Viacstupňový spôsob poťahovania ocele pred tvárnením za tepla

Je ešte 5 strán.

Pozerať všetko strany alebo stiahnuť PDF súbor.

Text

Pozerať všetko

Predložený vynález sa týka viacstupñového spôsobu nanesenia zvárateľnej vrstvy na ochranu proti vzniku okovln na oceľ, pri ktorom sa na kovovom oceľovom povrchu najskôr vytvorí silikátová tenká vrstva neobsahujúca kovové pigmenty a následne sa nanesie mokrý ñlm vytvrditeľného laku s obsahom pigmentov a vytvrdí sa, pričom vytvrditeIný lak s obsahom pigmentov zahŕňa spojivo rozpustené V kvapalnej fáze,hydrolyzáty a/alebo kondenzáty aspoň jedného silánulsiloxánu a/alebo aspoň jednu silikónovú živicu. a ako aj aspoň jeden kovový pigment hliníka ako aj aspoň jeden kovový pigment bizmutu zakaždým v časticovej forme. Ďalej sa predložený vynález týka výhodnej formulácia vytvrditeľného laku s obsahom pigmentov na použitie v spôsobe podľa vynálezu, ako aj procesu tvarovania za tepla polotovarov z ocele potiahnutých v spôsobe podľa vynálezu. Rovnako je predloženým vynálezom zahrnutý teplom tvárnený oceľový konštrukčný dielec vhodný na spôsob elektrického bodového zvárania a na nanesenie organického laku s vrstvovou štruktúrou na ochranu proti korózii, ktorý je dostupný v spôsobe podľa vynálezu.V konštrukcii automobilov sú niektoré konštrukčné diely karosérie vozidla vyrábané z vysoko pevných špeciálnych oceli, ktoré pri rovnakej stabilite konštrukčného dielu umožňujú nižšiu spotrebu materiálu. Tieto špeciálne ocele sú často bór-mangánom Iegované ocele (22 MnB 5-typ) ktoré pri ohreve na teploty vyššie akoje teplota rekryštalizácie a následnom rýchlom ochladeni, ktoré zamedzuje difúzne podmienenej fázovej premene austenitizácie, vykazujú vlastnosti poskytovať vysoko pevné ocele. Tvárnenie za tepla tu zaisťuje tvarovanie polotovaru z ocele a jeho vytvrdenie v jednom procese. Pri tvarovaní za tepla sa polotovar z ocele zohriaty v austenitickej oblasti, zväčša oceľový plech, ktorý bol eventuálne vopred predbežne vytvarovaný tvárnenim za studena, tvárni v žeravom stave a následne sa kontrolovane zakalí. Proces tvarovania za tepla je prirodzene spojený s tým, že pri ohreve na 800 - 1000 °C dochádza k značnej tvorbe okovín na oceľovom povrchu. takže je vynakladaná značná námaha na čo najväčšiu redukciu vzniku okovinovej vrstvy. Ohrev v peci pri procese tvarovania za tepla sa často uskutočňuje v atmosfére ochranného plynu aj za zamedzenia karbonizácie oceľového povrchu. Toto opatrenie je ale veľmi nákladné a zďaleka nie je dostatočné na úplné potlačenie tvorbyokovín na oceľovom povrchu pri prechode polotovaru z pece do Iisu. Okovinové vrstvy napriek všetkému vznikajúce pri procese tvarovania za tepla nie sú vhodné ani na nadväzujúoe procesy výroby ako je bodové zváranie ani na následné procesy typické pre úpravy kovových povrchov, ako je fosfátovanie a elektrochemické ponorne lakovanie, takže okovinové vrstvy je z tvárneného konštrukčného dielca zvyčajne potrebné náročné odstrániť mechanickými metódami ako je opieskovanie alebo očistenie prúdom suchého ľadu, čo je okrem dodatočných nákladov spojené aj so značnou stratou materiálu.V stave techniky sa preto na oceľový povrch nanáša tenká kovová vrstva, napríklad alitovaním, takže týmto spôsobom sa zamedzi priamemu kontaktu oceľového povrchu s kyslíkom a pri tvárnení za tepla sa vytvorí len termicky stabilná relatívne tenká vrstva oxidu hlinitého. Výhoda tohto alitovania je v tom, že konštrukčné dielce vytvarované za tepla z polotovarov je možné dobre bodovo zvárat, takže tieto konštrukčné dielce pochádzajúce z procesu tvarovania za tepla je možné konvenčne spájať s ostatnými kovovými konštrukčnými dielcami, napríklad za získania automobilovej karosérie. Okrem toho je možné na alitované polotovary vytvarované za tepla za získania konštrukčného dielca po dekapitácii oxidovej vrstvy a po predchádzajúcej konverznej úprave ako je fosfatácia nanášat dobre prllnavé organické lakové systémy.Napriek tomu je aplikácia alitácie energeticky náročný proces, takže v novšej patentovej literatúre bolo navrhované ako vrstvu na ochranu proti vzniku okovín bezprostredne na oceľový povrch nanášat hliníkom pigmentované anorganické lakové systémy na báze silikónových živíc. EP 1809714 B 1 publikuje takéto ochranné vrstvy na tvárnenie za tepla bór-mangánom Iegovaných oceli a ukazuje, že taktoje taktiež vynikajúcomožné realizovať pov|aky chrániace proti vzniku okovín, ktoré je okrem toho po tvárnení za tepla možné bodovo zvárat a prelakovat.Na rozdiel od tohto stavu techniky spočíva úloha predloženého vynálezu na jednej strane v ďalšom zvýšení ochrany proti vzniku okovín poskytovanej v podstate anorganickýmí povlakmi typu podľa EP 1809714 B 1 bez negatívneho ovplyvnenia možnosti bodového zvárania, a na druhej strane v navrhnutí spôsobu potahovania ooele na tvárnenie za tepla, pričom po procese tvarovania za tepla sa získajú oceľové konštrukčné dielce, ktoré po následnom nanesení vrstiev organického laku vykazujú výrazne lepsiu ochranu proti korozívnej delaminácií.Prekvapujúco bolo nájdené. že vynikajúcu ochranu proti vzniku okovín ocele pri tvarovaní za tepla a veľmi dobrú bodovú zvárateľnost teplom tvarovaných ocell je možné dosiahnut povlakmi na báze hydrolyzátov alebo kondenzátov silánov/siloxánov a/alebo aspoň jednej silikónovej živioe dodatočne obsahujúcej kovové pigmenty hliníka a bizmutu. Na zaistenie dobrej prilnavosti pri procese tvarovania za tepla a tým dobrej ochrany proti vzniku okovín, uskutočňuje sa najskôr silikátové predbežné potahovanie oceľových povrchov pred vyššie uvedeným nenesením vrstvy s obsahom pigmentov na báze hydrolyzátov alebo kondenzátov silánov/ siloxánov a/alebo silikónovej živice. Silikátová tenká vrstva okrem toho prekvapujúco spôsobuje výrazné zníženie korozívnej delaminácie vrstiev organického laku nanesených po tvámení za tepla, predovšetkým elektrochemických lakov.Úloha predloženého vynálezu je teda vyriešené víacstupňovým spôsobom nanesenia zvárateľnej vrstvy na ochranu proti vzniku okovín na oceľ, pri ktorom sa na kovový oceľový povrch najskôr nanesle silikátová tenká vrstva neobsahujúca kovové pigmenty a následne sa nanesie mokrý ñlm vytvrditelného laku s obsahom pigmentov a vytvrdí sa, pričom vytvrditeľný lak s obsahom pigmentov obsahuje spojivo rozpustené v kvapalnej fáze, ktoré zahŕňa hydrolyzáty a/alebo kondenzáty aspoň jedného silánu/siloxánu a/alebo aspoň jednu silikónovú živicu. a ako aj aspoň jeden kovový pigment hliníka ako aj aspoň jeden kovový pigment bizmutu zakaždým v časticovej fomwe.Ako kovový oceľový povrch sa podľa vynálezu označujú oceľové povrchy očistené od olejov a atmosférickej korózie. Takéto povrchy je možné vyrobit mokrým chemickým sposobom, napríklad použitím alkalických moridiel, ktoré sú odbornikovi v oblasti úpravy kovových povrchov známe.Ako tenká vrstva sa v rámci predloženého vynálezu rozumie tenké vrstva na povrchu kovových substrátov s hrúbkou vrstvy menšou ako 0,5 m.Ako neobsahujúca kovové pigmenty sa rozumeju tenké vrstvy podľa vynálezu vtedy, ak obsahujú menej ako 1 hmotn. kovových pigmentov.Ako silikátové sa podľa vynálezu označujú také tenké vrstvy, ktoré vykazujú kondenzované jednotky SÍOA.Kovový pigment hliníka podľa vynálezu pozostáva z aspoň 90 atomov hliníka. Kovový pigment bizmutu podľa vynálezu pozostáva z aspoň 60 atómov bizmutu.Lak je vytvrditeľný v zmysle predloženého vynálezu, ak sušením s alebo bez použitia technických opatrení na cielené privádzanie tepla vytvorí pevnú látku, ktorá pri 20 °C vykazuje rozpustnost V deionizovanej vode ( í« 1 mScm 4) nižšiu ako 0,01 g/l.Spojivo vytvrditeľného laku s obsahom pigmentov je v spôsobe podľa vynálezu zvolené spomedzi hydrolyzátovlkondenzátov siIánov/siioxánov a/alebo spomedzi silikónových živíc. Takéto v podstate anorganickéspojivá zvyčajne začínajú pyrolyzovat pri teplotách nad 300 C a pri tomto vytvárajú čisto silikátový matrix, ktorý uzavrie uvedené kovové pigmenty. Tento silíkátový matrix vznikne v spôsobe podľa vynálezu teda už pri ohreve oceľového substrátu potiahnutého podľa vynálezu v peci bezprostredne pred tvárnenlm. Počas procesu tvárnenia sa pod vysokým tlakom Iisovacích a tvárniaclch nástrojov vytvárajú keramické vrstvy, ktoré sú podobné spekaným vrstvám silikátov, a preto vykazujú dostatočne vysokú mechanickú a termickú stabilitu. Súčasne pri teplote tvámenia za tepla prechádzajú kovové pigmenty pyrolyzovaného Iakového povlaku do roztaveného kvapalného stavu. Pri procese tvarovania za tepla oceľového substrátu potiahnutého v spôsobe podľa vynálezu teda dochádza ku konverzii vytvrdnutej vrstvy laku na keramickú silikátovú vrstvu obsahujúcu kovovú fázu hliníka a bizmutu. Táto konverzia nie je z dôvodu silikátovej tenkej vrstvy neobsahujúcej kovové pigmenty nanesenej v spôsobe podľa vynálezu ako medzivrstvy prekvapujúco spojená s odlupovaním pyrolyzovanej vrstvy obsahujúcej kovové pigmenty, takže kovový substrát počas pyrolytickej konverzie vytvrdnutej vrstvy laku vo fáze ohrevu a počas tvárnenia za tepla naďalej optimálne chráni proti vzniku okovín. Vynikajúci podklad sprostredkovaný silikátovou tenkou vrstvou neobsahujúcou kovové pigmenty určený pre pyrolyzovaný lak s obsahom pigmentov okrem toho podmieňuje. že vrstvy organického laku nanesené po procese tvarovania za tepla podliehajú delaminácii vplyvom korozivnych médií len v malej miere.Silikátová tenká vrstva neobsahujúca kovové pigmenty, ktorá sa má naniesť v spôsobe podľa vynálezu skôr, ako sa uskutoční potiahnutie vytvrditeľným lakom s obsahom pigmentov, má teda kľúčovú funkciu. Ako medzivrstva stabilizuje priľnavost vrstvy laku s obsahom pigmentov. ktorá chráni pred vznikom okovln vo fáze ohrevu procesu tvarovania za tepla tým, že sa uskutoční pyrolýza za vzniku čistej silikátovej vrstvy, a týmto spôsobom sa zaistí, že silikátový povlak s obsahom kovových pigmentov je naďalej schopný účinne chránit substrát proti vzniku okovln. Okrem toho sa ukazuje, že organické vrstvy nanesené na oceľové substráty po tvárnení za tepla podľa vynálezu, napríklad elektrochemické lakovanie, lepšie chránia proti korozívnej delaminácii v porovnani s oceľami tvárnenými za tepla, na ktoré nebola nanesená žiadna silikátová tenká vrstva neobsahujúca kovové pigmenty.Bolo možné ukázať, že takéto silikátové tenké vrstvy neobsahujúce kovové pigmenty vykazujú zvlášť dobré vlastnosti sprostredkovávajúce priInavost na oceľových substrátoch poťahovaných podľa vynálezu za účelom tvárnenia za tepla, pre ktoré je realizovaný pomer atómov kremíka ku kysllku v silikátovej tenkej vrstve menší ako 2 3. Takéto silikátové tenké vrstvy neobsahujúce kovové pigmenty je teda výhodné vytvorit v spôsobe podľa vynálezu.Atómový pomer kremíka ku kysliku v silikatovej tenkej vrstve je možné stanoviť prostredníctvom Glow Discharge Optical Emission Spectroscopy (GD-OES), pričom na kvantifikáciu sa uskutočňuje kalibrácia na vrstve SiO 2 rozprášenej do plynnej fázy (atómový pomer Si O 1 2). Ďalej je výhodné, ak sa silikátová tenká vrstva neobsahujúca kovové pigmenty nanesie v spôsobe podľa vynálezu v takom povlaku, z ktorého vyplýva aspoň 10 mg/mz, zvlášť výhodnejšie aspoň 40 mg/mz vztiahnuté na prvok kremík, aby sa dosiahla dostatočná priľnavost vytvrdnutej vrstvy laku s obsahom pigmentov počas procesu tvarovania za tepla. výhodnejšie je nanesená vrstva ale menšia ako 200 mg/mz, pretože inak sa výrazne zhorší zvárateľnost polotovarov z ocele potiahnutých podľa vynálezu po tvárnení za tepla z dôvodu elektricky izolačných vlastností silikátovej tenkej vrstvy.Sillkátovú tenkú vrstvu neobsahujúcu kovové pigmenty je možné naniesť prostredníctvom metód známych zo stavu techniky. K takýmto metódam patria Physical Vapour Deposition (PVD). Chemical Vapour Deposition (CVD) a spôsoby nanášanie vrstvy v plazme. V PVD spôsobe sa získa oxidová tenká vrstva obsahujúca kremík napríklad nanášaním rozprašovaním, pričom vo vysokom vákuu sa príslušné rozprašovacie-4 elektródy vyrobene zo SiO 2 bombardujú zdrojom iónov a molekulárne fragmenty cieľov sa prevedú do plynnej fázy, z ktorej sa uskutočňuje vylučovanie na substrát. Pretože PVD spôsob je použiteľný len za podmienok vákua, ktoré sa napríklad v kvází kontinuálnej prevádzke pásového zariadenia technicky dosiahne len veľmi ťažko a je možné realizovať len so značnými nákladmi, je v spôsobe podľa vynálezu preferovaný CVD spôsob na nanesenie silikátovej tenkej vrstvy. CVD spôsoby, ktoré je možne použit za atmosféríckeho tlaku, sú pyrolýzne spôsoby za použitia prekurzorových zlúčenín obsahujúcich kremík (CCVD-spôsob, Combustion Chemical Vapour Deposítion).Vo výhodnom uskutočnení spôsobu podľa vynálezu sa silikátová tenká vrstva neobsahujúca kovové pigmenty vytvára z plynnej fázy v pyrolytickom spôsobe tak, že sa do horľavého nosného plynu primiešava organosilán, výhodnejšie zvolený spomedzi tetraalkoxysílánov s maximálne 5 atómamí uhlíka na jednu alkoxyskupinu, ktorý sa spolu s nosným plynom vedie do plameňa za účelom spaľovania, pričom sa v rámci plochy vymedzenej plameňom na kovovom páse vytvorí oxídová tenké vrstva obsahujúca kremík. Sílikátové tenké vrstvy takto odlúčené z plynovej fázy v plameňovom pyrolytickom spôsobe vykazujú vynikajúcu priľnavost na kovovom substráte a majú vysokú homogenitu s ohľadom na ich elementárne zloženie. Na získanie silikátových tenkých vrstiev, ktoré v spôsobe podľa vynálezu vykazujú vysokú príľnavosť, neobsahujú horľavé zmesi použité v pyrolytickom spôsobe výhodnejšie viac ako 2 hmotn. organosilánu. Nosný plyn je tu výhodnejšie zvolený zo zmesi obsahujúcej kyslík a vodík alebo z horľavých kvapalných plynov, ktoré samotné sú výhodnejšie zvolené z alkánov s aspoň 3 atómamí uhlíka, ale nie viac ako 10 atómami uhlíka alebo zo zmesí týchto alkánov.Osobitou mierou je na vytvorenie silikátovej tenkej vrstvy vhodný aj mokrý chemický spôsob, pretože umožňuje jednoduchú aplikáciu namáčaním, polievanlm, striekaním, nanesenim prostredníctvom valcov alebo odstreďovaním a tým sú technicke náklady na proces nízke. Mokré chemické nanášanie je preto v spôsobe podľa vynálezu preferovane.Spomedzi mokrých chemických spôsobov sú vhodné napríklad také spôsoby, ktoré sú v stave techniky označené ako sól-gélové spôsoby. Tu sa výhodnejšie používajú tetraalkoxysilány vo vodnom roztoku, ktoré po vysušení zosietujú za vzniku polymérnych anorganických Síoz-skeletov. Zvyčajne sa tento špeciálny mokrý chemický spôsob používa na urýchlenie reakcie zosieťovania a na vytvorenie sklovitých povlakov pri zvýšenej teplote.V zvlášť výhodnom spôsobe podľa vynálezu sa mokré chemické nanesenie silikátovej tenkej vrstvy uskutoční tak, že sa mokrý film alkalickej vodnej zmesi nanesie na oceľový povrch, ktorý sa výhodnejšie pred nanesenim vytvrditeľného laku s obsahom pigmentov vysuší, pričom alkalické vodná zmes obsahujea) vodné sklo s môlovým pomerom SiO 2 k M 20 aspoň 3 2, ale nie viac ako 7 1, pričom M je zvolené spomedzi alkallckých kovov a/alebo kvartérnych amóníových zlúčenín, ab) jeden alebo viaceré organosilány (A), ktoré zakaždým vykazujú aspoň jeden hydrolyzovateľný substituent, ktorý sa pri hydrolýze odštiepi ako alkohol, ktorý pri atmosférickom tlaku i bar vykazuje teplotu varu nižšiu ako 100 °C, a ktorý na príslušnom atóme kremíka nesie jeden až tri nehydrolyzovateľné substituenty, pričom celkový počet substítuentov na príslušnom atóme kremíka organosilánov (A) je štyri, pričom mólový pomer celkového množstva organosílánov s aspoň jedným hydrolyzovateľným substituentom vztiahnuté na prvok kremík k celkovému množstvu atômov kremíka v alkalickej vodnej zmesi je nižší ako 1 3,ale výhodnejšie aspoň 1 20, zvlášť výhodnejšie aspoň 110.Organosilány (A) v zmysle predloženého vynálezu teda vykazujú aspoň jednu kovalentnú Si-C väzbu,

MPK / Značky

MPK: C09D 183/04, C08K 3/08, C09D 183/02, C21D 7/13, C09D 5/10

Značky: viacstupňový, poťahovania, ocele, tvárnením, spôsob, tepla

Odkaz

<a href="http://skpatents.com/13-e19018-viacstupnovy-sposob-potahovania-ocele-pred-tvarnenim-za-tepla.html" rel="bookmark" title="Databáza patentov Slovenska">Viacstupňový spôsob poťahovania ocele pred tvárnením za tepla</a>

Podobne patenty