Effekt av förbandsgeometri på fördelningen av skruvlasterna

Figur 25. Effekt av förbandsgeometri på fördelningen av skruvlasterna 4.5.6 Effekt av krypning Kallmeyer and Stephens [57] har tittat på krypegenskaperna i kvasiisotropa laminat både vid rumstemperatur och förhöjd temperatur. Provföremålen utsattes för statisk krypning med skruvar monterade finger tight och med 5.75 Nm vid temperaturerna 23 o C, 100 o C och 150 o C. Tre olika observationer gjordes, a) ovaliseringen var starkt påverkad av tiden b) en tydlig ökning av kryphastigheten och c) kortare tid till brott vid högre temperatur (se Figur 26). Vid högre klämkraft minskade ovaliseringen med en faktor på respektive 2 och 4. Figur 26. Ovalisering med tiden vid olika temperaturer 41

4.5.7 Effekt av friktion och nötning I skruvförband överförs en stor andel av lasten via friktion mellan skarvplattorna, vilket reducerar hålkanttrycket. För att avgöra hur stor del av lasten som kan överföras via friktion måste friktionskoefficienten (cof) bestämmas, vilket också är viktigt för numerisk modellering. Värdet på cof är en funktion av motstånd mot nötning, ytfriktion och cof mellan ytorna som är i kontakt vilket måste förstås. Friktionskoefficienten hos epoxi i kontakt med en metall är starkt temperaturberoende med ett maximum vid glastransitionstemperaturen, Tg. I glastillstånd så kan friktionen relateras till skjuvdeformation eller brott hos den polymera ytan. I övergångsregionen (från glastillstånd till gummitillstånd) mjuknar epoxin och fäster mot metallytan och friktionen hamnar i s.k. stick/slip process. I gummitillståndet skavs polymeren och deformeras av den glidande motytan. Även fiberriktningen påverkar cof. Matsunaga et al. [58] mätte cof hos typiska CFRP kompositer i kontakt med rostfritt stål under glidning. Friktionskoefficienten, cof, uppmättes till mellan 0.1 och 0.25, med ett maximum för 90 graders fibrer. Nötningsprocessen har visats bli påverkad av den relativa hastigheten mellan skarvplattorna då det glider och normalkraften mellan plattorna [59]. Vid nötning uppstår ofta ett lager av slippulver från kompositen mellan skarvplattorna. Schön [59] har undersökt förändringen i friktionskoefficient hos kolfiberlaminatet av HTA-6376, med en kvasiisotrop stackningssekvens i kontakt med en 3637-77 aluminium under ömsesidig glidning, se Figur 28. Före provningen så rengjordes ytorna med ultraljud i en blandning av vatten och alkohol i syfte att rensa bort allt fett och damm som kan påverka cof under de inledande cyklerna. Provningen genomfördes med styrd deformation i upp till 10 000 cykler. Under provningen hölls normalkraften konstant till ett värde på 5 kn. Friktionskoefficienten beräknades för varje cykel. Figur 27. Schematisk skiss av provuppsättningen med den mittersta plattan av komposit och de yttre av aluminium. Friktionskoefficienten som funktion av antal belastningscykler visas i Figur 29. Initialt ökar cof med antalet cykler och når ett maximalt värde varefter cof sjunker 42

och når ett konstant värde. Initialt var cof c:a 0.3 och ökade till 0.68 varefter det sjönk till strax under 0.4 vid slutet av provet. Figur 28. Friktionskoefficient som funktion av antalet lastcykler vid en normalkraft på 5 kn. Friktionskoefficienten visades vara oberoende av normalkraften som visas i Figur 29. Detta tyder på att cof är en materialkonstant, det bör dock påpekas att friktionskraften är en funktion av både cof och normalkraft varför en hög normalkraft är att föredra. Vad gäller nötningsmekanismer under provningen, så uppstod sprickor i fiber/matris interfacet och små delar av matris släppte från ytan på kompositen. Även enstaka fibrer eller grupper av fibrer bröts sönder från ytan och förorsakade intryckning i aluminiumytan. Pulvret som uppstod under nötning fastnade åter på kompositytan men inte på aluminiumet, se Figur 30. Figur 29. Friktionskoefficient som funktion av normalkraft. 43

Den effektiva friktionskoefficienten beräknades enligt där m är den effektiva cof, P är den totala normalkraften, ea och fa är cof hos respektive epoxi och kolfiber i kontakt med aluminium och P ea och P fa är lasten som bärs av respektive epoxi och fibrer i kontakt med aluminium. Koefficienterna ea och fa är förmodligen konstanta under provningen medan förändringen i effektiva cof antagligen beror på förändringar i förhållandet mellan lasterna som förs över via de två typerna av kontakt. Den initiala ökningen av cof beror antagligen på nötning med en ansamling av pulver mellan skarvplattorna. Yttersta ytan av laminatet är ren epoxi och initialt bärs all last av friktion mellan matris och aluminium. Vartefter epoxin nöts bort kommer större andel av lasten att överföras via friktion mellan fibrer och aluminium. Vid slutet av provningen uppstår glidning mellan ett lager av nötningspulver och aluminium. Studier i ett svepelektronmikroskop visade att fibrer brutits av och slipats till ett pulver som sedan fastnade på kompositytan. När friktionskoefficienten under provningen stabiliserades så har antagligen största delen av ytan ett lager av slippulver mellan skarvplattorna vilket avgör storleken på cof. Figur 30. Kompositytan före provning med lite slippulver (a) brustna fibrer på den nötta ytan med slippulver som fastnat (b) och aluminiumytan med spår av intryckning (c). Förband med skarvplattor av enbart komposit uppträder på samma sätt som komposit/aluminium interface [59]. Friktionskoefficienten ökar inledningsvis och avtar sedan sakta. Den initiala ökningen beror antagligen på nötning. För 44

komposit/aluminium förband är både den initiala och den maximala cof lägre än för komposit/komposit förband. Friktion mellan bricka och laminat har också mätts upp [62]. Brickor av både kompositmaterial och rostfritt stål inkluderades i studien. Med stålbrickan uppmätte cof till 0.1 medan för kompositbrickan erhölls 0.36. Draghållfastheten studerades, men för friktionskoefficienter mellan 0.1 och 0.36 fann man ingen inverkan på hållfastheten, se Figur 31. Det bör dock noteras att brickan genom friktion har möjlighet att avlasta spänningskoncentrationerna runt hålet vilket skulle kunna leda till högre brottlast. Figur 31. Friktionens inverkan på draghållfastheten. Friktion påverkar lastfördelningen mellan skruvarna och kan reducera hålkanttrycket, skjuvkrafterna i skruven samt de höga lasterna som verkar på yttersta skruvarna i ändarna. För det mesta ignoreras dock friktionen i syfte att erhålla en konservativ konstruktion eftersom friktionskraften beror på klämkraften i förbandet (åtdragningsmoment) vilket inte kan garanteras för förbandets livslängd. 4.5.8 Effekt av klämkraft Klämkraften är viktig för förbandets funktion eftersom den förhindrar initiering och tillväxt av delamineringar. Klämkraften som erhålls genom åtdragningsmoment, eller för vissa kritiska förband genom åtdragning med en viss vinkel, kan öka tåligheten mot hålkantkross, se Figur 32, upp till en maximal nivå. Däremot är det viktigt att komma ihåg att utmattningslaster eller krypning kan reducera klämkraften signifikant. Brickor kan antagligen förhindra splitting av laminatet p.g.a. hålkanttryck men för hårt dragna skruvar kan antagligen skada laminatet genom att brickan pressas in i laminatet. 45

Figur 32. Åtdragningsmomentets effekt på motståndet mot hålkantkross. 4.5.9 Effekt av typ av skruv Det ställs speciella krav vid val av typ av skruv till förband där skarvplattor av komposit ingår. Det finns speciella skruvar att tillgå för denna typ av förband. Typ av fästelement beror på fibertyp, håldiameter och läge av hålet, borrning samt installation och inspektion av fästelementet. I Tabell 2 redovisas olika effekter som måste beaktas vid val av fästelement. Av Tabell 2 framgår att man vid konstruktion måste beakta att (a) laminat kan inte omfördela lasterna genom plastisk deformation och (b) kompositer skadas lättare vid borrning och installation av fästelementet. Tabell 2. Aspekter som måste beaktas vid konstruktion. På grund av interlaminär skjuvning mellan skikten i en komposit kommer skruven lättare att utsättas för böjning än i metalliska förband. Hög styvhet och draghållfasthet hos fästelementet är därför att föredra. Böjning av skruven introducerar högre reaktionskrafter på skruvskallen, vilket kräver större noggrannhet vid val av geometri på skruvskallen[57].. 46

Figur 33. Jämförelse av böjstyvhet hos en gängad skruv och en med blind fastener. Kompositer är känsliga för höga hålkanttryck. Därför skall fästelement ha så stor yta som möjligt som kan initiera hålkanttryck. Försänkta skruvskallar med vinkel mellan 100 och 130 används flitigt inom flygindustrin Figur 33. Figur 34. Försänkta skruvar med olika geometri. Försänkta skruvar ger ett mer ojämnt hålkanttryck än vanliga skruvar vilka är att föredra i syfte att minska risken för pull-through. Ett krav på försänkta skruvar är att den cylindriska delen bör vara minst 30 % av laminattjockleken. Om spelet mellan skruv och hål är 0 tycks hög klämkraft vara av godo för förbandets hållfasthet. Klämkraften måste dock spridas ut över en större yta genom att brickor används så att tryckhållfastheten hos matrisen inte överskrids. Figur 35 visar hållfastheten hos ett förband beroende på storleken på brickan som används. Det framgår tydligt att hållfastheten i förbandet ökar kraftigt genom att en bricka används. Inverkan på hållfastheten är störst då förhållandet mellan bricka och håldiameter (d W /d) är mindre än tre (3). Storleken på brickan blir dock oviktig då (d W /d) är större än fyra (4). 47

Figur 35. Effekt av storlek på brickan på hållfastheten hos förband som brustit i dragbrott (net-tension). 48

5 Limning av multimaterialförband I detta kapitel belyses effekterna som kan uppkomma vid limning av olika material till varandra, och de termiska effekterna är i fokus. Allmänna limningsrekommendationer ingår inte. 5.1 Möjligheter och förutsättningar för limning Limning ger möjlighet till fogförband med blandade material, ökad hållfasthet och lång livslängd. Dessutom fås täta och snygga förband utan håltagning. Limning kan, om så önskas, göras vid rumstemperatur. Limning kan också ske enkelsidigt, med enbart tillgång till en yta. Limning kan också användas i syfte att täta och ge möjlighet till galvanisk separation liksom dämpning av ljud och vibrationer. Vid belastning får mekaniska förband såsom punktsvetsning, nitning och clinchning (stuknitning) en kraftfördelning som är punktvis. Ett limförband som bär last över hela den limmade ytan får en jämnare kraftfördelning. Hållfastheten, styvheten och energiupptagningen kan därmed bli högre för ett korrekt dimensionerat förband. Limningens fördelar är: - Olika materialslag kan kombineras i samma produkt - Fogen är kontinuerlig - Starka och styva konstruktioner - Jämn spänningsfördelning utan lokala hot spots - Friare val av konstruktionsmaterial - Detaljer med stora dimensionsskillnader kan fogas - Goda utmattningsegenskaper - Kan göras vid rumstemperatur, olika möjligheter för uthärdning - Finish ytor och utan håltagning - Enkelsidig åtkomlighet - Ljud- och vibrationsdämpning - Avisolerar för korrosion - Tätning och fogning i ett steg - Kombinerbar med andra fogmetoder - Lätt att automatisera. Limningens nackdelar är: - Känslighet för belastningsmod I, fläkning och klyvning - Ytbehandlingsbehov, renhet, vätning, vidhäftning, korrosion - Fixeringsbehov under uthärdning, begränsade hanteringsmöjligheter - Högtemperatur egenskaper kan vara en begränsning - Svårighet till kvalitetssäkring - Arbetsmiljö (speciellt för härdande lim) - Utbildningsbehov - Demontering kan vara svårt. En hög hållfasthet fås också om man kombinerar limning i ett kombinationsförband med t ex clinchning eller punktsvetsning. Detta är i det närmaste likvärdigt med limning ensamt. 49

Kvalitetssäkringen av en limfog kan vara svår eftersom limningen kräver vissa förutsättningar för att tillförlitligt kunna fullgöra sin funktion. Ytan som skall limmas måste vara ren, det vill säga helt fri från fett, smuts, salter och annan kontaminering. Ytan som skall limmas måste ha en ytspänning som är högre än det lim som används. Detta för att limmet skall väta ytan och komma så nära att specifik (kemisk) adhesion kan uppstå. Polyolefiner och andra feta plaster har en låg ytspänning. Dessa kan bara limmas efter en ytomvandling som ökar ytspänningen. Limmet måste också vidhäfta till ytan, det måste ske en kemisk interaktion mellan ytan och limmet. Denna interaktion ska normalt också vara stabil i fuktig miljö. För detta kan det krävas någon form av förbehandling av ytantill exempel stabilisering av en oxid. Förbehandlingen kan också innebära en avverkning av ytskikt för att reducera risken för korrosion. Processerna är olika för olika material. 5.2 Konceptlösning, komplett limsystem Sammanfogningen ingår i det koncept som valts för att tillverka produkten. När en konstruktör väljer att en produkt ska limmas väljer hon inte enbart ett lim, utan ett helt limsystem och dess förutsättningar. Detta inkluderar mekaniska egenskaper, ytbehandling, härdförfarande, appliceringsteknik, foggeometri, kvalitetssäkring och livslängd vid användning i aktuell miljö. Att verifiera att ett limsystem verkligen fungerar med den livslängd som avses är ett mycket omfattande arbete. Egenskaperna hos ett lim är alltid en kompromiss mellan olika egenskaper när ett limsystem väl blivit godkänt är det svårt att ändra någon egenskap utan att också andra förändras. Vanligtvis är det endast ett begränsat antal limsystem som klarar de nödvändiga momenten i kvalificeringsprovningen. Produkten måste dimensioneras med de mekaniska egenskaper de godkända limsystemen har. För att produktegenskaperna ska kunna beräknas behövs materialdata och simuleringsmodeller. Modellering av brott i limfogar är svårt och tillgängligheten på relevant materialdata är begränsad. Olika material kan utvidga sig olika vid temperaturväxlingar, därför kan också multimaterialfogars egenskaper vara en funktion av både produktens och fogens geometri och därmed blir fogens verkliga egenskaper först kända i dimensioneringsfasen. Förmågan till virtuell verifiering av limförbandsegenskaper blir därför allt viktigare i framtiden. 5.3 Dimensioneringskriteria 5.3.1 Belastningsfall/belastningsmoder En limfog fungerar oftast mycket bra om den belastas i skjuvning eller kompression, det vill säga belastning i mod II och mod III. Även vid ett rent och jämt belastat drag kan den lastbärande förmågan vara betydande, men vanligtvis blir belastningen någon form av klyvning längs en zon av limfogens rand, det vill säga i belastningsmod I. Om dessutom de limmade materialen böjer sig eller plastiskt deformeras blir påkänningen mycket hög i form av en linjelast längs 50

randen, fläkning. Fläk- och klyvbelastade limfogar bör undvikas i konstruktionsarbetet. 5.3.2 Styvhet Styvhet är vanligtvis en primär produktegenskap som man dimensionerar för. Normalt är limmet betydligt svagare och mer elastiskt än de material som ska fogas. Lim bidrar ändå starkt till styvheten när materialet är tunnväggigt och limmet binder samman fogarna över stora ytor. Styvhet i produkten skapas vanligen genom att ge tunnväggiga balkar stora tvärsnitt. Ofta talar man om strukturell limning när limfogen är tunn och limmet relativt styvt och starkt. När materialen som ska fogas blir tjocka och starka kan man använda avsmalnande materialtjocklekar i fogen för att bättre fördela spänning och töjning. Ett annat sätt är att använda elastiskt lim i en relativt tjock limfog. Det är viktigt att hela limfogytan utnyttjas för att bära lasten om inte fogen ska bli svag. Detta resulterar i att förbandet med ett elastiskt lim inte heller blir särskilt styvt i sig. Glasrutorna till en bil är exempel där tjock limning med ett elastiskt lim ger lokalt flexibla fogar men där limningen av glasen som krysstag i fönsteröppningarna klart bidrar till hela bilkarossens styvhet, i storleksordningen 20 %. 5.3.3 Utmattning En limfog är normalt styvare än punktsammanfogade förband. Lasterna fördelas över en stor fogyta vilket gör att de lokala påkänningarna också blir relativt små. Limfogen och materialet i direkt anslutning är vanligtvis tjockare än omkringliggande material, vilket ytterligare minskar risken för höga lastnivåer och deformation i själva limförbandet. Generellt sett så har limfogar därmed en mycket hög utmattningshållfasthet. Om en fog där tjockleken ökar mot överlappsändan, eller där det är ett överskott (fillet) av lim utanför fogen, jämförs med en limfog som är underfylld så kan lasten för sprickinitiering vara en hel magnitud högre. Ändå är utmattningshållfastheten hos ett limförband sällan ett problem, dock kan miljöbelastning och dålig vidhäftning i kombination med utmattning orsaka problem för ett limförband. Generellt brukar utmattningsprover (wöhlerkurvor) på limförband och andra polymera system visa på att utmattningsgränsen ligger i storleksordningen 20-25 % av maxlasten. Visserligen är de termiska lastcyklerna vanligtvis betydligt färre till antalet i jämförelse med mekaniska, men det är troligt att den praktiska användningstemperaturen som dessa fogar klarar vid långvarig användning är betydligt lägre än den temperatur som initierar brott i fogarna vid en enstaka lastcykel. 5.3.4 Slag Hur bra slagegenskaper ett lim än har så är energiupptagningen i limfogen bara en bråkdel av vad som normalt kan upptas i basmaterialen. Limmets funktion är att ha tillräckligt bra slagseghetsegenskaper så att limfogen hålls intakt (förhindrar initierande buckling av tunna materialsektioner) samtidigt som deformationen i basmaterialet triggas igång på de ställen som produkten har designats för. Limmet har en stor fördel av att lasten fördelas över en stor yta. 51

5.3.5 Miljöexponering Helt avgörande för en limfogs dimensionering är att den har en god vidhäftning till underlagen och att denna vidhäftning kvarstår under de påkänningar som fogen utsätts för under användning. När egenskaperna för ett komplett limsystem har provats och verifierats kvarstår ofta bara något enstaka lim. Dimensioneringen får därför vanligtvis göras utifrån detta lims egenskaper. 5.4 Termiska effekter vid limning av multimaterial När ett lim skall sammanfoga två olika material i sammansatta produkter kan produktens geometri tillsammans med skillnaden i termisk utvidgning och växlande temperaturer orsaka tilläggslaster på limfogen. Tilläggslasterna reducerar fogens normala lastbärande förmåga. Förutom materialens olikhet i längdutvidgning beror storleken på dessa tilläggslaster och deformationer på både limfogens och produktens globala geometri. För en dålig/felaktig designad produkt kan temperaturväxlingarna kraftigt reducera lastkapaciteten eller t o m orsaka brott i limfogen. Det kan både vara limbulken eller vidhäftningen till något av materialen som inte tål påkänningarna. Även substratbrott i kompositmaterial kan förekomma och då huvudsakligen i matrismaterial med liten eller ingen fiberarmering. Figur 36 Resultatet av utvidgning av stål och aluminium i ett limförband. Längdutvidgningskoefficient [ C-1 ]är för aluminium 24 10-6 C -1 och för Stål 12 10-6 C -1. Om balken är 1 m lång och upphettas med T=160 C så blir skillnaden i längd 1,9 mm [27], [82]. För att kunna dimensionera behövs dels en simuleringsteknik som kan uppskatta dessa termiskt inducerade tilläggsdeformationer/laster i strukturen som funktion av konstruktionens geometri, dels materialdata på lim och kunskap om vad limsystemen tål av last utan att permanent degraderas. För att kunna ta upp de deformationer som uppkommer av temperaturväxlingar måste limfogarna ha en viss elasticitet och tjocklek. Produktens och fogens geometri samt limmets flexibilitet är avgörande för hur omfattande problemen med plasticering, spricktillväxt eller kvarvarande deformationer blir. Den termiska lastbilden blir unik för varje enskild konstruktion i multimaterial. Om produkten har en liten geometrisk utsträckning på fogen är det oftast inget problem med de deformationer som en temperaturcykel ger upphov till. I de fall då provning görs på små limförband bortfaller i stort effekterna av termiska tilläggslaster. 52

Men om fogen är lång måste det ske en elastisk deformation i själva produkten eller i limmet om inte kvarstående geometriförändringar ska inträffa. Blir fogen riktigt lång måste den kanske delas upp i separata sektioner. De mekaniska egenskaperna för ett lim förändrar sig med temperaturen och förändringen är speciellt tydligt runt glastranssitiontemperaturen, T g. Med stigande temperatur faller styvheten och styrkan i limmet men samtidigt ökar brottförlängningen. Även kompositmaterial har ett kraftigt temperaturberoende som måste tas i beaktande, det vill säga egenskaperna kommer att tydligt förändras i brukstemperaturintervallet. Vid hög temperatur mjuknar både lim och kompositmatrisen. Både kryp- och plastisk deformation kan uppstå, kanske tillsammans med en efterhärdning, som leder till en kvarvarande geometriförändring efter avsvalning. Kompositkomponentens utvidgningsegenskaper bestäms av de ingående fiberriktningarna. Fibern i en riktning dominerar egenskaperna i denna riktning medan matrisens egenskaper huvudsakligen bestämmer egenskaperna i riktningen tvärs fibrerna, även om fibervolymhalten har en reducerande effekt. Glasfiber har ungefär halva stålets temperaturutvidgning medan kolfibrer i det närmaste inte har någon termisk utvidgning alls (den kan t o m vara negativ). Matrismaterialet har ofta en längdutvidgning ca 5 gånger stålet eller högre, vilket innebär att lim och matrismaterial ofta ligger i samma storleksordning av längdutvidgning. Kompositlaminatets komposition har stor betydelse för produktens värmeutvidgnings egenskaper. Även riktningen på det yttersta lagret av fiber kan ha betydelse. För att få bästa möjliga styrka i en fog mellan stål och komposit och därmed den mest robusta limningen är rekommendationen att lägga en 45 gradig fiberriktning närmast limmet. Ligger fibern längsgående i fogens riktning maximeras spänningsgradienten över limfogen och ligger yttersta fibern tvärs fogens riktning är risken stor för substrat brott i matrisen om limmet är starkt. 5.5 Val av limtyp för multimaterial På samma sätt som för all annan limning så måste limsystemet för multimaterialfogning uppfylla en mängd processrelaterade krav för att kvalificera till applikationen bland annat ytbehandling, vidhäftning och appliceringsmetod. För dessa aspekter hänvisas till referens [83]. Vid limning talas ofta om konstruktionslimning eller strukturell limning, vilket normalt syftar till så starka lim och fogar som möjligt. Vanligtvis blir fogen starkare ju tunnare limmet är. Dessa fogar har därmed liten förmåga att deformera sig vid till exempel temperaturutvidgning. Vid sammanlimning av olika material behövs elastisk limning där ett flexiblare lim kan deformeras i en fog med definierad tjocklek. Limfogen kan fortfarande bära stor last eftersom deformationen möjliggör spridning av spänningarna över en stor del av fogytan. Det är inga klara definitioner mellan strukturell och elastisk limning. Tidigare var ett traditionellt konstruktionslim typiskt ett epoxilim med 1 2 % brottöjning medan de riktigt elastiska limmen med 100 % brottöjning dominerades av polyuretaner och silikoner. Idag kan många olika polymerteknologier kombineras så att lim kan erbjudas med alla möjliga olika styvhet/styrka karaktäristiker i hela spannet däremellan. 53

Ett lim har vanligtvis en klart lägre E-modul än materialen/adherenterna som skall limmas samman. Detta gäller även för de starka strukturella limmen. Det innebär rent generellt att limning är en mycket effektiv sammanfogningsmetod då adheranderna är tunnväggiga, medan limmet däremot snabbt blir den svagaste länken då adheranderna blir tjockare. Kan de olika materialen som skall sammanfogas matchas med likvärdiga utvidgningsegenskaper eller om fogarna har en begränsad storlek kan lim med strukturella egenskaper med fördel användas. Styvheten samt elastisk och plastisk brottförlängning hos ett lim måste avvägas mot funktionen i den specifika produktens applikationer. Vid elastisk fogning tillkommer krav på att kontrollera fogens tjocklek. Detta måste beaktas vid produktutformning, applicering och vid eventuell fixturering. Detta kan medföra begränsningar för att kombinera limningen med andra fogmetoder. Vid normal användning måste limmet arbeta i sitt elastiska område. Limmet måste också ha acceptabla egenskaper i hela temperaturintervallet för användning. Vid temperaturer nära limpolymerernas T g, glastransissionstemperaturen, kan egenskaperna kraftigt förändras redan vid små temperaturskillnader. T g bestäms av den kemiska basen i limmet. Epoxilim har ett relativt högt T g och därmed goda högtemperaturegenskaper och samtidigt är också limmet styvt och har begränsad deformations tålighet. Polyuretaner har vanligtvis sitt T g under normal brukstemperatur och är då ständigt relativt elastiska. 5.6 Produktionsteknik, fixturering och limhärdning För värmehärdande lim kan härdtemperaturen vara betydligt högre än användningstemperaturen. När olika material sammanfogas kan deformationerna bli större vid en högre temperatur. Om temperaturen ger en temporär deformation i komponenten när limmet tvärbinder så kommer avsvalningen av produkten att resultera i kvarvarande spänningar i limfogen och möjligtvis en deformerad produkt. Eventuellt kan kryp eller relaxation ske i limmet, vilket är avhängigt limmets kemi och egenskaper. Vid härdning minskar också limmets volym något på grund av att tvärbindningen ger ett kemiskt krymp. Om limfogen då är förhindrad att dra sig samman i fogens tjockleksriktning kan kvalitén på limfogen påverkas negativt med sprickor, luftinneslutningar, vidhäftningsförlust, eller så kallade kissing bonds. Vid avsvalning krymper material också. Lim krymper då vanligtvis mer än metaller och de flesta kompositmaterial. Shimsning eller distanser som håller en definierad fogtjocklek får därför inte vara alltför styva och stumma så att fogens sammandragning förhindras. För limfilmer används ofta ett nylonnät som tillåter en viss deformation. Den elastiska fogen behöver ha en viss definierad fogtjocklek, vilket försvårar en momentan fixering med en mekanisk fogmetod, då många mekaniska fogmetoder pressar ihop fogen och limmet tills materialen kommer i kontakt. Ett sätt att lösa detta är att i en av komponenterna lägga lokala punkter, steg, där materialen som fogas samman kan komma i kontakt med varandra. I dessa lokala punkter kan mekaniska fogtekniker användas för fixering eller för att tillföra fogen hållfasthetsegenskaper. Den mekaniska förankringen blir gärna mycket styvare än 54

den elastiska fogen. Denna lastfördelning kan vara tveksam och varje specifik produkt måste därför analyseras utifrån dess egenskaper. Tvåkomponentslim som först har fått härda vid rumstemperatur kan efterhärdas vid en förhöjd temperatur för att uthärdningen skall bli fullständig eller för att passa in i ett processflöde. På samma sätt som för värmehärdande lim kan även här limfogen utsättas för stora laster och deformationer under ugnspassagen. 5.7 Provning och verifiering av limmade förband Kombinerandet av olika material ökar risken för att generera skador i fogen under tillverkningen. Det finns därför ett stort behov av att kontrollera utfallet med hjälp av oförstörande provning. Vanligtvis är provningen komplicerad och dyrbar att genomföra. Ultraljud finns i många varianter och är ofta den mest gångbara metoden för att se skador i lim och kompositmaterial. Utvecklingen går mot enklare utrustningar med torrkoppling. Akustisk emission, AE, är ett användbart verktyg för att i realtid påvisa skadeuppkomst i fogar mellan metall och komposit som utsätts för belastning i form av temperatur växlingar. Mätutrustningen kan uppfatta sprickbildning i limmet trots kraftig mjukning av limmet vid hög temperatur. Metoden är mycket känslig och det mest användbara är att den ger en klar indikation om när skadeinitieringen påbörjas. Signalbehandlingen och att förstå själva händelseförloppet under skadetillväxten är betydligt svårare. En stor fördel är att AE kan påvisa skador tidigare än alla andra oförstörande provningsmetoder. 5.8 Beräkningsteknik och simulering Att simulera en limfog kan görs dels med analytiska modeller och dels med hjälp av FE-program. Detta avsnitt fokuserar på FE-modellering. En av fördelarna med att använda FE-modellering är att den tillåter analys av geometriskt komplicerade fogar som belastas på många olika sätt, medan analytiska modeller ofta är begränsade till väldigt förenklade geometrier och laster [84]. Det finns ett antal olika materialmodeller att välja mellan vid FE-modellering. Valet beror på dels vad syftet med modelleringen är och dels på vilken storleksskala problemet har. I Figur 37 ses en översikt av olika materialmodeller och vad de kan användas till. 55

Figur 37 Översikt av vilka materialmodeller som är lämpliga för vilken typ av analys. För styvhetsmodellering kan en grupp materialmodeller som bygger på att limmet anses vara ett kontinuum användas. Till denna grupp hör linjär-elastiska, hyperelastiska och elastisk-plastiska materialmodeller, där de två sistnämnda uppvisar ickelinjära spänning-töjningssamband. Är man även intresserad av t.ex. krypning i materialet kan även viskoelastiska materialmodeller adderas. Nackdelen med att använda kontinuumbaserade materialmodeller är att spännings- och töjningsmåtten ofta blir singulära där brott gärna uppstår såsom vid skarpa hörn. Detta gör det svårt att definiera ett brottkriterium som fungerar [85]. För brottanalyser av limfogar bör därför en kohesiv materialmodell användas. Finns den kohesiva lagen tillgänglig kan den även användas till styvhetsmodellering. Den kohesiva materialmodellen bygger på ett spänningsförskjutningssamband där en skada initieras vid en viss spänning. Skadan ökar i omfattning enligt en kohesiv lag som bygger på mängden energi limmet kan ta upp innan det går sönder helt. Spänningskoncentrationer undviks tack vare att en zon med skadat material med degraderade mekaniska egenskaper föregår sprickspetsen. I en stor global modell bör man använda enbart kohesiva element för att beräkna limfogars styvhet och hållfasthet såsom bilen i Figur 37. I en lokal modell av t.ex. en provstav så kan även kontinuumbaserade element med elastisk eller elastiskplastiska materialmodeller användas på båda sidor om de kohesiva elementen. I det generella fallet så kan energi frigöras i limfogen via både spricktillväxt och genom plastiska töjningar. Därför ger i detta fall de kohesiva elementen brottegenskaperna medan kontinuumelementen kan föra in plasticitet (något som inte är inkluderat i de kohesiva lagarna). Notera att kohesiva materialmodeller fungerar sämre för flexibla och mjuka lim. Att simulera limfogar är ett komplicerat ämne. Svårigheten att utföra bra simuleringar ligger bland annat i bristen på relevanta materialdata, vilket ibland kan vara det största hindret för en lyckad simulering. Denna brist härhör till stor 56

del på att lims egenskaper beror på många yttre omständigheter. Lim är en polymer och är därför viskoelastiskt [86]. För lim långt under glasomvandlingstemperaturen, T g, så är den viskoelastiska effekten liten, däremot när man närmar sig T g blir effekten större [86]. Förutom tid och temperatur är limmets egenskaper dessutom beroende av bl.a. töjningshastighet, luftfuktighet och fogtjocklek. Limleverantörerna är därför mycket sparsamma med att publicera materialdata och ofta fattas basal information såsom styvhet och Poissons tal (om man skulle vilja anta enklast möjliga linjärelastiska materialmodell). De materialmodeller som nämns i Figur 37 finns mer ingående beskrivna i en separat UFoH rapport [87] [86]som rekommenderas för den intresserade läsaren. Där finns även en sammanställning av de materialparametrar som är publicerade i de artiklar som ligger till grund för [87]. 57

6 Innovativa multimaterialförband Förutom de uppenbara metoderna att sammanfoga komposit och metall; skruvförband och limning, har det tagits fram ett antal innovativa lösningar som presenteras översiktligt i detta avsnitt. Några av dessa metoder har börjat introduceras i industriella tillämpningar, medan andra är betydligt yngre och ännu under utveckling. För många av dessa metoder saknas erfarenheter om prestanda för förbanden och det är därför svårt att ge rekommendationer om hur de bäst ska användas. Detta kapitel ska därför ses som informativt, ge en inblick i vad som är nytt och utvecklas. 6.1 Principer för att skapa komposit metallförband I princip kan man skapa förband mellan kompositer och metaller genom: Kemisk bindning (limförband) Mekanisk låsning (skruvförband, inlåsande eller inflätande tekniker) Värmande process (i detta fall termoplastkomposit som värms eller formas till metallen på olika sätt) Kombinationer av principerna ovan, tex mekanisk låsning av kompositdel och svetsning till metalldel. Det kan röra sig om både nya och anpassade fogningsmetoder för att åstadkomma dessa komposit-metallförband. Nedan beskrivs innovativa varianter av de mekaniskt låsande och värmande eller varmformande förbanden, samt kombinationer. En utförligare beskrivning finns i referens [88] (endast tillgänglig för projektparter i UFoH). 6.2 Mekaniskt låsande förband 6.2.1 Höghastighetsspikning Spikning (Bolzensetzen) är ett samlingsnamn för ett antal metoder. När utgångshastigheten är hög på spiken och denna även anpassats geometriskt kan man klara av att sammanfoga komposit-metallförband. RIVTAC är den metod som kommit längst i detta område. Tekniken har utvecklats av LWF Paderborn och Böllhof. En exempelapplikation inom automotive finns i nya Mercedes SL. I bilden nedan ses att spikskallen håller kompositen på plats och spikkroppen ger åtminstone skjuvlåsning i metallen, men i vissa fall kan en viss friktionssvetsning nås mellan spikkropp och metalldel. Spikkroppen kan även ha präglingar vilket bidrar till ökad låsningsförmåga. 58

Figur 38 Ett komposit-metallförband utfört med RIVTAC inom pågående projekt CoMet vid Centre for Joining & Structures, Swerea- KIMAB. 6.2.2 Spikes och metallinflätning Att förbereda metallytan för fogning till komposit genom att göra utstående piggar eller s.k. spikes är en möjlighet att få in förbandet ordentligt in i kompositen. Det finns flera metoder att skapa spikes, en intressant teknik är CMT, en MIG/MAG svetsmetod med noggrann styrning vilken medger fastsmältning av svetstråd till metallytan samt utmatning av tråd samtidigt som man med svetsström och robotrörelse värmer och drar av svetstråden kontrollerat en bit upp från infästningen. En rundad kula kan ges på toppen, vilket ökar fiberlåsningen. Sekvensen är att man skapar spikes på metallytan, trycker på fibermaterialet varefter polymeren tillsättes sist. Metalldelen kan därmed integreras i kompositen. a) b) Figur 39 a) En metallyta försedd med CMT-Spikes [89]. b) Enkel överlappsfog, spikes tillverkade genom friformning av titan i hypotesprojektet Hybridfoga. Ett annat sätt att skapa en integrerad metalldel i kompositen är att fransa ena sidan på metallplåten och fläta in denna i fibermaterialet, varefter polymeren tillsätts. Ytterligare ett sätt är att först förse metallen med metallöglor via en svets- eller lödprocess, varefter fibern flätas in och polymeren tillsätts. 59

6.2.3 Ingjutning Ytterligare ett sätt att integrera metall och komposit är att gjuta metallen runt kompositenvilket studerades i projektet Castcomp som leddes av Swerea SWECAST och Swerea SICOMP. Detta projekt hade som mål att utveckla möjligheten att tillverka hybridfogar genom att kombinera lättmetall (aluminiumoch magnesiumlegeringar) alternativt zink och polymerkomposit. I projektet kunde det visas att tillverkning av krympförband genom direkt pressgjutning av lättmetall på komposit är möjlig. Metoden är mycket snabb (< 1 min/detalj), och har potentialen att kunna eliminera en stor del av tillverkningskostnaden vid fogning metall/komposit. En viktig parameter vid direktgjutning av metall mot komposit är godstjockleken på metallen som övergjuts. Då metallen är betydligt varmare än polymerens degraderingstemperatur, blir det således viktigt att försöka minimera kompositens termiska degradering i kontaktytan. Detta gör att tunna godstjocklekar är fördelaktiga. Figur 40 Exempel på metallövergjutning genom pressgjutning i Castcomp. Andra möjligheter på tillverkning av integrerade fogar är exempelvis genom att gjuta in metall vid själva tillverkningen av kompositen. Detta kan ske genom inlägg av metall vid tillverkningen av pressformade eller pressgjutna kompositer, eller exempelvis genom lokal hybridisering genom interfoliering av metallskikt i ett laminat (se referens [90]). Det finns även möjlighet att integrera hela eller delar av metallstrukturer (och inte endast fästelement) vid komposittillverkningen, något som har studerats inom UFoH, Figur 41. 60

Komposit Fog Hybrix TM Figur 41 Exempel på tillverkning av integrerad fog genom ingjutning av metall vid tillverkning av komposit i UFoH 6.3 Värmande processer 6.3.1 FSW Friktionsformning och friktionssvetsning FSW är en friktionssvetsmetod som egentligen bara värmer och rör runt ett metalliskt material när det svetsas. Detta görs med ett speciellt verktyg som liknar en pinnfräs, men har annan geometri för att röra runt istället för att avverka material, samt en överdel (skuldra) som läggs ovanpå fogen för att skapa värme och underlätta formning och omrörning. När denna FSW metod anpassats kan den även åstadkomma ett förband mellan termoplastbaserad komposit och metall, Figur 42. Metoden är under utveckling och studeras inom KTH-XPRES. Förbandet skapas i princip så att metallen chippas och öppnar upp fransar och spår, i vilka den värmda termoplastkompositen trycks in. Slutresultatet blir en insmält eller intryckt komposit i metallen och en mekanisk låsning. Figur 42 Ett FSW-förband mellan aluminium och CF-komposit utfört inom XPRES. 61

6.3.2 Laser eller induktion som värmekälla Laserteknik har utvecklats i Japan och bygger på att en laserstråle värmer metallsidan i komposit-metallförbandet (termoplastkomposit används) varvid termoplastens yta smälter fast till metallen eller metallens oxid. Man kan nå hållfastheter i nivå med den svagare medlemmen i förbandet, men krav på noggrann fixturering samt långsam laserhastighet är begränsande. Tekniken utvecklas ännu. Samma principer gäller vid induktionsvärmning. 6.3.3 Ljusbågar som värmekälla I ett pågående hypotesprojekt som finansieras av Vinnova undersöks om ljusbågar kan göra samma jobb som laser- och induktionsutrustningar, men till lägre kostnad och högre hastighet (Densarc, vid Centre for Joining & Structures, Swerea-KIMAB). Figur 43 Ett termoplastkomposit-metallförband inom Densarc, Centre for Joining & Structures, Swerea-KIMAB. 6.4 Kombinationsmetoder 6.4.1 Friction element welding (FEW, FricRiv) FEW är en teknik som använder skruvskalle som låsning till kompositdel och nederdelen på skruven friktionssvetsas fast till metalldelen, se Figur 44. Den är relativt snabb och effektiv och har redan nått viss industriell implementering. FricRiv är en process som är mycket lik FEW. Fästelementet ser mer ut som en vanlig plåtskruv. Figur 44 Ett FEW-förband inom projekt CoMet vid Centre for Joining & Structures, Swerea-KIMAB. 62

6.4.2 Resistance element welding (REW) REW liknar FEW på ett sätt, men man svetsar fast fästelementet till metallen med en punktsvets och dessutom i en punktsvetsutrustning. Den kräver dock ett hålupptag i kompositen före sammanfogning. Figur 45 Tvärsnitt av REW-förband, från presentation av G. Meschut, University of Paderborn. 63

7 Håltagning i kompositmaterial Håltagning i kompositmaterial ställer speciella krav på håltagningsprocessen, eftersom kompositer som regel är svårbearbetade beroende på dess uppbyggnad och struktur. Kompositmaterial är ett stort område. Här beskrivs främst kolfiberbaserad komposit och håltagning genom borrning kring vilket en studie gjorts. Borrning i kolfiberförstärkt komposit renderar i stort slitage på verktyget från kolfibrerna. För att motstå alltför stor nötning på verktyget krävs det borr i hårdmetall med t.ex. diamantbeläggning. Detta bidrar till höga kostnaderna vid borrning i denna typ av kompositmaterial. Att välja rätt skärdata som lämpar sig både för plastens mjukhet och för de hårda nötande kolfibrerna är en utmaning. Hålkvaliteten blir också svårare att utvärdera eftersom borrning av materialet inte resulterar i några nämnvärda spånor utan snarare smulas sönder. Både hålkvalitet och spånformation skiftar dock något längs hålets periferi på grund av materialets anisotropi, det vill säga att fibrerna ligger i räta linjer i materialet och således skiftar fiberorienteringen hela tiden relativt skärriktningen då borret roteras. Här kan nämnas att det finns alternativ till håltagning med borr som exempelvis vattenjet, ultraljudsborrning eller orbitalborrning, dock till en väsentligt högre kostnad. Detta gör att håltagning med borrning får anses vara den metod som är mest intressant, samtidigt som andra metoder kan ses som viktiga komplement. 7.1 Skador som kan uppstå vid borrning Exempel på vanliga skador som kan uppstå vid borrning är delaminering, fransning och urflisning. En vanligt förekommande skada hos kompositer är delaminering som beror på materialets struktur. Under tillverkningsprocessen placeras fibrerna i plana lager parallellt med varandra inuti matrisen vilket innebär att det bildas skikt. Bindningen mellan dessa skikt är en svaghet i det annars starka materialet, vilket visar sig i form av att skikten lätt säras åt när materialet utsätts för borrning, se Figur 46. Detta fenomen kallas delaminering och är en konsekvens av borrets axialkraft som verkar vinkelrätt mot skiktytorna. Delaminering är ett allvarligt problem på grund av den oförutsägbarhet av hållfastheten som skapas när materialet delar sig. Dessutom gör det faktum att delaminering sker inuti materialet skadan svårare att upptäcka och undersöka. Delaminering sker oftast nära hålets in- och utgång då axialkraften är som störst. Storleken av axialkraften beror till största delen på tväreggen och matningen, därför kan risken för delaminering minskas med rätt borrgeometri rotationshastighet och matning. 64

Figur 46. Delaminering vid borrning. (a) borets ingång, (b) borrets utgång. Fransning är ett problem som innebär att kolfibrerna har en tendens att slitas loss från matrisen i kompositmaterialet under borrningen och i stället spreta ut där det inte borde finnas något material kvar, snarare än att avskiljas från resten av arbetsstycket. Fransning uppkommer ofta i kolfiberkomposit och andra material med enkelriktade fibrer längs ytan. Det är till största del fibrerna både på arbetsstyckets ovan- och undersida som orsakar problem, då borrkrafterna skalar av matrisen från kolfibrerna och griper tag i dessa istället för att skära av dem. Fransning vid hålets ingång kan bero på att matningen är för låg, medan fransning vid hålets utgång oftast är ett tecken på för hög matning. I Figur 47 Fel! Hittar inte referenskälla.visas exempel på fransning vid hålets undersida. Figur 47. Fransning vid hålets undersida. När delar av materialet som inte ska borras lossnar från hålkanten under borrning blir det en skada som kallas urflisning, se Figur 48. Urflisning kan också innebära att material som ska borras inte lossnar utan sitter kvar som restmaterial inuti hålet. Detta kan ske hos kompositmaterial där två material med olika egenskaper satts ihop. Urflisning har en tendens att ske runt utstickande fibrer i fiberförstärkta material till följd av att borret lätt griper tag i dessa som då ruckar på den intilliggande matrisen. 65

Figur 48. Urflisning vid håltagning, sett i genomskärning. 7.2 Experiment för håltagning Vid experiment utförda på Högskolan Väst (HV) har olika borr med olika materialbeläggningar och geometrier testats, alla med en diameter omkring 9,5 mm. Vid experimenten har borr med olika geometrier provats avseende släppningsvinkel, spånvinkel och spetsvinkel, se Figur 49. Figur 49. Släppningsvinkel, spånvinkel och spetsvinkel Skärhastigheten var 60, 90 och 120 m/min och matningen 0,03, 0,06 och 0,09 mm/varv. Borrförsöken gjordes i en CNC-maskin med mätutrustning för övervakning av krafter. 7.3 Val av borrprocess Som resultat av experimenten kan konstateras att minimering av olika skadebeteenden beskrivna ovan ger olika val av skärdata för delaminering, fransning och urflisning. Optimering måste ske genom en prioritering av vissa egenskaper på bekostnad av andra. Som exempel bör skärhastigheten vara låg ( 60 m/min), matningen hög ( 0,09 mm/varv) och spetsvinkeln stor ( 140 ) för att minimera fransning. För att minimera urflisning och delaminering bör skärhastigheten istället vara hög ( 120 m/min) samtidigt som matningen är låg ( 0,03 mm/varv), medan spetsvinkeln bör vara låg ( 66 ) för urflisning och hög ( 140 ) för delaminering. Dessa resultat ger att borrgeometrier liksom skärdata kan optimeras med hänsyn taget till olika egenskaper vid håltagning, men inte samtliga i ett borr och i en håltagning. En tänkbar arbetsprocess för val av borr och processparametrar kan vara: 1. Utvärdera vilken skadetyp som är mest kritisk för den valda applikationen. 2. Välj borrgeometri. 3. Lägg upp och genomför en försöksplan för att optimera parametrar. 66

8 Konstruktion för att undvika korrosion i multimaterialförband 8.1 Uppkomst av galvanisk korrosion Galvanisk korrosion kan utgöra en risk vid sammanfogning av olika material. Generellt sker korrosionsangreppet lokalt och kan få ett relativt snabbt förlopp. Galvanisk korrosion uppstår när två olika metaller eller en metall och ett annat elektriskt ledande material, exponeras för en elektrolyt. Drivkraften för galvanisk korrosion beror av materialens relativa position i den galvaniska spänningsserien. Ett mer oädelt material kommer att korrodera i kontakt med ett mer ädelt material där det ädlare materialet utgör katod och det oädlare anod. Den relativa skillnaden i korrosionspotential (även kallad elektrodpotential) bestämmer hastigheten för korrosionsprocessen men måste generellt vara högre än ett tröskelvärde (typiskt ca 50mV) för att korrosion ska initieras [91]. Generellt är det endast det mer oädla materialet (anoden) som angrips. Galvanisk korrosion innebär därmed att korrosionshastigheten ökar genom elektrisk kontakt med ett ädlare material i närvaro av en elektrolyt. Kolfiber är elektriskt ledande och har högre korrosionspotential än alla metaller och kommer således att accelerera metallkorrosion i mixmaterialförband. I förband mellan kolfibermatris och metall finns också uppgifter i litteraturen om att korrosionsprocessen på katodytan kan orsaka blåsbildning i polymermatrisen och därmed inverka negativt på materialets mekaniska prestanda [92]. Figur 50 illustrerar en korrosionscell vid galvanisk korrosion, området där materialen är i kontakt täcks av en elektrolyt och de två materialen utgör elektroder med olika potential. Anodreaktionen består generellt av metalloxidation medan katodreaktionen består av reduktion, vanligen av syrgas i elektrolyten, se nedan. Anod Elektrolyt Katod Katodreaktion: Material A Material B Figur 50 Korrosionscell vid galvanisk korrosion. Material A har lägre elektrodpotential, dvs är mer oädelt än material B. I närvaro av en elektrolyt kommer material A att utgöra anod och utsättas för korrosionsangrepp [91]. Figur 51 visar den galvaniska spänningsserien uppmätt för material i havsvatten. Material som ligger långt till höger i figuren löper störst risk att utsättas för galvanisk korrosion i kontakt med andra material. Grafit utgör ett mycket ädelt 67

material i spänningskedjan och konstruktioner med kolfiber i kontakt med mer oädla metaller som exempelvis aluminium medför därmed risk för galvanisk korrosion om detta inte beaktas vid konstruktionsutformning. Rostfria stål i kontakt med luft intar normalt ett så kallat passivt tillstånd där metallytan skyddas av en tunn kromhaltig oxid. Denna passivfilm självläker om den repas under förutsättning att omgivningen kan tillhandahålla syre. En omgivning med höga kloridhalter och lågt ph riskerar att destabilisera och bryta ner passivskiktet och i en syrefattig miljö kan passivskiktet inte återskapas. En sådan omgivning kan exempelvis uppstå inuti spalter där det finns risk för ansamling av fukt eller väta. Ytan riskerar då bli aktiverad med en lägre korrosionspotential och större benägenhet för korrosion som följd, Ofyllda symboler i den galvaniska spänningsserien i Figur 50 avser rostfria stål i aktivt tillstånd. Exempel på andra oädla metaller med stor benägenhet att reagera med omgivningen, men som i kontakt med luft får en skyddande yta är aluminium och titan. Figur 51 Galvanisk spänningsserie uppmätt i havsvatten. Relativ skillnad i korrosionspotential utgör drivkraft för galvanisk korrosion. Grafit (kolfiber) har en hög korrosionspotential och utgör normalt katod i förband med andra metaller [93]. 68

8.2 Faktorer som påverkar korrosionsangreppets omfattning En grundförutsättning för galvanisk korrosion är relativ skillnad i korrosionspotential (i den galvaniska spänningsserien), elektrisk kontakt mellan materialen och en elektrolyt som täcker kontaktytan mellan de två materialen. Korrosionsangreppets omfattning för ett specifikt förband beror sedan av omgivande miljö och av förbandets konstruktionsutformning. Materialens inbördes position i spänningsserien beror av korrosionsmediet, dvs av elektrolytens sammansättning. Data finns generellt tillgängligt för havsvatten och sötvatten men information saknas ofta för andra relevanta miljöer. Med elektrolyt avses en vätska med elektrisk ledningsförmåga, vilket omfattar i princip alla vätskor med undantag för destillerat vatten. Vid konstruktioner i utomhusatmosfär kan det räcka med en fuktfilm på metallytan för att initiera galvanisk korrosion. Havsatmosfär ger generellt en mer korrosiv miljö med höga kloridhalter som ökar elektrolytens elektriska ledningsförmåga. På motsvarande sätt finns också en betydande risk för galvanisk korrosion när en yta är förorenad med exempelvis vägsalt. En annan viktig faktor som styr förloppet vid galvanisk korrosion är ytförhållandet mellan anod och katod. En stor relativ anodyta medför att korrosionsangreppet sprids ut över en större area och att korrosionen i gynnsamma fall blir försumbar. En förutsättning är dock att elektrolyten täcker anodytan och har god ledningsförmåga. En elektrolyt med mer begränsad ledningsförmåga eller som enbart täcker en del av andodytan kan orsaka mer lokala angrepp. Betydelsen av areaförhållandet mellan anod och katod visas schematiskt i Figur 52 för ett nitförband. Den galvaniska korrosionsprocessen styrs av strömtätheten som är direkt proportionell mot katod/anod-arean varför en liten relativ anodyta kan ge kraftiga korrosionsangrepp [91]. 69