Selbstheilende Korrosionsschutzschichten für Halbzeuge und Bauteile aus Magnesiumknetlegierungen.
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Zunächst wurden geeignete aktive Substanzen ausgewählt. Von verschiedenen möglichen Verbindungen, die in der Lage sind, Monolagen auf Magnesiumsubstraten auszubilden, haben sich vor allem langkettige Phosphonsäuren bewährt. Diese Säuren adsorbieren mit Ihrer Kopfgruppe auf der Substratoberfläche. Die organischen Reste richten sich aneinander aus und bilden eine hydrophobe Fläche. Hier konnte ein hoher Ordnungsgrad nachgewiesen werden, so dass man auch von selbstorganisierten Monolagen sprechen kann. Obwohl diese SAMs sehr dünn sind, bleibt die Oberfläche auch bei Immersion in destilliertem Wasser über einen gewissen Zeitraum hydrophob. Es konnte gezeigt werden, dass verschiedene Lanthanidsalze als kathodische Korrosionsinhibitoren auf AZ31 wirken können. Die Schutzwirkung beruht auf der Bildung schwerlöslicher Niederschläge bei hohen pH-Werten, das heißt auf kathodischen Bereichen der Legierung. In elektrochemischen Untersuchungen konnte gezeigt werden, dass vor allem Cerverbindungen das Ruhepotential anheben und die Korrosionsstromdichte verringern können. In ersten Untersuchungen wurde versucht, diese organischen und anorganischen Verbindungen in mesoporöse Partikel einzulagern. Hier zeigte sich, dass eine einfache Tränkimprägnierung mesoporöser Partikel mit Dekansäure möglich ist. Die Affinität der Säure zur nicht modifizierten Partikeloberfläche ist jedoch so gering, dass die Freisetzung sehr schnell geschieht. So wurde die Dekansäure bereits während eines einzigen Waschvorgangs mit Ethanol vollständig abgegeben. Es wurde ein Prozess entwickelt, bei dem unter niedriger Spannung (< 4V) AZ31 in alkalischen Medien anodisiert werden kann. Die Schichtdicke kann hier mehr als 10 µm betragen. Neben höheren Temperaturen trägt auch der Einsatz von Ultraschall zur Bildung dickerer Schichten bei. Der gleichzeitige elektrophoretische Einbau von Nanopartikeln in die Anodisierschichten ist durch die unterschiedlichen Anforderungen von elektrochemischer Oxidation und elektrophoretischer Abscheidung nicht trivial. Hier hat sich gezeigt, dass unter Kompromissbedingungen (mittlere Leitfähigkeit; nicht zu hohe Spannungen; kleine, kompakte Partikel) die Partikel in die Schichten eingebaut werden können. In weiteren Arbeiten müssen jetzt die erzielten Teilergebnisse kombiniert werden. Dies beinhaltet den Einbau von mit den gewählten Inhibitoren gefüllten Nanopartikeln in Anodisierschichten. Diese Schichten sollen dann auf ihre Eignung als selbstheilende Korrosionsschutzschichten untersucht werden. Hierzu werden die Arbeiten im Rahmen eines IGF-Vorhabens fortgeführt.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Corrosion protection of magnesium alloys by nanostructured oxide films. S. 1344-1349 IN: Magnesium: 8th International Conference on Magnesium Alloys and their Applications / Ed. by K. U. Kainer. - Weinheim [u.a.] : WILEY-VCH, 2009
P. Thissen, S. Janke, G. Grundmeier, F. Feil, D. Tabatabai, W. Fürbeth
- Formation and stability of self-assembled monolayers on AZ31. S. 1357-1361 IN: Magnesium: 8th International Conference on Magnesium Alloys and their Applications / Ed. by K. U. Kainer. - Weinheim [u.a.] : WILEY-VCH, 2009
P. Thissen, S. Janke, G. Grundmeier, D. Tabatabai, F. Feil, W. Fürbeth
- Novel Protective Coatings Based on Nanoparticles and Nanocapsules for the Corrosion Protection of Magnesium Alloys, NACE Corrosion 2009, March 22-26, Atlanta, GA, USA
F. Feil, W. Fürbeth, G. Grundmeier, D. Tabatabai, P. Thissen
- Self-healing anodizing coatings for corrosion protection of wrought magnesium alloys: incorporation of nanocontainers into growing anodizing layers. S. 980-985 IN: Magnesium: 8th International Conference on Magnesium Alloys and their Applications / Ed. by K. U. Kainer. - Weinheim [u.a.] : WILEY-VCH, 2009
D. Tabatabai, F. Feil, G. Grundmeier, P. Thissen, W. Fürbeth
- Self-healing coatings for corrosion protection of wrought magnesium alloys, Proc. EUROCORR 2009 (CD-ROM), Nizza/France
D. Tabatabai, F. Feil, G. Grundmeier, P. Thissen, W. Fürbeth
- Self-healing coatings for the corrosion protection of magnesium alloys: embedding encapsulated corrosion inhibitors into anodizing layers, MUST-Workshop 2010, June 28th 2010, Noordwijk/Nederland
D. Tabatabai, F. Feil, W. Fürbeth, S. Janke, P. Thissen, G. Grundmeier
- Self-healing nanoparticle-supported anodizing coatings for magnesium alloys, Chemical Nanotechnology Talks X, January 26-27, 2010, Frankfurt am Main/Germany
D. Tabatabai, F. Feil, W. Fürbeth, S. Janke, P. Thissen, G. Grundmeier
