Dokument: Charakterisierung der Oxidschichten von Zink-Magnesium-Überzügen und deren Einfluss auf die Klebeignung
| Titel: | Charakterisierung der Oxidschichten von Zink-Magnesium-Überzügen und deren Einfluss auf die Klebeignung | |||||||
| Weiterer Titel: | Characterization of the oxide layers of zinc-magnesium coatings and their influence on adhesive suitability | |||||||
| URL für Lesezeichen: | https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=58938 | |||||||
| URN (NBN): | urn:nbn:de:hbz:061-20220328-152906-2 | |||||||
| Kollektion: | Dissertationen | |||||||
| Sprache: | Deutsch | |||||||
| Dokumententyp: | Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation | |||||||
| Medientyp: | Text | |||||||
| Autor: | Dr. Cetinkaya, Burak William [Autor] | |||||||
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| Beitragende: | Prof. Dr. Schierbaum, Klaus [Gutachter] Prof. Dr. Getzlaff, Mathias [Gutachter] | |||||||
| Stichwörter: | Oberflächenanalytik, ToF-SIMS, XPS, EDX, REM, TEM, FIB, Zink, Magnesium, Adhäsion | |||||||
| Dokumententyp (erweitert): | Dissertation | |||||||
| Dewey Dezimal-Klassifikation: | 500 Naturwissenschaften und Mathematik » 530 Physik | |||||||
| Beschreibungen: | Der Zink-Magnesium-Überzug (ZM) ist eine metallische Schutzbeschichtung, die geringe Mengen Aluminium (1 bis 3 Gew.%) und Magnesium (1 bis 2 Gew. %) enthält und im Rahmen des kontinuierlichen Bandverzinkungsprozesses auf ein Stahlband aufgetragen wird. Im Vergleich zu anderen Zinkbeschichtungen weist der ZM-Überzug ein verbessertes Umformverhalten und einen länger währenden Korrosionsschutz auf. Daher werden Stahloberflächen mit einer ZM-Beschichtung beispielsweise in der automobilen Fertigung zu Bauteilen geformt, die während der Nutzung des Fahrzeugs verstärkt korrosiven Bean-spruchungen ausgesetzt sind. Aktuell werden derartige ZM-Bleche auch für die Herstel-lung von Außenhautteilen der Karosserie in Betracht gezogen. Die Ansprüche an die Ober-flächen der Außenhautteile sind groß, da sowohl die prozesssichere Klebeignung als auch Lackierbarkeit dieser Oberflächen eine hohe Priorität genießen. Vor diesem Hintergrund wurden in dieser Arbeit, die oberflächennahen Schichten des ZM-Überzugs, insbesondere die Oxidschicht, näher charakterisiert, um deren Wechselwirkung mit Klebstoffen und wei-teren beim Automobilhersteller eingesetzten Prozessmedien besser verstehen zu können.
Hierbei wurden die Phasen des ZM-Überzugs mit einer Vielzahl von oberflächenanalyti-schen Verfahren hinsichtlich der chemischen Zusammensetzung, Topografie sowie Kristall-struktur untersucht. So konnte der chemische Aufbau und die Dicke der Oxidschicht des ZM-Überzugs durch die energiedispersive Röntgenspektroskopie (EDX) an Lamellen im Transmissionselektronenmikroskop (TEM) ortsaufgelöst analysiert werden. Durch die gezielte Variation einzelner Prozessparameter während der Herstellung von ZM-Überzügen im Schmelztauchsimulator sowie die Charakterisierung der so hergestellten Oberflächen war es möglich, Parameter zu identifizieren, die einen signifikanten Einfluss auf die letztliche Ausgestaltung der oberflächennahen Schichten besitzen. Zudem wurde die Wechselwirkung der oberflächennahen Phasen des ZM-Überzugs mit sauren beziehungsweise alkalischen Prozessmedien untersucht, indem die Oberfläche vor und nach der Behandlung mit den Medien in erster Linie mittels optischer Glimmentla-dungsspektroskopie (GD-OES), Photoelektronenspektroskopie (XPS) sowie Flugzeit-Sekundärionen-Massenspektrometrie (ToF-SIMS) analysiert wurden. Hierbei konnte fest-gestellt werden, dass die Löslichkeit der Phasen an der Oberfläche des ZM-Überzugs von dem pH-Wert der Lösung abhängt, mit die der Überzug in Berührung kommt. Die Klebeignung von verschiedenen ZM-Varianten, die sich beispielsweise hinsichtlich der Rauheit beziehungsweise der oberflächennahen chemischen Zusammensetzung unter-scheiden, wurde mit Hilfe des Zugscherversuchs geprüft. Zusätzlich wurde die Methode der Tropfenkonturanalyse eingesetzt, um Aussagen über die Polarität der Oberflächen treffen zu können. Es konnte gezeigt werden, dass die Haftung von Klebstoffen auf ZM-Überzügen durch einen stärkeren Dressiergrad beziehungsweise eine saure Behandlung der Oberfläche verbessert werden konnte. Zudem konnten durch ein neues Präparations-verfahren zum ersten Mal Alterungsphänomene an der Grenzfläche zwischen Klebstoff und ZM-Überzug mikroskopisch dargestellt und chemisch analysiert werden.A zinc-magnesium coating (ZM) is a metallic protective coating containing small amounts of aluminum (1-3 wt.%) and magnesium (1-2 wt.%). It is applied to a steel strip as part of the continuous strip galvanizing process. Compared to other zinc coatings, the ZM coating exhibits improved forming behavior and longer-lasting corrosion protection. For these reasons, steel surfaces with a ZM coating are formed, for example in automotive manu-facturing, into components that are exposed to increased corrosive stress during vehicle use. Currently, ZM sheets are also being considered for the production of outer body panels. The demands on the surfaces of the outer skin parts are high, as both the adhe-sive performance as well as the paintability of these surfaces are given high priority. In view of this, the layers of the ZM coating close to the surface, in particular the oxide layer, were characterized in more detail in this work in order to better understand their interac-tion with adhesives and other processing mediums used by the automotive manufacturer. The chemical composition, topography and crystal structure of the ZM coating phases were investigated using a variety of surface analysis methods. The chemical structure and the thickness of the oxide layer of the ZM coating could be analyzed spatially resolved in the transmission electron microscope (TEM) by energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX) on lamellae. By selectively varying individual process parameters during the production of ZM coatings in the hot-dip simulator and characterizing the surfaces produced in this way, it was pos-sible to identify parameters that have a significant influence on the ultimate design of the layers close to the surface. In addition, the interaction of the near-surface phases of the ZM coating with acidic and alkaline processing mediums, respectively, was investigated by analyzing the surface be-fore and after treatment with the media primarily by means of glow discharge optical spectroscopy (GD-OES), photoelectron spectroscopy (XPS) and time-of-flight secondary ion mass spectrometry (ToF-SIMS). It was found that during the acidic and alkaline treatment, respectively, the solubility of the phases on the surface of the ZM coating depends on the pH of the solution. The adhesive performance of different ZM variants, which differ, for example, in terms of roughness or chemical composition of the surface, was tested by means of the tensile shear test. In addition, the drop shape analysis method was used to make statements about the polarity of the analyzed surfaces. It was shown that the adhesion of adhesives to ZM coatings could be improved by increasing the skin pass level or acid treatment of the surface. Using a new preparation method, aging phenomena at the interface between the adhesive and the ZM coating could be visualized microscopically and analyzed chemi-cally for the first time. | |||||||
| Lizenz: |  Urheberrechtsschutz | |||||||
| Fachbereich / Einrichtung: | Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Physik » Physik der kondensierten Materie | |||||||
| Dokument erstellt am: | 28.03.2022 | |||||||
| Dateien geändert am: | 28.03.2022 | |||||||
| Promotionsantrag am: | 24.09.2021 | |||||||
| Datum der Promotion: | 17.02.2022 |
