6 Materialchemie
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Eine Grundanforderung an Bauteile ist deren mechanische Integrität, die als Festigkeit (globale Bauteilbeanspruchung) bzw. Tragfestigkeit (lokale Beanspruchung) zu verstehen ist. Die Bauteilfestigkeit wird wesentlich durch das Materialgefüge bestimmt und kann über die Prüfung der Härte des Grundwerkstoffes lokal erfasst werden. Bei Bauteilverbindungen (z.B. Schweißnähte) ist zudem der Übergangsbereich zwischen den Fügeteilen von besonderem Interesse, bei Passungen oder Gleitlagern sind zudem geringe Rauheiten erforderlich, die oft durch mechanische Oberflächen-bearbeitung realisiert werden. Leichtbauweisen können sowohl über hochfeste Stahllegierungen bei geringem Materialeinsatz als auch über Aluminiumlegierungen realisiert werden. Für unterschied-liche Grundwerkstoffe (X2CrNiMo18-14-3, Co-Cr-W-Ni, AlSi10Mg, X5CrNi1810, ferritische Schweiß-nähte) werden an Quer- und Oberflächenschliffen Änderungen im Gefüge, morphologische Besonderheiten, Härteverläufe sowie Änderungen in den Rauheitskennwerten betrachtet, wie sie im Ergebnis mechanischer Oberflächenbearbeitung, bedingt durch den Herstellungsprozess, die Beanspruchung oder den Fügeprozess auftreten. Zur Validierung der Härtebestimmung wurde ein Laborvergleichsversuch an einer MPA-zertifizierten Härtevergleichsplatte und einer 100Cr6 Referenzprobe durchgeführt, den drei bzw. fünf der insgesamt fünf Teilnehmer bestanden.
The performance of adhesively joined hybrid components relies strongly on the stability of the adhesive-material interface. With the increasing utilization of multi-material structures in the automotive and aerospace industry, it is of great scientific and technical interest to understand the processes leading to adhesive failure and to develop novel strategies to increase corrosion and delamination resistance of adhesive joints.
The aim of this study is to develop thin epoxy based films and their carbon nanofiller loaded composites on aluminium alloy AA2024-T3 and to investigate their interfacial stability under corrosive and coupled corrosive-mechanical load. Spin coating was used for the layer-by-layer deposition of poly[(o-cresyl glycidyl ether)-co-formaldehyde] and poly-(ethylenimine) bi-layers. Carbon nanofillers are introduced either by mixing into the coating components or in between individual layers. Cyclic voltammetry (CV) and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) analysis was performed to investigate the porosity and water uptake of the model films, respectively. Atomic force microscopy (AFM) results indicated a very homogeneous and dense film with low surface roughness. The bi-layer thickness ranged between 30 to 40 nm. Electrochemical measurements show a higher corrosion resistance with the increase of the bi-layer number.
The main novelty of this contribution is the in-situ AFM investigations under coupled corrosive-mechanical load. For this purpose, a tensile module capable of uniaxial stretching and compression with up to 5 kN force was integrated into the AFM stage. Stretching experiments were performed to investigate the mechanical properties and adhesion of the films, as well as structural changes of the film morphology during uniaxial deformation. The contribution will provide detailed information on the new AFM setup and summarize our results on the stability of model epoxy and nanocomposite films on AA2024-T3.