基材の選定は MAO コーティング性能にどう影響しますか？

Die grundlegende Rolle des Substrats für die MAO-Beschichtungsleistung

Die Wahl des Substrats ist wohl der wichtigste Faktor für die Leistung, Qualität und sogar die Machbarkeit einer Micro-Arc Oxidation (MAO)-Beschichtung. Das Substrat ist kein passiver Träger, sondern ein aktiver Teilnehmer an der elektrochemischen Reaktion, der direkt das Wachstumsverhalten, die Mikrostruktur und die Endeigenschaften der Beschichtung bestimmt. Die Wahl des falschen Materials kann zu einer porösen, schlecht haftenden oder funktional unzureichenden Beschichtung führen.

Grundlegende Kompatibilität: Die Valvenmetall-Anforderung

Zuallererst muss das Substrat ein "Valve Metal" sein – primär Aluminium, Magnesium oder Titan. Diese Metalle bilden eine stabile, haftende und passivierende Oxidschicht, wenn sie anodisch polarisiert werden. Diese natürliche Oxidschicht ist der Ausgangspunkt, den der MAO-Prozess in eine dicke Keramikbeschichtung umwandelt. Metalle wie Zink, Kupfer und Stahl können diese Schutzschicht nicht bilden und sind daher nicht kompatibel, da sie unter den hohen Spannungen des Prozesses einfach aufgelöst werden oder eine nicht schützende Schicht bilden würden.

Der Einfluss der Legierungszusammensetzung auf die Beschichtungsstruktur

Selbst innerhalb kompatibler Metalle hat die spezifische Legierungszusammensetzung tiefgreifende Auswirkungen. Vorhandene Legierungselemente bilden Sekundärphasen, die während des MAO-Prozesses unterschiedlich reagieren.

• Aluminiumlegierungen:

  • Silizium (Si): Ein hoher Siliziumgehalt, wie in gängigen Druckgusslegierungen wie A380, ist die häufigste Herausforderung. Siliziumpartikel bleiben weitgehend inert und unoxidiert und werden in die wachsende Alumina-Beschichtung eingebettet. Dies stört die Gleichmäßigkeit der Beschichtung, erzeugt eine poröse und heterogene Struktur und beeinträchtigt sowohl Korrosions- als auch Verschleißbeständigkeit. Für optimale Leistung wird eine niedrig-siliziumhaltige Legierung wie A360 dringend empfohlen.

  • Kupfer (Cu): Kupferreiche intermetallische Phasen oxidieren unterschiedlich und können Schwachstellen in der Beschichtung erzeugen. Diese Bereiche sind besonders anfällig für lokale galvanische Korrosion, was die Schutzfunktion der Beschichtung erheblich mindert.

• Magnesiumlegierungen: Obwohl MAO für den Schutz reaktiven Magnesiums ausgezeichnet ist, können hohe Verunreinigungen (z. B. Fe, Ni) Stellen für Lochkorrosion unter einer ansonsten intakten Beschichtung schaffen.

• Titanlegierungen: Zeigen generell eine hervorragende Kompatibilität, wobei die meisten gebräuchlichen Legierungen hochwertige, gut haftende Beschichtungen erzeugen.

Einfluss auf funktionale Beschichtungseigenschaften

Die Zusammensetzung des Substrats bestimmt direkt zentrale Leistungskennwerte:

• Haftung: Eine kompatible Legierung ermöglicht die Bildung eines sauberen, metallurgischen Gradienten vom Metall in die Keramik, was eine hervorragende Haftung sicherstellt. Inkompatible Elemente erzeugen schwache Grenzflächen, die zu Delamination neigen.

• Korrosionsbeständigkeit: Eine gleichmäßige, fehlerfreie Beschichtung auf einem kompatiblen Substrat (z. B. A360) bietet eine überlegene Barriere und erreicht leicht über 1000 Stunden im Salzsprühtest. Bei einer Legierung wie A380 schaffen die eingebetteten Siliziumpartikel Pfade für korrosive Agenzien, die zu vorzeitigem Versagen führen.

• Verschleißfestigkeit und Härte: Das Wachstum der harten, schützenden Alpha-Alumina-Phase ist auf einem gleichmäßigen Substrat am konsistentesten. Störende Elemente wie Silizium können als Spannungskonzentratoren wirken und die Gesamtabriebfestigkeit der Beschichtung verringern.

Praktische Auswirkungen für Design und Fertigung

Daher darf die Substratwahl nicht als nachträglicher Gedanke betrachtet werden. Sie ist eine grundlegende Entscheidung, die während der Designphase für Druckgussteile getroffen wird. Die Spezifikation der richtigen Druckguss-Aluminiumlegierung basierend auf den erforderlichen Beschichtungsleistungen ist entscheidend. Während eine hochsiliziumhaltige Legierung billiger und leichter zu gießen sein mag, könnte die resultierende minderwertige MAO-Beschichtung zum Versagen des Teils führen, wodurch anfängliche Einsparungen aufgehoben und die Produktintegrität im Einsatz beeinträchtigt würden.