Nanopartikel-basierte Schutzschichten für Magnesiumwerkstoffe mit hoher thermischer und mechanischer Stabilität

Projektziel

In Automobil-, Luft- und Raumfahrt- oder Elektronikindustrie gewinnen Leichtmetalllegierungen, insbesondere auf der Basis von Magnesium, zunehmend an Bedeutung. Vor allem Magnesium benötigt für die meisten Anwendungen einen effektiven Korrosionsschutz. Die meisten Verfahren um sowohl thermisch als auch mechanisch beständige und gleichzeitig dekorative Schutzschichten, wie sie in vielen Bereichen gefragt sind, aufzubringen übersteigen aber die thermische Belastbarkeit von Magnesium oder sind umwelttechnisch kaum vertretbar. Das Ziel dieses Forschungsvorhabens ist daher die Entwicklung rein anorganischer Schutzschichten auf der Basis von oxidischen Nanopartikeln, die zum einen unter milden Bedingungen aufgebracht werden können und zum anderen eine hohe Beständigkeit aufweisen.

Vorgehen

Nanopartikel könne durch ihre hohe Sinteraktivität unter moderaten Temperaturen zu festen Verbünden verdichtet werden. Die chemische Nanotechnologie ermöglicht daher unter milden und umweltfreundlichen Bedingungen rein anorganische, dichte Schutzschichten zu erzeugen. Mit Hilfe der Sol-Gel-Technologie können Nanopartikel auf der Basis von     SiO₂ nicht nur hergestellt, sondern auch als Schichten auf Magnesiumlegierungen aufgetragen und anschließend thermisch verdichtet werden.

Stand der Arbeiten

Für die Beschichtung von Magnesiumlegierungen haben sich gängige Verfahren, wie Tauch- und Pinselbeschichtung, bewährt. Die Beschichtungsbasis bilden hierbei kommerziell erhältliche, wässrige SiO₂ -Dispersionen. Additive zur Reduzierung der Sintertemperatur aber auch zur Anpassung der Schichteigenschaften, wie dem Ausdehnungskoeffizienten oder der chemischen Beständigkeit, können hier als Salze über das Dispergiermedium zugegeben werden.

Alternativ hierzu können auch Schutzschichten durch Elektrophoretische Abscheidung erzeugt werden. Die Sinteradditive müssen hierbei in den Partikeln enthalten sein. Haftvermittler, wie Polydiethoxysiloxan, verbessern neben dem Zusammenhalt der Schichten auch die Haftung auf dem Magnesiumsubstrat.

Mit diesen Verfahren können in einem Schritt rissfreie Schichten bis zu mehreren Mikrometern Dicke aufgebracht und verdichtet werden. Diese Schichten zeigen bereits erste Ansätze für einen guten Korrosionsschutz.

Ausblick

Anhand der Ergebnisse soll neben der Schichtzusammensetzung auch die Schichtaufbringung vor allem in Bezug auf Sintertemperatur und Beständigkeit weiter optimiert werden. Neben einer ausgiebigen Prüfung der Schichten auf ihre Schutzwirkung und Verschleißbeständigkeit, sollen zukünftig auch Magnesiumwerkstücke mit nicht planaren Geometrien beschichtet und untersucht werden.

Das IGF-Vorhaben Nr. 15647 N der Forschungsvereinigung DECHEMA e.V., Theodor-Heuss-Allee 25, 60486 Frankfurt am Main wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.