Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Entwicklung einer neuartigen chromfreien Oberflächenvorbehandlung für Beschichtungen auf kupferhaltigen Aluminiumlegierungen

Korrosion beeinträchtigt wesentlich die Funktion und Lebensdauer von Produkten. Kupferhaltige Al-Legierungen, die auf Grund ihrer hohen Festigkeiten bei geringen Dichten interessante Materialien für den Leichtbau sind, zeigen im Vergleich zu kupferfreien Legierungen einen geringeren Korrosionswiderstand insbesondere gegen Feuchte und eine salzhaltige Umgebung. Das bekannte (Gelb-)Chromatieren bietet einen wirksamen Schutz gegen Korrosion. Der Einsatz von CrVI- und CrIII-Verbindungen ist jedoch aus toxikologischen und ökologischen Gründen umstritten, was voraussichtlich mit der Novellierung der REACH-Verordnung zu einem CrVI-Verbot führen wird.

Bei kupferhaltigen Aluminiumlegierungen werden chromfreie Vorbehandlungsverfahren insbesondere bei hohen Anforderungen an ein dekoratives Aussehen (Kraftfahrzeug- und Flugzeugbau) nicht immer den Korrosionsschutzansprüchen gerecht. Schwachstellen in der Beschichtung sind Angriffspunkte für die chloridinitiierte Filiformkorrosion.

Das Vorhaben hat das Ziel, eine polymere Funktionsschicht zu entwickeln, die haftvermittelnde und korrosionsinhibierende Eigenschaften aufweist. Die haftvermittelnde Wirkung verbessert die Haftfestigkeit der Funktionsschicht auf Aluminiumsubstraten und ermöglicht ein kovalentes Anbinden von kommerziellen organischen Beschichtungssystemen. Die korrosionsinhibierenden Eigenschaften werden durch eine erhöhte Barrierewirkung innerhalb der Funktionsschicht gegen Wasser und hydratisierte Ionen erreicht. Analog zur Wirkung von CrVI/CrIII in Konversionsschichten soll die Funktionsschicht aber auch in der Lage sein, Funktionseinheiten zu tragen, die aktiv korrosionsschützend wirken. Dies wird am Beispiel der Implementierung von Bismutionen gezeigt, mit denen in den Korrosionsmechanismus der Filiformkorrosion durch Überführung der Chloridionen in schwerlösliche Verbindungen eingegriffen wird.

Ergebniszusammenfassung:

Im vorliegenden Projekt wurde ein neuartiges Prinzip zur chromfreien Oberflächenvorbehandlung kupferhaltiger Aluminiumlegierungen auf Basis von Polycarbonsäuren entwickelt, das im Rahmen der durchgeführten Studie im Vergleich zu etablierten Chromersatzverfahren, sowie zur Gelbchromatierung nachweislich sehr gute Korrosionsschutzeigenschaften aufweist. Die Ergebnisse bilden sowohl für Zulieferer und Großunternehmen im Bereich der Luft- und Raumfahrt, als auch für andere Industriezweige, wie die Automobilindustrie eine wertvolle Grundlage im Hinblick auf das bevorstehende endgültige Verbot von Chrom(VI)-basierten Prozessen.

Die verwendeten Funktionspolymere wurden im Rahmen einer Studie an praxistypischen Aluminiumlegierungen [AW-2024 (Luftfahrt), AW-7075 (Luftfahrt, Automobilbau), AW-6016 (Automobilbau), AW-1050A (Behälter, Apparatebau)] sowohl mit Chrom(VI)-, als auch mit chromfreien GSB-zugelassenen Verfahren verglichen. Hierbei konnte im Rahmen der Studie bereits eine Konkurrenzfähigkeit im Hinblick auf die Korrosionsbeständigkeit im Filiformkorrosionstest (EN 3665), im Kontinuierlichen Kondenswassertest (ISO 6270-2) und im Essigsauren Salzsprühnebeltest (ISO 9227) festgestellt werden, obwohl es sich um nicht optimierte rein wässrige Polymerlösungen handelte. Die Wirksamkeit der Funktionspolymere entfaltet sich bereits bei sehr geringen Konzentrationen (0,1 Masse-%), was im Hinblick auf Kosteneinsparungen interessant erscheint. Des Weiteren handelt es sich um Polycarbonsäuren ohne giftige Pigmente. Die Kompatibilität mit Luftfahrttypischen Beschichtungsstoffen konnte ebenfalls durch erhebliche Leistungssteigerungen verdeutlicht werden.