Zur Vermeidung von Wasserstoffschäden am höchstfesten Stahl 300M bei der galvanischen Abscheidung von Zink-Nickel-Überzügen

  • Avoidance of hydrogen damage on the high strength steel 300M at the electrodeposition of zinc-nickel coatings

Gommlich, Tim; Bleck, Wolfgang Peter (Thesis advisor); Schmitt, Günter (Thesis advisor)

Aachen : Shaker (2017, 2018)
Buch, Doktorarbeit

In: Berichte aus dem Institut für Eisenhüttenkunde 1/2018
Seite(n)/Artikel-Nr.: 1 Online-Ressource (III, 162 Seiten)

Dissertation, RWTH Aachen University, 2017

Kurzfassung

Zum Korrosionsschutz höchstfester Stähle werden bei sicherheitsrelevanten Anwendungen wie z. B. im Militär- und Luftfahrtbereich aufgrund der guten technischen Eigenschaften immer noch Cadmium-Überzüge eingesetzt. Aufgrund seiner Toxizität soll Cadmium jedoch möglichst ersetzt werden. Als vielversprechendste Alternative gelten Zink-Nickel-Legierungen mit 10 - 14 % Nickel. Wie bei der Cadmium-Abscheidung besteht jedoch auch bei der Herstellung von ZnNi-Überzügen die Gefahr der Wasserstoffversprödung des höchstfesten Stahls. Während dieses Problem bei der Cadmium-Abscheidung seit Jahrzehnten gelöst ist, konnte für die ZnNi-Abscheidung bisher noch kein versprödungssicheres Verfahren entwickelt werden. Dies sollte in der vorliegenden Arbeit im Rahmen eines öffentlich geförderten industriellen Kooperationsprojektes erfolgen. Durch Quantifizierung der Wasserstoffabsorption des höchstfesten Stahls 300M mit In-situ-Wasserstoffpermeationsmessungen konnten die Abscheideparameter mit dem Ziel der Minimierung der Wasserstoffbelastung modifiziert werden. Durch vollständige Wasserstoffbilanzierung wurde erstmals ermittelt, welcher Anteil des insgesamt gebildeten Wasserstoffs vom Stahl absorbiert wird und wie dieser Anteil das Versprödungsverhalten des Stahls beeinflusst. Als grundlegend für die erfolgreiche Vermeidung von Wasserstoffversprödung erwies sich, dass die Parameter des ZnNi-Beschichtungsverfahrens so eingestellt werden, dass eine geeignete ZnNi-Überzugsmorphologie entsteht, welche das Ausgasen des aufgenommenen Wasserstoffs durch Wärmebehandlung erleichtert. Durch Wasserstoffeffusionsmessungen wurde der kritische Wasserstoffkonzentrations-bereich im Stahl 300M bestimmt. Dabei wurde auch festgestellt, dass ZnNi-, Ni-, und Zn-Überzüge erhebliche Mengen an diffusiblem Wasserstoff speichern können, der zeitverzögert in den Werkstoff diffundieren und Wasserstoffversprödung auslösen kann. Bei Glanz-Cadmium-Überzügen wurde ein abweichendes Verhalten festgestellt, welches einen gesonderten Schadensmechanismus vermuten lässt. Als Resultat der Untersuchungen steht nunmehr ein galvanisches ZnNi-Abscheidungsverfahren für höchstfesten Stahl zur Verfügung, das sich derzeit in der Industrialisierungsphase befindet.

Einrichtungen

  • Fachgruppe für Materialwissenschaft und Werkstofftechnik [520000]
  • Lehrstuhl für Werkstofftechnik der Metalle und Institut für Eisenhüttenkunde [522110]

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