Untersuchung von selbstorganisierten anodischen Titanoxidschichten als Vorbehandlung für das strukturelle Kleben von Titanlegierungen

Aktuelle Flugzeugmodelle (z. B. Airbus 350 XWB, Boeing 787) werden zunehmend aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) gefertigt. Aufgrund der Gefahr der galvanischen Korrosion zwischen Aluminium und CFK, muss an Verbindungsstellen vermehrt auf den korrosionsbeständigeren Werkstoff Titan zurückgegriffen werden. Die so entstehenden Hybridbauweisen aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff und Titan werden derzeit überwiegend mit konventioneller Niettechnologie gefügt. Um das Leichtbaupotential dieser Verbindungen auszunutzen, wirdzunehmenddieAnwendung der Klebetechnik diskutiert. Jedoch ist vor allem die langzeitstabile Haftung auf Titan kritisch und hat bis jetzt die Einführung von strukturellen Klebeverbindungen mit Titan im Flugzeugbau verhindert. Um solche strukturellen Klebungen mit Titan zu realisieren, spielt die Vorbehandlung eine essentielle Rolle. Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, durch Anodisation in einem fluoridhaltigen Elektrolyt TiO2-Nanoröhren mit Strukturen im Sub-100 nm Bereich auf der Legierung Ti6Al4V zu erzeugen, die als Vorbehandlung für das strukturelle Kleben von Titan angewendet werden können. Als Referenzverfahren wurden einerseits ein alkalisches Beizverfahren (Turco 5578) und andererseits die Anodisisation mit dem sog. NaTESi-Verfahren untersucht. Durch die Anodisierverfahren (TiO2-Nanoröhren-Anodisieren, NaTESi-Verfahren) wird die Oberfläche gegenüber dem Ausgangszustand und der Oberfläche nach dem alkalischen Beizen signifikant vergrößert. Wie die Ergebnisse der mechanischen Prüfung (Rollenschälprüfung, Keilprüfung) zeigen, wird durch die Oberflächenvergrößerung eine bessere Langzeitbeständigkeit im feucht-warmen Klima erzielt. Dabei spielen neben Beiträgen der mechanischen Adhäsion, durch Verklammerungen in den erzeugten Nanostrukturen, auch die chemischen und physikalischen Wechselwirkungen zwischen Hydroxylgruppen der Oberflächen und dem Klebstoff eine wichtige Rolle.