Umweltfreundliche und leichte Hochleistungslegierungen
Flugzeuge erheben sich trotz ihres eigenen enormen Gewichts und der Last aus Passagieren und Fracht routinemäßig in die Lüfte. Sie fliegen dann hunderte oder tausende Meilen gegen Reibungskräfte und Luftwiderstand, um die Ladung an ihren Bestimmungsort zu bringen. Verständlicherweise leistet der Luftverkehr einen wesentlichen Beitrag zu den Kohlendioxidemissionen aufgrund von Treibstoffverbrennung. Leichte Legierungen auf Basis von Aluminium (Al) oder Magnesium (Mg) könnten bei vielen Flugzeugbauteilen oder im Motor auf effiziente Weise Materialien auf Eisenbasis ersetzen. Sie sind jedoch leider besonders empfindlich gegenüber Korrosion und erfordern Beschichtungs- und Abdichtungsverfahren, bei denen oft aggressive Chemikalien eingesetzt werden, die jetzt verboten sind oder deren Gebrauch stark eingeschränkt ist. Hier könnte ein elektrochemischer Oxidationsprozess die Lösung sein, der mit Hilfe der EU-Finanzierung des Projekts "Corrosion protective coating on light alloys by micro-arc oxidation" (CO-PROCLAM) erforscht wurde. Die plasma-elektrolytische Oxidation (PEO), auch als Micro Arc Oxidation bezeichnet, ist ein äußerst vielversprechendes umweltfreundliches Verfahren, um zuverlässige Beschichtungen und gehärtete Metallkomponenten zu erzeugen. PEO funktioniert mit hohen Spannungen, die Plasmaentladungen erzeugen, welche die Oberflächenstruktur der Komponente modifizieren und auf diese Weise multifunktionale, keramische Beschichtungen ergeben. Die Forscher variierten die Prozessparameter und bewerteten die Physik der Mikroentladungen sowie charakterisierten die resultierenden Beschichtungen unter Einsatz einer Vielzahl moderner Verfahren. Die Wissenschaftler wendeten die PEO mit Hilfe des patentierten Ceratronic-Prozesses auf Al- und Mg-Legierungen an. Man untersuchte Elektrolytzusammensetzung, elektrische Parameter, Behandlungszeitdauer, Elektrodenkonfiguration und Elektrolyttemperatur. Die Auswirkungen auf die keramische Beschichtung wurden mit Verfahren wie zum Beispiel Rasterelektronenmikroskopie und Röntgendiffraktometrie bestimmt. Die Proben wurden außerdem dem für die Luftfahrt standardisierten, neutralen Salzsprühtest unterzogen, um die Korrosionsbeständigkeit zu untersuchen. Die Mikro-Bogenentladung (micro-arc discharge) wurde anhand optischer Emissionsspektroskopie und schneller Video-Bildgebung untersucht. Die CO-PROCLAM-Forscher gewannen wichtige Einblicke in den PEO-Prozess. Im Zuge der Optimierung wird die Fertigung einer kostengünstigen, umweltfreundlichen, korrosionsbeständigen und haltbaren Beschichtung für leichte Al- und Mg-Legierungen für die Luft- und Raumfahrtindustrie möglich werden. Dieser Prozess macht den Gebrauch der meisten gefährlichen chemischen Stoffe überflüssig, die mit dem Eloxieren verbunden sind. Der Einsatz der Legierungen wiederum wird zu einer deutlichen Senkung des Treibstoffverbrauchs und Reduzierung von Emissionen führen. Dabei entsteht für die Luft- und Raumfahrtindustrie sowie für die Umwelt eine echte Win-Win-Situation.
Schlüsselbegriffe
Luftfahrzeug, Flugzeuge, leichte Materialien, Korrosion, Leichtmetalllegierungen, Micro Arc Oxidation