Konversionsschichten für den Korrosionsschutz von Magnesiumteilen

Konversionsschichten schützen Magnesiumteile vor Korrosion. Sie entstehen durch chemische Umwandlung der Metalloberfläche und ermöglichen außer einem guten Korrosionsschutz auch eine gute Haftung für...

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Konversionsschichten schützen Magnesiumteile vor Korrosion. Sie entstehen durch chemische Umwandlung der Metalloberfläche und ermöglichen außer einem guten Korrosionsschutz auch eine gute Haftung für das nachfolgende Lackieren. Die Schutzwirkung der einzelnen Schichten ist jedoch verschieden, wie Untersuchungen von Teilen aus einer Magnesiumlegierung ergaben.Magnesium ist zusammen mit seinen Legierungen der leichteste, aber auch unedelste Konstruktionswerkstoff (Dichte 1,7 g/cm3). Die Steifigkeit und das geringe Gewicht machen Magnesium zum idealen Werkstoff für eine Vielzahl von Anwendungen im Maschinenbau, der Elektro- und Elektronikindustrie, auf dem Sportartikelmarkt und in der Luft- und Raumfahrttechnik. In Verbindung mit der möglichen Einsparung von Kraftstoff durch Leichtbaustrukturen hat aber insbesondere die Automobilindustrie Interesse an diesem Werkstoff. So werden für bestimmte Fahrzeugtypen bereits Bauteile wie Sitzrahmen, Instrumententafeln und Lenksäulen aus Magnesiumlegierungen gefertigt.Das elektrochemische Normalpotential von -2,37 V gegenüber einer Normal-Wasserstoff-Elektrode (NHE) für Magnesium bringt zum Ausdruck, dass es sich bei diesem Metall um einen sehr unedlen Werkstoff handelt, dessen Oberfläche unbedingt vor Korrosion geschützt werden muss. Obwohl es grundsätzlich auch die Möglichkeit gibt, das Korrosionsschutzverhalten über die Zusammensetzung der Magnesiumlegierung positiv zu beeinflussen (Tabelle), ist dies bei vielen Anwendungsfällen als alleinige Maßnahme nicht ausreichend.Die hohe Reaktivität des Metalls bei atmosphärischen Umgebungseinflüssen hat zur Folge, dass auch die Oberfläche des Metalls geschützt werden muss. Von herausragender Bedeutung für die Werterhaltung von Magnesiumteilen sind dabei die überwiegend anorganisch aufgebauten Konversionsbeschichtungen.Konversionsschichten entstehen nicht, indem man sie auf eine Metalloberfläche aufträgt. Vielmehr wird unter Einwirkung eines wässrigen Passivierungselektrolyten die Metalloberfläche chemisch umgewandelt. Die so erzeugten, nur wenige Mikrometer dünnen Schutzschichten verhindern zum einen den Korrosionsangriff auf die Magnesiumlegierung.Zum anderen bieten sie eine gute Verankerungsmöglichkeit für das nachfolgende Lackieren und damit einen zusätzlichen Schutz. Grundsätzlich lassen sich alle üblichen Druckguss-, Guss- und Knetlegierungen so vorbehandeln.Das bekannteste Passivierungsverfahren ist das Chromatieren [1 und 2]. Nachteilig bei diesem Verfahren ist jedoch die Kanzerogenität der chromathaltigen Stoffe, die auch in den gebildeten Konversionsschichten enthalten sind. Aus diesem Grund entwickelten namhafte Hersteller von Oberflächenvorbehandlungsmitteln, zum Beispiel die AHC Oberflächentechnik GmbH & Co. OHG, Kerpen, die Chemetall GmbH, Frankfurt am Main, und die Henkel Oberflächentechnik GmbH, Düsseldorf, auch chromatfreie Konversionsbäder.Ohne Konversions- oder Anodisierschichten kann bei Beschädigung der Lackierung und partieller Freilegung des Metalls kein dauerhafter Korrosionsschutz erzielt werden. Im Vergleich zur Auswahl der Lackierung - am Wehrwissenschaftlichen Institut für Werk-, Explosiv- und Betriebsstoffe in Erding wurden die besonders widerstandsfähigen 2K-PUR- und 2K-EP-Lacke untersucht - kommt deshalb Art und Beschaffenheit dieser anorganischen Schutzschichten eine besonders hohe Bedeutung zu.Am Erdinger Institut wurden zur Beurteilung des Korrosionsschutzverhaltens der Magnesiumlegierung Mg AZ 31B herkömmliche Chromatierungen, eine Hartanodisierung und neuartige Konversionsbeschichtungen auf Basis von Fluorokomplexen und anderer Wirkstoffe miteinander verglichen.Aus einem Vergleich der Vorbehandlungsverfahren folgt, dass neben der Anodisierung auch eine chromatfreie Passivierung auf Basis von Permanganat mit Vanadat, Molybdat oder Wolframat (Hersteller AHC [3]), einschließlich einer Silan-Versiegelung, eine ausgezeichnete Korrosionsschutzwirkung ergibt. Einen geringeren, insgesamt aber noch akzeptablen Schutz bieten die herkömmliche Chromatierung nach MIL-M 3171 Typ III und vergleichbare Verfahren [1 und 2].Eine deutlich geringere Schutzwirkung, die für einzelne Anwendungsfälle mit geringem Korrosionsangriff noch akzeptabel ist, wurde bei Verwendung neuartiger, chromatfreier Vorbehandlungs-Chemikalien (zum Beispiel auf Basis der Fluorokomplexe) erzielt. Die Anwendung von Wash-Primern erwies sich jedoch als völlig inakzeptabel. Die Ergebnisse wurden mit Hilfe eines Salzsprühtests nach DIN 50021 ermittelt, wobei man das Beschichtungssystem auf Basis Fluorokomplexe 700 h lang und das Beschichtungssystem auf Basis chromatfreie Passivierung mit Silan-Versiegelung sogar einer Dauer von 800 h dem Test ausgesetzt hat.Besondere Aufmerksamkeit kommt im praktischen Einsatz der richtigen Auswahl der Schraubverbindungen zu, um elektrochemische Korrosion oder Kontaktkorrosion (Kontakt von unterschiedlich edlen Metallen) zu vermeiden. Nach unseren Untersuchungen hat sich der Einsatz von hartanodisierten Aluminium-Unterlegscheiben bewährt. Wegen des enormen Interesses an Magnesiumwerkstoffen ist damit zu rechnen, dass in naher Zukunft noch weitere Konversionsverfahren entwickelt werden.Literatur[1] MIL-Spezifikation M 3171. Mai 1998. Philadelphia/USA: Denens Automation and Production Service.[2] N.N.: Surface Treatments for Magnesium Alloys in Aerospace & Defence. Firmenschrift. Manchester/Großbritannien: Magnesium Elektron 1997.[3] Kurze, P., und andere: Korrosionsschutz von Magnesium-Werkstoffen. Metalloberfläche 9/2000, S. 22-24.