Beherrschung von Skalierungseffekten bei der lokalen anodischen Oxidation von Aluminiumwerkstoffen - lokO
Fügetechnik und Trenntechnik
Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die Erforschung des innovativen Anodisierens mit Elektrolytstrahl ermöglicht die Herstellung definierter, lokaler Oxidschichten auf den Oberflächen von Aluminiumlegierungen. Als Elektrolyt wurde neben Oxalsäure im Projektverlauf auch Schwefelsäure erfolgreich eingesetzt. Aufgrund der Schichtbildungsraten von mehr als 5 µm/min wurde die angestrebte Mindestschichtdicke von 5 µm auf strukturierten Funktionsflächen erreicht. Der Koaxialstrahl aus den Phasen Elektrolyt und deionisiertes Wasser gewährleistet die Verdünnung der abfließenden Säure, verbunden mit einer gesteigerten Lokalisierung und vereinfachten Handhabung. Diese Weiterentwicklung ermöglicht die Herstellung lateral begrenzter, scharf konturierter Oxidschichten mit hoher Schichtdicke im Zentrum. Die Ergebnisse zeigen, dass kompakte und transparente Oxidschichten bis zu einer Spannung von 25 V erzielbar sind, während die weitere Erhöhung bis 60 V zunehmend zu Effekten des Anbrennens und schließlich zum Ablösen der Oxidschicht im Zentrum des anodisierten Bereiches führten. Mithilfe von In-situ-Messungen durch elektrochemische Impedanzspektroskopie (EIS) wurden relevante elektrische Kenngrößen für verschiedene Substratwerkstoffe ermittelt, die in die simulationsunterstützte Prozessgestaltung einflossen. Experimentelle Untersuchungen mit den daraus abgeleiteten Eingabeparametern zeigten signifikante Steigerungen der maximalen Oxidschichtdicke durch Pulsation der Gleichspannung. Durch tribologische Untersuchungen wurde nachgewiesen, dass anodisierte Oberflächenstrukturen in Form von Bögen und quadratisch angeordneten Spots eine signifikante Reduzierung der Reibkoeffizienten im Vergleich zu nicht anodisierten und vollflächig im Bad anodisierten Oberflächen ermöglichen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Downscaled anodic oxidation process for aluminium in oxalic acid. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 181, 012044.
Sieber, M.; Morgenstern, R.; Kuhn, D.; Hackert-Oschätzchen, M.; Schubert, A. & Lampke, T.
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Localised anodic oxidation of aluminium material using a continuous electrolyte jet. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 181, 012042.
Kuhn, D.; Martin, A.; Eckart, C.; Sieber, M.; Morgenstern, R.; Hackert-Oschätzchen, M.; Lampke, T. & Schubert, A.
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Heat treatment condition of EN AW-7075 influencing the anodic oxidation process and coating properties. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 373, 012021.
Morgenstern, R.; Scharf, I. & Lampke, T.
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“Multiphysics simulation of localised anodisation of aluminium,” Eur. Soc. Precis. Eng. Nanotechnology, Conf. Proc. - 18th Int. Conf. Exhib. EUSPEN 2018, pp. 429–430, 2018
N. Lehnert et al.
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Strategien zur Lokalisierung der Schichtbildung bei der anodischen Oxidation mittels Elektrolytfreistrahl. In: ZVO-Oberflächentage Leipzig, Kongress für Galvano- und Oberflächentechnik, 2022
R. Morgenstern; S. Quitzke; I. Danilov; A. Martin; T. Mehner; A. Schubert & T. Lampke
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Simulation-Assisted Process Design and Experimental Verification of Laterally Confined Oxide Areas Generated with Continuous Electrolytic Free Jet on EN AW-7075 Aluminum Alloy. Micromachines, 14(2), 293.
Quitzke, Susanne; Danilov, Igor; Martin, André; Morgenstern, Roy; Lampke, Thomas & Schubert, Andreas
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“Concentric jet for confined mask-less anodic dissolution and oxidation of aluminium,” in euspen´s 23rd International Conference & Exhibition, no. June, pp. 99–102, 2023
A. Martin; S. Quitzke; R. Morgenstern; A. Schubert & T. Lampke
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Lokales Anodisieren mit koaxialem Elektrolytstrahl: Schwefelsäureprozess mit hoher Schichtbildungsrate für tribologische Anwendungen. In: ZVO-Oberflächentage, Kongress für Galvano- und Oberflächentechnik, 2024
R. Morgenstern; S. Quitzke; A. Martin; T. Mehner; A. Schubert & T. Lampke
