Leichtmetalle und Faserverbundwerkstoffe weisen unterschiedliche elektrochemische Potenziale auf, weshalb im Hybridverbund die Gefahr einer Kontaktkorrosion besteht. Durch eine temperaturresistente Schutzschicht auf dem CFK-Bauteil können elektrochemische Korrosionsprozesse in dem Materialverbund jedoch unterbunden werden.
Mittels der Hybridgusstechnologie gefertigtes Haltelement für den Flugzeugbau.
Fraunhofer IFAM
Eine Werkstoffkombination aus Faserverbundwerkstoffen und Leichtmetallen stellt spezielle Anforderungen an die Fügetechnologien. Bei gleichzeitig hohen Verbindungsfestigkeiten soll durch das Fügen möglichst kein weiteres Gewicht entstehen. Zudem ist eine Kontaktkorrosion der beiden Werkstoffe zu vermeiden. Neben geklebten oder genieteten Hybridverbindungen bietet der Hybriddruckguss einen neuen Ansatz, Gewicht beim Fügen einzusparen und die problematische Kontaktkorrosion dauerhaft zu unterbinden.
Mit wenigen Prozessschritten zum Hybridbauteil
Im Rahmen eines DFG-Forschungsprojektes wurde am Fraunhofer IFAM, in Kooperation mit dem Faserinstitut Bremen e.V., eine neue serientaugliche Fügetechnologie für die Kombination von Aluminiumguss und CFK entwickelt. Innerhalb dieses Verfahrens werden CFK-Strukturen vor dem Gießprozess partiell mit hochtemperaturstabilem Kunststoff (PEEK) beschichtet, welcher sich erst ab Temperaturen von rund 550 °C zu zersetzen beginnt. In einem nachfolgenden Gießprozessschritt wird die CFK-Komponente in das Druckgießwerkzeug eingelegt und im Bereich des Kunststoffes mit Aluminium bei einer Temperatur von rund 700 °C umgossen.
Bedingt durch einen gezielt gesteuerten Druckgießprozess mit kurzen Zykluszeiten sowie die Wahl weiterer geeigneter Prozess- und Materialparameter ist eine Integration des Kunststoffes in den Druckgießprozess trotz der Temperaturdifferenzen möglich, ohne dass dieser in seinen Eigenschaften beeinträchtigt wird. Während des urformenden Herstellungsprozesses der Aluminiumkomponente wird zeitgleich auf diese Weise eine stabile Verbindung zwischen beiden Werkstoffen geschaffen. Eine aufwendige Bearbeitung beziehungsweise Vorbehandlung von Fügeflächen ist somit nicht notwendig. Optional können auch Hinterschneidungen in die Verbindungszone eingebracht werden, um die Festigkeit weiter zu erhöhen. Bisher erzielte Verbindungsfestigkeiten liegen mit 20 MPa jetzt schon im Bereich struktureller Klebstoffe.
Entwicklung für die Serienfertigung
In vielen Branchen wie in der Automobilindustrie, Luftfahrt, Windenergie, Sportgeräteindustrie oder im klassischen Maschinenbau ist die Nachfrage an Hybridmaterialien hoch. Bei der Produktion großer Stückzahlen wird eine effizienten Serienfertigung gefordert. Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, wurde für die Machbarkeitsstudie ein Haltelement aus dem Flugzeugbau gewählt, das in großen Stückzahlen verbaut wird. Ziel des Entwicklerteams ist es nun anhand dieses Bauteils, die Hybridgusstechnologie so weiterzuentwickeln, dass für den Aluminiumdruckguss ein Prozessfenster aufgezeigt werden kann, um reproduzierbar hybride Verbindungen zwischen CFK und Aluminium in Serie fertigen zu können.