Untersuchungen zum Korrosionsschutz der Magnesiumknetlegierung AZ31 mittels Cer-haltigen Konversionsschichten und Hydrothermalverfahren

  • Investigations on the corrosion protection of the wrought magnesium alloy AZ31 by means of cerium-containing conversion layers and hydrothermal processes

Anthes, Adrian; Fürbeth, Wolfram (Thesis advisor); Zander, Brita Daniela (Thesis advisor); Krupp, Ulrich (Thesis advisor)

Aachen : RWTH Aachen University (2021)
Doktorarbeit

Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2021

Kurzfassung

Das zunehmende öffentliche Interesse an energieeffizienteren und umweltfreundlicheren Fahrzeugen veranlasst die Automobil- und Luftfahrtindustrie, immer leichtere Werkstoffe für ihre Produkte zu wählen. So könnten Fahrzeugbauteile, die momentan noch aus Stahl oder Aluminium hergestellt werden, in Zukunft durch Bauteile aus Magnesiumlegierungen substituiert werden. Ein Problem dieser Legierungen stellt die Anfälligkeit gegenüber Korrosion dar, wodurch der Einsatzbereich bislang noch relativ klein ist. Im Bereich von PKW werden bereits Magnesiumlegierungen eingesetzt, allerdings beschränkt sich der Einsatz auf Bauteile im Innenbereich ohne direkte Bewitterung. Ziel dieser Arbeit war es, die Beständigkeit von Magnesiumwerkstoffen gegenüber Korrosion zu verbessern. Dafür wurde am Beispiel der Magnesiumknetlegierung AZ31 eine neue Schutzschicht entwickelt, die die Korrosionseigenschaften des Substrats verbessert. Im ersten Schritt wurde eine geeignete Oberflächenvorbereitung für die Magnesiumknetlegierung AZ31 entwickelt. Diese erzeugt eine sehr saubere und spiegelglatte Oberfläche, so dass nachfolgende Schichten sehr homogen aufgebracht werden können. Die vorbereiteten Oberflächen wurden durch AFM- und REM-Untersuchungen charakterisiert. Im nächsten Schritt erfolgte die Herstellung von wässrigen Cer(III)nitrat-haltigen Mikro-/Nanopartikeldispersionen (f-SWCNT, Bentonit, Zeolith X, Halloysit), die für die Abscheidung einer Konversionsschicht unter Einwirkung von Ultraschall verwendet wurden. Die Dispersionen wurden mittels dynamischer Lichtstreuung (DLS) hinsichtlich Partikelgröße untersucht, außerdem wurden die Zetapotentiale der verschiedenen Dispersionen gemessen. Auf den AZ31-Proben konnten mit Hilfe von Ultraschall schwammartige und annähernd rissfreie Nanofaser-verstärkte Ceroxid-Schichten abgeschieden werden. Die erhaltenen Schichten wurden sowohl elektrochemisch (z. B. EIS) als auch mittels XRD, REM und Raman-Spektroskopie untersucht. Da die Korrosionseigenschaften noch nicht zufriedenstellend waren, wurden die Schichten durch heißen Wasserdampf bzw. im Autoklav unter erhöhter Temperatur und erhöhtem Druck nachbehandelt. Dabei bildete sich eine zweite Schicht, die u. a. LDHs (Layered-double-hydroxides) enthielt. Diese können als pH-Puffer und Cl--Fänger wirken und so vor Korrosion schützen bzw. diese verlangsamen. Die erzeugten Schichten wurden erneut elektrochemisch und mittels XRD und REM charakterisiert. Außerdem wurden Kontaktwinkel-Messungen und Salz-Sprüh-Tests durchgeführt.

Einrichtungen

  • Lehrstuhl für Korrosion und Korrosionsschutz [522710]
  • Fachgruppe für Materialwissenschaft und Werkstofftechnik [520000]
  • Lehrstuhl für Werkstofftechnik der Metalle und Institut für Eisenhüttenkunde [522110]

Identifikationsnummern

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