Ny avhandling undersöker anodisering av gjutna aluminium- kisel-legeringar

Bakgrunden för projektet är att det blir allt vanligare att använda semi-solid metallgjutning (SSM) för att tillverka komponenter av aluminium-kisel-legeringar för fordons- och telekomindustrin med minimalt behov av mekanisk efterbearbetning. De gjutna komponenterna måste leva upp till en kombination av krav på mekaniska egenskaper, samt korrosions- och nötningsbeständighet. Det är därför viktigt att ha förståelse för hur legering, tillverkning och ytbehandling påverkar komponentens slutgiltiga egenskaper. Ett viktigt resultat visar hur ett kiselinnehåll på mellan 2,5 % och 5,5 % påverkar anodiseringen. Den gjutna legeringen består av en primär aluminiumfas och en eutektisk fas som består av aluminiumfas med kiselpartiklar. Under anodisering oxideras kisel-partiklarna i den eutektiska fasen mycket långsammare än det omgivna aluminiumet och blir därmed inneslutna i oxidskiktet. Vanligtvis uppträder kiselpartiklarna som små flagor som delvis hänger ihop med varandra. Detta gör att kiselpartiklarna kan skärma delar av den mellanliggande aluminiumfasen och bilda isolerade kvarvarande rester av metallisk aluminium i oxidskiktet. fas, så kallade järnrika intermetaller. I motsats till kiselpartiklar löses järnrika intermetaller delvis upp under anodiseringen. De lämnar defekter i oxidskiktet i form av hålrum som kan initiera korrosionsangrepp i den underliggande legeringen. Projektet påvisar att det sker en uppkoncentrering av järnrika intermetaller i ytan på SSM-gjutna aluminium-kisellegeringar. Även om detta bara påverkar det yttersta skiktet av ytan på komponenten, kan det ha stor inverkan på korrosionsbeständighet och hårdheten av anodiseringsskiktet. Därför kan en betydande förbättring av korrosionsbeständigheten av anodiserade komponenter uppnås genom att minska innehållet av järn i legeringen. Projektet visar också att gjutdefekter som oxidfilmer från smältan, kallflytningar och invers segregering, som alla härstammar från gjutprocessen, dominerar utmattningsegenskaperna. Defekterna fungerar som sprickinitierare under utmattningslast. Samtidigt har det visats att anodisering i sig själv inte påverkar utmattningsegenskaperna trots att processen skapar ett sprött ytskikt på komponenten. Under 2019 disputerade Baiwei Zhu med avhandlingen ”Casting and Anodising of Al Alloys – Alloy Design, Manufacturing Process and Material properties”, från Tekniska högskolan i Jönköping. Studierna har utförts inom ramen för ett projekt finansierat av KK-stiftelsen och i partnerskap med företagen Comptech AB och Ahlins i Habo AB.

Då oxidskiktet växer olika fort i den primära aluminiumfasen och den eutektiska fasen uppstår mekaniska spänningar som skapar mikrosprickor. Ju tjockare oxidskikt, desto fler sprickor. Därför visar det sig helt mot förväntan att ett tunt anodiseringsskikt ger ett bättre korrosionsskydd än ett tjockt.

Med hjälp av så kallad modifiering av mikrostrukturen genom tillsättning av små mängder strontium ändras formen på kiselpartiklarna från flagor till osammanhängande fibrer. Detta minskar mängden av metallisk aluminium som innesluts i oxidskiktet och även mängden sprickor.

Det är vanligt att aluminium-kisel-legeringarna innehåller en mindre mängd järn; speciellt om smältan innehåller återvunnen aluminium. Järnet koncentreras i en separat

Figur 2: Illustration av hur oxiden växer utan (a) och med (b) modifiering av kiselpartiklarna i legeringen. Järnrika intermetaller löses upp och lämnar hålrum i oxiden.

Avhandlingen som innehåller många flera resultat kan laddas ner från www.diva-portal.org Kontaktpersoner: Caterina Zanella Professor, Avdelningen för Material och Tillverkning Jönköping University caterina.zanella@ju.se Peter Leisner Professor, Avdelningen för Material och Tillverkning Jönköping University peter.leisner@ju.se

VI VÄXER... VILL DU BLI EN AV OSS?

TEKNISK SÄLJARE Mälardalen/Norra Sverige JUST NU SÖKER VI

I denna rekryteringen samarbetar HangOn AB med Finnveden Säljkraft AB. Ansvarig rekryterare är Johan Sandahl. Läs mer om tjänsten och ansök på www.finnvedensaljkraft.se

Vi håller ett öga på lösningar, åt dig!

Lackering, tätning & limning. Effektivitet och högsta kvalitet.