Warmwalzplattieren von Magnesium
Final Report Abstract
Innerhalb dieses Forschungsvorhabens wurde die Plattierbarkeit der Magnesiumlegierung AZ31 mit Aluminium AI 99,5 nachgewiesen. Hierbei spielt die Oberflächenpräparation der Plattierpartner eine entscheidende Rolle. Es zeigte sich, dass für Aluminiumbleche ein Entfetten mit Aceton ausreichend ist. Bei den Magnesiumblechen envies sich ein Beizen in 25%tiger Essigsäure als die geeignete chemische Vorbehandlung. Vor dem Plattieren wurden die Oberflächen mechanisch behandelt. Für beide Werkstoffe stellte sich das Bürsten mit Edelstahlbürsten als das geeignete Verfahren zur "Oberflächenaktivierung" heraus. Es wurden die für die Werkstoffe optimalen Bürstparameter ermittelt. Zur Festlegung des Versuchsfeldes bzw. für die richtige Auswahl des Arbeitsfeldes zum Wannwalzplattieren wurden vorab Flachstauchversuche am Umformsimulator durchgeführt. Dieser bildet den Walzplattiervorgang zwar nicht genau ab, lässt aber eine ausreichende Abschätzung und Eingrenzung der Prozessparameter zu. Mit Hilfe der Statistischen Versuchsplanung (DOE) wurden die Walzparameter ermittelt, die innerhalb des Versuchsfeldes zur Bindung mit der höchsten Haftfestigkeit führen. Es wurden die Parameter Schichtdickenverhältnis, Walztemperatur, Umformgrad und Umformgeschwindigkeit variiert. Damit DOE angewendet werden konnte, musste eine Haftfestigkeitsprüfung entwickelt werden, bei der die Ergebnisse reproduzierbar sind und nur gering streuen. Der zu Beginn verwendete Rollenschältest erfüllte diese Kriterien nicht und ist daher für diese Art der Untersuchung ungeeignet. Die hier verwendete Haftfestigkeitsprüfung ist unter 3.2 beschrieben. Es stellte sich heraus, dass sich bei Temperaturen des Mg-Bandes über 350*'C schon während des Walzens eine spröde intermetallische Phase ausbildet, die zu einer Schwächung der Bindung führt. Die stärksten Bindungen wurden bei Temperaturen um 320°C und Gesamtumformgraden zwischen 40 und 50% erzielt. Bei dieser Temperatur war nach dem Plattiervorgang auch noch keine intermetallische Phasenbildung nachweisbar. Nachgeschaltete Glühbehandlungen führten zu intermetallischen Phasen in der Grenzschicht und schwächten die Haftfestigkeit. Durch die Magnesiumlegierung im Werkstoffverbund ist die Kaltumformbarkeit stark eingeschränkt und macht zur weiteren Dickenreduktion eine Warmumfonmung bei ca. 300°C notwendig. Es konnte gezeigt werden, dass sich bereits nach wenigen Minuten eine spröde Phase in der Grenzschicht ausbildet. Dies schränkt das Einsatzfeld des Blechverbundwerkstoffs ein. Zu Kon-osionsuntersuchungen wurde die Salzsprühnebelprüfung angewendet. Die Schnittkanten der Proben mit unterschiedlich stark ausgeprägten Phasen in der Grenzschicht wurden besprüht. Es zeigte sich, dass die Magnesiumlegierung korrosionsanfälliger ist als die intermetallische Phase. Um Magnesium als Blechwerkstoff für industrielle Anwendungen im Maschinen-, Kraftfahrzeug- oder Luft- und Raumfahrtbereich nutzen zu können, müssen bestimmte Voraussetzungen erfüllt werden. Dazu gehören neben den mechanischen Eigenschaften, die bei Magnesium gewichtsbezogen durchaus mit Aluminium und Stahl konkurrieren können, eine gute Korrosionsbeständigkeit. Durch den Einsatz von plattiertem Magnesiumblech ist die Kombination der guten spezifischen Festigkeit, der geringen Dichte und dem guten Dämpfungsvermögen von Magnesium mit einer guten Korrosionsbeständigkeit des Deckmaterials Aluminium ohne wesentliche Verschlechterung des Verhältnisses Gewicht/Eigenschaften möglich. Durch den Walzplattierprozess ist es möglich, ausreichend dicke und geschlossene Aluminiumdeckschichten aufzubringen. Die thermische Beständigkeit des Werkstoffes stellt beim Warmwalzen ein großes Problem dar, da durch die intermetallische Phasenbildung in der Grenzschicht die Bindung erheblich geschwächt wird. Dies geschieht schon bei den Temperaturen, die zur Weiterverarbeitung in Umformprozessen notwendig sind. Ziel eines Folgevorhabens wird es sein, entweder durch geeignete Legierungsauswahl das Phasenwachstum zu hemmen, oder vor der Plattierung eine Zwischenschicht auf das Substrat aufzubringen. Ein weiterer Forschungsansatz ist die Entwicklung eines Modells zur Simulation des Warmplattiervorgangs. Dieser muss zum einen die Umformparameter sowie die Diffusionsvorgänge in der Grenzschicht berücksichtigen, zeitgleich sollen die gewonnenen Erkenntnisse bei der Blechplattierung auf einen kontinuierlichen Prozess übertragen werden.
