Kombination von chemischer Konversion mit wasserbasierten Nanopartikeldispersionen zum Aufbau verbesserter Korrosionsschutzschichten auf Magnesiumlegierungen

Problemstellung

Die niedrige Dichte in Kombination mit guten mechanischen Eigenschaften machen Magnesiumlegierungen im Leichtbau vielen anderen Metallen, Kunststoffen und Verbundwerkstoffen überlegen. Die Gewichtseinsparung mit Magnesiumlegierungen erweitert nicht nur die Konstruktionsmöglichkeiten sondern erhöht auch die Energieeffizienz im Automobil- und Transportbereich sowie der Luftfahrt.

Probleme bereitet die Korrosionsanfälligkeit von Magnesiumlegierungen. Ein guter Korrosionsschutz ist für die meisten Anwendungen essentiell. Der Einsatz vieler etablierter Schutzschichten, wie etwa der Chromatierung, wird allerdings durch gestiegene Umweltauflagen erschwert. Alternative Methoden, wie die anodische Plasmaoxidation, haben einen hohen Stromverbrauch, und wirken sich negativ auf die Energiebilanz aus.

Projektziel

Für gängige AZ Magnesiumlegierungen (insbesondere AZ31 und AZ91) sollen Schutzschichten entwickelt werden, die sowohl korrosions¬schützend wirken als auch umweltverträglich sind und ohne hohen Energiebedarf aufgebracht werden können. Eine nachträgliche organische oder anorganische Versiegelung soll möglich sein.

Lösungsweg

In diesem Projekt besteht der Lösungsansatz für die Problematik in der Kombination von nanopartikulären Schichten und Chemischer Konversion. Hierbei sollen zwei verschiedene Ansätze untersucht werden:

A) ein einstufiger Prozess, v.a. für Legierungen mit niedrigen Aluminiumgehalten, bei dem die chemische Konversion in Nanopartikeldispersionen durchgeführt wird und die Partikel gleichzeitig eingebaut werden;

B) ein zweistufiger Prozess, der auch für Legierungen mit höheren Aluminiumgehalten geeignet sein soll, bei dem zunächst eine poröse Nanopartikelschicht aufgetragen wird, die dann eine gleichmäßige chemische Konversion ermöglicht.

Nach Möglichkeit soll in beiden Prozessen bei höheren pH-Werten als in gängigen Konversionsverfahren gearbeitet werden, um die Schutzwirkung der Mg²⁺-haltigen Deckschicht zu verbessern. Die Nanopartikel sollen dazu beitragen, die Schichtdicke, die Schichtdichte sowie den Schichtzusammenhalt zu steigern. Vor allem im Prozess B) sollte es möglich sein, durch die Vorbehandlung den Einfluss unterschiedlicher Oberflächenpotentiale von mehrphasigen Legierungen zu verringern und ein gleichmäßiges Schichtwachstum zu erleichtern.

Im Rahmen dieses Projekts wird vor allem auf eine Verbesserung der Barrierewirkung durch eine höhere Schichtdichte, weniger Risse und höhere Abrasionsbeständigkeit gesetzt. Aber auch die selbstheilenden Eigenschaften von Chromatierschichten sollen durch den Einbau umweltfreundlicherer Korrosionsinhibitoren (z. B Seltener Erden) bestmöglich ersetzt werden.

Das IGF-Vorhaben Nr. 17250 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.