Moderner Korrosionsschutz auf Basis von Atmosphärendruckplasma und Flammenpyrolyse

Werkstoffe 08. 03. 2017

Mit Plasma und Flamme historische Luftfahrzeuge erhalten

Moderner Korrosionsschutz auf Basis von Atmosphärendruckplasma und Flammenpyrolyse

Von Franziska Klinkmüller und Constanze Roth, INNOVENT e. V., Jena

Die große Sammlung historischer Luftfahrzeuge des Militärhistorischen Museums Flugplatz Berlin-Gatow ist Ausgangspunkt für ein Forschungsprojekt zur Nutzung moderner Korrosionsschutzverfahren. Aufgrund der Dimensionen dieser Großobjekte muss ein Teil der Luftfahrzeuge (ca. 60) auf der Rollbahn des Flugplatzes ausgestellt werden. Die Flugzeuge sind dort ohne Schutzdächer 365 Tage Wind und Wetter ausgesetzt.

Für die historischen Lacke und Metalle der Flugzeuge bilden diese Umgebungsbedingungen eine starke korrosive­ Belastung. Hier setzt das Vorhaben an: Durch Abscheidung von Siliziumpolymeren-Barriereschichten mittels Atmosphärendruckplasma (AD-CVD) oder Flammenpyrolyse (C-CVD), wird ein praktischer Beitrag zum Schutz technischer Kulturgüter erzielt. Die Industrieforschungseinrichtung INNOVENT e. V. erarbeitet in enger Zusammenarbeit mit dem Militärhistorischen Museum Berlin-Gatow Möglichkeiten zur Verbesserung der Korrosionsschutzsysteme für freibewitterte, historische Luftfahrzeuge aus Leichtmetalllegierungen.

Die im militärhistorischen Flugzeugbau vorrangig verwendeten Aluminium- und Magnesiumlegierungen sind bei einem Großteil der Luftfahrzeuge flächig lackiert. Jedoch finden sich in der militärhistorischen Sammlung der Bundeswehr auch einzelne Luftfahrzeugtypen aus den 1950er und 60er Jahren, welche mit Reinaluminium plattiert und eloxiert sind und somit eine metallene Oberfläche aufweisen. Aus Magnesiumlegierung gefertigte Bauteile, wie zum Beispiel Tragflügelendkanten, sind besonders stark korrodiert. Durch Degradation der Altlackierung weisen die zum Teil originalen Lackoberflächen Farbveränderungen und erhöhte Rauheiten auf. Eine Neulackierung ist vielfach unumgänglich, um solche Objekte vor dem korrosiven Zerfall zu schützen. Allerdings ist der Erhalt einer noch gut haftenden Originalbeschichtung aus restauratorischer und ökonomischer Sicht wünschenswert. In der Restaurierungspraxis ist es üblich, transparente mikrokristalline Wachse oder transparente Lacke zum Schutz der originalen Oberflächen aufzutragen. Vor allem Wachse stellen einen temporären Korrosionsschutz dar und müssen in kurzen Wartungsabständen erneuert werden

Historische Originallackierungen mit Hightech-Beschichtungen bewahren

Im Rahmen des Forschungsprojekts Korrosionsschutzschichten für Kulturgüter wird untersucht, ob durch Auftrag von dünnen Siliziumpolymerschichten eine Standzeitverlängerung dieser transparenten Schutzsysteme auf unlackierten und lackierten Oberflächen von Aluminiumlegierungen erzielt werden kann. Konservatorischer Anspruch ist es, die Altlackierung nicht zu beschädigen oder ungünstig zu modifizieren und die matte Optik der Tarnfarben zu wahren.

Für eine Probereihe unter Laborbedingungen wird auf Aluminiumblechen des Typs AW 2024 ein historisches Militärlacksystem­ nach Dienstvorschrift der Bundeswehr der 1960er Jahre nachgestellt. Es werden verschiedene transparente Schutzschichten auf die Probekörper appliziert. Die Auswahl der transparenten Schichten richtet sich nach Löslichkeitseigenschaften der Altbeschichtungen. Zum Einsatz kommen unter anderem Butylacrylate kombiniert mit Mattierungsmitteln und sprühfähige Wachsdispersionen. Anschließend wird bei Atmosphärendruck durch Zudosieren des organischen Precursors Hexamethyldisiloxan (HMDSO) mittels C-CVD und AD-CVD eine Siliziumdioxidschicht auf den Probekörpern abgeschieden. Die spezifischen Prozessparameter werden so gewählt, dass die nachgestellte Originallackierung optisch nicht verändert wird.

Nach Belastung der Substrate durch Kondenswasser-Wechselklima gemäß der Norm DIN EN ISO 6270 und UV-Bestrahlung (GSB AL 631) wird die Funktionalität der Schichtkombination bewertet. Dafür werden Farbmetrische- und Glanzgradmessungen der belasteten und unbelasteten Probeköper verglichen. Elektrochemische Korrosionsuntersuchungen gemäß DIN 50918 ermitteln die Korrosionspotentiale der verschiedenen Systeme.

Atmosphärendruck-Plasmabeschichtung schützt Magnesiumlegierungen

Auf den stark korrodierten Magnesiumlegierungen ist eine Erhaltung von Alt­beschichtungen nicht zielführend. Um das Grundmetall zu bewahren, bedarf es einer Reinigung beziehungswesie Entfernung der Korrosionsprodukte und einer anschließenden Neulackierung, welche sich optisch in das historische Gesamtkonzept der Luftfahrzeuge einfügt. Haftverbesserung und Steigerung der Korrosionsschutzwirkung einer Neubeschichtung auf historischen Bauteilen aus der häufig verwendeten Magnesiumlegierung AM503 (Bezeichnung der IG Farbenindustrie AG, entspricht in etwa der Legierung MgMn2 nach DIN 1729) wurden bereits durch eine Verfahrenskombination aus Atmosphärendruck-Plasmabeschichtung (AD-CVD) und Primer erzielt [1].

Weitere Testversuche zur Neulackierung auf Probesubstraten mit der verwandten Legierung MnE21 werden in Kombination mit Siliziumdioxidschichten unter Labor­bedingungen getestet.

Mobil und flexibel einsetzbare Technologie

Für die gezielte Nutzung der Beschichtungsverfahren am Objekt unter Feldbedingungen stehen mobile Geräte zur Verfügung. Eine erste Anwendung der mobilen AD-CVD-Anlage mit der Plasmaquelle MEF 300 der Tigres GmbH und des C-CVD Handbrenners, entwickelt von SURA Instruments GmbH, wurde bereits unter Feldbedingungen an zwei Luftfahrtzeugen in Berlin-Gatow im Sommer 2016 erprobt. Mit den ersten Ergebnissen aus den Untersuchungen ist Mitte 2018 zu rechnen.

Danksagung

Die Autoren danken Dr. Lutz Strobach und dem Bundesministerium für Wirtschaft und Energie für die Förderung des Vorhabens (Förderkennzeichen: MF 140213).

Literatur

[1] M. Ramm, G. Matthes, O. Beier, A. Pfuch, K. Horn, J. Schmidt: Corrosion protection of magnesium wrought alloys; Metall (67) 5/2013, S. 204–207

Weiterführende Literatur

K. Horn, A. Pfuch, J. Schmidt: New method for an effective corrosion protection on magnesium surfaces; Metall (63) 12/2009, S. 661–664

INNOVENT e. V. Technologieentwicklung
Fachbereich Oberflächentechnik/Forum
Inn-O-Kultur; Jena; cr1@innovent-jena.de

 

Text zum Titelbild: Bestandsaufnahme von Dr. Lutz Strobach, Max Ramm und Jürgen Schmidt (von links nach rechts) auf dem Flugplatz Berlin-Gatow (Foto: INNOVENT e. V., mit freundlicher Genehmigung des Militärhistorischen Museums, Berlin-Gatow)

 

Kontaktkorrosion auf der Dassault Super Mystère, (MHM) (Foto: INNOVENT e.V., mit freundlicherGenehmigung des MHM Berlin-Gatow)

 

INNOVENT-Mitarbeiter Max Ramm appliziert eine Siliziumoxidbeschichtung an einer Mikojan-Gurewitsch MiG-21, MHM-Gatow (Foto: INNOVENT e.V., mit freundlicher Genehmigung des MHM Berlin-Gatow)

 

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