Herstellung und Charakterisierung ternärer Zink- Legierungsüberzüge auf Stahlfeinblech
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- Fritz Brinkerhoff
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1 Herstellung und Charakterisierung ternärer Zink- Legierungsüberzüge auf Stahlfeinblech Von der Fakultät für Maschinenbau der Technischen Universität Carolo-Wilhelmina zu Braunschweig zur Erlangung der Würde eines Doktor-Ingenieurs (Dr.-Ing.) genehmigte Dissertation von: Dipl.-Ing. Richard Weinhold aus: Neuss am Rhein eingereicht am: mündliche Prüfung am: Referenten: Prof. Dr. Claus-Peter Klages Prof. Dr. Joachim Rösler Dr. Bernd Schuhmacher 2010
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3 Berichte aus der Werkstofftechnik Richard Weinhold Herstellung und Charakterisierung ternärer Zink-Legierungsüberzüge auf Stahlfeinblech Shaker Verlag Aachen 2010
4 Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über abrufbar. Zugl.: Braunschweig, Techn. Univ., Diss., 2010 Copyright Shaker Verlag 2010 Alle Rechte, auch das des auszugsweisen Nachdruckes, der auszugsweisen oder vollständigen Wiedergabe, der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen und der Übersetzung, vorbehalten. Printed in Germany. ISBN ISSN Shaker Verlag GmbH Postfach Aachen Telefon: / Telefax: / Internet: info@shaker.de
5 Inhaltsverzeichnis 1. Einleitung 1 2. Grundlagen und Stand der Technik Überzüge für Stahlfeinblech und deren Eigenschaften Reine Zinküberzüge Zink-Aluminium-Überzüge Zink-Magnesium-Überzüge Zink-Chrom-Überzüge Zink-Aluminium-Magnesium-Überzüge PVD-Technologien in der Stahlbandveredelung Übersicht Thermisches Verdampfen Sputtertechnologien Bogenverdampfen kombinierte PVD-Technologien Vorbehandlungstechnologien Laserstrahlschweißen Grundlagen des Laserstrahlschweißens Laserschweißen von beschichteten Stahlblechen Experimentelles Beschichtungsanlagen Laborbeschichtungsanlage Vera Bandpilotanlage BPA Probenherstellung Substratmaterialien Herstellung von Laborproben Herstellung von Bandmaterial an der Bandpilotanlage BPA Untersuchungsmethoden Analytische Untersuchungverfahren Untersuchungen zur Überzugshaftung Korrosionsuntersuchungen Laserstrahlschweißen Tribologische Eigenschaften Ansätze und Ziele der Arbeit Ausgangslage Ziele der Arbeit Ansätze zur Durchführung Vorgehensweise Zink-Aluminium-Magnesium-Überzüge auf Basis von elektrolytisch verzinktem Feinblech Voruntersuchungen Probenherstellung Korrosionsbeständigkeit im Flansch Laserschweißeignung 80 I
6 Zusammenfassung Herstellung von Zink-Aluminium-Magnesium- Überzügen auf der Bandpilotanlage Charakterisierung der Schichtsysteme Homogentität der Auflagen Tiefenprofile Querschliffe, Bestimmung der Phasen Zusammenfassung Untersuchung der Überzugshaftung Untersuchung der Korrosionsbeständigkeit Blankkorrosion Unterwanderung am Ritz Unterwanderung an der Schnittkante Korrosionsbeständigkeit im Flansch Blankkorrosion umgeformter Proben Untersuchung der Laserschweißeignung Untersuchung der tribologischen Eigenschaften Reibwert Zink-Magnesium-Überzüge mit Aluminium-Haftvermittlerschichten Herstellung der Überzüge Charakterisierung Untersuchung der Überzugshaftung Diskussion der Ergebnisse Technologische Aspekte Herstellungswege von vollständig mittels PVD abgeschiedenen Überzügen Vorbehandlungstechnologien Glühen im Vakuum Glühen unter Formiergas Plasmafeinreinigung Evaluierung der Vorbehandlungstechnologien Bedampfen von heißen Substraten Abscheidung von Aluminium auf einem erwärmten Substrat Wiederverdampfungsproblematik Co-Verdampfung von Zink und Magnesium Diskussion der Ergebnisse Rekristallisierendes Glühen als Vorbehandlung Wiederverdampfung Erkenntnisse für die Prozessfolge im kontinuierlichen Bandbetrieb Ternäre Überzüge mit vollständiger PVD-Abscheidung Herstellung der Überzüge Herstellung von Bandmaterial Herstellung von Laborproben Charakterisierung der Überzüge Makroskopisches Erscheinungsbild der Überzüge Tiefenprofile der Überzüge Ergebnisse der metallographischen und XRD-Untersuchungen Untersuchung der Überzugshaftung 144 II
7 Kleberaupenbiegetest Zug-Scherprüfung Einfluss der Verdampfungstechnologie auf die Schichthaftung Untersuchung der Korrosionsbeständigkeit Blankkorrosion Unterwanderung am Ritz Korrosionsbeständigkeit im Flansch Diskussion der Ergebnisse Ausblick Umsetzungskonzepte für ZE-Al-Mg-Überzüge Produktspezifikationen Plasmavorbehandlung des elektrolytisch verzinkten Feinblechs PVD-Technologien zur Abscheidung von Magnesium PVD-Technologien zur Abscheidung von Aluminium Anlagenkonzept Betrachtung der Beschichtungskosten Herausforderungen und Perspektiven Technologische Herausforderungen zur Umsetzung Kombination der metallischen Überzüge mit PP-Schichten Zusammenfassung 169 Literaturverzeichnis 171 Danksagung 179 III
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