Ein völlig wasserfrei zusammengesetzter Elektrolyt bannt die Gefahr von Wasserstoffversprödung beim galvanischen Beschichten hochfester Stähle. Zudem lassen sich unedle Leichtmetalle wirksam vor Bimetallkorrosion schützen. Somit lassen sich also auch komplexe Geometrien oder gewindeführende Teile galvanisieren.
Beim galvanischen Beschichten von Stählen kann bei wässrigen Systemen atomarer Wasserstoff in das Grundmetall eindiffundieren. Dies kann zu Sprödbruch führen, der spontan und ohne Voranzeichen auftritt. Mit steigender Werkstofffestigkeit nimmt die Gefahr dieser Wasserstoffversprödung zu, weshalb bei Stählen oberhalb 1000 MPa keine wässrig-galvanischen Überzüge ohne Ausheizen zugelassen sind.
Aufgrund der völlig wasserfreien Zusammensetzung des Elektrolyten besteht bei „Aluminal“ von Friedhelm Loh keine Gefahr der Wasserstoffversprödung. Die Prüfung des hochfesten Stahls 1.7033 unter einer konstanten Last von 75 % der Kerbzugsfestigkeit von etwa 2000 MPa nach ASTM F 519-93 ergab keine Hinweise darauf. Alle getesteten Kerbzugproben hielten einer Prüfbelastung von 200 h stand, die Analyse des Bruchgefüges im Rasterelektronenmikroskop (REM) ließ keine Sprödbruchbereiche im Gefüge erkennen.
Diese Eigenschaft erlaubt die Kombination der Vorteile von hochfesten Stählen und hochwertigen galvanischen Korrosionsschutzschichten, die homogen und konturtreu sind, sehr gut haften und für eine gute Gewindegängigkeit sorgen. Da die Aluminalschicht bereits ab 6 µm porenfrei und damit korrosionsfest ist, können je nach Bauteilgeometrie enge Maßtoleranzen eingehalten werden. Bei flachen Teilen wie Sicherungsringen sind Dickenschwankungen <0,01 realisierbar.
Seit 2007 befinden sich aluminierte Sicherungsringe von Seeger Orbis im Serieneinsatz bei einem großen deutschen OEM.
Entwicklungspotential in der Federtechnik
Der geplante Serieneinsatz von Aluminal bei Fahrwerksfedern aus höchstfesten Stählen erhöht das Anforderungsprofil an die Beschichtung und den Kundennutzen um drei Punkte:
- kein negativer Einfluss des Überzugs auf die dynamische Belastbarkeit des Grund- materials
- hohe Steinschlagbeständigkeit sowie
- Gewichtsreduzierungspotenzial von >10 % durch Einsatz hochfester Federstähle.
Mehrere 100 000 Lastwechsel auf dem Prüfstand zeigten, dass Aluminal bis zur Versagensgrenze des Werkstoffs beständig ist.
An der kritischen Kontaktfläche zum Federaufnahmeteller, wo es verschmutzungsbedingt zu Reibverschleiß kommt, wirkt sich zusätzlich die kathodische Schutzwirkung von Reinaluminium aus. Auch hier zeigt sich die Überlegenheit einer galvanischen Beschichtung gegenüber einer serienmäßigen Pulverlackbeschichtung der Federn, die keinen kathodischen Schutz bieten kann. Bereits im Serieneinsatz bei Fahrzeugherstellern befinden sich Flachbiegefedern und Rückhalteklemmen.
Verträglichkeit zu unedlen Leichtmetallen
Unedle Leichtmetalle wie Magnesium und Aluminium müssen wirksam vor Bimetallkorrosion geschützt werden. Mit Aluminal ist es möglich, das edlere Gegenstück (Stahl oder Edelstahl) galvanisch mit Reinaluminium zu überziehen und somit Materialverträglichkeit herzustellen. Das Problem der Bimetallkorrosion von Leichtmetallen kann somit erstmals auch galvanisch, also für komplexe Bauteilgeometrien oder gewindeführende Teile gelöst werden.
Beispiel für ein Serienteil mit erfolgreicher Unterdrückung von Bimetallkorrosion ist das Saugrohr zur Befüllung des Klimaanlagensystems von SMA Metalltechnik im 5er Diesel von BMW: Während die Kältemittel führenden Leitungen in Aluminium ausgeführt sind, ist das am Befüllungsende befindliche Saugrohr aus Stahl gefertigt. Die höhere Masse von Stahl wird hier sowohl als Schwingungsdämpfung für die Klimaleitungen gebraucht als auch zur Unterdrückung der Strömungsgeräusche aus dem System. Während die Materialschnittstelle Aluminium-Stahl im Motorraum ursprünglich der Korrosion ausgesetzt war, zeigt sich der Einsatz der aluminierten Saugrohre der SMA Metalltechnik als Problemlöser.
Ersatz von teurem Edelstahl durch Aluminal
Eine wichtige Eigenschaft von galvanisch abgeschiedenem Aluminium ist seine Reinheit von >99,9 %: Auf Aluminal-Überzügen bildet sich eine homogene Passivschicht, die frei von Einflüssen durch Fremdmetalle ist und die hohe Standzeiten von über 1000 h im Salzsprühnebeltest (DIN EN ISO 9227) bewirkt.
Die Passivität der Oxidhaut von Aluminium wird wesentlich vom umgebenden elektrolytischen Medium beeinflusst und nimmt mit steigendem oder fallendem pH-Wert ab. Daraus erklärt sich generell die begrenzte Einsetzbarkeit von Aluminium in stark sauren und stark alkalischen Medien. Jedoch reicht Reinaluminium bei den meisten Lösungen (pH-Werte 3,5 bis 9) an die Korrosionsbeständigkeit nichtrostender Stahlqualitäten heran, bei chloridischen Medien ist Aluminal oft die bessere Alternative. Die gestiegenen Kosten für Niro- und Edelstähle sowie deren höhere Bearbeitungskosten veranlassen auch Automobilzulieferer, den Einsatz von hochlegierten Stählen zu überdenken. Galvanische Aluminiumüberzüge auf Normalstählen können insbesondere als Edelstahlersatz wirken, wo dieser aus funktionellen Gründen eingesetzt wird. Die Hauptfunktionen, die von einem aluminierten Stahlteil übernommen werden können, sind Temperaturbeständigkeit bis 400 °C, Korrosionsangriff durch aggressive, auch chloridische Medien oder eine Kombination von beiden. Derartige Bedingungen herrschen an der Peripherie des Motors und des Abgassystems, im Fahrwerk, im Lenksystem und generell im Unterbodenbereich. Entscheidend ist die konsequente Umstellung des kompletten Edelstahlanteils einer Baugruppe auf aluminierte Teile, damit wiederum Materialverträglichkeit sichergestellt ist.
Aluminal, Telefon: 02602/83883-100;
E-Mail: info@aluminal.de
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