Laserinduzierte Nanostrukturierung intrinsisch gefertigter Hybridstrukturen: Oberflächenmorphologie, Verbindungs- und Korrosionseigenschaften

Von Carolin Zinn

In der vorliegenden Arbeit wurde sowohl für Stahl- als auch für Aluminiumoberflächen eine Lasernanostrukturierung entwickelt, die zu einer dauerhaft festen und alterungsbeständigen Verbindung zwischen der Metall- und der Kohlenstofffaserverbund- (CFK-) Komponente eines in einem modifizierten Vacuum Assisted Resin Transfer Moulding Verfahren hergestellten Hybridbauteils führt.
Zunächst wurde eine umfangreiche Anpassung der Parameter durchgeführt, um laserinduziert eine geeignete, d. h. gleichmäßig und fein strukturierte sowie offenporige und von Hinterschnitten geprägte Oberflächenstruktur zu generieren. Je Werkstoff wurden drei Parametersätze ausgewählt, welche hinsichtlich ihrer resultierenden Morphologie und Topographie, ihrer Benetzbarkeit und Infiltrierbarkeit, ihrer Alterungs- und Korrosionsbeständigkeit sowie ihrer Umformbeständigkeit analysiert wurden. Anschließend wurde der Einfluss der laserinduzierten Nanostrukturierung auf die mechanischen Ei-genschaften sowie auf das Korrosions- und Alterungsverhalten der Hybridstrukturen untersucht. Dafür wurden die Hybridverbindungen statisch und zyklisch unter Schub- und Biegebelastung geprüft sowie der Einfluss der Harzinjektionsstrategie, des Lagenaufbaus, der Grenzschichtgestaltung, der Laserrichtung und einer Wärmebehandlung ermittelt. Zudem wurden elektrochemische Korrosionsmessungen sowie Immersionstests mit nachfolgender Überprüfung der Restscherfestigkeit durchgeführt.
Insgesamt zeigte sich, dass aus der entwickelten Lasernanostrukturierung der Metalloberfläche eine signifikante Steigerung der Verbindungsfestigkeit und der Alterungs-beständigkeit von Stahl- und Aluminium-CFK-Hybridstrukturen resultiert.

• Sprache: Deutsch
• Herausgeber: Books on Demand
• Erscheinungsdatum: 10. Nov. 2019
• ISBN: 9783750443747

Carolin Zinn

Carolin Zinn, geb. 1988, hat an der Universität Paderborn von Oktober 2008 bis Februar 2014 Wirtschaftsingenieurwesen mit der Fachrichtung Maschinenbau studiert und war von März 2014 bis Oktober 2019 Wissenschaftliche Mitarbeiterin am Lehrstuhl für Werkstoffkunde (LWK) der Universität Paderborn. In dieser Zeit entstand die vorliegende Dissertation. Zudem veröffentlichte sie in Fachzeitschriften zahlreiche Artikel zu den Themen Lasernanostrukturierung metallischer Grenzflächen und Herstellung hybrider Strukturkomponenten aus Metallen und Kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen mittels Vacuum Assisted Resin Transfer Moulding Verfahren.

Buchvorschau

Anhang

1 Einleitung

In der heutigen Zeit gewinnen Energie- und Ressourceneffizienz sowie Umweltschutz und die Reduktion von CO2-Emissionen immer mehr an Bedeutung. Besonders deutlich wirkt sich dies im Bereich der Automobilindustrie aus. Durch stetig wachsende Anforderungen an Komfort und Sicherheit im Fahrzeug haben das Fahrzeuggewicht und somit der Kraftstoffverbrauch sowie die CO2-Emissionen in den letzten Jahren jedoch stetig zugenommen [1]. Dieser Trend stellt einen erheblichen Widerspruch zu den Klimazielen, welche die Europäische Union (EU) [2] und die Vereinten Nationen (UN) [3] 2014 bzw. 2015 definiert haben, dar. Gemäß dem „2030 climate and energy framework" der EU sollen die CO2-Emissionen bis zum Jahre 2030 im Vergleich zu 1990 um 40 % gesenkt werden. Zudem darf der durchschnittliche CO2-Emissionswert der Flotte eines jeden Automobilherstellers im Jahre 2020 maximal 95 g/km betragen [4].

Anhand der dargelegten Richtlinien und Regulierungen wird deutlich, dass die Automobilindustrie gezwungen ist über Möglichkeiten nachzudenken, welche zu einer deutlichen Reduktion des Fahrzeuggewichtes führen. Da an Komfort und Sicherheit nicht gespart werden sollte bzw. darf, ist konsequenter und effizienter Leichtbau im Bereich der Karosserie ein wichtiger Schlüssel zum Erfolg. Beispielsweise führt eine Gewichtseinsparung von 10 % zu einer Senkung des Kraftstoffverbrauchs um 8 % [5]. Eine Reduktion des Fahrzeuggewichtes um 100 kg äußert sich in einer Abnahme der CO2-Emissionen um 8,5 g/km [6].

Um eine Reduktion des Fahrzeuggewichtes zu erzielen, sind verschiedene Möglichkeiten denkbar. Beispiele sind der Einsatz von hochfesten Stählen, wodurch Strukturbauteile erheblich dünner ausgelegt werden können, die Anwendung von Leichtmetallen wie Aluminium- und Magnesiumlegierungen oder die Substitution von Metallen durch Faserverbundkunststoffe (FVK) [6]. Letztere bieten durch ihre herausragenden spezifischen Eigenschaften ein enormes Leichtbaupotential [7, 8]. Vor allem für lasttragende Strukturen sind eine hohe Steifigkeit und Festigkeit von besonderer Bedeutung [9]. Der Automobilhersteller BMW setzt beispielsweise in seiner i-Serie auf eine Voll-Carbon-Fahrgastzelle, wodurch eine enorme Gewichtseinsparung erreicht wurde. Allerdings stehen die hohen Material- und Herstellkosten sowie die komplizierte Integration in bestehende Fertigungsprozesse in keinem Verhältnis zu ihrem Nutzen [10]. Aus diesem Grund sind Strukturbauteile aus faser- bzw. kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen in der Automobilindustrie bislang mehrheitlich Fahrzeugen der Luxusklasse, Prototypen oder Rennwagen vorbehalten [11, 12]. Die Hauptaufgabe der Automobilindustrie besteht in der zeit- und kosteneffizienten Integration von FVK in bestehende Fertigungsprozesse. Das Hauptaugenmerk liegt demnach auf der Integration bzw. der Entwicklung von ökonomischen Herstellverfahren und einer effizienten Ausnutzung von Materialien und Materialkombinationen [13, 14].

Aufgrund ihres besonders geringen Gewichtes, ihrer hervorragenden spezifischen Steifigkeit und Festigkeit, ist es vorteilhaft kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe (CFK) als lokale Verstärkung eines duktilen Metallwerkstoffs einzusetzen. BMW und Audi nutzen die positiven Synergieeffekte einer hybriden Werkstoffkombination bereits im neuen „7-er bzw. im „R8. Durch eine hybride Stahl-CFK bzw. Aluminium-CFK-Bauweise konnten 130 kg bzw. 50 kg des Fahrzeuggewichtes eingespart und zudem die Steifigkeit signifikant gesteigert werden [15, 16].

Neben den vielen Vorteilen, die hybride Werkstoffkombinationen mit sich bringen, bestehen einige Herausforderungen, die es zu lösen gilt, um ein dauerhaft beständiges und fest verbundenes Hybridbauteil herzustellen. An dieser Stelle sind vor allem die Wahl eines zeit- und kosteneffizienten Fertigungsverfahrens, die Erzielung einer festen Verbindung zwischen den Einzelkomponenten sowie die Vermeidung von Kontaktkorrosion zu nennen.

Herkömmliche Fertigungsverfahren hybrider Werkstoffkombinationen, wie Kleben, Clinchen, Nieten, oder Schrauben [17–19], sind sehr zeitaufwendig und schöpfen nicht das ganze Leichtbaupotential aus, da sie einen zusätzlichen Fertigungsschritt und weiteres Fügematerial erfordern [20]. Des Weiteren ist eine flächige Krafteinleitung bzw. - Übertragung bei punktuellen Fügeverbindungen kaum möglich und es treten in der Regel hohe Spannungskonzentrationen an den Fügestellen auf [21]. An diesen Elementen kann es, vor allem beim Fügen von CFK, zu Kontaktkorrosion kommen [22]. Eine Klebverbindung ermöglicht zwar die Realisierung einer flächigen Krafteinleitung und die Vermeidung von Korrosion, jedoch ist ein weiterer zeitaufwendiger Fertigungsschritt notwendig [23]. Eine vielversprechende Alternative repräsentieren intrinsische Fertigungsverfahren, bei denen die Verbindung zwischen den beiden zu fügenden Komponenten im Ur- bzw. Umformprozess einer der beiden Komponenten zu Stande kommt und wodurch eine flächige Krafteinleitung ermöglicht wird [24]. Konventionelle intrinsische Fertigungsverfahren sind die Autoklaventechnik, das Prepreg-Pressen oder Harzinjektionsprozesse, bei denen sowohl duro- als auch thermoplastische Harze eingesetzt werden [25, 26]. Die Autoklaventechnik und das Prepreg-Pressen werden häufig in der Flugzeugindustrie eingesetzt, um Faser-Metall-Laminate (FML), wie z. B. GLARE, das schichtweise aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff und Aluminium aufgebaut ist, herzustellen. Im Hinblick auf die letztgenannten Harzinjektionsverfahren findet vor allem das Resin Transfer Moulding (RTM) Verfahren, mit dem komplexe und haltbare FVK oder Hybridstrukturen mit hoher Oberflächenqualität hergestellt werden können [27], besondere Beachtung. Dieses hochautomatisierbare Injektionsverfahren erlaubt eine einfache und kosteneffiziente Serienproduktion von FVK und Hybridstrukturen in kurzen Zykluszeiten von wenigen Minuten [28]. Bei Verwendung eines schnell vernetzenden Harzsystems sind Injektionszeiten im Bereich von 2 min bis 3 min möglich [28].

Das effizienteste, d. h. einfachste und kostengünstige, Fertigungsverfahren ist jedoch wertlos, wenn die Haftung zwischen den beiden, zumeist artverschiedenen Komponenten nicht gegeben ist. Nicht ohne Grund ist die Oberflächenvorbehandlung einer der wichtigsten Schritte im Bereich des strukturellen Klebens, um eine zufriedenstellende Haftung zu erzielen [29]. An dieser Stelle sind verschiedene (elektro-)chemische, mechanische oder physikalische Methoden der Oberflächenvorbehandlung denkbar. Weit verbreitet sind das Ätzen und Anodisieren, die Plasmabehandlung sowie Strahlprozesse [30]. Eine weitere zeit- und kosteneffiziente Möglichkeit bietet die Lasernanostrukturierung [31]. Umfangreiche Untersuchungen zum strukturellen Kleben von Titan und Aluminium haben bereits gezeigt, dass die Lasernanostrukturierung über eine vergrößerte, offenporige und von Hinterschnitten gekennzeichnete Oberflächenmorphologie verbesserte Adhäsionsbedingungen schafft und in einer hohen Verbindungsfestigkeit resultiert [32–34].

Damit die mit Hilfe eines geeigneten Vorbehandlungsverfahrens erzielte gute Haftung dauerhaft von Bestand ist, ist es wichtig, vor allem bei hybriden Werkstoffkombinationen aus Materialien mit unterschiedlichen elektrochemischen Potentialen, wie z. B. aus einem Metall und aus einem kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff [22], (Kontakt-) Korrosion zu vermeiden. Da auch bei guter Durchtränkung der Faserkomponente ein Kontakt zwischen Kohlenstofffasern und Metalloberfläche nicht gänzlich ausgeschlossen werden kann, sollten isolierende Zwischenschichten, wie z. B. ein Glasvlies [23], eingesetzt werden [35].

In der vorliegenden Arbeit werden hybride Strukturen aus einem mikrolegierten Stahl (1.0548) bzw. einer Aluminiumlegierung (EN AW 6082, T6) und einem kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff (CFK) betrachtet, die intrinsisch in einem vakuumunterstützten Resin Transfer Moulding (VARTM) Prozess hergestellt werden. Der Fokus der Arbeit liegt auf einer laserinduzierten Oberflächenmodifikation der Metallkomponente, um eine zufriedenstellende Haftung zwischen der Metalloberfläche und der CFK-Komponente bzw. dem hier verwendeten schnellvernetzenden Epoxidharzsystem, welches ursprünglich für reine CFK-Strukturen entwickelt wurde, zu gewährleisten.

Im Folgenden wird zunächst der aktuelle Stand der Technik dargelegt, um daraus die Aufgabenstellung, d. h. die notwendigen Maßnahmen sowie Analyse- und Prüfmethoden, abzuleiten. Im Anschluss daran wird das experimentelle Vorgehen beschrieben, bevor die Ergebnisse der durchgeführten Analysen und Prüfungen dargelegt und diskutiert bzw. bewertet werden. Abschließend werden die gewonnenen Erkenntnisse zusammengefasst.

2 Stand von Wissenschaft und Technik

2.1 Hybridsysteme aus Faserverbund kunststoffen und Metallen

Eine erste Definition für einen Hybridverbund stellte Zeilinger 1985 auf. Demnach ist ein Hybridverbund definiert als eine Verbindung aus mehreren Komponenten, die unterschiedlichen Werkstoffgruppen angehören. Der schichtweise Aufbau setzt sich aus mindestens zwei Werkstoffen verschiedener Werkstoffgruppen zusammen, die makroskopisch homogen, mikroskopisch jedoch quasihomogen oder heterogen sind [36]. Gemäß des DGM-Fachausschusses „Hybride Werkstoffe" wurde im Jahre 2012 als Definition für einen hybriden Werkstoff die Vereinigung von zwei Werkstoffklassen, wie z. B. Kunststoff und Metall, zu einem Strukturwerkstoff festgelegt [37]. Nach Nestler [38] sind hybride Verbünde Materialsysteme, in denen Subsysteme in einer strukturellen und funktionellen Einheit als Gesamtlösung miteinander wirken. Somit stellen sie eine erweiterte Form der Integralbauweise dar, die aus unterschiedlichen Werkstoffen und Strukturelementen besteht. Zudem sind hybride Verbunde gekennzeichnet durch ein Interface.

Neben dem Ziel einer Gewichtsreduktion wird mit dem Einsatz von hybriden Werkstoffsystemen ein weiterer wichtiger Aspekt verfolgt: Die gezielte Kombination verschiedenartiger Werkstoffe ermöglicht die Nutzung von Synergieeffekten, d. h. das Ausschöpfen von Vorteilen und die Kompensierung von Nachteilen der Einzelkomponenten [20]. Durch den auf diese Weise erzeugten Werkstoffverbund werden Gesamteigenschaften erzielt, welche die individuellen Eigenschaften der Einzelkomponenten weit übertreffen [39, 40]. Ein besonders hohes Potential, um konsequenten Leichtbau mit hocheffizienten und flexiblen Fertigungstechnologien zu erreichen, bieten Kombinationen aus faserverstärkten Kunststoffen und Metallen [38].

Am Beispiel der in der vorliegenden Arbeit untersuchten hybriden Werkstoffkombination aus einem Kohlenstofffaserverbundwerkstoff mit duromerer Matrix und einer Stahl- bzw. Aluminiumkomponente lassen sich die resultierenden positiven Synergieeffekte gut veranschaulichen. Bevor genauer auf dieses Beispiel eingegangen wird, werden zunächst die Eigenschaften der verwendeten Einzelkomponenten näher betrachtet. Thematisiert werden die verstärkenden Fasern, insbesondere die Kohlenstofffasern, die verschiedenen (thermoplastischen und duromeren) Matrixsysteme, hier vorrangig die Eigenschaften von Epoxidharzen, sowie Faserverbundwerkstoffe. Zudem werden der häufig in der in der Auto mobil industrie verwendete mikrolegierte Stahl 1.0548 und die Aluminiumlegierung EN AW 6082, T6, vorgestellt.

Verstärkungsfasern

Grundsätzlich wird durch den Einsatz von verstärkenden Fasern, wie Glas-, Aramid-, Kohlenstofffasern o. ä., eine Festigkeitssteigerung des Verbundes erzielt. Diese Wirkung ist in den vier Paradoxa zur Festigkeitssteigerung faserverstärkter Verbundwerkstoffe definiert. Das 1. Paradoxon (des festen Werkstoffs) nach Zwicky [41] besagt, dass die experimentelle Festigkeit eines Werkstoffs kleiner ist als seine theoretisch berechnete. Das 2. Paradoxon (der Faserform) nach Griffith [42] ist eng mit dem ersten verknüpft. Es besagt, dass ein Werkstoff in Faserform eine signifikant höhere Festigkeit besitzt als in Kompaktform. Es gilt, je dünner die Fasern, desto größer ist ihre Festigkeit. Diese Eigenschaft wird vor allem durch im Werkstoff auftretende Fehler hervorgerufen. Je mehr Fehler der Werkstoff enthält, desto größer ist die Versagenswahrscheinlichkeit und je dicker die Faser, desto größer ist die Defektdichte. Das 3. Paradoxon (der freien Einspannlänge) besagt, dass die experimentelle Festigkeit der Faser abhängig ist von ihrer Einbettung in der Matrix. Je ganzheitlicher die Faser in die Matrix eingebettet ist, desto geringer ist die Wahrscheinlichkeit, dass Spannungsüberhöhungen auftreten, welche die Faser beschädigen könnten. Daher gilt, je kleiner die Einspannlänge, d. h. der Abstand zwischen zwei Kontaktpunkten der Fasern mit der Matrix, desto größer ist die experimentelle Festigkeit der Faser. Das 4. Paradoxon (der Verbundwerkstoffe) nach Slayter [43] beinhaltet, dass Verbundwerkstoff die Fähigkeit besitzen einwirkende Spannungen gesamtheitlich zu verteilen: Unter Zugbelastung in Faserrichtung kann die Matrix Belastungen aufnehmen, die ihre eigene Festigkeit weit übersteigen. Bei einem Verbundwerkstoff wird die Belastung primär von der stärkeren Komponente aufgenommen [20, 25, 38].

Die im Rahmen dieser Arbeit verwendeten Kohlenstofffasern, welche die mechanischen Eigenschaften eines Faserverbundkunststoffs maßgeblich beeinflussen, besitzen aufgrund der starken kovalenten Bindungen des Graphits in der Schichtebene eine sehr hohe Steifigkeit (200 GPa bis 600 GPa) und Festigkeit (1.400 MPa bis 7.000 MPa) bei gleichzeitig geringer Dichte (1,4 g/cm³ bis 2,2 g/cm³). Ihre Bruchdehnung ist mit 0,7 % bis 2,4 % vergleichsweise gering [38]. Die angegebenen Werte variieren je nach Typ, wobei in HT (High Tensile), LM (Low Modulus), IM (Intermediate Modulus), HM (High Modulus), UHM (Ultra High Modulus), HMS (High Modulus Strength) und UMS (Ultra Modulus Strength) unterschieden wird. Meist werden Varianten eingesetzt, die hochfest und/ oder hochmodulig sind. Ihre stark orthotropen, d. h. richtungsabhängigen, Eigenschaften ergeben sich aus den schwachen Van der Waals-Bindungen zwischen den Schichtebenen. Neben herausragenden mechanischen Eigenschaften besitzen sie eine hohe Chemikalien- und Temperaturbeständigkeit, eine sehr gute Biokompatibilität, einen negativen thermischen Ausdehnungskoeffizienten in Faserrichtung und eine gute elektrische Leitfähigkeit. Kohlenstofffasern bieten aufgrund ihrer mechanischen Eigenschaften ein besonders hohes Leichtbaupotential. Lediglich der sehr hohe Preis und ihr sehr sprödes Materialverhalten verhindert einen breiten Einsatz in der Industrie. In flächigen Bauteilen werden häufig textile Faserhalbzeuge, z. B. Gelege, Gewebe oder Geflechte, eingesetzt [20, 38, 44].

Matrixsysteme

In Faserverbundkunststoffen werden hauptsächlich thermoplastische oder duromere Matrixsysteme eingesetzt. Thermoplaste setzen sich aus einer Vielzahl an Makromolekülen zusammen. Diese bestehen aus einer Aneinanderreihung von gleich- oder verschiedenartigen Monomereinheiten. Als sekundäre Bindungskräfte zwischen den Polymerketten treten vor allem Wasserstoffbrückenbindungen, Dispersions-, Dipol- und/oder Induktionskräfte auf. Thermoplaste sind schmelzbar, da ihre Ketten bei Erwärmung sehr beweglich werden und aneinander abgleiten können. Dieser Vorgang ist, obwohl die Polymerketten dadurch thermisch geschädigt werden, mehrfach wiederholbar. Zudem werden Thermoplaste bei Erwärmung so weich, dass sie sich leicht umformen lassen. Im Bereich der Schmelztemperatur sind Thermoplaste i. d. R. teilkristallin, oberhalb der Glasübergangstemperatur amorph. Insgesamt sind sie sehr duktil und besitzen eine geringe bis mittlere Zugfestigkeit sowie Steifigkeit. Im Vergleich zu den Duromeren nehmen sie kaum Wasser auf, sind jedoch quellbar und neigen zum Kriechen. Des Weiteren ist ihre Verarbeitungszeit relativ kurz und ihre Viskosität relativ hoch, woraus eine schlechte Faserbenetzung resultiert. Duromere basieren auf einem Netzwerk von Grundharz- und Vernetzermolekülen. Bei Polykondensaten¹ sind Einschlüsse aus Spaltprodukten im Harz enthalten. Das erzeugte Makromolekül wird durch primäre Bindungskräfte, d. h. eine Atombindung, zusammengehalten. Durch die im Vergleich zu sekundären Bindungskräften wie Wasserstoffbrückenbindungen wesentlich stärkere Bindungskraft, sind Duromere nicht in Lösungsmitteln löslich und weisen eine im Vergleich zu den Thermoplasten wesentlich höhere Festigkeit auf. Dafür besitzen sie eine relativ geringe Bruchdehnung und können nur bedingt verformt werden. Duromere sind nicht schmelzbar und zerfallen mit Überschreiten der Zersetzungstemperatur (Pyrolyse). Duromere werden in Harzgruppen unterteilt, wobei die Reaktionsharze die wichtigste Gruppe darstellen. Bei diesen handelt es sich um flüssige oder verflüssigbare Harzpräpolymere, die selbstständig oder unter dem Zusatz von Reaktionsmitteln wie Härtern oder Beschleunigern ohne die Abspaltung von flüchtigen Komponenten durch Polyaddition² bzw. Polymerisation³ härten [38, 45].

Zu den beschrieben Reaktionsharzen gehören die im Rahmen dieser Arbeit verwendete Epoxidharze (EP). Ihre Herstellung erfolgt in mehreren Schritten. Die Basis besteht aus Epichlorhydrin und Phenolen, z. B. Bisphenol A. Um die Aushärtung herbeizuführen werden Amine, welche Endgruppen des EP-Harzpräpolymers öffnen, zugeführt. Die Vernetzung erfolgt anschließend nach dem Prinzip der Additionspolymerisation zwischen den Epoxidgruppen [46]. Im Vergleich zu Thermoplasten besitzen Duromere eine größere statische Festigkeit und Schlagfestigkeit, eine geringere Kriechneigung, eine hohe Temperatur- und Chemikalienbeständigkeit sowie eine geringe Quellneigung, eine niedrige Verarbeitungsviskosität und sehr gute Hafteigenschaften. Negativ fallen eine bedingte Recyclebarkeit, eine ebenfalls hohe Neigung zur Wasseraufnahme sowie längere Zykluszeiten auf [38].

Faserverbundkunststoffe

Durch den Einsatz von Faserverbundkunststoffen ergeben sich zahlreiche Vorteile in Bezug auf die gewichtsspezifische Festigkeit und Steifigkeit, die große Geometriefreiheit, die gewichtsspezifische Energieaufnahme, die Korrosionsbeständigkeit und die Dämpfung [47]. Zudem ermöglichen sie durch die Wahl der Faserorientierung eine gezielte Ausnutzung der Anisotropie. Das Versagen tritt in der Regel stufenweise ein [38]. Des Weiteren weisen sie, vor allem in Verbindung mit einer duromeren Matrix, eine hohe Schwingfestigkeit und ein günstiges Crashverhalten auf [20]. Die Substitution von Metallen durch insbesondere Kohlenstofffaserverbundkunststoffe kann im Karosseriebereich eine Gewichtseinsparung von bis zu 50 % ermöglichen, sodass der Einsatz von CFK ein sehr hohes Leichtbaupotential bietet. Jedoch bleibt eine breite Anwendung aufgrund der hohen Werkstoff- und Fertigungskosten sowie einer komplizierten Integrationsfähigkeit in bestehende Prozesse [6] und einer schwierigen Qualitätssicherung [48] bisher verwehrt.

Metallische Werkstoffe

Um Gewicht einzusparen werden vielfach höchstfeste Stähle und Aluminiumlegierungen eingesetzt [6]. Aber auch Magnesium findet z. B. im Bereich des Sitz- oder Türrahmens Anwendung [48]. Im Bereich festigkeitsrelevanter Bauteile, wie dem Längsträger oder der B-Säule, werden höherfeste oder ultrahochfeste Stähle eingesetzt. Eine typische Stahllegierung im Karosseriebau ist der mikrolegierte Feinkornstahl 1.0548. Dieser weist eine Streckgrenze von ca. 390 MPa, eine Zugfestigkeit von ca. 470 MPa und eine Bruchdehnung von 25 % bis 30 % auf. Zudem besitzt er eine hohe Kaltumformbarkeit [44, 48, 48]. Nichtfestigkeitsrelevante Bauteile, wie Heckklappen oder Motorhauben, werden häufig aus Aluminium gefertigt. Vielfach werden Aluminium-Legierungen aus der 6.000er oder 7.000er Reihe verwendet [44]. Die Aluminium-Magnesium-Silizium-Legierung AlSi1 MgMn EN AW 6082 gehört zu den am häufigsten eingesetzten aushärtbaren Aluminiumknetlegierungen [49]. Neben einer guten Kaltumformbarkeit und einer sehr guten Korrosionsbeständigkeit weist sie nach entsprechender Aushärtung (hier T6) zudem relativ