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Klebstoffe verbinden sich nie direkt mit Aluminium, sondern mit Oxiden oder Konversionsschichten.
Materialeigenschaften

Warum Korrosionsbeständigkeit für das Kleben von Aluminium wichtig ist

Wenn Aluminium geklebt und in einer korrosiven Umgebung verwendet werden soll, ist die natürliche Oxydschicht nicht ausreichend, um die erforderliche Lebensdauer zu gewährleisten. Klebstoffe werden niemals direkt mit dem Aluminium verklebt, sondern auf Oxiden oder Konversionsschichten. Die Qualität dieser Schichten hat einen großen Einfluss auf die Festigkeit und die Korrosionseigenschaften der Klebeverbindung. Hier erfahren Sie mehr über die Korrosionsbeständigkeit und das Verkleben von Aluminium.

Es gibt unterschiedliche Verbindungsverfahren. Das Kleben ist eins davon. Es handelt sich dabei um eine Methode, die sowohl bei der Verbindung von Aluminium mit Aluminium als auch mit anderen Materialien zu leistungsstarken Verbindungen führt.

Die Oberflächenschicht von Aluminium hat in den meisten Fällen andere Eigenschaften als das Hauptmaterial. Hier kommen wir wieder auf die Aluminiumoxidschicht zu sprechen, da sich Klebstoffe nie direkt mit Aluminium verbinden. Ein weiteres wichtiges Merkmal der Oberfläche ist, dass sich die Konzentration von Legierungselementen und Verunreinigungen von der des Hauptmaterials unterscheiden und auch die metallurgische Struktur variieren kann. Dies ist das Ergebnis einer Verarbeitung, die mit erhöhten Temperaturen und mechanischer Beanspruchung des Materials einhergeht, wie z. B. Strangpressen, Walzen, Altern und Schleifen.

Zu den Veränderungen, die an der Oberfläche auftreten können, gehören unter anderem die Verteilung bestimmter Elemente an der Oberfläche, die Ablagerungen intermetallischer Phasen an den Korngrenzen, die Zunahme sogenannter Korngrenzen und die Verformung der Partikel, die zu einem höheren Verhältnis zwischen Oberfläche und Volumen führt.

Eine Folge des Verarbeitungsprozesses von Aluminium

Die genaue Beschaffenheit und das Aussehen der Oberflächenschicht unterscheiden sich zwischen den verschiedenen Aluminiumlegierungen und sind auch eine Folge des jeweiligen Verarbeitungsprozesses des Werkstoffs.

Häufig wird der Begriff "oberflächennahe verformte Schicht" für die durch thermomechanische Scherung stark verformte Oberflächenschicht verwendet. Eine solche Schicht wurde bei Walzerzeugnissen und nach dem Schleifen von Knetlegierungen festgestellt, ihre Existenz wird jedoch bei Strangpressprofilen im Endzustand in Frage gestellt. Das gemeinsame Merkmal und die entscheidende Aussage ist: Das Material, das sich bis etwa 1 μm unter der Oberfläche befindet, hat normalerweise andere Eigenschaften als die Masse.

Bei der Klebeverbindung von Aluminium besteht das Hauptproblem darin, dass derartige Schichten sehr korrosionsanfällig werden können, wobei sich der Befall schnell ausbreitet und unter einem Klebstoff oder einer Beschichtung zu einer Delamination führt. Auch dies unterstreicht die Notwendigkeit einer angemessenen Vorbehandlung des Aluminiums vor dem Verkleben.

Auch das Schleifen führt zu verformten Schichten. Je nach den Parametern des Schleifmittels und der Legierung können diese Schichten die Korrosionseigenschaften stark beeinträchtigen.

Transmissionselektronenmikroskopische Aufnahme (TEM) einer verformten Oberflächenschicht einer AA6111-T4-Legierung nach mechanischem Schleifen, 180er Korn SiC.Transmissionselektronenmikroskopische Aufnahme (TEM) einer verformten Oberflächenschicht einer AA6111-T4-Legierung nach mechanischem Schleifen, 180er Korn SiC.

Welche Aluminiumlegierungen eignen sich für Klebeverbindungen?

Im Allgemeinen sind die stranggepressten Aluminiumprofile aus 6000er Aluminiumlegierungen relativ korrosionsbeständig, weisen relativ geringe Mengen an intermetallischen Phasen auf und eignen sich daher für die Klebetechnik (nach Vorbehandlung).

Bei hochfesten Legierungen der Serie 7000 besteht ein Ausgleich zwischen der Spannungskorrosionsbeständigkeit und den mechanischen Eigenschaften, die durch eine fortgeschrittene Wärmebehandlung erreicht werden. Das bedeutet, dass die Korrosionseigenschaften und die Eignung für Klebeverbindungen stärker variieren und es wichtig ist, die Eigenschaften der jeweiligen Legierung zu berücksichtigen.

Unterschiede zwischen gewalztem Aluminium und Gussteilen

Gewalztes Aluminium der Serie 5000 ist korrosionsbeständig und eignet sich für Klebeverbindungen. Die verformte Oberflächenschicht ist nur wenige Zehntelmikrometer dick, aber beim Walzen kann sich in die verformten Schichten etwas Oxid einlagern. Diese Schicht sollte entfernt werden, um die Haupteigenschaften des Aluminiums zu erhalten.

Das Blechmaterial kann auf einer Coil gekauft werden, entweder unbehandelt oder mit verschiedenen Vorbehandlungen. Zweck der Vorbehandlung ist es, der Blechoberfläche die vom Kunden gewünschten Eigenschaften wie Schweißbarkeit (begrenztes Oxidationswachstum), Verbundfähigkeit und Korrosionsbeständigkeit zu verleihen.

Es ist jedoch zu beachten, dass die Bearbeitungszeiten in einem Walzwerk begrenzt sind, weshalb eine vollständige Entfernung der verformten Schichten schwer zu erreichen ist.

Können Sie Aluminiumgussteile zum Verkleben verwenden?

Im Vergleich zu stranggepresstem und gewalztem Aluminium sind die Oberflächen von Gussteilen schwieriger so vorzubehandeln, dass sie sich für eine Klebeverbindung eignen. Die Vorbehandlung wird umfangreicher und umfasst mehr Prozessschritte, die an den jeweiligen Werkstoff oder das Produkt angepasst werden müssen. Ein Grund dafür ist die Größe der intermetallischen Partikel (meist AlFeSi).

Je nach chemischer Zusammensetzung der Legierung und Wärmebehandlung können solche Partikel bis zu 100-200 μm groß werden, was viel größer ist, als es normale Vorbehandlungsverfahren effizient bewältigen können. Eine schnelle Abkühlung der Gussstücke unterdrückt das Wachstum und bestimmte Legierungselemente wie Titan, Natrium und Strontium werden verwendet, um die Korn- und Partikelstruktur zu verändern.

Außerdem können Aluminiumgussteile Spuren von Trennmitteln auf der Oberfläche aufweisen, wie Graphitpulver, Oxide und Silizium, die das Ätzen, Eloxieren und die Haltbarkeit der Klebeverbindung einträchtigen können.

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