用于制造硬化成型部件的方法和設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及利用乳制的條帶材料來制造硬化和涂敷的成型部件的方法和設(shè)備。涂層將保護(hù)成型部件避免腐蝕。本發(fā)明還涉及這樣的成型部件，即作為具有腐蝕防護(hù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，特別地作為用于機(jī)動車輛的車身構(gòu)件的結(jié)構(gòu)構(gòu)件。
【背景技術(shù)】
[0002]從DE 10 2004 037 206 A1，已知一種用于機(jī)動車輛的車身，其從各單個元件組裝而成。為此，使用由具有可變薄板厚度的柔性乳制薄板制成的各單個元件。這種具有可變薄板厚度的金屬板元件也被設(shè)計為連續(xù)變截面棍乳板(Tailor Rolled Blanks) (TRB)。
[0003]在機(jī)動車輛工業(yè)中趨向于輕型設(shè)計和乘員保護(hù)的當(dāng)前發(fā)展導(dǎo)致高強(qiáng)度或超高強(qiáng)度車身鋼的使用增加。在這種發(fā)展的過程中，特別地使用多相(Phase)鋼或馬氏體相鋼。馬氏體相鋼通常經(jīng)由間接或直接熱成型方法加工成結(jié)構(gòu)構(gòu)件。
[0004]用于機(jī)動車輛的結(jié)構(gòu)構(gòu)件通常設(shè)有涂層，涂層應(yīng)保護(hù)金屬板避免腐蝕。然而，對于熱成型鋼材料而言，執(zhí)行可靠的腐蝕防護(hù)特別困難。已知多種涂層和涂敷方法，它們的不同之處在于涂層是在熱成型工藝之前還是之后施加。
[0005]用于涂敷鋼構(gòu)件的已知方法例如是電鍍(電解)鋅涂層。在電鍍鋅涂敷期間，工件被浸漬到鋅電解質(zhì)中。采用由鋅制成的涂層是因為與被稱作“犧牲陽極”的工件相比不太貴的特征。鍍鋅基體材料用作陰極，因此，這種類型的涂層也被表征為陰極腐蝕防護(hù)。
[0006]從EP 2 412 848 A1已知一種用于制造金屬板成型部件的方法，金屬板成型部件具有腐蝕防護(hù)涂層。為此，最初，將金屬板材料成型和硬化為金屬板成型部件。然后，鋅-鎳-涂層作為腐蝕防護(hù)涂層施加到硬化金屬板成型部件上。在涂敷過程開始時，沉積薄鎳層，其防止鋼板材料氫脆。
[0007]對于用于較大系列制造中的超高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)構(gòu)件而言，關(guān)于涂敷材料工藝的困難在于在熱成型之前施加的腐蝕防護(hù)涂層可能會由于在熱成型之前和之后作用于涂敷系統(tǒng)上的溫度而不利地改變構(gòu)件和涂層的特征。這可能會導(dǎo)致涂層或涂敷的構(gòu)件中焊料開裂和微開裂，而這種開裂對于涂敷的構(gòu)件和其腐蝕方面具有不利的影響。在熱成型之后施加的涂敷系統(tǒng)和方法，如火焰噴涂和鍍鋅，具有以下缺點:層厚度具有較大波動并且這些方法總體上較為麻煩。
[0008]從斯圖加特大學(xué)機(jī)械工程系Christoph Janisch的“Hochgeschwinkeitsverzinken (HGV) geometrisch komplexer Bauteile，，(幾何復(fù)雜零件的高速鍍鋅(HGV))已知:在電解涂敷期間的電流密度可以通過額外地附連的陽極而局部地增加。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明是基于提出用來制造硬化成型部件的方法的目的，其提供特別好的腐蝕防護(hù)。而且，一個目的在于提出一種用來制造具有良好腐蝕保護(hù)特征的硬化成型部件的相對應(yīng)的設(shè)備以及相應(yīng)制造的構(gòu)件。
[0010]一種方案是通過以下步驟制造硬化成型部件的方法:利用可硬化的條帶材料生產(chǎn)坯料；將坯料加熱到奧氏體化溫度；使坯料成型并且硬化為硬化成型部件；清潔硬化成型部件；在具有電解質(zhì)溶液的浸漬浴中向硬化成型部件涂敷金屬涂層，其中在涂敷期間至少一個輔助元件設(shè)置于浸漬浴中，從而部分地影響涂層的沉積。
[0011]—個優(yōu)點在于涂層并不經(jīng)受通過成型或硬化工藝所造成的不希望的影響，因為僅在成型和硬化之后執(zhí)行涂敷工藝。能在特別地?zé)o裂縫的成型部件的表面上產(chǎn)生基本上恒定的分布和層厚度。成型工藝不會對涂層造成不利的機(jī)械或熱影響，如在成型之前涂敷坯料或條帶材料的情況下。額外地支持基本上均勻分布的涂層在于:至少一個輔助元件設(shè)置于浸漬浴中，利用輔助元件部分地影響在成型部件表面上的層的積聚?？傊?，在成型部件上的涂層品質(zhì)和因此成型部件的抗腐蝕性明顯增加。一個或至少一個輔助元件表示可能提供一個或多個輔助元件，其可以分別單獨(dú)地根據(jù)其影響涂敷工藝的特征來配置和設(shè)計。特別是在使用若干輔助元件時，其可以具有彼此不同的特點，如形狀或?qū)щ娦?。在此情況下，如在本公開中，其被稱作一個輔助元件或該輔助元件，這應(yīng)在至少一個輔助元件的意義上進(jìn)行理解。
[0012]根據(jù)一優(yōu)選實施例，執(zhí)行涂敷工藝，使得至少3 μπι，特別至少7 μπι的平均涂層厚度被施加在硬化成型部件上。因此，確保了對成型部件良好的腐蝕防護(hù)。層厚度的上限是例如最大30 μ m，特別地最大15 μ m，使得涂敷工藝能相對快速地進(jìn)行。應(yīng)了解，所提到的上限和下限可以任意組合，并且可以使用在它們之間的任何值，或者其它層厚度通?？梢钥紤]在內(nèi)?？梢岳幂o助元件對局部部分中的層厚度進(jìn)行個別調(diào)整或影響。例如，通過輔助元件的相應(yīng)布置，能以指向方式(a targeted manner)在部分區(qū)域而不是其它部分區(qū)域中實現(xiàn)較大層厚度。而且，這個工藝可以被設(shè)置成在構(gòu)件的整個表面上產(chǎn)生優(yōu)選地恒定的層厚度。
[0013]通過電鍍、即電解施加涂層。為此，例如能使用由純鋅或鋅和其它合金元素制成陽極，當(dāng)施加電流時，陽極將金屬離子轉(zhuǎn)移到電解質(zhì)。替代地可以使用形式穩(wěn)定的陽極，在此情況下，涂敷材料已經(jīng)溶解于電解質(zhì)中。鋅離子和若需要另一合金元素的離子以原子沉積在成型部件上并且形成涂層，其中成型部件充當(dāng)陰極。
[0014]涂敷材料優(yōu)選地具有至少50%質(zhì)量的鋅，優(yōu)選地至少90%質(zhì)量的鋅，其中鋅含量也可以是100% (純鋅涂層)。涂敷工藝的持續(xù)時間優(yōu)選地少于或等于20分鐘，特別地小于或等于15分鐘，更特別地小于或等于10分鐘長。在涂敷工藝中，根據(jù)一有利實施例，在硬化成型部件與電解質(zhì)溶液之間生成相對流動。在成型部件表面上的相對流動有利地抑制氫在電解質(zhì)溶液中不希望的形成，因此保持轉(zhuǎn)移到成型部件內(nèi)的氫較低。如果在涂敷工藝中氫含量低于具體上限，可以省略隨后的熱處理，諸如流出退火。
[0015]輔助元件中至少一個可以包括導(dǎo)電材料，在涂敷工藝中，相對于硬化成型部件，電流可以施加到輔助元件上。當(dāng)使用若干導(dǎo)電輔助元件時，其可以在涂敷工藝中被加載不同的電位。因此，將在成型部件上產(chǎn)生的層厚度可以部分地個別地調(diào)整，例如，在成型部件的部分區(qū)域中的層結(jié)構(gòu)可以通過增加電流而加速而通常因為幾何條件或者其它邊界條件，層結(jié)構(gòu)的建立以較緩慢的速度發(fā)生。作為附加或作為替代，輔助元件中的至少一個可以由導(dǎo)電材料來提供，并連接到將由電導(dǎo)體涂敷的構(gòu)件。
[0016]根據(jù)一可能實施例，可以執(zhí)行涂敷工藝使得至少在一個工藝步驟中，待涂敷的成型部件經(jīng)受脈沖電流。作為替代或作為附加，成型部件也可以經(jīng)受非脈沖電流。在利用脈沖或非脈沖電流處理期間，順序是可變的，即，成型部件可以在第一步驟中利用脈沖電流進(jìn)行處理并且然后在隨后的第二步驟中利用非脈沖電流進(jìn)行處理，或反之亦然，首先用非脈沖電流處理并且然后利用脈沖電流處理。通過在第一部分步驟中的脈沖電流施加，實現(xiàn)了納米結(jié)晶層結(jié)構(gòu)，其例如可以具有一至二微米的層厚度。因此，涂層靠近工件具有特別致密的結(jié)構(gòu)，其充當(dāng)擴(kuò)散阻擋層。利用脈沖電流對電解質(zhì)溶液進(jìn)行處理能在第一工位發(fā)生；在隨后的第二工位，電解質(zhì)溶液能被加載非脈沖電流?？梢岳梅珠_的陽極和/或?qū)щ娸o助元件來實現(xiàn)電流施加。
[0017]作為使用由導(dǎo)電材料制成的輔助元件的替代或補(bǔ)充，輔助元件中的至少一個可以包括不導(dǎo)電材料。為了涂敷工藝，這種非導(dǎo)電輔助元件布置于浸漬浴中，特別地使得涂層沉積被部分抑制。在這種情況下，非導(dǎo)電輔助元件充當(dāng)遮罩并且能局部抑制涂敷工藝。
[0018]獨(dú)立于輔助元件的設(shè)計，根據(jù)一優(yōu)選實施例，設(shè)置成將輔助元件中的至少一個容納于保持裝置中，其中保持裝置能在浸漬浴內(nèi)移動?？梢蕴貏e地設(shè)置為將硬化成型部件浸漬到浸漬浴內(nèi)后，輔助元件相對于成型部件從閑置位置(即靜止位置)移動到處理位置，在閑置位置，輔助元件離成型部件一定距離，在處理位置，輔助元件更靠近成型部件移動。由于相應(yīng)輔助元件相對于成型部件的可移動性，輔助元件可以很精確地定位用于涂敷工藝并且因此能局部地影響，例如便于或抑制層形成，或者涂層沉積。而且，可以設(shè)置為輔助元件的保持裝置保持在浸浴中，它在浸浴中可移動地布置。
[0019]通過將工件浸漬到具有電解質(zhì)溶液的浸漬浴內(nèi)來執(zhí)行涂敷工藝。浸漬浴也可以被稱作浸浴或電解浴。根據(jù)第一可能性，涂敷工藝能以連續(xù)方式執(zhí)行，其中在工件持續(xù)地移動經(jīng)過浸漬浴時工件被涂敷。因為在工件表面上的相對移動，實現(xiàn)了涂敷工藝良好的可再現(xiàn)性，以及在整個表面上特別均勻的涂層。應(yīng)了解連續(xù)方法也可以包括暫停，其中前移可以在某種程度上短暫地停止，例如在鏈?zhǔn)竭f送系統(tǒng)中。替代地，涂敷工藝也可以以不連續(xù)工藝執(zhí)行，其中工件被浸漬到浸漬浴內(nèi)并且在完成后，再次提出涂敷工藝。而且，不連續(xù)工藝可以以有利方式包括產(chǎn)生相對流動，例如通過噴嘴，生成抵靠成型部件的流體流動。
[0020]使用相對流動執(zhí)行涂敷工藝以有利方式確保了由于第四流動電解質(zhì)，鋅含量在工件上保持較高。在電解質(zhì)中氫不希望的產(chǎn)生和相對應(yīng)地在工件中氫的包含因此在涂敷工藝中被抑制。防止工件氫脆，使得能省略隨后的熱處理。
[0021]酸性電解質(zhì)溶液優(yōu)選地用作電解質(zhì)溶液，其能具有特別地2至4的pH-值。但是，應(yīng)了解替代地也可以使用pH值優(yōu)選地大于7的堿性電解質(zhì)。酸性電解質(zhì)具有以下優(yōu)點:其能經(jīng)受高電流密度，即，在預(yù)定時間，沉積的涂層厚度相對較大，并且在構(gòu)件中的氫含量相對較低。然而，不利的是酸性電解質(zhì)具有更惡化的散射能力(scattering power) 0與之相反的是在堿性電解質(zhì)中，沉積更加均勻，即，電解質(zhì)具有更好的均鍍能力，使得在工件上建立特別均勻的涂層。
[0022]在下文中更詳細(xì)地描述在涂敷工藝之前執(zhí)行的方法步驟。
[0023]起點可以是由可硬化鋼材料制成的至少一個條帶。優(yōu)選地，含錳的材料用作可硬化的鋼材料，其能附加地包含另外的微合金元素，如鈮和/或鈦。在此情況下，這種微合金元素占總質(zhì)量的重量百分比優(yōu)選地最大lOOOppm(百萬分之)?？梢砸缘偷?