Mechanismen der plasmaelektrolytischen Oxidation leichtmetallbasierter Werkstoffverbunde

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Thomas Lampke
• Fachliche Zuordnung: Beschichtungs- und Oberflächentechnik
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 339953808

Technisch und gesellschaftspolitisch motivierte Bestrebungen zur Senkung des Energiebedarfs bewegter Systeme jeglicher Art sind ein Treiber für den Leichtbau. An der Schnittstelle zwischen konstruktivem und werkstofflichem Leichtbau rücken dabei die Themen Multimaterialdesign und Funktionsintegration zunehmend in den Fokus. Damit einher geht nicht nur ein steigender Komplexitätsgrad von Bauteilen und Baugruppen, sondern auch eine zunehmende Komplexität der Beanspruchung von Werkstoffen und Oberflächen. Der Einsatz von verschiedenen Werkstoffen in einem Bauteil stellt die Oberflächenbehandlung vor eine große Herausforderung. Jeder Werkstoff erfordert spezifische Verfahren für die Einstellung und Verbesserung von Oberflächeneigenschaften. Im Verbund vorliegende Werkstoffe können für den traditionell am Ende der Herstellkette stehenden Schritt der Oberflächenveredlung aber nicht getrennt werden. Am Beispiel eines Aluminium/Magnesium-Verbunds wurde in Vorversuchen die Eignung des Verfahrens der plasmaelektrolytischen Oxidation (PEO) zur Oberflächenveredlung von im Verbund vorliegenden Leichtmetallen nachgewiesen. Die Schichtbildungsmechanismen bei der PEO von Multimaterialverbunden sind bislang allerdings nur unzureichend erforscht. Vor dem Hintergrund der verschiedenen am zu bearbeitenden Verbund vorliegenden Werkstoffe ergeben sich wesentliche wissenschaftliche Fragestellungen. Diese betreffen einerseits den Multimaterialverbund im Hinblick auf chemische bzw. elektrochemische Konkurrenzreaktionen während der Oxidschichtbildung (Schichtbildung gegen -auflösung/-zerstörung). Andererseits bedarf auch die Verteilung des Energieeintrags im Regime der plasmaelektrolytischen Oxidation zur Realisierung der Ausbildung von funktionalen Oxidschichten auf den Komponenten des Verbunds einer grundlegenden Erforschung. In eigenen Vorarbeiten wurde der Elektrolyt, in dem die plasmaelektrolytische Oxidation vorgenommen wird, dafür bereits als eine wesentliche Einflussgröße identifiziert.Ziel des Vorhabens ist die Aufklärung der Wechselwirkungen des Verbunds mit dem Elektrolyten unter den charakteristischen PEO-Bedingungen (Entladungen, hohe Überpotenziale, alternierende Polarisation) an Aluminium/Magnesium- und Aluminium/Stahl-Werkstoffverbunden. Durch Modellversuche und elektrochemische Messungen sowie durch Analyse der auf den verschiedenen Verbundkomponenten erzeugten Schichten wird systematisch Wissen über das Verhalten von Multimaterialverbunden im Prozess der plasmaelektrolytischen Oxidation generiert. Mit dem gewonnenen Verständnis können die Oberflächen von leichtmetallbasierten Werkstoffverbunden perspektivisch mittels PEO für komplexe Beanspruchungen ausgerüstet werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Maximilian Sieber