Effektive Korrosionsschutzstrategien für Leichtbau-Fahrzeugdesign

Leichtbau bei Fahrzeugen bedeutet, die leichtesten für den jeweiligen Zweck geeigneten Materialien in der Fahrzeugherstellung einzusetzen. Durch Leichtbau streben Hersteller Fahrzeuge an, die bessere Fahreigenschaften und Kraftstoffeffizienz als ihre schwereren Pendants aufweisen.

Einige der verwendeten Materialien stellen jedoch Herausforderungen beim Korrosionsschutz dar, weshalb eine Korrosionsschutzstrategie bei der Verfolgung von Leichtbau in der Automobilindustrie implementiert werden muss.

Strategie zur Materialgewichtsreduzierung

Höherfester Stahl für Unterboden-Strukturkomponenten wird eingesetzt, um das Gewicht eines Automobils zu reduzieren. Wenn man für dünneren, höherfesten Stahl anstelle von dickerem, niedrigerfestem Stahl entscheidet, können Steifigkeitswerte beeinträchtigt werden.

Die Verwendung von dünnerem, höherfestem Stahl hilft Designern, die erforderliche Gewichtsreduzierung zu erreichen. Allerdings wird Korrosion zum Problem, da ein dünneres Stahlblech strukturell versagen kann. Der dünnere Stahl kann schneller von Korrosion befallen werden, indem er die kritische Dicke erreicht, bei der solche Ausfälle auftreten können, im Vergleich zu dickerem Stahl. Daher sind zusätzliche Maßnahmen zur Korrosionskontrolle erforderlich, wenn man Gewichtsreduzierung durch dünneren Stahl erreichen will.

Vier Hauptfaktoren sind für den Gesamtkorrosionswiderstand verantwortlich: Material, Design, Fertigungsprozess und Nachbeschichtung.

Arten der Korrosion

Vier Arten der Korrosion sind bei Unterboden-Strukturkomponenten wichtig: Spaltkorrosion, Lochfraßkorrosion, Kontaktkorrosion und kosmetische Korrosion. (Lesen Sie auch: Die 8 häufigsten Arten der Metallkorrosion.)

Spaltkorrosion ist normalerweise mit kleinen Volumen stagnierender Lösung oder Elektrolyt verbunden, die in Spalten von Verbindungen oder in Oberflächenablagerungen und Auflagen eingeschlossen werden.

Lochfraßkorrosion ist ein lokalisierter Angriff, der im Allgemeinen durch Chloride verursacht wird, wobei sich Gruben bilden, die zu einer rauen Oberfläche führen. Spalt- und Lochfraßkorrosion können zu Stahlperforation und vorzeitigen Funktionsausfällen führen.

Kontaktkorrosion tritt auf, wenn ungleiche Metalle miteinander in Kontakt stehen. Beispielsweise kann eine Aluminiumkomponente in Kontakt mit einer Stahlkomponente korrodieren oder sich opfern, um die Stahlkomponente zu schützen.

Korrosion, die auf einer sichtbaren Fahrzeugoberfläche beginnt, meist an scharfen Stellen oder Kratzern in der Nachbeschichtung, wird als kosmetische Korrosion bezeichnet. In den meisten Fällen ist kosmetische Korrosion ästhetischer Natur; sie kann jedoch anschließend zu schwerwiegenderen Schäden einschließlich Perforation führen.

Stahlsorten

Es gibt verschiedene Stahlsorten für automobile Strukturkomponenten.

• Niedrigkohlenstoffhaltige, umformbare Stähle haben Streckgrenzen bis zu 260 MPa.
• Beulenbeständige Stähle haben Streckgrenzen bis zu 280 MPa.
• Hochfeste Stähle haben Streckgrenzen bis zu 830 MPa.
• Ultrahochfeste Stähle haben Zugfestigkeiten bis zu 1500 MPa.

Die meisten dieser Stahlarten können mit metallischen Beschichtungen wie Zink, Zink-Eisen oder Aluminium für verbesserten Korrosionsschutz geliefert werden.

Beschichtungen

Unterboden-Strukturkomponenten werden normalerweise beschichtet, um eine erste Verteidigungslinie gegen Korrosion zu bieten. Gängige Beschichtungen umfassen Konversionsbeschichtungen, Heißschmelzwachs, Elektrotauchlackierung, metallische, organische, Autodepositions- und Pulverbeschichtungen. Phosphat-Konversionsbeschichtungen werden eingesetzt, um die Lackhaftung zu verbessern und damit indirekt den Korrosionswiderstand zu erhöhen.

Beschichtungen wie eine epoxidbasierte Grundierung gefolgt von einer epoxidbasierten Decklackierung werden häufig in Nutzfahrzeugen verwendet.

Pulverbeschichtungen aus Epoxid, Polyester und Hybrid sind gängig für Unterbodenkomponenten. Der Nachteil von Pulverbeschichtungen ist, dass sie aufgrund von Zugangsproblemen nicht im Inneren von Hohlräumen eingesetzt werden können.

Bei Felgen ist ein acrylbasierter Decklack über der Epoxidbeschichtung für bessere Witterungsbeständigkeit erforderlich, da andernfalls weiße Kreideflecken entstehen und anschließend ein Maß an Korrosionsbeständigkeit verloren gehen könnte. (Lesen Sie auch: Wie metallische Beschichtungen Metalle vor Korrosion schützen.)

Fertigungsprozesse und Designüberlegungen

Ein Fahrzeugunterboden wird durch Zusammenbau vieler Komponenten gefertigt. Die zur Herstellung der Komponenten verwendeten Prozesse und die Methoden zum Verbinden der Komponenten haben erheblichen Einfluss auf den Korrosionswiderstand des Unterbodens. Beim Design von Teilen und Verbindungen ist es von größter Wichtigkeit, sicherzustellen, dass Beschichtungen einzelne Teile und Verbindungen erreichen. Normalerweise werden Öffnungen in Teilen für Beschichtungszugang und Entwässerung vorgesehen. Die Öffnungen müssen strategisch platziert sein, damit die strukturelle Integrität nicht beeinträchtigt wird.

Normalerweise fehlt der für den Unterboden verwendete E-Lack die Fähigkeit, Beschichtung in lange, geschlossene Abschnitte zu werfen. Ein Ansatz zur Lösung dieses Problems sind Löcher entlang der Länge des Abschnitts. Die im Inneren des Abschnitts erreichte Beschichtung hängt von der Lage, Größe und Häufigkeit der Löcher ab. Ebenso sind Löcher erforderlich, damit Heißschmelzwachs oder Pulver in einen geschlossenen Abschnitt eindringen kann.

Korrosionstests

Korrosionstests müssen die Feldeinsatzbedingungen so genau wie möglich simulieren und lassen sich in zwei große Klassen unterteilen: beschleunigte Laborprüfungen und Feldtests. Laborprüfungen können die Prüfung kleiner Probekörper oder die Prüfung eines vollständig montierten Bauteils umfassen. Feldtests können die Prüfung von Proben umfassen, die an Fahrzeugen befestigt sind, die einer bestimmten Länge an Feldeinsatz unterzogen werden. (Lesen Sie auch: Korrosionsbewertung: 8 Testarten, die Ingenieuren helfen.)

Fazit

Leichtbau bei Fahrzeugen kann verschiedene Techniken nutzen. Wird er durch leichteren Stahl erreicht, öffnet dies die Tür für potenzielle Korrosionsprobleme. Durch Planung für diese Möglichkeit, Kenntnis der Stahlsorten und Korrosionsarten, Einsatz der richtigen Beschichtungen an den richtigen Stellen und Sicherstellung geeigneter Tests können Hersteller Korrosionsprobleme an ihren Fahrzeugen verhindern.