Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Optimierung plasmaelektrolytisch erzeugter keramischer Oxidschichten auf Magnesiumwerkstoffen durch ein verbessertes Zusammenspiel des Strom-Spannungs-Regimes und angepasste Inhibitoren

Magnesium gewinnt auf Grund der hohen Verfügbarkeit und seiner geringen Dichte als Konstruktionswerkstoff in der Automobil- und der Luftfahrtindustrie zunehmend an Bedeutung, nachteilig sind jedoch die ungünstigen Korrosions- und Verschleißeigenschaften.

Um Magnesiumwerkstoffen zum Durchbruch zu verhelfen, sind daher gezielt entwickelte Beschichtungen notwendig, die einen höheren Korrosionsschutz gewährleisten. Im IGF-Vorgängervorhaben Nr. 472 ZBG konnte gezeigt werden, das Inhibitor-beladene plasmaelektrolytische Oxidationsschichten einen vielversprechenden Ansatz darstellen.

Im geplanten Anschlussvorhaben sollen die bereits erzielten Ergebnisse aufgegriffen und bezüglich des Korrosionsschutzes sowie der Energie- und Kosteneffizienz weiter optimiert werden.

Ziel des Vorhabens ist es, ein innovatives und wirtschaftlich attraktives PEO-Verfahren zu entwickeln, das den momentanen Verfahren zum Korrosionsschutz signifikant überlegen ist. Das neue Verfahren soll sich u. a. durch ein verbessertes Strom-Spannungs-Regime auszeichnen, wodurch die nötige elektrische Energie zur Erzeugung keramischer Schichten gleicher Schichtdicke gesenkt werden kann. Parallel sollen „smarte“ mit Inhibitoren beladene Nanopartikel/-container in die Schichten eingelagert werden. Dadurch ist es möglich, die Energieeffizienz des Verfahrens weiter zu steigern und den erzeugten PEO-Schichten eine höhere Korrosionsbeständigkeit zu verleihen, ohne die Prozesskette zu verlängern. Bei einem solchen Einschrittverfahren entfallen die für eine nachgelagerte Versiegelung oder Imprägnierung notwendigen Prozessschritte. Dank dieser Zeitersparnis kann der Durchsatz (bei verbessertem Korrosionsschutz) erhöht werden, wodurch Kosten und Ressourcen (Energie und Material) deutlich reduziert werden können. KMUs, die eine solche Technologie anbieten können, verschaffen sich auf dem freien Markt nicht nur Wettbewerbsvorteile, sondern nehmen auch eine Vorreiterrolle in Bezug auf Umweltschutz und Nachhaltigkeit ein.

Ergebniszusammenfassung:

Im Rahmen des Projektes wurden auf einer Magnesiumlegierung (AZ31) PEO-Schichten hergestellt. Es erfolgten umfangreiche Untersuchungen zu einem geeigneten Strom-Spannungsregime bei der PEO. Die PEO erfolgte über galvanostatische Pulsexperimente in Sinus- und Rechtecksignalform. Es wurde erfolgreich gezeigt, dass das Konzept der Inhibitor beladenen Nanocontainer in PEO-Schichten auf der Magnesiumlegierung AZ 31 funktioniert. Sepiolith hat sich als guter Inhibitorträger erwiesen, welcher mit dem Elektrolyten stabile Suspensionen erzeugt. Der Sepiolith konnte auch in und auf den PEO-Schichten zweifelsfrei nachgewiesen werden. Von den Inhibitoren hat sich nur Ce3+ als effektiv erwiesen. Durch die Cerionen wird das kritische Lochdurchbruchspotential zu positiveren Werten verschoben.

Die Arbeiten zur Badanalyse belegten, dass der Natriumsilikatgehalt die Leitfähigkeit des Bades bestimmt. Silizium aus dem Natriumsilikat wird stark in die Oxidschicht eingebaut. Ist es verbraucht, ist eine PEO nicht mehr möglich.