Korrosionsschutzkonzepte im Automobilbau am Beispiel der Al-Mg-Hybridheckklappe aus dem 3L-Lupo

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1 Geesthachter Innovations- u. Technologie-Zentrum Korrosionsschutzkonzepte im Automobilbau am Beispiel der Al-Mg-Hybridheckklappe aus dem 3L-Lupo Hans Joachim Koeppen, Harald Schreckenberger, Roger Hillert, Günther Laudien/K-QS-32

2 Gliederung Allgemeine Korrosionsschutzkonzepte Galvanische Überzüge Zinklamellenüberzüge Systematische Entwicklung des Oberflächenschutzes am Beispiel der Heckklappe des 3L-Lupo Zusammenfassung

3 Der Golf IV und seine Bauteile Optisch ansprechende Oberflächen Korrosionsbeständigkeit Haltbarkeit Zuverlässigkeit Langlebigkeit Sicherheit Funktionalität

4 Allgemeine Anforderungen an Bauteile Beständigkeit gegenüber: Straßenstreusalz Erhöhte Luftfeuchtigkeit Schadgasen Organische bzw. anorganische Betriebsstoffe UV-Strahlung Mechanische Beanspruchungen Thermische Beanspruchungen

5 Vollverzinkte Karosse des Golf IV 12-Jahresgewährleistung gegenüber Durchrostung elektrolytrisch- und feuerverzinkte Bleche Heißwachsflutung Mehrschichtlackaufbau Basecoat Füller KTL Zinkphosphatierung 2K-Clearcoat Verzinktes Stahlblech

6 Golf II zerlegt in seine Einzelteile

7 Standard-Oberflächenschutzsysteme für Montagebauteile Bisher: z.b. Golf A2 überwiegend galvanische Zinküberzüge, chromatiert konventionelle Lacke Heute: z.b. Golf A4 galvanische Zink/Nickelüberzüge, chromatiert Zinklamellenüberzüge, ohne bzw. mit Deckschichten D-KTL, Duplex-Systeme (z.b. Zink + KTL) Zukünftig: wie heute, jedoch Cr(VI)-freie galvanische und Zinklamellenüberzüge

8 Beständigkeit in der Salzsprühnebelprüfung DIN SS 450 > 960 h Zn, chrom. Zn, chrom.* Zn/Ni, chrom. Zn/Ni, chrom.* Zinklamelle Keine optische Veränderung Überzugskorrosion Zinklamelle: Grauschleier * Werte nach Temperaturlagerung 24h/120 C

9 Beständigkeit im Feldeinsatz und in der Salzsprühnebelprüfung Zink-Nickel Zink-Nickel Zink Zink getempert 18 Monate Feldeinsatz 480 h Salzsprühnebelprüfung DIN SS Galvanische Zink-Nickelüberzüge im Vergleich zu Zinküberzügen

10 Zinklamellenüberzüge im Vergleich zu verzinktem Kühlwasserrohr Feldeinsatz 18 Monate hohe Korrosionsbelastung Federbandschellen mit Zinklamellenüberzug

11 Übersicht Standard: Allgemeine Korrosionsschutzkonzepte Galvanische Überzüge Zinklamellenüberzüge Standard nicht mehr anwendbar bei: Anforderungen des Leichtbaus mit Einsatz von Magnesium und Aluminium

12 VW Lupo Leichtbau Türen Lenkrad Heckklappe: Al / Mg Hybrid Design Motorhaube Kotflügel Fahrwerk: Al- Komponenten Bremssattel Bremstrommel: Faserverstärktes Al

13 Korrosionsuntersuchungen am Probekörper: Voraussetzung zur Modellabbildung Werkstoffe: Geometrien: Prozesse: Gleiche Legierung Ähnliche Bauteilhistorie: Gießverfahren Wärmebehandlung Umformgrad Gleiche Oberfläche Sammelstellen für Flüssigkeiten Kontaktstellen Stellen mit erhöhten Anforderungen Gleich der Serie: Prozeßmaterialien Temperaturen Fügetechnik

14 Versuchsdurchführung: Geometrie und Werkstoffe der Probekörper Hybridkörper simuliert Falzbereiche Kontaktkörper simuliert Anbindungsbereich zur Karosserie Magnesium Aluminium Magnesium: Druckguß AM50 (GD-MgAl5Mn) Seriengießer Aluminium: AC120 (AlMg0.4Si1.2) Serienlieferant Ritzspur Gegenkörper A: Stahl B: Verzinkt C: Verzinkt + versiegelt D: Dacromet E: Aluminium Kleber Magnesium Gegenkörper

15 Versuchsmatrix organische Beschichtungen der Hybridkörper (Mg-Platte) Schichtaufbau Chromatiert Chromfreie Vorbehandlung KTL Pulver 1 Pulver 2 Pulver 3 Pulver 4 Pulver 5 Pulver 6 Naßlack-4- Schichtsystem Pulver- Zwischenschicht Anodisiert

16 Versuchsmatrix organische Beschichtungen der Kontaktkörper Werkstoffe der Gegenkörper Schichtaufbau Chromatiert Chromfreie Vorbehandlung KTL Pulver 1 Pulver 2 Pulver 3 Naßlack-4- Schichtsystem Pulver- Zwischenschicht Stahl St37 Stahl + Dacromet Stahl + sauerglanz verzinkt Stahl + sauerglanz verzinkt + versiegelt Aluminium AlMg3 1 a b c d e blka jeder Schichtaufbau wurde mit den Gegenkörpern a bis e gepaart

17 Versuchsdurchführung: Prozeßmaterialien 6 Pulversysteme z.t. doppelt beschichtet 2 Naßlacksysteme µm 20 µm Kathodische Tauchlackierung (KTL) Konversionschicht: A: Chromatierung B: Chromfreie Schicht (AHC) Magnesium (2 mm) Falzkleber: (175 % Verklebung) A: Epoxid Tubenkleber B: Bandmaterial

18 Versuchsdurchführung: Korrosionsprüfung Anforderungen nach 30 Zyklen PV 1210: keine Blasen keine Grundmetallkorrosion Ritzspurunterwanderung w b 2,5 mm, jedoch an keiner Stelle > 5 mm Bewertungskriterien für Probekörper: Flächenkorrosion in % der Fläche Korrosion im Falz innen in % der Länge Korrosion im Falz außen in % der Länge Ein Zyklus PV1210 entsprechen 24 h: 4 h Salzsprühnebelprüfung (35 C) 4 h Trockenphase bei Raumluft 16 h Kondenswasser Konstantklima (40 C) jede Woche 5 Zyklen, am Wochenende Lagerung bei Raumluft

19 Versuchsergebnisse: Hybridkörper nach 30 Zyklen PV1210 Kontaktzone zwischen Al-Blech und Magnesium-Platte, unbeschichtet Bandkleber Flächenkorrosion der Mg-Platte Tubenkleber Flächenkorrosion und sehr starke Kontaktkorrosion im Falzbereich

20 Versuchsergebnisse: beschichtete Hybridkörper nach 30 Zyklen PV1210 Polyester Feinstruktur Ausf. 4 Ausf. 1 Polyester matt Polyester/ Epoxid grau Ausf. 5 Epoxid glänzend Ausf. 6 Im Falzbereich keine Korrosion, keine Flächenkorrosion!

21 Versuchsergebnisse: Kontaktkörper (KK) nach 30 Zyklen PV1210 Mg: Chromatierung + KTL + Pulver 3 KK: Stahl, verzinkt + versiegelt Mg: KK: Chromatierung + KTL + Pulver 1 + Zwischen- Schliff + Pulver 2 Stahl, Zinklamellenüberzug Mg: Chromatierung + KTL + Pulver 3 + Zs + Pulver 2 KK: Aluminium

22 Fazit zur Al-Mg-Hybridheckklappe Abgeleitete Grundanforderungen für den Magnesiumeinsatz im Karosseriebereich: Einsatz eines isolierenden organischen Beschichtungssystems auf dem Magnesiumbauteil Geeignet sind Pulverlacke mit Schichtdicken > 80 µm auf KTL Im Falzbereich muss der Elektrolytzutritt durch einen geeigneten Falzkleber verhindert werden Kontaktpartner (z.b. Scharniere) sind vorzugsweise in Aluminium auszulegen. Ist dies nicht möglich, sind Duplex-Systeme (Zink + KTL) zu einzusetzen Für die Mg-Hybridheckklappe des 3L-Lupo wurde folgender Schichtaufbau festgelegt: Beizbehandlung + Chromatierung + KTL (20 µm) + Pulverlack (> 80 µm)

23 Zusammenfassung Mit den aktuellen Oberflächenschutzsystemen wird ein Korrosionsschutz auf hohem Niveau erreicht. Galvanische Zink- und Zinklegierungsüberzüge werden neben Zinklamellenüberzügen zum Bauteilschutz eingesetzt. Die EU-Altautoverordnung erfordert umfangreiche Untersuchungen der Cr-VI-freien Alternativsysteme Bauteile aus Leichtmetallwerkstoffen erfordern die systematische Auswahl spezieller polymerer Oberflächenschutzsysteme

24 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!!

25 Zink-Aluminiumlamellenüberzüge Topcoat Zinklamellen Grundwerkstoff Schichtaufbau des nichtelektrolytisch abgeschiedenen Zink- und Aluminiumlamellenüberzuges, im Tauchverfahren beschichtet

26 Zink-Aluminiumlamellenüberzüge Ringversuch VDA

27 Vom Probekörper zum Serienbauteil Probekörper Schichtsysteme Serienbauteil KTL KTL KTL KTL

28 Korrosionsuntersuchungen am Probekörper: Vorteile und Aussagekraft Vorteile: Frühzeitige Entscheidungshilfe im Entwicklungsprozeß Große Vielzahl an Varianten: Annäherung an die optimale Lösung Aussagekraft: Machbarkeit Prozeßverträglichkeit Korrosionsschutz: Aggregate: gut Karosserie: befriedigend Bestätigung durch EK3

29 Versuchsergebnisse: Kontaktkörper nach 30 Zyklen PV1210 Mg: Klotz: Chromatierung + KTL + Pulver 1 Aluminium Mg: Klotz: Chromatierung + KTL + Pulver 3 + Zwischenschliff + Pulver 2 Aluminium

30 Versuchsergebnisse: Kontaktkörper (KK) nach 30 Zyklen PV1210 Mg: Chromatierung + KTL + Pulver 3 KK: Stahl, verzinkt + versiegelt Mg: KK: Chromatierung + KTL + Pulver 1 + Zwischen- Schliff + Pulver 2 Zinklamellenüberzug Mg: KK: Chromatierung + KTL + Pulver 2 Stahl blank