等離子體電解氧化的構(gòu)件及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種表面氧化金屬構(gòu)件或半成品的制造方法、其應(yīng)用及相應(yīng)平面構(gòu)件，特別是汽車外殼構(gòu)件，如發(fā)動(dòng)機(jī)罩、車頂、車門、擋泥板和/或側(cè)架、烤盤或浴缸。本發(fā)明目的在于提出一種制造表面氧化構(gòu)件或者半成品的方法，該構(gòu)件或半成品具有至少局部等離子電解氧化表面，其中盡管必需的成型步驟該方法仍適用于大規(guī)模生產(chǎn)，該目的通過一種用于制造表面氧化金屬構(gòu)件或者半成品的方法實(shí)現(xiàn)，包括以下方法步驟：制備帶狀或板狀金屬基底，隨后至少局部涂覆至少一個(gè)一側(cè)或兩側(cè)表面涂層，其由以下金屬中一種或多種合金組成：Al、Mg、Ti或Zr，對(duì)基底已涂覆的表面涂層實(shí)施至少局部的等離子體電解氧化并且隨后將已涂層基底可選地定長(zhǎng)切割并成型為構(gòu)件或半成品，其中表面涂層的等離子體電解氧化部分厚度小于5μm,優(yōu)選小于3μm，或者可選地定長(zhǎng)切割基底并將基底成型為構(gòu)件或半成品，隨后對(duì)構(gòu)件或半成品的已涂覆表面涂層實(shí)施至少局部的等離子體電解氧化，其中表面涂層的等離子體電解氧化部分厚度為5μm至200μm。
【專利說明】
等離子體電解氧化的構(gòu)件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種用于制造表面氧化的、金屬的構(gòu)件或者半成品的方法、該構(gòu)件或者半成品的應(yīng)用以及相應(yīng)的平面的構(gòu)件，特別是汽車的外殼構(gòu)件，比如發(fā)動(dòng)機(jī)罩、車頂、車門、擋泥板和/或側(cè)架、摩擦襯片和/或磨料層、軸承材料、煎盤和/或烤盤以及炊具領(lǐng)域的制品，在以屋頂覆蓋、墻體和/或天花板嵌板的形式的建筑領(lǐng)域，在照明工業(yè)和/或輻射加熱工業(yè)中，用于燃燒室外罩、渦輪外罩和/或爐外罩以及排氣裝置，熱保護(hù)屏障、離岸應(yīng)用或者在衛(wèi)生領(lǐng)域中的應(yīng)用，比如淋浴槽、浴缸、盥洗臺(tái)/盥洗盆、洗衣機(jī)外罩和/或烘干機(jī)外罩，以及在電氣工業(yè)和/或電子娛樂系統(tǒng)中的構(gòu)件和/或外罩，用于電子部件的散熱體，例如用于LED和/或工業(yè)電子設(shè)備，為了改善物體消聲和/或在振動(dòng)引起的和/或聲音沖擊的構(gòu)件的消聲，在特別是有強(qiáng)腐蝕性和/或磨損性的介質(zhì)流通經(jīng)過的管路鋪設(shè)中，對(duì)耐磨性有要求的攪拌裝置和/或混合裝置中以及用于輸送含沙的和/或邊緣鋒利的散裝貨物的覆蓋物和/或裝置，以及在食品工業(yè)中與食品接觸的表面以及在醫(yī)學(xué)修補(bǔ)術(shù)和/或醫(yī)學(xué)技術(shù)中作為生物兼容的、耐磨損的層，以及通過結(jié)構(gòu)化的層使在構(gòu)件上全面地或部分地提高壓曲強(qiáng)度、壓曲剛性、抗彎強(qiáng)度、表面硬度和/或耐磨強(qiáng)度成為必要的措施。
【背景技術(shù)】
[0002]金屬的基底的表面改善是已知的。例如長(zhǎng)時(shí)間以來已知作為保護(hù)防護(hù)層的琺瑯。在琺瑯涂層的過程中，通過浸入或噴涂而為物體設(shè)置琺瑯涂層并隨后在800至850°C下煅燒。雖然琺瑯層可以涂覆在許多基底上，例如也可以涂覆在鋼上。但是琺瑯層會(huì)輕易地受到損壞并因此非常易受撞擊。此外，還已知用于鋁基底的陽極氧化。在陽極氧化的過程中利用鋁的電解氧化，從而有針對(duì)性地在鋁基底上產(chǎn)生氧化鋁層。陽極氧化后的表面具有相對(duì)較大的硬度。對(duì)于大于400HV的硬度而言需要更厚的層，其具有增加的易碎性。此外還已知鋁的等離子體電解氧化，特別是以PVD法或CVD法涂覆在鋼基底上的鋁薄層的等離子體電解氧化。通過等離子體電解氧化(PEO)或者M(jìn)AO(微弧氧化)可以產(chǎn)生極高的硬度。另外，“電鍍技術(shù)(Galvanotechnik)5/2012” , “由熱的和陽極的過程產(chǎn)生的薄陶瓷層(Diinne keramischeSchichten aus thermischen und anodischen Prozessen)，，，T.Lampke等人著，參見934頁中還已知，通過電弧或火焰噴鍍使照射后的鋼基底涂覆有鋁材料并且隨后使該表面等離子體電解氧化，從而在該表面上至少局部地產(chǎn)生陶瓷釉。等離子體電解氧化可以產(chǎn)生最大2000HV的層硬度。但是PVD法或CVD法并不適用于大規(guī)模生產(chǎn)。另外還提出了構(gòu)件或半成品通常必須經(jīng)過成型過程的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]由此出發(fā)，本發(fā)明的目的因此在于提出一種用于制造表面改善的構(gòu)件或者半成品的方法，該構(gòu)件或半成品具有至少局部的等離子電解氧化的表面，其中，盡管必需的成型步驟該方法仍適用于大規(guī)模生產(chǎn)。此外，本發(fā)明的目的還在于提出有利的應(yīng)用以及有利的構(gòu)件。
[0004]根據(jù)本發(fā)明的第一教導(dǎo)，該目的通過一種用于制造表面改善的、金屬的構(gòu)件或者半成品的方法得以實(shí)現(xiàn)，該方法包括以下方法步驟:
[0005]_制備帶狀或者板狀的金屬的基底，
[0006]-隨后至少局部地涂覆至少一個(gè)一側(cè)或兩側(cè)的表面涂層，該表面涂層由以下金屬中的一種或多種的合金組成:Al、Mg、TiSZr，
[0007]-對(duì)基底的已涂覆的表面涂層實(shí)施至少局部的、特別是連續(xù)的等離子體電解氧化， 并且隨后將已涂層的基底可選地定長(zhǎng)切割并成型成為構(gòu)件或半成品，其中，表面涂層的等離子體電解氧化的部分的厚度為小于5M1、優(yōu)選小于3WI1，
[0008]或者
[0009]-將基底可選地定長(zhǎng)切割并且將基底成型成為構(gòu)件或半成品，
[0010]-隨后對(duì)構(gòu)件或半成品的已涂覆的表面涂層實(shí)施至少局部的等離子體電解氧化， 其中，表面涂層的等離子體電解氧化的部分的厚度為5mi至200wn、特別是不超過50wn、優(yōu)選不超過30tim。
[0011]按照本發(fā)明，帶狀的基底應(yīng)理解為一種以帶材形式的基底，例如將帶材卷繞作為卷材而提供。板狀的基底是一種平面的、通常乳制過的基底，其厚度基本上比其寬度和長(zhǎng)度小。半成品與構(gòu)件的區(qū)別在于，根據(jù)本發(fā)明的半成品進(jìn)行了其他的方法步驟，例如成型步驟。通過使方法步驟的順序取決于等離子體電解轉(zhuǎn)化的層的厚度可以提供特別經(jīng)濟(jì)的制造。
[0012]在小于5WH、特別是小于3_的較小的表面涂層厚度的情況下，至少局部的等離子體電解氧化既可以在帶狀的金屬的基底上特別是連續(xù)地實(shí)施也可以在板材成型之前在塊狀涂層的板材上實(shí)施。在5wii至200wi1、特別是不超過50wi1、優(yōu)選不超過30wii的較大的等離子體電解氧化的表面涂層厚度的情況下，必須在成型之后進(jìn)行等離子體電解氧化。但是在此也可以充分利用，可以以特別經(jīng)濟(jì)的方式、例如通過帶狀的基底優(yōu)選連續(xù)地實(shí)施各個(gè)操作步驟直到表面涂層的一部分的等離子體電解氧化。表面的等離子體電解氧化在電解液中通過與陽極氧化相比明顯更高的電壓進(jìn)行。在電解池中產(chǎn)生等離子體放電，其促使表面的等離子體電解氧化。元素Al、Mg、Ti和Zr的合金的氧化物的特征在于特殊的硬度和耐腐蝕性， 其中，鋁合金是成本很低而且以其氧化物的形式可以提供非常高的硬度。通過等離子體放電調(diào)整氧化層，該氧化層例如與陽極氧化相比具有幾乎無孔的、封閉的層并且促使改善耐腐蝕保護(hù)性能和更高硬度的作用。已顯示，特別是平面的構(gòu)件，即板狀的基底或帶狀的基底可以以較大的規(guī)模等離子體電解地通過充分的生產(chǎn)速度轉(zhuǎn)變成為陶瓷釉，從而使大規(guī)模生產(chǎn)成為可能和經(jīng)濟(jì)性的。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的第一種設(shè)計(jì)方案，通過基底的熱浸鍍層或者滾壓包層完成基底的一側(cè)或兩側(cè)表面涂層的涂覆，該表面涂層由以下金屬中的一種或多種的合金組成:Al、Mg、Ti 或Zr。熱浸鍍層特別是適用于為帶狀的基底涂覆兩側(cè)的表面涂層。通過滾壓包覆也可以制造一側(cè)的涂層，該涂層具有以下一種金屬的合金:Al、Mg、Ti或Zr。但是，當(dāng)然也可以通過滾壓包層實(shí)現(xiàn)兩側(cè)的涂層。在熱浸鍍槽中，可以使用鋁、鋁合金、鋁鎂合金、鎂、鎂合金、鎂鋁合金和可選的外來混入物(比如鐵、鋅、鈦、釩、鉻、鈷和/或錳)。這兩種方法都適用于已涂層的金屬的基底的大規(guī)模生產(chǎn)。優(yōu)選通過這些方法制造帶狀的已涂層的金屬基底。[〇〇14]優(yōu)選由鋼、不銹鋼、鎳基合金(超級(jí)合金)或者其他的非鐵合金制備基底，其中，鋼基底可選地涂覆有基于Zn、ZnAl、AlZn、ZnMg的金屬的涂層。除了通過金屬層而受到耐腐蝕保護(hù)的鋼材之外，例如優(yōu)選使用碳鋼、不銹鋼、耐熱且高耐腐蝕的不銹鋼或者工具鋼。鎳基合金或者其他的非鐵合金，例如不含有金屬Al、Mg、Ti和/或Zr的基本組成部分的合金，同樣適合作為用于表面涂層和隨后已涂覆的表面涂層的等離子體電解氧化的基底。
[0015]根據(jù)該方法的另一種設(shè)計(jì)方案，由鋼制備具有最大3.0mm、特別是最大1.5mm、優(yōu)選最大0.8mm、特別優(yōu)選最大0.5mm厚度的基底。盡管鋼基底的厚度較小，但是等離子體電解氧化的構(gòu)件具有更高的硬度和由于氧化層所產(chǎn)生的更高的E模量，這最終促使更高的壓曲強(qiáng)度和壓曲剛性，從而由此實(shí)現(xiàn)了例如在汽車制造中進(jìn)一步的重量減輕。在熱浸鍍層的過程中，涂層的層厚為lOym至最大50wi1、優(yōu)選最大30wii。在滾壓包層的過程中，涂層的層厚為20ii m至最大200iim、優(yōu)選最大lOOwii。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的另一種設(shè)計(jì)方案，帶狀的基底在涂覆一側(cè)或兩側(cè)的表面涂層之后卷繞成卷材，以便于運(yùn)送給下一個(gè)操作步驟，例如定長(zhǎng)切割和成型或者等離子體電解氧化。由此在表面氧化的金屬的構(gòu)件或半成品的制造過程中得到了其他經(jīng)濟(jì)性的優(yōu)點(diǎn)。
[0017]如果將含有最大11重量％的51的鋁合金用于涂覆金屬的基底的表面涂層，可以制備低成本的、熱浸鍍層的金屬的基底，該基底提供了通過等離子體電解氧化而突出的耐磨強(qiáng)度和表面硬度。具有相應(yīng)的鋁合金的表面涂層此外在工藝上可以大規(guī)模生產(chǎn)。特別是鋁合金的組成確保了在鋼基底的表面上的特別良好的附著。
[0018]最后，進(jìn)一步這樣設(shè)計(jì)該方法，S卩，在制成了具有至少局部的等離子體電解氧化的表面涂層的半成品或構(gòu)件之后，將構(gòu)件或半成品運(yùn)送給至少一個(gè)其他的表面處理步驟。例如能夠考慮，構(gòu)件或半成品的表面進(jìn)行有機(jī)的和/或無機(jī)的涂層步驟，例如以涂漆的、上釉的形式，例如進(jìn)行賦予顏色的陶瓷上釉、金屬噴鍍和/或涂覆特氟龍，從而可以提供額外的功能特性，其中，例如在特氟龍涂層的情況下提供特別小的粘附性。
[0019]如上所述地，制成的構(gòu)件或半成品具有特別突出的特性。等離子體電解氧化的表面涂層的表面硬度是極高的(最大2000HV)，從而構(gòu)件或半成品的表面特別耐磨損。除此之夕卜，氧化層以近乎無孔的形式形成，從而產(chǎn)生了處理后的表面的特別好的耐腐蝕性和耐熱性。此外，根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)教導(dǎo)提出，通過按照本發(fā)明的方法制成的構(gòu)件或半成品在渦輪機(jī)制造、發(fā)電站制造和發(fā)動(dòng)機(jī)制造、離岸建造、排氣裝置、爐子制造和汽車制造中、衛(wèi)生領(lǐng)域中以及醫(yī)學(xué)技術(shù)中或開頭所述的領(lǐng)域中應(yīng)用。
[0020]在一種優(yōu)選的應(yīng)用中，構(gòu)件是烤盤，其具有一側(cè)或兩側(cè)的等離子電解氧化的表面涂層。已發(fā)現(xiàn)，等離子體電解氧化的表面涂層由于其極高的耐熱性和耐磨強(qiáng)度特別適用于作為工業(yè)烤盤的應(yīng)用，但也適用于家庭使用。同時(shí)，表面涂層的高硬度由于改善的壓曲強(qiáng)度、壓曲剛性和抗彎強(qiáng)度實(shí)現(xiàn)了鋼基底的壁厚的進(jìn)一步減小，從而使烤盤本身具有較小的熱容量。
[0021]由此提供了另一種按照本發(fā)明的應(yīng)用，S卩，構(gòu)件或半成品用于汽車的外殼構(gòu)件，比如發(fā)動(dòng)機(jī)罩、車頂、車門、擋泥板和/或側(cè)架。例如上述的烤盤中，極高的表面硬度以及改善的壓曲強(qiáng)度、壓曲剛性和抗彎強(qiáng)度也實(shí)現(xiàn)了進(jìn)一步減小鋼基底的壁厚并由此實(shí)現(xiàn)重量減輕，而不必承受壓曲強(qiáng)度、壓曲剛性和抗彎強(qiáng)度的損失。[〇〇22]作為在衛(wèi)生領(lǐng)域中的其他應(yīng)用，能夠考慮的是相應(yīng)地表面氧化的浴缸、沖洗盆、水槽以及淋浴池，它們具有明顯更硬的表面并因此在碰撞中不會(huì)像琺瑯表面一樣容易脫落。另外，表面氧化的構(gòu)件和半成品可以設(shè)置有機(jī)的和/或無機(jī)的層或者進(jìn)行其他的表面處理步驟。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)教導(dǎo)，通過一種平面的構(gòu)件，特別是汽車的外殼構(gòu)件，比如發(fā)動(dòng)機(jī)罩、車頂、車門、擋泥板和/或側(cè)架、烤盤、沖洗盆、水槽、淋浴池或者浴缸，上述目的由此得以實(shí)現(xiàn)，即，平面的構(gòu)件具有一個(gè)至少局部地等離子電解氧化的層，該層由以下金屬中的至少一種的合金組成:Al、Mg、Ti或Zr。
[0024]如上所述地，平面構(gòu)件的等離子電解氧化的區(qū)域的出色的表面特性以更大的重量減輕潛力實(shí)現(xiàn)了極高的耐磨強(qiáng)度或耐腐蝕性以及耐熱性。例如在汽車的外殼構(gòu)件，比如發(fā)動(dòng)機(jī)罩、車頂、車門、擋泥板和/或側(cè)架中能夠考慮重量減輕。相反地，在烤盤中，不僅壓曲強(qiáng)度、壓曲剛性和抗彎強(qiáng)度是前提，而且在減小的重量的條件下同時(shí)有增加的耐磨強(qiáng)度和耐腐蝕性。最后，在至少局部地具有等離子體電解氧化的層的浴缸、沖洗盆和/或淋浴池中，有利的是，與常見的琺瑯涂層的浴缸或例如淋浴池相比，它們具有明顯更高的耐磨強(qiáng)度并因此具有顯著的優(yōu)點(diǎn)而且也能夠工藝技術(shù)上經(jīng)濟(jì)地制造。開頭所述的、至少局部地具有等離子體電解氧化的層的構(gòu)件相對(duì)于以常規(guī)方式制成的構(gòu)件具有顯著的優(yōu)點(diǎn)。
[0025]根據(jù)按照本發(fā)明的構(gòu)件的另一個(gè)設(shè)計(jì)方案，構(gòu)件具有至少一個(gè)由鋼、不銹鋼、鎳基合金(超級(jí)合金)或者其他的非鐵合金構(gòu)成的板材。所有的板材是相同的，已涂覆的表面涂層由以下金屬的合金組成:Al、Mg、Ti或Zr，該表面涂層通過等離子體電解氧化而提供極高強(qiáng)度的、耐腐蝕的表面，該表面可以明顯拓寬用于板材的材料的特性。
[0026]如果構(gòu)件具有小于5μπι、優(yōu)選小于3μπι的等離子體電解氧化層的厚度，可能的是，在表面涂層的等離子體電解氧化之后才使構(gòu)件成型，從而可以確保特別經(jīng)濟(jì)的制造過程。
[0027]如果等離子體電解氧化的層的厚度為5μηι至200μηι、特別是不超過50μηι、優(yōu)選不超過30μπι，相反地可以在結(jié)合了較高的磨損保護(hù)的情況下提供特別高的耐腐蝕性和同時(shí)極高的表面的硬度。
[0028]為了提供構(gòu)件或半成品的表面的其他的功能特性，構(gòu)件至少局部地具有在等離子體電解氧化的層上的另一個(gè)表面涂層。另一個(gè)表面涂層例如可以是有機(jī)層和/或無機(jī)層，例如以涂漆、上釉、金屬噴鍍和/或由特氟龍組成的涂層。由于等離子體電解氧化的表面有特別高的耐磨強(qiáng)度，其例如特別適用于大面積的衛(wèi)生用商品，例如浴缸或淋浴池，但也適用于來自白色的、棕色的和紅色的商品的領(lǐng)域的部分或者來自開頭所述領(lǐng)域的部分。通常將家用電器成為白色的商品，例如冰箱、洗衣機(jī)或烤面包機(jī)。相應(yīng)地等離子體電解表面氧化的構(gòu)件的極耐磨和耐腐蝕的表面以及減小的重量或改善的壓曲強(qiáng)度、壓曲剛性和抗彎強(qiáng)度對(duì)于棕色商品、娛樂電子設(shè)備的商品以及紅色商品(即在加熱技術(shù)的領(lǐng)域中的商品)而言也是有利的。
【附圖說明】
[0029]隨后借助實(shí)施例結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明。附圖中:
[0030]圖1以示意圖示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的用于制造表面氧化的金屬構(gòu)件的方法步驟，
[0031]圖2，3示出了根據(jù)兩種實(shí)施例的用于金屬基底的表面涂層的兩種實(shí)施例，
[0032]圖4和圖5以示意圖示出了用于形成表面氧化的金屬構(gòu)件的方法的實(shí)施例，該構(gòu)件具有較大的層厚的和較小層厚的等離子體電解氧化的層，以及
[0033]圖6至10以示意圖示出了按照本發(fā)明的構(gòu)件的四種不同的實(shí)施例?！揪唧w實(shí)施方式】
[0034]圖1首先以非常簡(jiǎn)要的示意圖示出了按照本發(fā)明的方法的實(shí)施例的不同的方法步驟。首先，在方法步驟1中制備帶狀或者板狀的金屬基底，例如由鋼、不銹鋼、鎳基合金(超級(jí)合金)或者其他的非鐵合金組成的帶材或板材，其中，鋼基底例如可選地涂覆有用于防腐蝕保護(hù)的基于2]1、21^1、41211或2111%的金屬的涂層。優(yōu)選例如以卷材形式制備具有最大3.〇1111]1、 特別是最大1.5mm、優(yōu)選最大0.8mm、特別優(yōu)選最大0.5mm厚度的帶狀的金屬基底，例如鋼帶。
[0035]隨后，在方法步驟2中，將表面涂層一側(cè)或兩側(cè)地涂覆在金屬基底上，該表面涂層由以下金屬中的一種或多種的合金組成:Al、Mg、Ti或Zr，例如AlSi合金。方法步驟2的實(shí)施例在圖2和3中示出。
[0036]根據(jù)是否應(yīng)該通過已涂覆的表面涂層的、至少局部的等離子體電解氧化而產(chǎn)生小于5wi1、優(yōu)選小于3wii，或者大于5tim而例如不超過200WI1、特別是不超過50M1、優(yōu)選不超過30U m的通過等離子體電解氧化而氧化的表面涂層，來相互區(qū)分其他的方法步驟。在小于5wii的等離子體電解氧化的表面涂層的較小的厚度的情況下，根據(jù)方法步驟3a，等離子體電解氧化例如在其表面涂層之后、優(yōu)選以連續(xù)的過程在帶狀的基底上實(shí)施。當(dāng)然還可能的是已涂覆的表面涂層的板式的等離子體電解氧化。
[0037]可選地，在帶狀的等離子體電解氧化氧化之后，根據(jù)方法步驟3b定長(zhǎng)切割相應(yīng)地已表面氧化的帶材并且根據(jù)方法步驟3c用等離子體電解氧化后的表面涂層成型成為構(gòu)件， 例如烤盤4。原則上帶狀的、已等離子體電解氧化的帶材也可以首先卷成卷材，從而運(yùn)送給下一個(gè)操作步驟。[〇〇38] 如果在已表面涂層的基底上產(chǎn)生了 5wii至200M1的已等離子體電解氧化的表面涂層的厚度，首先在步驟3a’中，可選地定長(zhǎng)切割帶狀的基底并且運(yùn)送到成型步驟3b’，該成型步驟使基底具有構(gòu)件或半成品的最終形狀。在板狀的已表面涂層的基底的情況下可以省略加工步驟3a’。隨后在步驟3c’中，為了得到最終產(chǎn)品(例如以烤盤4的形式)進(jìn)行構(gòu)件的已涂覆的表面涂層的等離子體電解氧化。
[0039]等離子體電解氧化的過程3a或3c’通常在水狀的電解液中進(jìn)行，其中，待氧化的基底或構(gòu)件被陽極極化并且與對(duì)應(yīng)電極一起引入電解液中。首先，通過在陽極極化的基底或構(gòu)件與陰極之間提供電勢(shì)而產(chǎn)生純化學(xué)誘導(dǎo)的鈍化層。該電勢(shì)繼續(xù)提高，從而在擊穿電壓下局部地穿透該鈍化層。在此進(jìn)行通過火花可觀察到的等離子體化學(xué)固相反應(yīng)。通過可被氧化的金屬與電解裂解的氧氣的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生了由金屬和陶瓷組成的復(fù)合層。在此，等離子體化學(xué)固相反應(yīng)通常在具有最小的局部阻力的位置上發(fā)生，從而表面由無裂紋的、均勻的涂層覆蓋，因?yàn)樗性O(shè)置有較小的局部阻力的薄層逐漸地暴露于等離子體化學(xué)固相反應(yīng)。
[0040]例如可以通過具有30至80A/dm2、優(yōu)選50A/dm2的電流密度的脈沖交變電流以等離子體電解的方式后處理鋁合金層。該電解液可含有濃度為l_5g/l、優(yōu)選3g/l的Na2Si03以及濃度為2_7g/l、優(yōu)選5g/l的K0H。通過持續(xù)時(shí)間和電流強(qiáng)度可以調(diào)整表面涂層的等離子體電解氧化的部分的層厚度。所有表面涂層的金屬:Al、Mg、Ti和Zr都可以在等離子體電解氧化的過程中形成極度堅(jiān)硬的氧化層，該氧化層促使得到優(yōu)選的特性，例如表面涂層的極高的硬度。
[0041]出于成本的原因，例如優(yōu)選也可以提供非常高硬度的鋁合金。
[0042]圖2中示意性示出了用于涂覆表面涂層(例如鋁合金)的方法的第一種實(shí)施例。具有最大3.0mm至例如最大0.5mm厚度的基底5(例如由鋼組成的基體)由卷材6開卷并且運(yùn)送至預(yù)處理7。預(yù)處理后的鋼基底5隨后通過轉(zhuǎn)向輪而引導(dǎo)至熱浸鍍槽9中，在該熱浸鍍槽中例如存在具有最大11重量％硅以及剩余鋁和不可避免的雜質(zhì)的鋁合金。在帶材浸入該熱浸鍍槽9中的過程中，鋁合金附著在該鋼基底5上并且產(chǎn)生了均勻的表面涂層。通過未示出的吹掃裝置(Abblasvorrichtung)在浸入側(cè)在基底的表面的兩側(cè)上調(diào)整層厚度。在處理步驟10中對(duì)帶材進(jìn)行后續(xù)處理，從而隨后可以卷繞成為卷材11或者可選地定長(zhǎng)切割成為板材12。
[0043]為此也可以替代性地通過圖3中示意性示出的滾壓包層進(jìn)行表面涂層。首先將帶狀的鋼基底5準(zhǔn)備成卷材6。另外還準(zhǔn)備由設(shè)置用于表面涂層的金屬合金(例如Al、Mg、Ti和Zr的合金)組成的薄膜作為薄膜13和14。通常在滾壓包層之前對(duì)薄膜13和14以及鋼基底進(jìn)行預(yù)處理并且加熱到輥溫度而且運(yùn)送到工作輥15。在滾壓包層之后，已表面涂層的基底5卷繞成卷材11或者作為定長(zhǎng)切割的板材12而提供，并且在必要時(shí)進(jìn)行擴(kuò)散退火。與熱浸鍍層法的不同之處在于，在滾壓包層過程中可以僅以一側(cè)的方式滾壓包層基底5。兩種方法都可以用于經(jīng)濟(jì)地制造大量的已涂層的基底5、特別是鋼基底。
[0044]圖4以示意圖示出了其他的方法步驟3a’、3b’和3c’。已涂層的基底5以卷材11的形式提供并且開卷。因?yàn)橐呀?jīng)預(yù)設(shè)置為產(chǎn)生5μπι至200μπι的厚度的等離子體電解氧化，已表面涂層的基底11首先在成型步驟16中成型。在此例如示出了用于通過深沖形成烤盤的簡(jiǎn)單的成型步驟。該成型例如可以以帶狀的形式進(jìn)行，其中，在成型步驟16之后定長(zhǎng)切割成為單個(gè)的烤盤17。當(dāng)然還能夠考慮的是，在成型之前將帶狀的基底5定長(zhǎng)切割成烤盤。為此替代性地還在圖4中示出了運(yùn)送到成型步驟16的板材12，從而也可以由單個(gè)板材例如制成烤盤17。隨后，烤盤17在電解池中進(jìn)行等離子體電解氧化。隨后，烤盤17的表面具有5μπι至200μπι的已等離子體電解氧化的表面涂層并且作為已表面氧化的烤盤17’而提供。此處還可以連接其他的表面處理步驟，例如涂漆、上釉或者涂覆特氟龍層(Teflonschicht)。后者在作為烤盤的應(yīng)用中為了防止烤制殘留物的粘附具有重要意義。在工業(yè)的烤制領(lǐng)域中，通常使用涂覆有特氟龍的烤盤，該烤盤在嚴(yán)苛的環(huán)境中經(jīng)歷顯著的磨損并由此使特氟龍層在較短的時(shí)間之后剝落。為了不需要在較短的使用之后更換烤盤，必須為烤盤再次涂覆特氟龍，其中，為了完全地除去已涂覆的特氟龍層通常必須進(jìn)行噴砂處理。在常規(guī)的烤盤中僅能再次使用I至IJ2次。按照本發(fā)明的、已等離子體電解氧化的烤盤例如可以耐受多次噴砂處理過程并且由于其耐磨損的表面而可以至少5次和更多次地涂特氟龍并再次使用。
[0045]為此替代性地在圖5中示出了已表面涂層的基底5的帶狀的加工。已表面涂層的基底5再次以卷材11的形式提供并且開卷。隨后，基底5經(jīng)過電解池19，其中類似于電解池18地設(shè)置有電極20。在該電解池中，通過等離子體電解氧化使基底5的表面涂層以小于5μπι、優(yōu)選小于3μπι的層厚度氧化。已等離子體電解氧化的表面涂層較薄，從而使帶狀的基底首先能夠卷取并且可以毫無困難地運(yùn)送到成型過程(例如成型步驟16)，而且進(jìn)行已表面涂層的、包括表面涂層的已等離子體電解氧化的部分的基底5的成型。帶狀的基底的定長(zhǎng)切割例如可以在成型步驟16之前完成。制成的烤盤17”具有明顯更小的等離子體電解氧化的層厚?？颈P17”也可以如上所述地進(jìn)行其他的表面處理步驟。
[0046]作為未示出的實(shí)施例，可以將按照本發(fā)明等離子體電解氧化的、帶狀的基底也運(yùn)送到壓型過程。
[0047]在圖6,7,8,9和10中示出了構(gòu)件或其應(yīng)用的其他的實(shí)施例。在圖6中例如以示意性的立體視圖示出了以車頂21形式的汽車的外殼構(gòu)件。圖7以另一個(gè)立體的示意圖示出了以引擎罩22形式的實(shí)施例。同樣地，圖8示出了以烤盤23形式的實(shí)施例的平面的構(gòu)件。在該烤盤中，額外的特氟龍涂層例如用于盡可能少地使烤制殘留物在烤盤上牢固粘附。已涂層的鋼基底的至少部分等離子體電解氧化的表面可以為圖9中示意性示出的洗衣機(jī)24提供了有利的特性，其中，例如鍍層或覆蓋物的耐刮劃性和耐腐蝕性顯著提高。圖10中示出了一個(gè)浴缸25,其通過表面氧化而形成為特別耐沖撞并且耐刮劃，并且與琺瑯涂層的浴缸相比而言能夠以較小的花費(fèi)經(jīng)濟(jì)地制造。
[0048]根據(jù)應(yīng)用目的可以例如在半成品上的等離子體電解氧化之前實(shí)施未示出的沖孔和/或壓印。為了保護(hù)光澤的邊緣不受到腐蝕，可以后來在該區(qū)域中涂覆、優(yōu)選噴涂選擇A1、 Mg、Ti和Zr的金屬的合金，從而可以形成連續(xù)的等離子體電解氧化層。
[0049]替代性地可以在等離子體電解氧化之前，在半成品上的例如用于連接到其他構(gòu)件的位置上(特別是在汽車制造中)通過適合的介質(zhì)覆蓋，例如通過具有至少20kV/mm的擊穿電壓的材料(例如陶瓷)覆蓋。由此實(shí)現(xiàn)了在這些區(qū)域中實(shí)施焊接、特別是電阻焊和/或熔焊以及釬焊，因?yàn)樵诘入x子體電解氧化的過程中已覆蓋的區(qū)域不會(huì)轉(zhuǎn)變成為陶瓷的、電絕緣的層。
[0050]已顯示，通過使用帶狀的或者板狀的基底的、能夠大規(guī)模應(yīng)用的表面涂層，等離子體電解氧化的層及其關(guān)于耐磨性、熱穩(wěn)定性和耐腐蝕性的特殊性能拓寬了其他的應(yīng)用范圍，例如也可以應(yīng)用在汽車制造中。例如，通過增加的壓曲強(qiáng)度、壓曲剛性和抗彎強(qiáng)度使鋼基底的材料厚度進(jìn)一步減小。這也適用于烤盤，其中，鋼基底的厚度與用于烘烤烤制食物所必需的能量需求成比例。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于制造表面氧化的、金屬的構(gòu)件或者半成品的方法，所述方法包括以下方法步驟: -制備(I)帶狀或者板狀的金屬的基底， -隨后至少局部地涂覆(2)至少一個(gè)一側(cè)或兩側(cè)的表面涂層，所述表面涂層由以下金屬中的一種或多種的合金組成^1、]\%、11或2『， -對(duì)基底的已涂覆的表面涂層實(shí)施(3a)至少局部的等離子體電解氧化，并且 -隨后將已涂層的基底可選地定長(zhǎng)切割(3b)并成型(3c)成為構(gòu)件或半成品，其中，所述表面涂層的等離子體電解氧化的部分的厚度為小于5μπι， 或者 -將基底可選地定長(zhǎng)切割(3a’)并且將基底成型(3b’)成為構(gòu)件或半成品， -隨后對(duì)構(gòu)件或半成品的已涂覆的表面涂層實(shí)施(3c’)至少局部的等離子體電解氧化，其中，所述表面涂層的等離子體電解氧化的部分的厚度為5μπι至200μπι。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，通過基底的熱浸鍍層或者滾壓包層完成表面涂層的一側(cè)或兩側(cè)的涂覆，所述表面涂層由以下金屬中的一種或多種的合金組成:Α1、Mg、Ti或Zr。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，由鋼、不銹鋼、鎳基合金(超級(jí)合金)或者其他的非鐵合金制備基底，其中，鋼基底可選地涂覆有基于Zn、ZnMg、ZnAl和/或AlZn的金屬的涂層。4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，由鋼制備具有最大3.0mm厚度的基底。5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，帶狀的基底在涂覆一側(cè)或兩側(cè)的表面涂層之后卷繞成卷材，以便于運(yùn)送給下一個(gè)操作步驟。6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，將含有最大11重量％的51的鋁合金用于所述表面涂層的涂覆。7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，制成的半成品或構(gòu)件運(yùn)送給其他的表面處理步驟。8.通過根據(jù)權(quán)利要求1至5中任意一項(xiàng)所述的方法制成的構(gòu)件或半成品在渦輪機(jī)制造、發(fā)電站制造和發(fā)動(dòng)機(jī)制造、離岸建造、排氣裝置、爐子制造和汽車制造中以及在衛(wèi)生領(lǐng)域中的應(yīng)用。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的應(yīng)用，其特征在于，所述構(gòu)件或半成品是烤盤(4，17，17’，17”)并且具有一側(cè)或兩側(cè)的等離子電解氧化的表面涂層。10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的應(yīng)用，其特征在于，所述構(gòu)件或半成品用于汽車的外殼構(gòu)件(21，22 )、發(fā)動(dòng)機(jī)罩、車頂、車門、擋泥板和/或側(cè)架。11.平面的構(gòu)件，特別是汽車的外殼構(gòu)件、發(fā)動(dòng)機(jī)罩、車頂、車門、烤盤或者浴缸，其特征在于，所述平面的構(gòu)件具有一個(gè)至少局部地等離子電解氧化的層，所述層由至少一種以下金屬的合金組成:Al、Mg、Ti或Zr。12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的構(gòu)件，其特征在于，所述構(gòu)件具有至少一個(gè)由鋼、不銹鋼、鎳基合金(超級(jí)合金)或者其他的非鐵合金構(gòu)成的板材。13.根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的構(gòu)件，其特征在于，所述等離子體電解氧化的層的厚度為小于5ym〇14.根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的構(gòu)件，其特征在于，所述等離子體電解氧化的層的厚度 為 5tim 至 200M1。15.根據(jù)權(quán)利要求11至14中任意一項(xiàng)所述的構(gòu)件，其特征在于，所述構(gòu)件至少局部地具 有在所述等離子體電解氧化的層上的另一個(gè)表面涂層。
【文檔編號(hào)】B32B15/01GK105980610SQ201580007197
【公開日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2015年2月4日
【發(fā)明人】彼得·克勞克
【申請(qǐng)人】蒂森克虜伯鋼鐵歐洲股份公司, 蒂森克虜伯股份公司