Chemische und elektrische Wechselwirkungsmechanismen während der plasmaelektrolytischen (PEO) Mischoxidbildung auf Magnesium

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Thomas Lampke
• Fachliche Zuordnung: Beschichtungs- und Oberflächentechnik
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 421508739

Magnesium ist der leichteste metallische Konstruktionswerkstoff und bietet daher ein enormes Gewichtseinsparungspotential in mobilen Systemen. Darüber hinaus ist Mg sehr gut recyclebar. Exzellente gießtechnische Verarbeitungseigenschaften sowie gutes Dämpfungsvermögen gegenüber elektromagnetischen und mechanischen Schwingungen prädestinieren Mg-Werkstoffe für den Bau von Maschinengehäusen sowie für Gestelle und Ummantelungen sensibler sensorischer, optischer und unterhaltungselektronischer Geräte. Trotz der aufgeführten, positiven Verarbeitungs- und Anwendungseigenschaften wird das Einsatzspektrum von Mg- Legierungen gegenwärtig durch deren geringe Beständigkeit gegenüber korrosiven und tribologischen Beanspruchungen limitiert. Die plasmaelektrolytische Oxidation ist ein vielversprechendes, umweltfreundliches Oberflächenveredelungsverfahren zur Begegnung dieser technischen Herausforderung. Ein bereits erfolgreich abgeschlossenes DFG-Projekt beschäftigte sich mit der Substrat/Elektrolyt-Interaktion vor und während der Entladungsinitiierung sowie dem gezielten Einbau von Elektrolytkomponenten in die erzeugte PEO-Schicht. Es konnte gezeigt werden, dass sich durch Verwendung hochkonzentrierter Elektrolyte sehr harte, chemisch beständige Mischoxidschichten (chemische Zusammensetzung wird nicht durch Substrat-, sondern Elektrolytkomponenten dominiert) auf Mg-Oberflächen erzeugen lassen, deren Härte jene von MgO-Schichten deutlich übersteigt. Jedoch wirkt sich die fehlstellenbehaftete Morphologie derartiger Überzüge negativ auf die resultierende Korrosions- und Verschleißbeständigkeit aus. Daraus ergibt sich weiterer Forschungsbedarf. Eine Charakterisierung der komplexen Schichtbildungsvorgänge sowie der Wechselwirkungen aus chemischen und elektrischen Prozessparameter während des plasmaelektrolytischen Beschichtungsprozesses ist nach dem gegenwärtigen Stand der Technik in Ermangelung eines durchgängigen Prozessmodells jedoch nur empirisch möglich. Ziel des beantragten Vorhabens ist daher die Erforschung von Wechselwirkmechanismen der chemischen und elektrischen Prozesse während der PEO von Mg unter Mischoxidbildung. Um dies zu erreichen, muss der Prozess detailliert charakterisiert und verstanden werden. Dazu sind die Ladungsdurchsätze der zur Schichtformierung verwendeten Pulse in elektro- und plasmachemische Anteile aufzuschlüsseln und besondere Prozessstadien wie das schichtausheilende Softsparking und kathodische Entladungen systematisch zu erfassen. Darauf aufbauend werden hybride und auf die einzelnen Prozessstadien abgestimmte Pulsmuster entwickelt. Die im Projekt generierte Datengrundlage dient anschließend zum Erstellen einer die zugrunde liegenden Mechanismen beschreibenden Modellvorstellung. Auf Basis der gewonnen Erkenntnisse sollen aus umweltfreundlichen Elektrolyten haftfeste, fehlstellenarme Mischoxidschichten auf Mg- Substraten erzeugt und für korrosiv und tribologisch anspruchsvolle Anwendungen qualifiziert werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen