Einfluss von Eisen und Mangan auf die Korrosionsbeständigkeit kontaminierter sekundärer Al‑Si‑Mg‑Gusslegierungen

Stärkere Autos aus umweltfreundlicherem Metall

Während die Industrie darum kämpft, CO2‑Emissionen zu senken, wird recyceltes Aluminium zu einer Schlüsselkomponente für leichtere Autos, Züge und Flugzeuge. Das Wiederaufschmelzen von Schrotten bringt jedoch unerwünschte chemische „Mitreisende“ mit sich, die über Jahre im Dienst unbemerkt Metallteile angreifen können. Diese Studie untersucht, wie zwei häufige Verunreinigungen, Eisen und Mangan, die langfristige Korrosion von recycelten Al‑Si‑Mg‑Gusslegierungen beeinflussen, und zeigt, wie eine kleine Anpassung ihres Verhältnisses anfälliges „verschmutztes“ Aluminium in ein langlebiges, nachhaltiges Material verwandeln kann.

Warum Schrottaluminium sich schlecht benimmt

Recyceltes Aluminium spart bis zu 90 % der Energie gegenüber Primärmetall, ist aber deutlich schwerer zu reinigen. Elemente wie Eisen, Mangan, Kupfer und Magnesium verbleiben in der Schmelze und verbinden sich zu winzigen harten Partikeln im Metall. Diese Partikel, als Intermetallide bekannt, können wie mikroskopische Batterien wirken, wenn die Legierung auf salzhaltiges Wasser trifft: Einige Bereiche fungieren als kleine Kathoden, andere als Anoden, und die resultierenden Ströme treiben lokale Auflösung, Lochfraß und Rissbildung an. Unter diesen Partikeln sind dünne, plattenförmige Verbindungen mit hohem Eisengehalt besonders schädlich und beschleunigen die lokale Korrosion in alltäglichen Umgebungen wie Splitt‑ und Meeresluft.

Entwurf von drei Prüflegierungen

Die Forschenden gossen drei Versionen einer verbreiteten Automobillegierung, AlSi7Mg0.3, indem sie Eisen und Mangan variierten. Legierung A hatte relativ wenig Eisen und kaum Mangan; Legierung B wies viel Eisen, aber weiterhin wenig Mangan auf; Legierung C behielt das hohe Eisen von Legierung B bei, fügte jedoch mehr Mangan hinzu und erhöhte das Mn/Fe‑Verhältnis. Die Mikroskopie zeigte, dass Legierung B, mit hohem Eisen und geringem Mangan, viele lange, plattenartige eisenreiche Partikel bildete. Legierung C hingegen wandelte die meisten dieser Platten in kompaktere, verdrehte „chinesische‑Schrift“-Partikel um, die Eisen und Mangan mischten. Gleichzeitig wurden das Gefüge und das Siliziumnetz im Aluminium feiner und homogener, eine Änderung, von der bekannt ist, dass sie die Ausbreitung von Korrosion beeinflusst.

Beobachtung des Metallverfalls unter salzigen Bedingungen

Um zu untersuchen, wie sich diese Mikrostrukturen in korrosiven Umgebungen verhielten, nutzte das Team elektrochemische Tests in Salzlösungen, langzeitige Salzsprühexpositionen, die dünne atmosphärische Feuchtigkeitsfilme nachahmen, sowie hochauflösende Bildgebung angegriffener Querschnitte. Beim Eintauchen in eine standardisierte Natriumchlorid‑Lösung zeigten alle drei Legierungen ähnliche durchschnittliche elektrochemische Signaturen, was bedeutet, dass reine Bulk‑Tests sie nicht unterscheiden konnten. Die Mikroskopie erzählte jedoch eine andere Geschichte: Korrosion fraß bevorzugt entlang der feinen Al‑Si‑Bereiche und um Intermetallidpartikel herum, wobei sich tiefergehende Grübchen in der Nähe der eisenreichen Platten bildeten. Unter Salzsprühnebel verschlechterte sich Legierung B am schnellsten, mit weit verbreiteten dunklen Korrosionsprodukten und tiefen Gräben um plattenartige Partikel. Legierung C, trotz gleichen Eisengehalts, korrodierte langsamer; ihre manganreichen „chinesische‑Schrift“-Partikel behielten weitgehend ihre Form, mit nur begrenztem Randangriff und flacheren umliegenden Schäden.

Simulation mikroskopischer Korrosionswege

Die Experimente wurden mit Computersimulationen kombiniert, die mikrogalvanische Korrosion auf der Skala einzelner Phasen modellierten. Mittels einer Finite‑Elemente‑Methode stellten die Autoren die Legierung als Mischung aus Aluminiummatrix und verbundenen Al‑Si‑Bereichen in einem dünnen Salzfilm dar. Sie nutzten gemessene elektrochemische Kennwerte für jede Phase und verfolgten, wie sich Ströme konzentrierten und die Korrosionsfront sich im Laufe der Zeit bewegte. Das Modell reproduzierte, was die Mikroskope zeigten: Ströme fokussierten sich entlang des Al‑Si‑Netzwerks und trieben dort selektive Auflösung voran, während das Primäraluminium relativ verschont blieb — ein klassisches intergranulares Angriffsbild. Größere oder kontinuierlichere Verunreinigungspartikel verstärkten lokale Ströme, was erklärt, warum die langen eisenreichen Platten in Legierung B so schädlich waren im Vergleich zu den stabileren, manganmodifizierten Formen in Legierung C.

Ein praxisorientiertes Rezept für robustere recycelte Legierungen

Durch die Kombination von Bildgebung, elektrochemischer Prüfung, Salzsprühbelastung und physikbasierten Simulationen identifiziert die Studie einen geeigneten Bereich für das Ausbalancieren von Eisen und Mangan in kontaminierten recycelten Al‑Si‑Mg‑Gusslegierungen. Die Aufrechterhaltung eines Mn/Fe‑Verhältnisses im Bereich von etwa 0,3 bis 0,6 unterdrückt die Bildung hochreaktiver plattenartiger Eisenverbindungen und fördert verträglichere „chinesische‑Schrift“-Partikel, die galvanisch weniger aggressiv sind und beim Fortschreiten der Korrosion größtenteils intakt bleiben. Für den Laien ist die Botschaft einfach: Durch sorgfältiges Einstellen der Verunreinigungsgrade statt teurer Reinigung können Gießereien aus gemischtem Schrott Aluminiumgussstücke herstellen, die sowohl umweltfreundlicher als auch haltbarer sind, sodass leichte Bauteile für Autos und andere Fahrzeuge in rauen, salzhaltigen Umgebungen länger halten.

Zitation: Li, Q., Gazenbiller, E., Jarren, L.C. et al. Effect of iron and manganese on the corrosion resistance of contaminated secondary Al-Si-Mg cast alloys. npj Mater Degrad 10, 42 (2026). https://doi.org/10.1038/s41529-026-00767-y

Schlüsselwörter: recyceltes Aluminium, Korrosion, Verunreinigungen, Eisen und Mangan, Automobillegierungen