Entwicklung von korrosionsschützenden PVD-Hartstoffschichten für Magnesiumsubstrate

Der Konstruktionswerkstoff Magnesium wird, bedingt durch seine positiven Eigenschaften wie spezifische Festigkeit, Dichte, Verfügbarkeit und Rezyklierbarkeit, in einem stetig wachsenden industriellen Anwendungsbereich eingesetzt. Die Korrosionsanfälligkeit von Magnesium steht einer optimalen Ausschöpfung des Einsatzpotenzials dieses Werkstoffs allerdings entgegen. Die Korrosionsanfälligkeit, insbesondere gegenüber chloridhaltigen und sauren Medien, führt bei ungeschützten Magnesiumbauteilen im Einsatz zur Bauteilschädigung. Die Schädigung durch Korrosion wird in Magnesium-Gusslegierungen durch die fertigungsbedingte Porosität begünstigt. Vor dem Hintergrund der Korrosionsanfälligkeit beschränkt sich der Einsatz von unbeschichteten Magnesiumwerkstoffen derzeit auf nichtsichtbare Bereiche, wo optische Aspekte nicht im Vordergrund stehen. Um das Potenzial von Magnesium für außen sichtbare Oberflächen auszuschöpfen, sind entsprechende Beschichtungssysteme erforderlich, die die langfristige Qualität der Oberfläche sicherstellen. Bei sehr hohen Anforderungen an die Oberflächenqualität wie z. B. Rauheit oder Glanzgrad stellen PVD-Beschichtungen eine mögliche Lösung dar. Dabei steht die Abkürzung PVD für Physical-Vapour-Deposition, das Abscheiden von Beschichtungen aus der physikalischen Gasphase. Die PVD-Beschichtungstechnologie erfüllt die technischen, ökologischen und dekorativen Anforderungen, die an Beschichtungssysteme gestellt werden. Die ausgeprägte Schichtenvielfalt ist ein weiterer, großer Vorteil der PVD-Technologie gegenüber konventionellen Beschichtungstechnologien. Allerdings zielen PVD-Schichten primär auf andere Werkstoffe und Anwendungen, z. B. die Erhöhung der Standzeiten von Zerspanungsund Umformwerkzeugen aus Werkzeugstählen durch PVD-Hartstoffschichten, die Erhöhung der Oberflächengüte und Verschleißbeständigkeit von Presswerkzeugen in der Kunststoffbearbeitung, oder die Erhöhung der Lebensdauer durch PVD-beschichtete Motor- und Pumpenbauteile, ab. Für Magnesiumwerkstoffe existieren bisher keine brauchbaren PVD- Beschichtungskonzepte, da besonders für Magnesium ein auf den korrosionsanfälligen Substratwerkstoff abgestimmtes Schichtsystem entwickelt werden muss. An Schichtdefekten, wie sie bei PVD-Beschichtungen durch das kolumnare Schichtwachstum typischerweise auftreten, kommt es bei Kontakt des Magnesiumgrundwerkstoffes mit einem leitfähigen Feuchtigkeitsfilm (Elektrolyt) zur Bildung eines galvanischen Elementes. Bei metallischen PVD-Beschichtungen auf Magnesiumgrundwerkstoffen führt dies zur Verschärfung der Kontaktkorrosion (Bimetallkorrosion) und schließlich zur Lochkorrosion und damit zum Schichtversagen. In dieser Arbeit ist dargestellt, wie ein Korrosionsschutz für Magnesiumwerkstoffe durch eine substratspezifische Schichtenwicklung, in Verbindung mit der PVD-Beschichtungstechnik, realisiert werden konnte.