Einfluss von simulierter Mikrogravitation auf die mikrobiologisch induzierte Korrosion von 6000er-Aluminiumlegierungen

Kurzfassung

Um der Wartungsfreiheit zukünftiger länger andauernder Raumfahrtmissionen gerecht zu wer-den, sind Studien zu mikrobiell induzierter Korrosion (MIC) von Werkstoffen relevanter Syste-me wie bspw. der Wasseraufbereitungssysteme unter Einfluss von Weltraumbedingungen wie Mikrogravitation unerlässlich. Infolgedessen rückt die kommerziell wichtigste Gruppe aus-härtbarer Aluminiumwerkstoffe, die Al-Mg-Si Legierungen (6000er-Serie), in den Fokus der Raumfahrtindustrie. Sie zeichnen sich durch eine gute Korrosionsbeständigkeit bei mittlerer spezifischer Festigkeit aus. Als eine mögliche Legierung für diesen Einsatz wird die kupferrei-che Legierung EN AW-6010 betrachtet. Diese zeichnet sich durch eine höhere Festigkeit – ver-glichen mit der kupferärmeren Legierung EN AW-6082 – aus. Obwohl die Korrosionsbeständigkeit von 6000er-Legierungen generell als hoch eingestuft wird, kann diese Legierungsklasse eine erhöhte Anfälligkeit gegenüber mikrobiell induzierter Korro-sion, insbesondere gegenüber der Gattung Aspergillus, aufweisen. Für die Pilzart A carbonari-us wurde eine erhöhte organische Säuresekretion unter Einfluss von simulierter Mikrogravita-tion nachgewiesen, die zur MIC führen kann. Darüber hinaus sind die Mechanismen der MIC unter Einfluss von Mikrogravitation noch nicht vollständig verstanden. Es wird angenommen, dass diese mit der Legierungszusammensetzung, dem Herstellungsprozess und dem Wärme-behandlungszustand zusammenhängen. Die am häufigsten diskutierten Mechanismen sind Korrosion ausgelöst durch Oxalsäure, darunter Lochkorrosion oder Interkristalline Korrosion, bedingt durch kathodische oder anodische Wirkung von Phasen und deren Wechselwirkung mit der Aluminiummatrix, sowie seltener Spaltkorrosion in Folge der Anhaftung von Pilzmatten als auch Passivschichtrupturvorgänge durch die Adhäsion und nachfolgenden Ablösung der Pilze. Die vorliegende Arbeit zielt daher unter Berücksichtigung des Einsatzgebietes und in Abhän-gigkeit der Wärmebehandlung auf die Aufschlüsselung der Mechanismen der MIC unter Ein-fluss von simulierter Mikrogravitation, die Einstufung der Beständigkeit gegenüber ebenmäßi-ger Korrosion in org. Säuren und deren Korrelation mit der Mikrostruktur ab. Die Untersuchun-gen konzentrieren sich auf die gewalzten Materialien im lösungsglühten und abgeschreckten Zustand T4, dem Zustand maximaler Festigkeit (T6) und einem überalterten Zustand (T7). Die Untersuchungen zur Beständigkeit in org. Säuren mittels potentiodynamischer Messungen werden je an einer kupferarmen Legierung EN AW-6010 als auch kupferreicheren Legierung EN AW-6082 durchgeführt. Die MIC in-situ Untersuchung wurde anhand der Pilze A. niger und A. carbonarius unter Ein-fluss von simulierter Mikrogravitation (SMG) mittels Klinostatrotation an der kupferhaltigen Aluminiumlegierung EN AW-6010 in den WB-Zuständen maximaler Festigkeit T6 und des über-alterten Zustands T7 durchgeführt. Zur Bestimmung des Einflusses von Kupfer auf die Korrosi-onsbeständigkeit der von der Pilzgattung A. sekretierten org. Säuren, wurden potentiodymi-sche Stromdichte-Potentialkurven der kupferarmen EN AW-6082 Legierung mit der kupferrei-chen Legierung EN AW-6010 in Zitronen- und Oxalsäure von je drei verschiedenen Konzentra-tionen gegenübergestellt. Für die mikrostrukturellen Untersuchungen kamen die optische Mik-roskopie, Rasterelektronenmikroskopie und energiedispersive Röntgenspektroskopie (EDX) zum Einsatz. Die Ergebnisse der Potentiodynamischen Messungen zeigen, dass mit zunehmenden Kupfer-gehalt und Wärmebehandlungsdauer in drei verschiedenen Konzentrationen von Oxalsäure die Korrosionsstromdichte für beide Legierungen steigt, am stärksten für die kupferreichere Legie-rung EN AW-6010, während in Zitronensäure die Ergebnisse nicht eindeutig sind. In beiden org. Säuren wird gleichmäßige Korrosion als primärer Mechanismus für beide Legierungen ange-nommen. Die Mikrostrukturanalyse, bestehend aus dynamischer Differenzkalorimetrie und Rasterelektronenmikroskopie in Verbindung mit energiedispersiver Röntgenspektroskopie, wird mit den zugrundeliegenden Korrosionsmechanismen verknüpft. Die Mechanismen der MIC der Legierung EN AW-6010 wird auf die Auflösung der β´- MgxSiy der β´-AlwFex(Mny)Siz- Phasen als auch der β -AlwFex(Mny)Siz- und β-Mg2Si -Phasen durch den Sekundärmetabolismus der Pilze zurückgeführt. Im Zustand maximaler Festigkeit T6 wur-den Bruchflächen gefunden, die auf das Herauslösen der eisenhaltigen Primärphasen Al-vFew(Mn,xCry)SiZ mit nachfolgender Rissinitiierung senkrecht der Matrix-Phasengrenze als ablaufende Korrosionsmechanismen sowohl unter Erdgravitation als auch SMG angenommen werden. Unter Einfluss von SMG wurde im T6 Zustand der Legierung EN AW-6010 bei Expositi-on von A. niger Grubenbildung, die auf mikrogalvanische Kopplung zwischen kathodischen Primärphasen und der anodischen Matrix hindeuten, gefunden. Zudem wurde bei A. niger das Vordringen von Pilzhyphen an der Materialoberfläche unter Einfluss von SMG vorgefunden.