Wachstum und Modifizierung von Passivschichten auf neuartigen Zinklegierungen mittels Atmosphärendruckplasmen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Guido Grundmeier; Professor Dr. Claus-Peter Klages
• Fachliche Zuordnung: Beschichtungs- und Oberflächentechnik
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 276092843

Korrosions- und Adhäsionseigenschaften oxidbedeckter Metallegierungen werden wesentlich durch die Eigenschaften oxidischer Passivfilme kontrolliert. Einerseits bestimmen chemische Zusammensetzung, Morphologie und Struktur oxidischer Filme ihre elektrochemischen Eigenschaften und damit den Korrosionswiderstand des betreffenden metallischen Substrats; andererseits spielen Oberflächenzusammensetzung und -topografie eine entscheidende Rolle für chemische und mechanische Wechselwirkungen an Grenzflächen, die diese Oxide mit polymeren Beschichtungen oder Klebstoffen bilden, und für deren Stabilität.Zink oder Zinklegierungen werden für die Herstellung von Überzügen auf Stahlblechen genutzt, um den Grundmetallen als Barriereschichten Schutz gegen atmosphärische Korrosion zu verleihen und gleichzeitig eine kathodische Schutzwirkung zu entfalten. Die Entwicklung von ZnMg- und ZnMgAl-Legierungen hat in der vergangenen Dekade zu einem Durchbruch bei der Bandbeschichtung von Stahl für Anwendungen im Bereich der Automobilindustrie sowie der Haushaltsgeräte geführt, da mit diesen Legierungen ein überlegener Korrosionsschutz - verglichen mit ZnAl-Legierungen - demonstriert werden konnte - sowohl mit wie auch ohne zusätzlichen Schutz durch Polymerbeschichtungen. Klassische Oberflächentechnologien für Metalle wie nasschemische Konversionsprozesse, durchgeführt mit dem Ziel einer Verbesserung der Haftung aufgebrachter Polymerfilme und des Korrosionswiderstands, führen in der Regel zu einem signifikanten Metallabtrag und damit zur Erzeugung großer Volumina von Abwässern. Wo es darum geht, die Menge anfallender Prozessabwässer zu reduzieren, ohne Kompromisse hinsichtlich erreichbarer Materialeigenschaften eingehen zu müssen, eröffnen plasmabasierte Oberflächen-behandlungsverfahren, wenn sie an die Randbedingungen des Bandprozesses angepasst werden können, das Potenzial einer effizienten Alternative. Der Einsatz der Plasmatechnologie verspricht außerdem eine präzisere Kontrolle der Materialeigenschaften, die für Korrosion und Adhäsion relevant sind, wie etwa der Halbleitereigenschaften oder der chemischen Zusammenstzung der Oberfläche.Das Ziel des Vorhaben ist es, neue Erkenntnisse zu erzielen hinsichtlich (a) der grundlegenden Mechanismen der Oberflächen¬modifizierung von ZnMgAl-Legierungen im Kontakt mit Atmosphärendruckplasmen sowie (b) der Korrelation der Plasmaparameter - in erster Linie Spezieskonzentrationen und Leistungsdichten - mit der chemischen Zusammensetzung der modifizierten Passivschichten bzw. ihrer Oberflächen und ihren elektrischen Eigenschaften. Dadurch würde ein Massschneidern der Passivschichten für bestimmte Anwendungen ermöglicht werden, da die plasma-induzierten Änderungen von Zusammensetzung, Halbleitereigenschaften und Chemie der Passivfilmoberflächen und ihrer Beschichtungen bestimmend sind für anwendungsrelevante Eigenschaften wie die Adhäsion mit Polymeren oder den Korrosionswiderstand.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen