Zyklische Korrosionsprüfungen im Vergleich

Werkstoffe 05. 11. 2018
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Von Michael Stähler, Quality Development, Dörken MKS-Systeme GmbH & Co. KG

Korrosion befällt tagtäglich Bauteile in und an Autos, Windkraftanlagen oder Agrarmaschinen. Um diese Belastungen im Vorfeld einer Serienfertigung zu simulieren, gibt es verschiedene Korro­sionstests, mit denen die Bauteile und deren Schutzschichten umfassend getestet werden können.

Grundsätzlich gilt: Das aussagekräftige Prüfen der Korrosionsbeständigkeit von Bauteilen stellt die Labore aufgrund der vielfältigen Belastungen, der komplexen ­Anforderungen sowie der unterschiedlichen klimatischen Rahmenbedingungen immer wieder vor Probleme. Prüfungen im Außenbereich erweisen sich meist als schwierig, denn hier werden erste Korrosionsschäden oft erst nach vielen Jahren sichtbar. Vor allem in der so genannten Freibewitterung sind die Bedingungen im Zeitverlauf teils höchst wechselhaft und ­wenig konstant. Um die unterschiedlichen Witterungsbedingungen dennoch ­simulieren zu können, werden verschiedene Klimata ­unterschieden – vom trockenen Wüstenklima bis zum tropischen und/oder salzigen Klima am Meer. Das Problem dabei: Auch mit dieser Vorgehensweise ist die Zeit für intensive Prüfungen und somit auch zur Erreichung von belastbaren Qualitäts- oder Entwicklungs­ergebnissen in der Regel zu lang.

Deutlich kürzere Zeiten bis zum Auftreten von verwertbaren Ergebnissen werden mit standardisierten Testverfahren erzielt. Diese sind in Normen festgelegt und können mit kommerziellen Prüfgeräten und Prüfanlagen durchgeführt werden.

1 Konstantklimatest nach DIN EN ISO 9227 NSS

Für die beschleunigte Prüfung hat sich in der Praxis ein wenig aufwändiges Prüfverfahren für die Korrosionsbeständigkeit von einzelnen Bauteilen und Komponenten nicht nur im Automobilbau durchgesetzt: der Konstantklimatest nach DIN EN ISO 9227 NSS. Hierbei werden die beschichteten Prüfkörper bei einer Umgebungstemperatur von 35 °C und 100 % Luftfeuchte kontinuierlich mit einer 5 %igen Salzlösung besprüht. Um verlässliche und belastbare Prüfergebnisse zur Korrosionsbeständigkeit zu erhalten, sind die Temperaturen, der Reinheitsgrad des Salzes sowie die Qualität des Wassers genau festgelegt. Darüber hinaus wird auch die Kondensatmenge nach definierten Kriterien aufgefangen. Nicht zuletzt gibt es beim Konstantklimatest eine präzise Kalibriervorgabe. Das bedeutet, dass blanke Prüfbleche vor und nach dem Test gewogen werden. So lässt sich der Gewichtsverlust durch Rost­befall feststellen.

Aufgrund des einheitlichen Versuchaufbaus und der festgelegten Rahmenbedingungen liegen für dieses Prüfverfahren zahlreiche Erfahrungswerte vor. Verschiedene Prüfkammerhersteller bieten dazu unterschiedliche Systeme an (Abb. 1).

Abb. 1: Prüfkammer für den Salzsprühnebeltest gemäß DIN EN ISO 9227

 

2 Klimawechseltests

Häufig angewandt werden auch so genannte Klimawechseltests. Diese Verfahren kombinieren den Salzsprühtest (in der Regel mit zum Teil anderen Salzkonzentrationen als in der Norm DIN EN ISO 9227 angegeben ist) mit definierten Trockenphasen und einer Belastungsphase durch reinen Wassernebel. Dabei werden die zu prüfenden Bauteile teils extremen Temperaturen von -40 °C bis +80 °C ausgesetzt (Abb. 3).

Abb. 2: Prüfkammer für die Tests ACT I und ACT II von Volvo sowie L467 von Ford

 

Abb. 3: Prüfkammer für den Klimawechseltest

 

In Schweden hat sich wiederum eine andere Prüfidee etabliert, die von den Automobilherstellern Volvo und Scania entwickelt wurde. Bei dem sogenannten Volvo ACT I (Accelerated Corrosion Test) wird die Salzlösung nicht als Nebel versprüht, sondern die zu prüfenden Bauteile werden mehrfach täglich damit beregnet. Dabei steigt der Dampf aufgrund der Temperatur in der Prüfkammer immer wieder auf. Bei der modifizierten Test-Weiterentwicklung ACT II wird nur einmal täglich beregnet, zusätzlich wird jedoch die Salzkonzentration verändert. An diversen Testoberflächen zeigte sich der ACT II schließlich als die härtere Belastungsprüfung (Abb. 2).

Ein Sonderverfahren aus Japan ist der von Toyota angewandte CCT-A (Cyclic Corrosion Test). Dabei werden die Teile zunächst dem normalen Salzsprühtest unterzogen und im Anschluss zusätzlich in eine Salzlösung ­getaucht.

3 Eigenständige Tests von ­Automobilherstellern

Neben den obengenannten gängigen Prüfverfahren haben Automobilhersteller teilweise eigenständige Prüfverfahren zum Test der Korrosionsbeständigkeit entwickelt.

Der Hersteller Audi führt beispielsweise mit dem Ingolstädter Korrosions- und Alterungs­test (INKA) eine der härtesten Prüfungen durch. Hierbei können in fünf Phasen innerhalb von 19 Wochen zwölf Autojahre unter extremen Bedingungen simuliert werden. Zu Beginn wird das Auto in einer Klimakammer bei 35 °C mit Salzlösung eingenebelt. Anschließend wird es bei bis zu 50 °C und maximal 100 % Luftfeuchtigkeit tropischen Witterungsbedingungen ausgesetzt. Im nächsten Schritt wird die ­schonungslose Sonne der Sahara simuliert, indem die Karosserie von 80 Halogen-Metalldampf-Lampen mit je 1200 Watt auf bis zu 90 °C erhitzt wird. Dabei dürfen die Farben im Innenraum nicht ausbleichen und auch eine Versprödung der Materialien wird nicht toleriert. In Phase vier erfolgt die Simulation von arktischen Minustemperaturen bei -35 °C. Gleichzeitig rüttelt ein Vierstempel-Hydropulser das Fahrzeug durch, um die Verwindungen der Karosserie und die Belastungen der Fahrwerksteile auf unebenen Wegen nachzubilden. Nicht zuletzt fahren Testfahrer mit dem Auto rund 12 000 Kilometer auf Teststrecken inklusive Schotterpisten und Schlammwegen.

Bei Mercedes gibt es mit dem so genannten MEKO-Test eine ähnlich harte Belastungsprüfung und auch bei BMW müssen Fahrzeuge ihre Korrosionsbeständigkeit in dem umfangreichen Dynamic Corrosionstest (DyKo) nachweisen.

4 Vergleichbarkeit der Tests

Eine interne Auswertung bei Dörken MKS hat gezeigt: Die höchst unterschiedlichen Bedingungen der Prüfverfahren machen eine Vergleichbarkeit der Testergebnisse nicht oder nur bedingt möglich (Tab. 1). Denn je nach Testanordnung variiert die Zeitspanne bis zur Reaktion des Prüfkörpers auf Weiß- oder Rotrost stark. Es zeigt sich, dass grundsätzlich höhere Testtemperaturen eine ­höhere chemische Aktivität bedeuten und somit Korrosion schneller eintritt. Gleichzeitig können sehr hohe Temperaturen zum Ausfall des ­Beschichtungssystems führen – zum Beispiel wird eine galvanische Zinkbeschichtung (gelb passiviert, chrom(VI)haltig) bei 70 °C zerstört. Minus-Grade wiederum führen bei Wasseraufnahme zum Aufsprengen des Systems.

 

Neben der Temperatur hat auch die Feuchtigkeit einen Einfluss auf die Reaktion des Prüfkörpers: Je nach Intensität kann die Feuchtigkeit zu Auswaschungen führen und somit den Prozess der Rostbildung beschleunigen. Während der Einfluss der Salzkonzentration eher gering ausfällt, führen wechselnde pH-Werte zu erhöhten Reaktionen – ebenso der grundsätzliche Wechsel der ­Klimata. Nicht zuletzt fordert das Eintauchen des Prüfkörpers in ein salzhaltiges Wasser eine hohe Aufnahme der Beschichtung und ein starkes Auswaschen. Eine direkte Korrelation zwischen den Testverfahren ist daher nicht möglich.

5 Fazit

Die in der Praxis angewandten Test- und Prüfverfahren erlauben – je nach Testanordnung und Zielsetzung – zahlreiche Erkenntnisse zur Bewertung und Optimierung der Korrosionsbeständigkeit von verbauten Teilen beziehungsweise Komponenten. Sie können die unterschiedlichen alltäglichen Belastungen der Bauteile jedoch nur simulieren und niemals in ihrer ganzen Komplexität abbilden. Außerdem existiert keine Korrelation zwischen den Verfahren.

 

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