DE102014001266A1

DE102014001266A1 - Gehäuse für Elektroniksysteme sowie Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE102014001266A1
Application number: DE102014001266.2A
Authority: DE
Inventors: Andreas Volek; Benno Petersen; Mathias Glasmacher
Original assignee: Diehl Aerospace GmbH
Current assignee: Diehl Aerospace GmbH
Priority date: 2014-01-31
Filing date: 2014-01-31
Publication date: 2015-08-06
Also published as: WO2015113773A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Gehäuse für Elektroniksysteme, welches aus einer Magnesiumlegierung gebildet und mit einer aus Aluminium hergestellten Beschichtung versehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Gehäuse für Elektroniksysteme zur Verwendung in der Luft- und Raumfahrt. Bei solchen Elektroniksystemen handelt es sich insbesondere um Avioniksysteme, welche in Flugzeugen zu deren Steuerung und Navigation vorgesehen sind.
Nach dem Stand der Technik sind aus Aluminium hergestellte Gehäuse für Elektroniksysteme in Flugzeugen bekannt. Solche Gehäuse schirmen die Elektroniksysteme von elektromagnetischer Strahlung ab. In der Luftfahrt besteht das Bedürfnis nach immer leichteren Werkstoffen. Aus dieser Hinsicht würde sich Magnesium als leichterer Werkstoff anbieten. Magnesium ist jedoch leicht brennbar. Zur Verringerung der Brennbarkeit von Magnesium ist es bekannt, eine Magnesiumlegierung vorzusehen, welche einen Anteil an Seltenen Erden umfasst. Der Preis von Seltenen Erden ist jedoch in letzter Zeit erheblich gestiegen und deren Verfügbarkeit ist teilweise problematisch.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile nach dem Stand der Technik zu beseitigen. Es soll insbesondere ein leichtes und kostengünstiges Gehäuse für Elektroniksysteme bereitgestellt werden. Weiterhin soll ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Gehäuses angegeben werden.
Die Aufgaben werden durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 8 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Nach Maßgabe der Erfindung ist das Gehäuse für Elektroniksysteme aus einer Magnesiumlegierung gebildet und mit einer aus Aluminium hergestellten Beschichtung versehen. Durch die Herstellung aus einer Magnesiumlegierung kann das Gewicht des erfindungsgemäßen Gehäuses gegenüber einem Gehäuse aus Aluminium nach dem Stand der Technik um 30 bis 60% verringert werden. Die aus Aluminium hergestellte Beschichtung verhindert die Korrosion der Magnesiumlegierung. Die aus Aluminium hergestellte Beschichtung oxidiert bei einem Kontakt mit Luftsauerstoff zumindest oberflächlich zu Aluminiumoxid (Al₂O₃). Es bildet sich zumindest oberflächlich eine sogenannte Passivierungsschicht. Die Passivierungsschicht ist äußerst stabil und kratzfest.
Aluminium und Magnesium weisen eine geringe Potentialdifferenz auf. Dadurch kommt es auch an etwaigen Kratzern zu keiner übermäßigen Korrosion.
Die aus Aluminium hergestellte Beschichtung vermindert die Brennbarkeit der Magnesiumlegierung. Die Beschichtung, insbesondere die äußerst stabile Passivierungsschicht aus Aluminiumoxid, verhindert einen Kontakt der Magnesiumlegierung mit Luftsauerstoff. Auch bei Hitzeeinwirkung verhindert die Beschichtung, dass die Magnesiumlegierung in Brand gerät. Es ist nicht erforderlich, weitere Maßnahmen zur Hemmung der Brennbarkeit der Magnesiumlegierung vorzusehen. Insbesondere kann auf einen Zusatz von Seltenen Erden zur Magnesiumlegierung verzichtet werden. Das vorgeschlagene Gehäuse ist leicht und relativ günstig herstellbar.
Vorteilhafterweise umfasst die Magnesiumlegierung einen Anteil von Aluminium von 4,0 bis 10,0 Gew.-%, insbesondere von 8,0 bis 9,5 Gew.-%. Es ist besonders vorteilhaft, wenn die Magnesiumlegierung außerdem eines oder mehrere der Elemente Zink, Mangan oder Silizium umfasst.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Magnesiumlegierung einen Anteil von Zink von 0,3 bis 1,0 Gew.-% und einen Anteil von Mangan von 0,1 bis 0,3 Gew.-%. Es ist besonders vorteilhaft, wenn die Magnesiumlegierung weiterhin einen Anteil von Aluminium von 8,0 bis 9,5 Gew.-% umfasst und abgesehen von nicht vermeidbaren Verunreinigungen im Übrigen nur Magnesium enthält. Zweckmäßigerweise kann auf den Zusatz von Seltenen Erden verzichtet werden.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Beschichtung eine Dicke im Bereich von 1,0 bis 10 μm, vorzugsweise 4,0 bis 6,0 μm, auf. Eine Beschichtung in diesem Dickenbereich genügt, um die Korrosion der Magnesiumlegierung zu verhindern und deren Brennbarkeit zu reduzieren. Die vorgeschlagene Beschichtung ist gegenüber einer herkömmlichen Lackbeschichtung besonders leicht.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Beschichtung lediglich auf der Außenseite des Gehäuses vorgesehen und überdeckt diese vollständig.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ummantelt die Beschichtung die Oberfläche des Gehäuses vollständig. Die Beschichtung überdeckt dabei also alle Seiten des Gehäuses vollständig. Somit werden sowohl Korrosion als auch Brandgefahr besonders wirkungsvoll unterdrückt.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Gehäuse mehrere mit der Beschichtung versehene Gehäusebauteile. Einzelne Gehäusebauteile sind leichter zu beschichten als ein bereits vorgeformtes Gehäuse. Die Gehäusebauteile sind zweckmäßigerweise im Wesentlichen flach. Das Gehäuse bzw. die Gehäusebauteile weisen vorzugsweise eine Wandstärke von 0,3 mm bis 30 mm auf.
Im Sinne der Erfindung sind die Begriffe ”Gehäuse” bzw. ”Gehäusebauteile” allgemein zu verstehen. Insbesondere kann es sich um Blechteile, stranggepresste Profile, tiefgezogene Teile und daraus durch weitere Umformung hergestellte Teile handeln. Beispielsweise werden unter diesen Begriffen auch passive Kühlkörper zur Kühlung von Bauelementen verstanden.
Nach Maßgabe der Erfindung wird zur Herstellung des erfindungsgemäßen Gehäuses ein Verfahren, umfassend die folgenden Schritte vorgeschlagen:

a) Bereitstellen eines aus einer Magnesiumlegierung hergestellten Gehäuses oder von aus der Magnesiumlegierung hergestellten Gehäusebauteilen,
b) Herstellen einer Beschichtung auf dem Gehäuse oder den Gehäusebauteilen aus einem zumindest eine Aluminiumverbindung enthaltenden Präkursor mittels metallorganischer chemischer Gasphasenabscheidung.

Dabei wird vorzugsweise eine Beschichtung aus reinem Aluminium auf dem Gehäuse bzw. den Gehäusebauteilen aufgebracht. Bei einem Kontakt der Beschichtung mit Luftsauerstoff kommt es zu einer spontanen Oxidation des Aluminiums. Es bildet sich zumindest oberflächlich eine Passivierungsschicht aus Aluminiumoxid (Al₂O₃).
Die metallorganische chemische Gasphasenabscheidung (MOCVD) wird bisher für die Beschichtung von Wafern, insbesondere für Halbleiteranwendungen, verwendet. Es hat sich überraschenderweise gezeigt, dass sich die metallorganische chemische Gasphasenabscheidung auch für die Beschichtung von Gehäusen bzw. Gehäusebauteilen aus einer Magnesiumlegierung mit Aluminium verwenden lässt.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung enthält der Präkursor eine oder mehrere der Verbindungen Trimethylaluminium, Triethylaluminium, Aluminium(III)acetylacetonat, Triisobutylaluminum, Tris(dimethylamido)aluminium(III) und Tris(2,2,6,6-tetramethyl-3,5-heptanedionate)aluminium.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert.
Die einzige Zeichnung zeigt ausschnittsweise einen Querschnitt durch ein Blech 1 aus einer Magnesiumlegierung. Das Blech 1 weist eine Stärke von 1,0 mm auf. Die Magnesiumlegierung enthält 9,0 Gew.-% Aluminium, 0,8 Gew.-% Zink, 0,25 Gew.-% Mangan und besteht im Übrigen – abgesehen von nicht vermeidbaren Verunreinigungen – aus Magnesium. Die Magnesiumlegierung ist unter der Bezeichnung AZ91 verfügbar.
Das Blech 1 weist eine Außenseite 2 und eine Innenseite 3 auf. Sowohl an der Außenseite 2 als auch an der Innenseite 3 ist jeweils eine Beschichtung 4, 5 aufgebracht. Die Beschichtung 4, 5 besteht aus Aluminium, das durch Kontakt mit Luft zumindest oberflächlich zu Aluminiumoxid (Al₂O₃) oxidiert ist. Die Beschichtung 4, 5 weist sowohl an der Außenseite 2 als auch an der Innenseite 3 jeweils eine Dicke von 5,0 μm auf.
Das Blech 1 mit der Beschichtung 4, 5 bildet ein Gehäusebauteil. Dieses bildet zusammen mit weiteren Gehäusebauteilen ein Gehäuse für ein elektronisches Kontrollsystem in einem Flugzeug.
Bezugszeichenliste

1: Blech
2: Außenseite
3: Innenseite
4, 5: Beschichtung

Claims

Gehäuse für Elektroniksysteme, welches aus einer Magnesiumlegierung gebildet und mit einer aus Aluminium hergestellten Beschichtung (4, 5) versehen ist.
Gehäuse nach Anspruch 1, wobei die Magnesiumlegierung einen Anteil von Aluminium von 4,0 bis 10,0 Gew.-%, insbesondere von 8,0 bis 9,5 Gew.-%, umfasst.
Gehäuse nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Magnesiumlegierung einen Anteil von Zink von 0,3 bis 1,0 Gew.-% und einen Anteil von Mangan von 0,1 bis 0,3 Gew.-% umfasst.
Gehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Beschichtung (4, 5) eine Dicke im Bereich von 1,0 bis 10 μm, vorzugsweise 4,0 bis 6,0 μm, aufweist.
Gehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Beschichtung (4) lediglich auf dessen Außenseite (2) vorgesehen ist, und wobei die Beschichtung (4) dessen Außenseite (2) vollständig überdeckt.
Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Beschichtung (4, 5) dessen Oberfläche vollständig ummantelt.
Gehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend mehrere mit der Beschichtung (4, 5) versehene Gehäusebauteile.
Verfahren zur Herstellung eines Gehäuses nach einem der Ansprüche 1 bis 7, umfassend die folgenden Schritte: a) Bereitstellen eines aus einer Magnesiumlegierung hergestellten Gehäuses oder von aus der Magnesiumlegierung hergestellten Gehäusebauteilen, b) Herstellen einer Beschichtung (4, 5) auf dem Gehäuse oder den Gehäusebauteilen aus einem zumindest eine Aluminiumverbindung enthaltenden Präkursor mittels metallorganischer chemischer Gasphasenabscheidung.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Präkursor eine oder mehrere der Verbindungen Trimethylaluminium, Triethylaluminium, Aluminium(III)-acetylacetonat, Triisobutylaluminum, Tris(dimethylamido)aluminium(III) und Tris(2,2,6,6-tetramethyl-3,5-heptanedionate)aluminium enthält.