Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Kleben von Strukturbauteilen aus dünnwandigem Magnesium-Druckguss

Der Leichtbautrend im Automotive-Bereich sowie der zunehmende Druck aus dem politischen Umfeld das Fahrzeuggewicht fortlaufend zu minimieren, zwingt die Automobilbauer zu neuen Innovationen im werkstofflichen, konstruktiven und damit auch fügetechnischen Leichtbau. In diesem Zusammenhang kommt den gegenüber Aluminiumlegierungen nochmals 30% leichteren Magnesiumwerkstoffen eine immer höhere strategische Bedeutung zu. Bereits heute werden im Bereich der Karosserie crashrelevante Komponenten, die ursprünglich aus Stahlbauteilen bestanden, durch eine Gusskomponente aus Aluminium- oder Magnesium substituiert. Das durch den Materialmix einhergehende fügetechnische Problem ist aber auch heute, insbesondere für Magnesiumdruckguss, noch nicht vollständig gelöst.

Das grundlegende Ziel des Projekts besteht daher darin, das prozesssichere, alterungsstabile und crashoptimierte Kleben von Magnesium-Strukturbauteilen im Fahrzeugbau, die im Druckguss hergestellt werden, mit den durch das Herstellungsverfahren spezifischen Eigenschaften zu ermöglichen. Dabei sollen vor allem die Vorbehandlungsverfahren Laser und Plasmapolymerisation auch in Kombination untersucht werden. Darüber hinaus werden Erkenntnisse über die Oberflächenbeschaffenheit der Gussbauteile, die sich bedingt durch den Einsatz anderer Trennmittel grundlegend vom klassischen Al-Druckguss unterscheiden, geschaffen.

Es können Zusammenhänge zwischen Gießparametern und Vorbehandlungsmethoden für einen klebgeeigneten Magnesiumguss direkt in die Produktion der entsprechenden Unternehmen einfließen. Das Projekt wird dazu beitragen, den Einsatz von Gussleichtbauwerkstoffen im Automobil voranzutreiben und wirtschaftlich attraktiver zu machen. Durch die Bearbeitung dieses Forschungsthemas werden sowohl klein- und mittelständische Unternehmen im Bereich der Klebstoffherstellung und Oberflächenbehandlung als auch im Bereich der Herstellung von Gussbauteilen wirtschaftlich profitieren.

Ergebniszusammenfassung:

Es wurden alterungsbeständige Klebverbindungen auf Magnesiumdruckgussbauteilen unter Berücksichtigung der Gießparameter und der Auswahl eines geeigneten Vorbehandlungsverfahrens erzeugt.

Im ersten Teil der Projektphase wurden Magnesiumproben der Legierung AZ91 im Warmkammerdruckgussverfahren unter Verwendung verschiedener Trennstoffe hergestellt. Die Druckgussform wurde so konstruiert, dass die Proben in den äußeren beiden Teilen der Form mit laminarer Formfüllung und die Proben im mittleren Teil der Form mit turbulenter Formfüllung gegossen wurden.

Um eine klebgeeignete Oberfläche zu erhalten, wurden die Magnesiumproben mittels Laserreinigung bzw. Korundstrahlen und Plasmapolymerisation vorbehandelt. Es konnte gezeigt werden, dass durch Laserreinigung ein Teil des adhäsionshemmenden Trennstoffs abgetragen werden kann, was zur Erzielung der höchsten Zugscherfestigkeit (30 MPa) beiträgt. Dennoch ergibt sich Abhängigkeit vom Trennstoff und der Formfülldynamik eine Veränderung im Bruchbild sowie eine reduzierte Zugscherfestigkeit. Sollen Magnesiumdruckgussbauteile daher strukturell verklebt werden, sollte ein besonderes Augenmerk auf die Bestandteile der Trennmittel und die Formfülldynamik gelegt werden. Die beste Klebeignung weisen dabei Druckgussproben auf, die mit einem wasserbasierten Trennstoff und einer laminaren Formfüllung gegossen wurden.

Des Weiteren wurde der Einfluss der Alterung auf die Magnesiumverbunde untersucht. Dabei wurde festgestellt, dass nach abtragenden Vorbehandlungen eine zusätzliche Beschichtung der Magnesiumdruckgussbauteile, realisiert z.B. durch Plasmapolymerisation, die Alterungsbeständigkeit der Klebverbindung verbessern kann. Aufgrund der starken Neigung von Magnesium zur Korrosion unter Feuchteeinfluss wird jedoch empfohlen, die gesamten Bauteile mit einer Beschichtung (z.B. KTL) zu versehen.

Insgesamt zeigt sich, dass derartig klebtechnisch realisierte Magnesiumdruckguss-Verbunde im strukturellen Bereich eingesetzt werden können.