Haftung und Korrosionsbeständigkeit direktgefügter Hybridsysteme aus kohlenstofffaserverstärktem Epoxidharz und verzinktem Stahl für den Automobilleichtbau

Um hybride Werkstoffverbunde aus verzinktem Stahl und kohlenstofffaserverstärktem Epoxidharz fest und dauerhaft zu verbinden, kommt der Grenzschicht zwischen den Phasen und insbesondere dem Oberflächenzustand des Metallsubstrats eine Schlüsselrolle zu. Zur Oberflächenmodifizierung von verzinktem Stahlsubstrat werden in der vorliegenden Arbeit eine alkalische Reinigung, eine nasschemische Synthese von Zinkoxid-Nanostäbchen, eine Laserstrukturierung und das Strahlen mit Edelkorund angewendet. Die sich einstellenden Oberflächenzustände werden im Hinblick auf die Topografie und Morphologie, die chemische Zusammensetzung, die Benetzbarkeit sowie das elektrochemische Verhalten analysiert. Phänomenologisch werden die Auswirkungen auf die Haftung und Korrosionsbeständigkeit intrinsisch gefügter Hybridverbindungen anhand einer mechanisch-technologischen Prüfmethode und vorgeschalteten Korrosionstests adressiert. Hierzu erfolgt die Herstellung von Versuchskörpern aus Metallsubstrat und kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff im Prepreg-Pressverfahren unter Anwendung eines entwickelten Werkzeugkonzepts. Nach der Laservorbehandlung des Zinküberzugs werden besonders hohe Verbindungsfestigkeiten festgestellt, wohingegen insbesondere die Funktionalisierung der Oberfläche durch Zinkoxid-Nanostäbchen eine Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit bewirkt. Ein zusätzlicher Lacküberzug führt in diesem Zusammenhang nicht zu einer weiteren Steigerung der Langzeitstabilität. Die generierten Erkenntnisse werden abschließend in technische Anwendungen überführt. Studien an automobilen Baugruppen bestätigen ein hohes Potenzial direktgefügter Hybridverbindungen für den Karosserieleichtbau.