Alloy design of graded Zn-Cr PVD coatings for corrosion protection of cold formed automotive parts

Revêtements anti-corrosion de Zn-Cr à gradient de composition élaborés par PVD et optimisés pour tôles en acier mis en forme à froid

¹ ArcelorMittal Research, BP 30320, 57283 Maizières les Metz Cedex, France
e-mail: colin.scott@areva.com
² CRP-Gabriel Lippmann, 41 rue du Brill, 4422 Belvaux, Luxembourg

Received: 23 July 2010
Accepted: 20 April 2011

Abstract

PVD ZnCr coatings exhibit different metastable crystal structures δ, ζ, Γ depending on the Cr content and the deposition conditions. Here we describe the different mechanical and electrochemical properties of these phases. We show that by introducing an appropriate Cr concentration profile it is possible to produce a ZnCr coating with a thin Γ-phase interface layer optimized for substrate adhesion and a δ-phase matrix with a strong basal texture which possesses excellent cold forming properties. This alloy coating is tailored so that the application of a short low temperature annealing step after forming, such as an automotive paint bake hardening treatment, transforms the textured δ-phase into a nanocrystalline ı-phase with no marked texture. The latter microstructure provides significantly improved primary corrosion protection.

Résumé

Les revêtements intermétalliques ZnCr élaborés par PVD (Physical Vapour Deposition) présentent plusieurs phases métastables- δ, ζ, Γ selon leur concentration en Cr et les conditions de déposition. Ici nous décrivons les différentes propriétés mécaniques et électrochimiques de ces phases. Nous montrons que, par le moyen d’un profil en Cr optimisé, on peut fabriquer un revêtement ZnCr avec une phase cubique Γ à l’interface qui améliore l’adhérence avec le substrat et une matrice en phase δ (structure hexagonale fortement texturée) qui possède un comportement adapté à la mise en forme à froid. En plus, la conception de l’alliage permet, lors d’un recuit de type BH après formage, de transformer la phase δ en phase ζ (structure monoclinique, nanocristalline sans texture) qui possède une meilleure résistance à la corrosion primaire.