Panzirsch, P.; Schwab, M.; Hofer, P.; Schumacher, P.* – ÖGI, Österreichisches Gießerei-Institut, Leoben/A
Liepert, P. – OFI-Österreichisches Forschungsinstitut, Wien/A
Basalka, H. – SZA-Schweißtechnische Zentralanstalt/A
Schröttner, H.; Wagner, J. – ZFE-Zentrum für Elektronenmikroskopie, Graz/A
Magnesium ist das leichteste Metall, das in seinen Legierungen eine hohe spezifische Festigkeit und Steifigkeit sowie eine geringe Dichte aufweist. Daher werden Magnesiumlegierungen in steigendem Ausmaß für Leichtbau in der Automobil-, Motorrad- und Luftfahrtindustrie eingesetzt. Die Mikrostruktur und die Eigenschaften dieses wichtigen Materials können durch die Zugabe von Spurenelementen (Be, Ca, Sr, La, Pr, Nd, Re und Hf) auch in ppm-Konzentrationen wesentlich beeinflusst werden. Dementsprechend breit können die Einsatzbereiche dieser Legierungen gestaltet werden, die von der Anwendung als Leichtbaumaterial über Implantate bis zu Anwendungen in der Mobiltelefonie reichen.
Vor einigen Jahren wurde die umweltfreundliche Eco-Magnesiumlegierung vorgestellt, deren entscheidender Vorteil in der Reduktion des hochgradig klimaschädlichen Schwefelhexafluorids (SF6) bzw. des giftigen SO2 besteht. Diese reaktiven Schutzgase werden bei der Produktion bzw. der Verarbeitung der klassischen Magnesiumlegierungen in hohem Ausmaß eingesetzt. Bei der Herstellung von Eco-Magnesium kann der Einsatz von Schutzgas durch die Zugabe von CaO etwa 20.000fach reduziert werden. Trotz des rasch wachsenden Interesses an Eco-Magnesium vor allem in der Automobilindustrie und der Medizintechnik sind bisher aber nur wenige Informationen über die Mikrostruktur bzw. über Eigenschaften dieses vielversprechenden „neuen“ Materials und dessen Verarbeitungsmöglichkeit sowie Verbindungs- und Langzeitverhaltens bekannt geworden. Das Österreichische Gießerei-Institut (ÖGI) hat sich in Zusammenarbeit mit dem Österreichischen Forschungsinstitut für Chemie und Technik (OFI), der Schweißtechnischen Zentralanstalt (SZA) und dem Zentrum für Elektronenmikroskopie (ZFE) dieser Thematik angenommen und ein mehrjähriges Forschungsprojekt gestartet. Dabei bringt jedes der Forschungsinstitute seine Expertise ein, um damit eine ganzheitliche Charakterisierung von den gießtechnologischen und mechanischen Eigenschaften, bis hin zum Oxidations- und Korrosionsverhalten, der Verbindungstechnologie und der Phasenuntersuchung im Nanometerbereich vornehmen zu können.
Als Basis- und Referenzlegierungen dienten die Standardlegierungen AZ91 und die AM60. Bei den Eco-Varianten betrug der CaO-Gehalt 0,66 % und 1,13 % bei der Legierung AM60 bzw. 0,75 % und 1,11 % bei der Legierung AZ91. Mittels Thermocalc-Simulation wurde im Vorfeld berechnet, welche Phasen sich bei den mit CaO legierten Eco-Magnesiumlegierungen im Vergleich zu CaO-freien Referenzlegierungen bilden und an den abgegossenen Proben (Thixo-Molding und Kokillenguss) mittels aufwendiger Mikrostrukturanalytik am Rasterelektronenmikroskop (REM) mit WDX, EDX und ESBD untersucht und verifiziert.
Das Oxidations- bzw. Brandverhalten der Legierungen mit und ohne CaO-Zusatz wurde mittels TGA/DSC (Thermogravimetrische/Differenzkalorimetrische Analyse) vergleichend untersucht, wobei sich durchaus Unterschiede ergaben. Der Beginn der Oxidation verschiebt sich bei den mit CaO-legierten Varianten zu deutlich höheren Temperaturen. In umfangreichen Test wird zudem das Korrosionsverhalten in feuchten (Kondenswasser und neutraler Salzsprühtest) und „trockenen“ Normklima (23 °C/50 % re. Feuchte) untersucht. Zusätzlich wurde an Proben, die mit einem Korrosionsschutzlack beschichtet und mit unverletzter bzw. angeritzter Oberfläche versehen waren, der Korrosionsangriff ermittelt.
