Dendritische Gefügeausbildung von Magnesiumlegierungen zur Beeinflussung der Korrosionseigenschaften
Final Report Abstract
Magnesiumlegierungen haben in wässriger Lösung ein sehr negatives Potential gegenüber der Wasserstoffelektrode und sind daher, besonders in Anwesenheit eines Elektrolyten korrosionsgefährdet. Für hochreine Magnesiumlegierungen sind die Korrosionseigenschaften jedoch in einem Bereich, dass Teile aus Magnesiumlegierung sogar im Außenbereich angewendet werden können. Trotzdem bestehen durch eine Beeinflussung der Mikrostruktur Möglichkeiten, die Korrosionsbeständigkeit weiter zu verbessern. Das Projekt hatte das Ziel, die Zusammenhänge zwischen Mikrostruktur und Korrosionsverhalten für Magnesium-Aluminium Legierungen mit Aluminiumgehalten von 0, 3, 6, 9 und 12% zu untersuchen. Zu diesem Zweck kam eine Kokille zum Einsatz, mit der durch gezielten Wärmeabfluss das Gefüge der gegossenen Legierungen beeinflusst werden konnte. Die Charakterisierung der Proben erfolgte durch chemischen Analyse, REM-EDX, Mikrosonde, Korngrößenanalyse und Bestimmung der SDAS (sekundäre Dendritenarmabstände). Die Daten wurden den Abkühlgeschwindigkeiten bei der Erstarrung zugeordnet. Mit zunehmender Abkühlgeschwindigkeit werden die Korngrößen und SDAS der Legierungen kleiner. Zunehmende AlGehalte haben den gleichen Effekt. Für 3% Al wurde für die Korngröße der Zusammenhang d = 423,9 Ϯ^-0,58 und für die anderen Al-Gehalte d = 166,4 TϮ^-0,36 gefunden. Die SDAS errechnen sich aus λ2 = 46,96 Ϯ^-0,43 für alle Al-Gehalte. Das Gefüge der Legierungen ist durch die α-Dendriten, das eutektische α aus dem entarteten Eutektikum, die kompakte ß -Phase und das lamellare Eutektikum gekennzeichnet. Die ß-Phase Mg17Al12 und das lamellare Eutektikum befinden sich überwiegend an den Korngrenzen und sorgen so für eine große Zahl von Elektroden, die die Korrosion verursachen. Die Korrosionsuntersuchungen erfolgten durch Immersion nach der Methode der Messung des Wasserstoffvolumens und in Stichproben durch den Salzsprühtest. Die Korrosionsraten (KR) sind zeitabhängig und steigen mit abnehmender Korngröße und zunehmenden Al-Gehalt. Reines Mg und 3% Al im Mg haben die niedrigsten KR. Für 6-12% Al steigen die KR, jedoch nicht mehr sehr stark. Das korrespondiert mit den Korngrößenabhängigkeien. Ein direkter Zusammenhang mit den SDAS konnte nicht gefunden werden. Entscheidend sind die Korngrößen. Die Korrosion wurde mit Hilfe des kinetischen Ansatzes 1 - 2/3α - (1- α) 2/3 = k't f modelliert (α=reagierte Mg-Masse, k'=Geschwindigkeitskonstante, t=Zeit). Der Rauhigkeitsfaktor f stellt die Verbindung zur Mikrostruktur her. In einem Modell konnte die Abhängigkeit der KR von der durch die Korngröße und dem Rauhigkeitsfaktor bestimmten Korrosionslänge dargestellt werden. Dadurch kann von der Abkühlgeschwindigkeit schließlich über die Mikrostruktur auf die KR geschlossen werden. Beispiel: Eine Magnesiumlegierung mit 9% Al wird aus der Schmelze mit einer Abkühlgeschwindigkeit von 4,6 °C/s abgekühlt. Es ergibt sich dafür eine Korngröße von 0,096 mm. Die geometrische Fläche der Scheibe beträgt 1296 mm2. Für einen Rauhigkeitsfaktor von 547 (entspricht einer Zeit von 48 h) erhält man eine Korrosionsfläche von 547*1296=708 912 mm2 und eine Korrosionslänge von 29 538 000 mm bzw. auf die geometrische Fläche bezogen l/FGeo=22 792 1/mm. Die integrale Korrosionsrate beträgt dann IKR=10,3 mm/a.
Publications
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(2013) Presentation of patented secondary magnesium alloy – subsequent basic research: investigation of influence of dendritic microstructure on corrosion properties. International Conference Recycling of Non-Ferrous Metals, Krakow, Feb. 6-8
Scharf C, Lakoma P, Ditze A
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Dendritic structure formation of magnesium alloys for the manipulation of corrosion properties: Part 1 – microstructure.
International Journal of Materials Research, Vol. 109. 2018, Issue 12, pp. S. 1081–1091.
Łakoma,P., Ditze, A., Scharf, C.
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Dendritic structure formation of magnesium alloys for the manipulation of corrosion properties: Part 2 – corrosion.
International Journal of Materials Research, Vol. 110. 2019, Issue 8, pp. 703–714.
Łakoma,P., Ditze, A., Scharf, C.
