Das vom BMWK geförderte Verbundprojekt Prozesssichere Aluminiumlegierungsschichten für den umweltfreundlichen Korrosionsschutz in der Luftfahrt (ProAlu) hat sich zum Ziel gesetzt, das aktuell noch als Schichtwerkstoff eingesetzte Cadmium durch unbedenkliche Aluminiumlegierungen zu ersetzen. Cadmiumschichten werden in der Luft- und Raumfahrttechnik besonders aufgrund ihrer guten kathodischen Korrosionsschutzwirkung eingesetzt. Unter der REACh-Verordnung sind Cadmium und Cadmiumsalze aber bedingt durch ihre Karzinogenität als besonders besorgniserregende Stoffe (SVHC) eingestuft. Langfristig ist deshalb eine unbedenkliche Alternative anzustreben. Hier zeigen Aluminiumlegierungsschichten sehr großes Potential.
In künstlichem Meerwasser gemessen weist Aluminium ein gegenüber niedrig legiertem Stahl unedleres Korrosionspotential auf. Ein potenzieller kathodischer Korrosionsschutz ist somit gegeben. Die starke Passivitätsneigung von Aluminium verhindert jedoch eine opferanodische Wirkung. Um die Ausbildung der Passivschicht zu verhindern, müssen dem Aluminium weitere Elemente zulegiert werden, welche als Aktivator dienen. Ein wichtiges Kriterium für die Beschichtung ist, dass neben einem ausreichenden kathodischen Korrosionsschutz eine möglichst hohe Eigenkorrosionsbeständigkeit gegeben ist.
Am Fraunhofer IPA erfolgt die elektrochemische Abscheidung von Aluminiumlegierungsschichten aus organischen Lösungsmitteln. Aufgrund des gegenüber Wasserstoff deutlich negativeren Standardreduktionspotentials ist eine Abscheidung aus wässriger Lösung nicht möglich. Im Vorgängerprojekt wurden Aluminium-Zink-Legierungsschichten als besonders erfolgversprechende Alternative identifiziert. Der Prozess zur galvanischen Abscheidung bedarf aber noch einer weiteren Stabilisierung und Optimierung. Im Rahmen des Teilforschungsprojekts SkalA verfolgt das Fraunhofer IPA unter anderem das Ziel, die Aluminium-Zink-Legierungsschichten so abzuscheiden, das sie luftfahrtspezifischen Korrosionsschutzanforderungen entsprechen.
Eine der größten Herausforderungen ist dabei die Abscheidung einer homogenen Legierungszusammensetzung; sowohl über die Bauteiloberfläche hinweg als auch von Bauteil zu Bauteil treten noch deutliche Schwankungen in der Zusammensetzung der Legierung auf. Entscheidende Einflussgrößen sind neben der Stromdichteverteilung die Hydrodynamik und die Zinkkonzentration im Elektrolyten. Einen deutlich gleichmäßigeren und reproduzierbaren Zinkeinbau in der Legierungsschicht aus Aluminium und Zink konnte durch ein System aus zwei Anoden, bestehend aus einer löslichen Aluminium- und Zinkanode, erreicht werden. Durch die Anpassung der Stromstärke der Zinkanode kann die Zinkkonzentration im Elektrolyten gezielt eingestellt und ein breites Spektrum an Legierungszusammensetzungen abgeschieden werden.
Um die industrielle Umsetzbarkeit des Verfahrens zu demonstrieren, wird am Fraunhofer IPA aktuell eine Laborversuchsanlage aufgebaut (Abb. 1). Mit dieser können neben Probeblechen für zum Beispiel Standard-Korrosionstests auch industrierelevante Bauteile für spätere Funktionstests beschichtet werden. Die Versuchsanlage beinhaltet neben dem Beschichtungsbehälter eine Vorbehandlung sowie mehrere Spülen. Sowohl die Elektrolytströmung als auch der Volumenstrom lassen sich gezielt einstellen und die angebrachte Warenträgerhalterung ermöglicht eine parallel zu den Anoden verlaufende alternierende Relativbewegung.
Abb. 1: Anlage zur Aluminiumabscheidung
