Korrosionsprozesse und Analyse von Korrosionsprodukten in Stahl-Aluminium Falzverbindungen

Abstract

In der Automobilindustrie ist in den letzten Jahren ein klarer Trend zur Mischbauweise zu erkennen. In Hinsicht auf die physikalischen Eigenschaften (Dichte, Dehngrenze, Steifigkeit) ist die Kombination von Stahl und Aluminium besonders vorteilhaft. In Bezug auf die Korrosion stellt die Mischbauweise jedoch eine große Herausforderung dar. Flansch- und Falzbereiche weisen bekanntlich relativ geringe Korrosionsresistenz auf. Um deren Korrosionsanfälligkeit und mögliche Lösungsansätze beurteilen zu können, wird im Rahmen dieser Arbeit unter anderem der Korrosionsmechanismus im Stahl(verzinkt)-Aluminium Flansch untersucht. Dazu wurden Messungen des Kurzschlussstromes im Modellflansch im Laufe von Korrosionstests sowie in einfachen Versuchsanordnungen, in denen die beiden Bleche in eine Natriumchloridlösung getaucht wurden, durchgeführt. Die Korrosionsprodukte, die im Laufe des Korrosionstests im Stahl-Aluminium-Modellflansch auftraten, wurden nach jedem Testzyklus mittels Raman-Analysen charakterisiert. Mit Hilfe dieser Experimente wurde ein Modell für den Korrosionsmechanismus im System Stahl-Zink-Aluminium entwickelt. Dieses besagt, dass das erste Stadium des Korrosionsprozesses aus der Auflösung von Zink besteht, wobei das Mischpotenzial negativer als das Lochkorrosionspotenzial des Aluminiums liegt, sodass Aluminium vorerst vor Lochkorrosion geschützt ist. Die kathodische Gegenreaktion dazu findet an der Aluminiumoberfläche statt und führt dort gemeinsam mit den entstandenen alkalischen Zink-Korrosionsprodukten zur lokalen Erhöhung des pH-Wertes in Bereiche in denen das gut schützende Aluminiumoxid nicht mehr stabil ist (pH >8). So wird Aluminium lokal angegriffen obwohl noch Zink vorhanden ist, um es kathodisch zu schützen. Innerhalb der Angriffsstelle ändern sich im weiteren Verlauf der Korrosion die Bedingungen derart (Bildung von Salzsäure, Absinken des pH-Wertes), dass sie der Repassivierung entgegenwirken. So kann es mitunter zur vollständigen Perforation des Aluminiumbleches kommen.<br />Es ist also offensichtlich, dass im Falle der Stahl-Aluminium Mischbauweise ein geeignetes Korrosionsschutzkonzept von Nöten ist. Der Einsatz von Korrosionsschutzprimern bietet eine gute Lösung für das Problem der Kontaktkorrosion von verzinktem Stahl und Aluminium.<br />

As the automotive manufacturer aims for reduction of weight and fuel consumption, lightweight construction is inevitable. Hence light metals such as aluminium alloys are more and more applied in frame-and-body construction. Regarding the material properties of aluminium and steel it is obvious that the combination of these two metals offers a great advantage concerning weight and mechanical strength. For corrosion behaviour, however, the ohmic contact of steel and aluminium presents a grand challenge. Especially flange areas of an automobile are known to have little corrosion resistance. In order to investigate the corrosion mechanism in an aluminium-galvanized steel flange, short circuit measurements have been made in the course of corrosion test and also using a simple setup in which both metals were immersed in NaCl-solutions saturated with oxygen. Corrosion products have been identified at different stages of the corrosion process by Raman analyses. By means of these experiments a model for the corrosion mechanism of the system steel-zinc-aluminium has been established. The attack of aluminium in an aluminium-galvanized steel flange is caused by the local increase of the pH effected by the initial zinc corrosion. Alkaline zinc corrosion products as well as cathodic reactions, that take place on the aluminium surface, lead to the raise of pH into regions where the protecting aluminium oxide is no more stable (pH >8) and starts to dissolve. This is the reason why aluminium is attacked although zinc is still available to cathodically protect aluminium. Subsequently the conditions within the pit on the aluminium surface change to such an extent (pH-decrease, formation of hydrochloric acid) that repassivation is prevented and the corrosion proceeds until the perforation of the metal. Thus the application of a proper corrosion protection concept of these bimetallic joints is obvious. A good approach to avoid contact corrosion would be the application of anti-corrosion coatings (corrosion protection primer).<br />