Mechanismen der Schichtbildung beim Plasmaanodisieren von Magnesium in Abhängigkeit von der Elektrolytkomposition

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Thomas Lampke
• Fachliche Zuordnung: Beschichtungs- und Oberflächentechnik
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 258050305

Magnesiumwerkstoffe besitzen ein Anwendungspotenzial, das weit über die heute erschlossenen Einsatzgebiete hinausgeht und einen Beitrag zur Senkung des Energiebedarfs bewegter Systeme leisten kann. Die ungenügende Korrosions- und Verschleißbeständigkeit stellt aber ein Hindernis für viele Anwendungen dar, das durch Oberflächenmodifikation überwunden werden kann. Dafür eignet sich das Verfahren der plasmaelektrolytischen anodischen Oxidation (PAO). Die erzeugten Oxidschichten verbessern, meist in Verbindung mit einer Nachbehandlung, die Korrosionsbeständigkeit. Zur Erzeugung von Schichten, die auch tribologischen Beanspruchungen standhalten oder ohne Nachbehandlung einen guten Korrosionsschutz darstellen, fehlt jedoch ein umfassendes Verständnis des PAO-Prozesses, v.a. hinsichtlich der Wirkung des Elektrolyten auf die Schichtbildung. Die Elektrolytentwicklung erfolgt nur auf empirischer Basis, da kein ausreichendes Verständnis über das Verhalten von Magnesiumsubstraten und den gebildeten Oxidschichten gegenüber einzelnen Elektrolytkomponenten und ihren Kombinationen vorhanden ist. Nach dem Stand der Wissenschaft und Technik werden zur PAO von Magnesium nahezu ausschließlich Elektrolyte eingesetzt, die sehr geringe Konzentrationen ihrer Komponenten aufweisen (< 50 g/l). Dies ist nachteilig, da sich bei der PAO in schwach konzentrierten wässrigen Lösungen hauptsächlich Magnesiumoxid bildet, das vergleichsweise schlechte Eigenschaften (geringe Härte, chemische Beständigkeit) aufweist. Weiterhin führt die geringe Konzentration der Komponenten dazu, dass unter der auftretenden hohen Polarisation die auflösende Wirkung von Wasser gegenüber Magnesium und Magnesiumoxid dominiert und mit der Schichtbildung konkurriert. In Vorversuchen konnte gezeigt werden, dass durch die Verwendung von Elektrolyten mit Gesamtkonzentrationen von 100 g/l und darüber einerseits eine viel bessere Passivierung des Magnesiumsubstrats eintritt, was für die Prozessinitiierung eine entscheidende Rolle spielt und das Prozessfenster für die elektrischen Parameter vergrößert. Andererseits wurde in der Literatur und auch in den Vorarbeiten nachgewiesen, dass durch die hohe Konzentration von Elektrolytkomponenten die Bildung von Misch- oder Nicht-Magnesiumoxiden gefördert wird, wodurch verbesserte Schichteigenschaften entstehen. Ziel des vorliegenden Vorhabens ist es, das Passivierungs- und Auflösungsverhalten des Magnesiumsubstrats in Lösungen einzelner Elektrolytkomponenten und deren Kombinationen mittels Polarisationsversuchen und elektrochemischer Impedanzspektroskopie (EIS) systematisch zu erforschen. Aus den Ergebnissen soll ein Verständnis des Verhaltens von Elektrolyten mit einer Gesamtkonzentration von über 100 g/l und ihrer Wirkung auf die Schichtbildungsmechanismen (Substratpassivierung, Entladung, Rücklösung) abgeleitet werden. Die Kenntnis dieser Zusammenhänge ermöglicht die wissensbasierte Auslegung des PAO-Prozesses zum Erreichen definierter Schichteigenschaften.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Österreich
• Beteiligte Person: Dr. Wolfgang Hansal