Korrosion und Korrosionsschutz an Aluminiumlegierungen

 

Aluminium ist durch seine vielfach positiven Eigenschaften (geringe Dichte, gute Wärmeleitfähigkeit, gesundheitlich unbedenklich, hohe Festigkeit) sehr weit verbreitet.

 

 Absatzmaerkte

Abbildung 1: Verhältnis der Absatzmärkte von Aluminium in Deutschland 2011 (GDA)

 

Der Gesamtverband der Aluminiumindustrie e. V. (GDA)  beziffert die größten Absatzmärkte auf den Verkehrs- und das Bausektor. In allen Sektoren gibt es vielseitige Einsatzgebiete:

Bauwesen:

    • Fenster, Türen,
    • Fassaden,
    • Wandsysteme
    • Beschläge
    • Isolierung,
    • Gitterroste

 

Verkehrswesen:

    • Flugzeuge, Nutz- und Personenkraft
    • Motorblöcke
    • Zylinderköpfe
    • Karosserie

 

Aluminium ist im Vergleich zu Schwermetallen (Nickel, Kupfer, etc.) relativ günstig. Eine Tonne kostet laut Handelsblatt (01.08.2013): $1839,75

Durch eine momentane Überproduktion an Alu und sinkenden Absatzzahlen hat der Aluminiumpreis seit Anfang des Jahres um 11% eingebüßt.

 

Durch die Bildung einer natürlichen Deckschicht an Luft aus Al2O3 ist Aluminium auch in einem gewissen Maße korrosionsbeständig. Dieser Korrosionsschutz ist aber nur gegeben, wenn die Deckschicht unversehrt ist. Ist dies nicht der Fall, so ist Aluminium, aufgrund seines unedlen Potenzials von -1,66 V sehr reaktiv.
Aluminium ist ein amphoteres Metall, das heißt, dass es sowohl von Säuren, als auch von Laugen angegriffen wird. Die verschiedenen Aluminiumlegierungen unterscheiden sich in ihrer Korrosionsbeständigkeit durch ihre Legierungsbestandteile und die Eigenschaft auszuhärten. Eine Unterscheidung der Aluminiumlegierungen kann nach DIN EN 573-1 (2005) für Halbzeuge aus Knetlegierungen wie folgt gemacht werden:

 

Tabelle 1: Bezeichung von Aluminiumlegierungen mit ihren Hauptlegierungselementen

 

Bezeichnung Hauptlegierungselement Aushärtbar
1xxx (Reinalu mit mind. 99,0% Al) Aluminium (Al) Nein
2xxx Kupfer Cu) Ja
3xxx Mangan (Mn) Nein
4xxx Silizium (si) Nein
5xxx Magnesium (Mg) Nein
6xxx Magnesium + Silizium Ja
7xxx Zink (Zn) Ja
8xxx Sonstige Elemente (Sn, Bi) Ja

 

Die aushärtbaren Al-Legierungen haben den Vorteil, dass sich die Festigkeit durch eine thermisch-mechanische Wärmebehandlung erhöhen lässt. Allerdings entsteht durch die Wärmebehandlung eine Vielzahl an intermetallischen Phasen auf den Korngrenzen, welche zusammen mit Legierungselementen, wie z.B. Kuper, die Korrosionsbeständigkeit verringern. Alle nicht aushärtbaren Legierungen sind sehr gut korrosionsbeständig, da sich keine intermetallischen Phasen auf den Korngrenzen ablagern.

 

 Beispiel 1: Schichtkorrosion

 

Die untere Abbildung zeigt einen Teilbereich für die äußere Landeklappe einer zivilen Flugmaschine aus einer Al-Zn-Mg-Legierung (AA 7075-T6). Dieser Legierungstyp wird einer zusätzlichen Wärmbehandlung (lösungsgeglüht und warmausgelagert) unterzogen, um höchste mechanische Eigenschaften (Festigkeit) zu erhalten. Die Landklappen sind Temperaturen von -60°C bis +80°C und wechselnden Luftfeuchtigkeiten mit hohen Verunreinigungsgehalten ausgesetzt.

 

 

Schadenshypothese:

Aufgrund einer örtlichen Beschädigung des Korrosionsschutzsystems hat ein schichtförmiger, selektiver Korrosionsangriff, sog. Schichtkorrosion, das Bauteil irreparabel beschädigt.

Der Schaden wurde während einer Inspektion, welche alle 2 Jahre erfolgt, erkannt.

Ausgelöst wurde dieser Schaden an einer Reibstelle, wodurch das Korrosionsschutzsystem partiell beschädigt wurde. Aufgrund der Gefügestruktur der Aluminiumlegierung durch die Wärmebehandlung ist es zu einem selektiven Angriff der Korngrenzenstrukturen längs zur Walzrichtung gekommen.

 

Abhilfe:

Konstruktive Veränderung der verschleißbehafteten Bauteilbereiche.

Verbesserung des Korrosionsschutzsystems gegenüber tribologischem Verschleiß.

(Quelle: Active Library on Corrosion, Elsevier Science, 1998)

071919E2

071919A

Abb. : (oben) Makroskopische Nahaufnahme der Schichtkorrosion, (unten) mikroskopische Nahaufnahme der korrodierten Stelle, Querschliff, Vergrößerung 50x 

 

 Beispiel 2: Filigrankorrosion

 

Die untere Abbildung zeigt einen Teilbereich der tragenden Hüllenkonstruktion mit Schraub und Nietverbindungen einer zivilen Flugmaschine aus einer Al-Zn-Mg-Legierung (AA 7079-T6). Dieser Legierungstyp wird einer zusätzlichen Wärmbehandlung (lösungsgeglüht und warmausgelagert) unterzogen, um höchste mechanische Eigenschaften (Festigkeit) zu erhalten. Die Hüllenkonstruktionen sind Temperaturen von -60°C bis +80°C und wechselnden Luftfeuchtigkeiten mit hohen Verunreinigungsgehalten ausgesetzt. Aufgrund der korrosiven und thermisch-mechanischen Einflüsse wurde ein organische Beschichtung zum Schutz der Bauteilkomponenten aufgebracht. Der Korrosionsschutz sollte das Bauteil wärend der Fertigung und im Einsatz vor Korrosion schützen.

 

 Schadenshypothese:

Aufgrund einer Beschädigung der organischen Beschichtung durch Montagearbeiten an den Verbindungselementen und dem Einwirken von feuchten, salzhaltigen Klimaten kam es zur sog. Filigrankorrosion (auch Filiformkorrosion genannt).

 

Abhilfe:

Veränderung der Montageabläufe. Aufbringen von Konversionsschichten zwischen Grundmaterial und Beschichtung. Änderung der Verbindungsmethoden.

 

(Quelle: Corrosion Protection Schemes for Aircraft Structures, AGARD Conference Proceedings)

 

Filiform

Abb. : Makroskopische Nahaufnahme der Filigrankorrosion

 

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