬ kannt. Die sich bei diesem Verfahren bildende, auch aus der WO 2005/021822 bekannte sehr dünne Schutzschicht aus Aluminium und/oder Magnesiumoxid besitzt Risse und/oder Defekte in die ^¬ ser Schicht. Diese Risse lassen es zu, die von Rissen und/oder Defekten begrenzten Schuppen aus dem Oxid mittels einer Trockeneisbestrahlung abzulösen. Diese Strahlung wird lediglich mit Trockeneis ohne Zusätze durchgeführt, wobei die Trocken- eispartikel durch die Risse und/oder Defekte in die Hohlräume unter der Schutzschicht eindringen und unter bis zu 800-facher Volumenzunahme sublimieren. Hierdurch werden die potenziell losen oder zu lösenden Partikel aus dem Oxid der/des Sau ^¬ erstoffäffinen Elemente/Elementes samt gegebenenfalls darauf befindlicher Zinkoxidpartikel abgesprengt. Der zusätzliche thermische Schock durch die tiefkalten Trockeneispartikel führt zu weiteren thermischen Spannungen in der Schicht aus dem Oxid der/der Sauerstoffäffinen Elemente/Elementes und unterstützt somit den erwünschten Abtrag. Ein abrasiver Abtrag soll hierbei vermieden werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Oberfläche gehärteter, mit einer Korrosionsschutzschicht versehener Stahlbauteile nach der Temperaturbehandlung zum Zwecke des Härtens zu konditio- nieren und die Lackhaftung und die Schweißbarkeit weiter zu verbessern .

Die Aufgabe wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruch 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in Unteransprüchen gekennzeichnet .

Erfindungsgemäß wird die Oberflächenkonditionierung dadurch bewirkt, dass anstelle eines Sandstrahl- oder Trockeneis ^¬ strahlverfahrens ein sogenanntes Gleitschleifen durchgeführt wird. Gleitschleifverfahren sind grundsätzlich bekannt und beispielsweise in den folgenden Druckschriften beschrieben:

KR 1020000059342 A (Hankook Tire)

WO 02/055263 (REM Chemicals)

WO 98/15383 (Terschluse)

EP 0 103 848 A2 (Hellberger, Hellberger)

EP 1 857 224 AI (Rösler) EP 0 324 394 A2 (Henkel)

DE 44 04 123 Cl (Dreher)

Unter Gleitschleifen versteht man ein trennendes Verfahren zur Oberflächenbearbeitung von insbesondere metallischen Werkstücken. Die zu bearbeitenden Werkstücke werden zusammen mit Schleifkörpern und gegebenenfalls einem Zusatzmittel, insbe ^¬ sondere in wässriger Lösung in einen Behälter gegeben. In diesen Behälter wird eine Relativbewegung zwischen Werkstück und Schleifkörper hergestellt, die einen Materialabtrag am Werk ^¬ stück hervorruft. Diese Relativbewegung wird insbesondere durch eine oszillierende oder rotierende Bewegung des Arbeits ^¬ behälters hervorgerufen.

Das Gleitschleifen ist in der DIN 8589 festgehalten und wird dort als Gleitspanen bezeichnet, da nicht nur ein Schleifpro- zess sondern verfahrensabhängig auch Läppen oder Polieren stattfinden können.

Als Arbeitsbehälter kommen Stahltrommeln aber auch längliche Vibrationströge zum Einsatz, welche gegebenenfalls zum Lärm- und Abriebschutz mit Kunststoff ausgekleidet sein können. Als Schleifmittel werden Schleifkörper zwischen 1 mm und 80 mm verwendet, welche unterschiedliche Formen haben können. Der Gehalt an Schleif- oder Poliermineralien bzw. -mittein bestimmt die Aggressivität und den Verschleiß sowie die erreich ^¬ bare Oberflächenglätte des Werkstückes. Hierbei sind gängige Schleifkörper aus Keramik, aus Kunststoff oder Naturstoffen. Die Zusatzmittel dienen dazu, entstehenden Abrieb aufzunehmen und abzutransportieren. Zudem können die Zusatzmittel Substanzen für den Korrosionsschutz und zum Entfetten enthalten.

Das Gleitschleifen ist üblicherweise ein diskontinuierliches Verfahren, bei dem eine Ladung Teile und Schleifkörper in den Gleitschleifbehälter eingebracht werden und die Werkstücke nach Ende der Bearbeitung entnommen werden.

Insbesondere nach dem Behälter unterscheidet man verschiedene Gleitschleifverfahren .

Beim Trommelgleitschleifen wird ein liegender oder geneigter Behälter um seine Längsachse gedreht. Die Drehzahl der Trommel übt entscheidenden Einfluss auf das Zeitspanvolumen und die erzielte Oberflächengüte aus. Jedoch kann die Drehzahl nur bis zu einem gewissen Punkt erhöht werden.

Beim Vibrationsgleitschleifen versetzen große Vibratoren den gesamten Inhalt in Schwingungen und ermöglichen so auch die Bearbeitung schwerer bzw. großer Werkstücke, die beim Trommel- und Fliehkraftschleifen im Gemenge unten liegen bleiben, sich verhaken oder im Behälter aufstoßen. Der Inhalt bewegt sich in horizontaler Schraubenform. Die Ausführung der Maschine ist entweder topfförmig für Einmalfüllungen oder schneckenförmig für Durchlaufverfahren .

Beim Tauchgleitspanen werden einzelne oder mehrere Werkstücke gleichzeitig mittels eines Greifers festgehalten und in das strömende Spanmittel gehalten.

Beim Fliehkraftgleitspanen kommen hauptsächlich zwei Varianten in Frage, wobei beim Planetenfliehkraftspanen ein Rotor mit mehreren am Umfang angebrachten Trommeln vorhanden ist, wobei die auftretenden Zentrifugalkräfte in den Trommeln das 15- fache der normalen Schwerkraft erreichen können, was zu einer erheblichen Bearbeitungszeiteinsparung gegenüber dem Trommelgleitspanen führt. Jedoch lassen sich instabile sowie hohle Werkstücke nicht gleitschleifen . Beim Tellerfliehkraftspanen befindet sich das Gemenge in einem stillstehenden topfförmigen Behälter, dessen konkaver KunstStoff oden rotiert. Bogenförmige, radial angeordnete Rippen am Boden nehmen das Gemenge mit, welches an der Behälterwand aufsteigt und anschließend vom nachfolgenden Strom nach innen gedrückt wieder zur Mitte hinabrutscht. Die Vorteile sind eine verkürzte Arbeitszeit gegen ^¬ über dem Trommelgleitspanen .

Beim sogenannten Flowfinisher wälzt ein stabiles Band im Innenbereich die Teile und die Schleifkörper kontinuierlich um.

Insbesondere geeignet für die Erfindung ist ein länglicher Vibrationstrog, in dem sowohl das zu gleitschleifende Gut als auch die Gleitschleifkörper entlang der Längserstreckung vibrierend durchgeführt werden, nach dem Durchlauf getrennt wer ^¬ den, das Gleitschleifmedium rückgeführt wird und die verarbei ^¬ teten Stücke weiter bearbeitet werden.

Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung beispielhaft erläu ^¬ tert. Es zeigen dabei:

Fig. 1: einen Querschnitt einer unbehandelten Oberfläche, wobei auf der FeZn-Schicht eine bis zu 5 pm dicke Oxid ^¬ schicht (schwarz) zu sehen ist;

Fig. 2: einen Querschliff der Oberfläche nach 10 min Gleitschleifbehandlung, wobei die FeZn-Oberfläche einge ^¬ glättet ist und die Oxide fast vollständig entfernt sind;

Fig. 3: die Oberfläche nach Fig. 1 in einer Draufsicht nach dem Glühen der Zinkschicht (910°C, 4 min);

Fig. 4: die Oberfläche nach Fig. 3 nach 10 min Gleitschleif- behandlung; Fig. 5: die elektronenmikroskopische Aufnahme von Mikroporen auf der geschliffenen Oberfläche gem. Fig. 4;

Fig. 6: die Gegenüberstellung der unterschiedlichen Oberflächen;

Fig. 7: die Zusammensetzung der verwendeten Stahlgüte;

Fig. 8: für das Verfahren geeignete Stahlgüten mit Angabe der

Zusammensetzung in --% (Masseprozent) ,

Die Erfindung wird anhand eines Versuchs beschrieben.

Verwendet wurde ein vergütbarer Stahl mit der in Fig. 7 angeführten chemischen Zusammensetzung. Die Oberfläche war mit Zink schmelztauchveredelt . Die Zn-Schichtdicke betrug 140g/m ² (beidseitig) . Ein Probe mit den Abmessungen 200 mm x 300 mm und mit 1 mm Blechdicke wurde in einem Laborofen bei 910 °C vier Minuten geglüht. Die Probe wurde zwischen zwei wasserge ^¬ kühlten Stahlplatten gehärtet.

Dieses gehärtete Blech wurde in 4 Abschnitte zu

100 mm x 150 mm geteilt, wobei drei davon für zwei, fünf und zehn Minuten einer Gleit schleifreinigung unterzogen wurden. Ein Abschnitt wurde als Referenz zurückbehalten. Das Gleit ^¬ schleifen erfolgte in einer horizontalen Fliehkrafttrommel mit einem Durchmesser von 700 mm. Die Trommel war befüllt mit el ^¬ liptischen Schleifkörpern (15 mm x 15 mm x 5 mm) aus Keramik, sowie mit einem flüssigen Compound, welches aus organischen Säuren, Alkoholen und Tensiden bestand. Die Proben wurden nach der Behandlungszeit aus der Trommel entnommen und mit Druck ^¬ luft getrocknet. Die durch den Glühprozess entstandenen FeZnMn-Oxide (Fig. 1, Fig. 3) wurden von der Oberfläche abgetragen, sowie die Zinkferrit-Schicht freigelegt und eingeebnet (Fig. 2, Fig. 4) . Gleichzeitig wird durch geeignete Zusätze im flüssigen Com ^¬ pound in der Schleiftrommel (oder -trog) ein temporärer Korro ^¬ sionsschutz aufgebracht.

Da die Oberfläche nahezu oxidfrei ist, ist die Schweißbarkeit hervorragend. Durch Messung des Oberflächenübergangswiderstandes (nach Merkblatt DVS2929-1) kann die PunktSchweißbarkeit des Materials überprüft werden. Die Messwerte einer durch Gleitschleifen gereinigten Oberfläche liegen bei ca. 0,2 mOhm/m und niedriger, während eine unbehandelte Oberfläche ty ^¬ pisch Messwerte um 10 mOhm/m aufweist. Mit diesen hohen Oberflächenübergangswiderständen wäre keine Punktschweißung durchführbar. Ideal sind Werte unter 1,5 mOhm/m.

Aus der Theorie ist bekannt, dass eine besonders glatte Ober ^¬ fläche kein guter Haftgrund für Lacke oder Klebstoffe ist. Unerwarteterweise werden bei dem verwendeten Werkstoff mit der genannten Beschichtung auf den mikroskopisch eingeglätteten metallischen FeZn-Phasen Nanoporositäten freigelegt (Fig. 5), die erst bei einer 100.000-fachen Vergrößerung im Elektronenmikroskop sichtbar werden. Sie haben eine Größe zwischen 10 und 100 nm. Solche Nanoporen vergrößern die Oberfläche und verbessern dadurch die Adhäsion eines Lackes oder eines Klebstoffes deutlich.

Vergleich zu anderen Reinigungsverfahren

Nach dem Glühen des Versuchsmaterials liegen an der Oberfläche Mischoxide aus Fe, Zn und Mn (Legierungselement im Stahl) vor. Diese Oxide sind teilweise fest und teilweise lose anhaftend. Al-Oxide stammen aus dem im Zn-Bad zulegierten AI (>1 %) . Un- ter den Oxiden liegt eine ca. 25pm Dicke FeZn- Diffusionsschicht (Fig. 6).

Durch Trockeneisstrahlen (CO ₂ ) werden lediglich die lose anhaf ^¬ tenden Oxide von der Oberfläche entfernt (Fig. 6) . Ein weite ^¬ res gängiges Reinigungsverfahren ist Schleuderradstrahlen, bei dem in einem Schleuderrad beschleunigter Stahlschrot auf die Oberfläche gestrahlt wird. Dies ist im engeren Sinne kein Rei ^¬ nigungsverfahren, da die Oxide nicht von der Oberfläche ent ^¬ fernt werden, sondern durch die hohe Aufprallgeschwindigkeit des Stahlschrotes in die FeZn-Diffusionsschicht eingedrückt werden. Dabei entsteht eine KonglomeratSchicht , die abhängig vom Aufprallwinkel des Strahlgutes auch nicht geschert sein kann .

Durch das erfindungsgemäße verwendete Gleitschleifen werden die beim Glühen gebildeten Oxide effizient entfernt und das darunterliegende Metall freigelegt. Gleichzeitig wird die Oberfläche eingeglättet. Freigelegte Nanoporositäten verbes ^¬ sern die Haftung eines Lackes oder eines Klebstoffes. Da die Oberfläche oxidfrei ist, ist die Schweißbarkeit gewährleistet.

Das Aufbringen des temporären Korrosionschutzes als Zusatzfunktionaliät des für den Gleitschleifprozess notwendigen flüssigen Compounds erübrigt sich das anschließende Rückbeölen der Oberfläche (Vermeidung von Ölsprühnebel , Arbeitnehmerschutz ) . Anwendungsbeispiele

1. Gleitschleifen eines pressgehärteten Bauteiles für automo- tive Anwendungen

Ein Verstärkungsteil einer B-Säule (ca. 1200 mm x 500 mm, Blechdicke 1,8 mm) wurde in einem Trogvibrator 5 min gerei ^¬ nigt .

Die Troggröße betrug ca. 1500 m x 800 m, die Behandlungszeit 5 min. Elliptische Schleifkörper sowie flüssiges Compound mit temp. Korrosionschutz, beides wie oben beschrieben.

Das Bauteil weist nach der Gleitschleifbehandlung im metallographischen Schliff die typische Oxidentfernung und Einglät- tung der Oberfläche auf. Es wurden Lackhaftungstests durchge ^¬ führt. Proben aus dem gereinigten Bauteil wurden phosphatiert, KTL-beschichtet angeritzt und 10 Wochen nach VDA621-415 korro ^¬ siv ausgelagert. Die Lackunterwanderung am Ritz betrug 0 mm. Es wurde zusätzlich eine Gitterschnitttest vor und nach der korrosiven Auslagerung gemacht. Beide Male war die Bewertung GT0 (bestes Ergebnis) . Die Schweißbarkeit wurde durch Messung des Oberflächenübergangswiderstandes nach DVS2929-1 bestimmt. Eine unbehandelte Oberfläche hat typisch ca. 10 mOhm/m. Nach dem Reinigen war der Oberflächenübergangswiderstand kleiner 0, 2 mOhm/m.

Das Bauteil kann mit demselben Reinigungsergebnis auch in ei ^¬ nem Durchlauftrogvibrator , der beispielsweise circa 6 m lang sein kann, gereinigt werden. Dadurch ist die Reinigung höherer Stückzahlen, wie sie bei der industriellen Bauteilproduktion anfallen, in-line möglich. 2. Verstärkungsteil in Fliehkrafttrommel

Ein Bauteil (Verstärkungsteil, Strebe) mit den Abmessungen ca. 300 mm x ca. 100 mm, kann mit den gleichen Compound und den gleichen Schleifkörpern wie in Beispiel 1 angeführt in einer Fliehkrafttrommel mit 700 mm Durchmesser gereinigt werden. Als Behandlungszeit wurden 5 Minuten gewählt. Sowohl die Lackhaf ^¬ tung als auch die Schweißbarkeit waren bei diesen so behandel ^¬ tem Bauteil ausgezeichnet.