用于制造硬化成型部件的方法和设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及利用乳制的条带材料来制造硬化和涂敷的成型部件的方法和设备。涂层将保护成型部件避免腐蚀。本发明还涉及这样的成型部件，即作为具有腐蚀防护系统的结构构件，特别地作为用于机动车辆的车身构件的结构构件。
【背景技术】
[0002]从DE 10 2004 037 206 A1，已知一种用于机动车辆的车身，其从各单个元件组装而成。为此，使用由具有可变薄板厚度的柔性乳制薄板制成的各单个元件。这种具有可变薄板厚度的金属板元件也被设计为连续变截面棍乳板(Tailor Rolled Blanks) (TRB)。
[0003]在机动车辆工业中趋向于轻型设计和乘员保护的当前发展导致高强度或超高强度车身钢的使用增加。在这种发展的过程中，特别地使用多相(Phase)钢或马氏体相钢。马氏体相钢通常经由间接或直接热成型方法加工成结构构件。
[0004]用于机动车辆的结构构件通常设有涂层，涂层应保护金属板避免腐蚀。然而，对于热成型钢材料而言，执行可靠的腐蚀防护特别困难。已知多种涂层和涂敷方法，它们的不同之处在于涂层是在热成型工艺之前还是之后施加。
[0005]用于涂敷钢构件的已知方法例如是电镀(电解)锌涂层。在电镀锌涂敷期间，工件被浸渍到锌电解质中。采用由锌制成的涂层是因为与被称作“牺牲阳极”的工件相比不太贵的特征。镀锌基体材料用作阴极，因此，这种类型的涂层也被表征为阴极腐蚀防护。
[0006]从EP 2 412 848 A1已知一种用于制造金属板成型部件的方法，金属板成型部件具有腐蚀防护涂层。为此，最初，将金属板材料成型和硬化为金属板成型部件。然后，锌-镍-涂层作为腐蚀防护涂层施加到硬化金属板成型部件上。在涂敷过程开始时，沉积薄镍层，其防止钢板材料氢脆。
[0007]对于用于较大系列制造中的超高强度结构构件而言，关于涂敷材料工艺的困难在于在热成型之前施加的腐蚀防护涂层可能会由于在热成型之前和之后作用于涂敷系统上的温度而不利地改变构件和涂层的特征。这可能会导致涂层或涂敷的构件中焊料开裂和微开裂，而这种开裂对于涂敷的构件和其腐蚀方面具有不利的影响。在热成型之后施加的涂敷系统和方法，如火焰喷涂和镀锌，具有以下缺点:层厚度具有较大波动并且这些方法总体上较为麻烦。
[0008]从斯图加特大学机械工程系Christoph Janisch的“Hochgeschwinkeitsverzinken (HGV) geometrisch komplexer Bauteile，，(几何复杂零件的高速镀锌(HGV))已知:在电解涂敷期间的电流密度可以通过额外地附连的阳极而局部地增加。
【发明内容】
[0009]本发明是基于提出用来制造硬化成型部件的方法的目的，其提供特别好的腐蚀防护。而且，一个目的在于提出一种用来制造具有良好腐蚀保护特征的硬化成型部件的相对应的设备以及相应制造的构件。
[0010]一种方案是通过以下步骤制造硬化成型部件的方法:利用可硬化的条带材料生产坯料；将坯料加热到奥氏体化温度；使坯料成型并且硬化为硬化成型部件；清洁硬化成型部件；在具有电解质溶液的浸渍浴中向硬化成型部件涂敷金属涂层，其中在涂敷期间至少一个辅助元件设置于浸渍浴中，从而部分地影响涂层的沉积。
[0011]—个优点在于涂层并不经受通过成型或硬化工艺所造成的不希望的影响，因为仅在成型和硬化之后执行涂敷工艺。能在特别地无裂缝的成型部件的表面上产生基本上恒定的分布和层厚度。成型工艺不会对涂层造成不利的机械或热影响，如在成型之前涂敷坯料或条带材料的情况下。额外地支持基本上均匀分布的涂层在于:至少一个辅助元件设置于浸渍浴中，利用辅助元件部分地影响在成型部件表面上的层的积聚。总之，在成型部件上的涂层品质和因此成型部件的抗腐蚀性明显增加。一个或至少一个辅助元件表示可能提供一个或多个辅助元件，其可以分别单独地根据其影响涂敷工艺的特征来配置和设计。特别是在使用若干辅助元件时，其可以具有彼此不同的特点，如形状或导电性。在此情况下，如在本公开中，其被称作一个辅助元件或该辅助元件，这应在至少一个辅助元件的意义上进行理解。
[0012]根据一优选实施例，执行涂敷工艺，使得至少3 μπι，特别至少7 μπι的平均涂层厚度被施加在硬化成型部件上。因此，确保了对成型部件良好的腐蚀防护。层厚度的上限是例如最大30 μ m，特别地最大15 μ m，使得涂敷工艺能相对快速地进行。应了解，所提到的上限和下限可以任意组合，并且可以使用在它们之间的任何值，或者其它层厚度通常可以考虑在内。可以利用辅助元件对局部部分中的层厚度进行个别调整或影响。例如，通过辅助元件的相应布置，能以指向方式(a targeted manner)在部分区域而不是其它部分区域中实现较大层厚度。而且，这个工艺可以被设置成在构件的整个表面上产生优选地恒定的层厚度。
[0013]通过电镀、即电解施加涂层。为此，例如能使用由纯锌或锌和其它合金元素制成阳极，当施加电流时，阳极将金属离子转移到电解质。替代地可以使用形式稳定的阳极，在此情况下，涂敷材料已经溶解于电解质中。锌离子和若需要另一合金元素的离子以原子沉积在成型部件上并且形成涂层，其中成型部件充当阴极。
[0014]涂敷材料优选地具有至少50%质量的锌，优选地至少90%质量的锌，其中锌含量也可以是100% (纯锌涂层)。涂敷工艺的持续时间优选地少于或等于20分钟，特别地小于或等于15分钟，更特别地小于或等于10分钟长。在涂敷工艺中，根据一有利实施例，在硬化成型部件与电解质溶液之间生成相对流动。在成型部件表面上的相对流动有利地抑制氢在电解质溶液中不希望的形成，因此保持转移到成型部件内的氢较低。如果在涂敷工艺中氢含量低于具体上限，可以省略随后的热处理，诸如流出退火。
[0015]辅助元件中至少一个可以包括导电材料，在涂敷工艺中，相对于硬化成型部件，电流可以施加到辅助元件上。当使用若干导电辅助元件时，其可以在涂敷工艺中被加载不同的电位。因此，将在成型部件上产生的层厚度可以部分地个别地调整，例如，在成型部件的部分区域中的层结构可以通过增加电流而加速而通常因为几何条件或者其它边界条件，层结构的建立以较缓慢的速度发生。作为附加或作为替代，辅助元件中的至少一个可以由导电材料来提供，并连接到将由电导体涂敷的构件。
[0016]根据一可能实施例，可以执行涂敷工艺使得至少在一个工艺步骤中，待涂敷的成型部件经受脉冲电流。作为替代或作为附加，成型部件也可以经受非脉冲电流。在利用脉冲或非脉冲电流处理期间，顺序是可变的，即，成型部件可以在第一步骤中利用脉冲电流进行处理并且然后在随后的第二步骤中利用非脉冲电流进行处理，或反之亦然，首先用非脉冲电流处理并且然后利用脉冲电流处理。通过在第一部分步骤中的脉冲电流施加，实现了纳米结晶层结构，其例如可以具有一至二微米的层厚度。因此，涂层靠近工件具有特别致密的结构，其充当扩散阻挡层。利用脉冲电流对电解质溶液进行处理能在第一工位发生；在随后的第二工位，电解质溶液能被加载非脉冲电流。可以利用分开的阳极和/或导电辅助元件来实现电流施加。
[0017]作为使用由导电材料制成的辅助元件的替代或补充，辅助元件中的至少一个可以包括不导电材料。为了涂敷工艺，这种非导电辅助元件布置于浸渍浴中，特别地使得涂层沉积被部分抑制。在这种情况下，非导电辅助元件充当遮罩并且能局部抑制涂敷工艺。
[0018]独立于辅助元件的设计，根据一优选实施例，设置成将辅助元件中的至少一个容纳于保持装置中，其中保持装置能在浸渍浴内移动。可以特别地设置为将硬化成型部件浸渍到浸渍浴内后，辅助元件相对于成型部件从闲置位置(即静止位置)移动到处理位置，在闲置位置，辅助元件离成型部件一定距离，在处理位置，辅助元件更靠近成型部件移动。由于相应辅助元件相对于成型部件的可移动性，辅助元件可以很精确地定位用于涂敷工艺并且因此能局部地影响，例如便于或抑制层形成，或者涂层沉积。而且，可以设置为辅助元件的保持装置保持在浸浴中，它在浸浴中可移动地布置。
[0019]通过将工件浸渍到具有电解质溶液的浸渍浴内来执行涂敷工艺。浸渍浴也可以被称作浸浴或电解浴。根据第一可能性，涂敷工艺能以连续方式执行，其中在工件持续地移动经过浸渍浴时工件被涂敷。因为在工件表面上的相对移动，实现了涂敷工艺良好的可再现性，以及在整个表面上特别均匀的涂层。应了解连续方法也可以包括暂停，其中前移可以在某种程度上短暂地停止，例如在链式递送系统中。替代地，涂敷工艺也可以以不连续工艺执行，其中工件被浸渍到浸渍浴内并且在完成后，再次提出涂敷工艺。而且，不连续工艺可以以有利方式包括产生相对流动，例如通过喷嘴，生成抵靠成型部件的流体流动。
[0020]使用相对流动执行涂敷工艺以有利方式确保了由于第四流动电解质，锌含量在工件上保持较高。在电解质中氢不希望的产生和相对应地在工件中氢的包含因此在涂敷工艺中被抑制。防止工件氢脆，使得能省略随后的热处理。
[0021]酸性电解质溶液优选地用作电解质溶液，其能具有特别地2至4的pH-值。但是，应了解替代地也可以使用pH值优选地大于7的碱性电解质。酸性电解质具有以下优点:其能经受高电流密度，即，在预定时间，沉积的涂层厚度相对较大，并且在构件中的氢含量相对较低。然而，不利的是酸性电解质具有更恶化的散射能力(scattering power) 0与之相反的是在碱性电解质中，沉积更加均匀，即，电解质具有更好的均镀能力，使得在工件上建立特别均匀的涂层。
[0022]在下文中更详细地描述在涂敷工艺之前执行的方法步骤。
[0023]起点可以是由可硬化钢材料制成的至少一个条带。优选地，含锰的材料用作可硬化的钢材料，其能附加地包含另外的微合金元素，如铌和/或钛。在此情况下，这种微合金元素占总质量的重量百分比优选地最大lOOOppm(百万分之)。可以以低的