Förderinstitution: AIF/FSV-Vorhaben
Projektnummer: 19759 N

Kurzdarstellung
Durch sein breites Eigenschaftsspektrum und die vielfältigen Einsatzbereiche ist Stahl der bedeutendste Konstruktionswerkstoff. 81 % des Stahls werden für Erzeugnisse im Baugewerbe, im Automobilbereich, im Maschinenbau und für Metallwaren benötigt [1]. Der Bedarf an Hochleistungsstählen für verschiedenste Einsatzbereiche wächst, und das Innovationspotential von Stahl ist aus heutiger Sicht noch lange nicht ausgeschöpft. Grundlage für die sichere Anwendung von Hochleistungsstählen ist ein zuverlässiger und langzeitstabiler Korrosionsschutz. Für hochfeste Stähle stellen insbesondere galvanische zinkbasierte Schichten wie galvanisch Zink (g-Zn) oder Zink-Nickel (g-ZnNi) einen wirkungsvollen Korrosionsschutz sicher. Jedoch wird beim galvanischen Beschichtungsprozess Wasserstoff in den Stahl eingebracht, was dazu führt, dass mit zunehmender Festigkeit des Stahls das Risiko für Brüche infolge wasserstoff-induzierter Spannungsrisskorrosion (H-SpRK) steigt. Obwohl sich heute bereits verschiedene galvanische Beschichtungen in der Anwendung etabliert haben, ist das genaue Verständnis bezüglich des Wasserstoffeintrags während des galvanischen Beschichtungsprozesses noch nicht vorhanden [2]. Für das Auftreten einer H-SpRK müssen sich die Schnittmengen der drei Faktoren Werkstoffzustand – Beanspruchung – Wasserstoffangebot überschneiden.

Die Ursache für H-SpRK ist stets ein dafür anfälliger Werkstoffzustand. Das (kritische) Wasserstoffangebot sowie Zugspannungen sind die Auslöser bzw. stellen die Gefährdungspotenziale dar. Der für die H-SpRK erforderliche Wasserstoffeintrag kann sowohl im Betrieb (z.B. durch Korrosion) als auch während der Fertigung (z.B. durch Beiz- oder galvanische Beschichtungsprozesse) erfolgen.

Bei der galvanischen Beschichtung kommt es sowohl bei den Vorbehandlungsschritten, z.B. der Bauteilreinigung durch elektrolytische Entfettung oder Beizen, als auch während des eigentlichen galvanischen Beschichtungsprozesses zu einem Wasserstoffangebot an der Bauteiloberfläche und damit – je nach vorliegenden Prozessbedingungen – zu einem fertigungsbedingten Wasserstoffeintrag. Damit ergibt sich die paradoxe Situation, dass von dem Beschichtungsverfahren, welches die hochfesten Stähle vor Korrosion und der damit einhergehenden Gefahr einer betriebsbedingten Wasserstoffschädigung schützen soll, selbst ein nicht zu unterschätzendes Gefährdungspotenzial ausgehen kann.

Grundwerkstoff-Schicht, dessen Überschreiten zu einer Wasserstoffversprödung führt, sowie der Sicherstellung der Wirksamkeit von Temperbehandlungen.

Allerdings sind die eigentlichen Mechanismen und Einflussfaktoren bezüglich des Wasserstoffeintrags während der Vorbehandlung und der Beschichtung sowie das Effusionsverhaltens bei einer anschließenden Temperbehandlung noch nicht verstanden. So zeigte sich im IGF-Forschungsprojekt 17815/N, dass ZnNi-Überzüge nicht grundsätzlich die oft auf phänomeno-logischen Erkenntnissen basierende gute Durchlässigkeit für Wasserstoff aufweisen [2]. So unterschied sich die bei der ZnNi-Beschichtung aufgenommene Wasserstoffkonzentration auch bei identischen Prozessparametern und Grundwerkstoffen zwischen den Beschichtungs-gängen in der gleichen Galvanikanlage mitunter signifikant.

In dem Projekt sollte daher ein tieferes Verständnis bezüglich der während der einzelnen Teilschritte des galvanischen Vorbehandlungs- und Beschichtungsprozesses auftretenden Mechanismen und Einflussparametern hinsichtlich der Wasserstoffabsorption gewonnen werden. Dabei sollen die in IGF 17815/N entwickelten Prüfmethoden eingesetzt und mit weiteren quantitativen Wasserstoff-Analysemethoden, mechanisch-technologischen Prüfmethoden sowie mikrostrukturellen Untersuchung ergänzt werden. Die zu erzielenden Ergebnisse bilden die Grundlage für die Weiterentwicklung der Prozesse und der darin enthaltenen Betriebsstoffe sowie die Ableitung prozesstechnischer Maßnahmen, um das fertigungsbedingte Wasserstoff (H)-Gefährdungspotenzial zu verringern.

Damit liefert das Projekt einen wichtigen Beitrag zur Verbesserung der Prozesssicherheit galvanischer Prozesse und dem sicheren Einsatz galvanisch beschichteter hochfester Stähle.