Aufklärung der reaktiven Flüssig-Fest-Korrosionsgrenzfläche auf nahezu atomarer Ebene, um den Einfluss verschiedener Legierungen und Elektrolytzusammensetzungen zu verstehen (CorrInt)

• Antragsteller: Dr. Tim M. Schwarz
• Fachliche Zuordnung: Thermodynamik und Kinetik sowie Eigenschaften der Phasen und Gefüge von Werkstoffen ; Biomaterialien ; Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 551061178

Im Allgemeinen hat Mg zwei Schlüsseleigenschaften, die es für sehr unterschiedliche Anwendungen geeignet machen. Das hohe Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht macht Mg zu einer potenziellen Alternative zu Al-Legierungen für Leichtbauanwendungen. Darüber hinaus ist Mg biokompatibel und biologisch abbaubar, was es zu einem hervorragenden Kandidaten für den Ersatz von temporären Implantaten aus Ti oder Stahl macht. Beide Anwendungen werden durch die schnelle und unkontrollierbare Korrosion von Mg-Legierungen eingeschränkt, die noch nicht vollständig verstanden ist. Der Einfluss verschiedener Legierungselemente und deren Entmischung an der Grenzfläche sowie verschiedener Elektrolyte auf die Korrosion und die gebildeten Korrosionsschichten ist auf atomarer Ebene unbekannt. Das Verständnis der Korrosionsprozesse an der Flüssig-Fest-Grenzfläche erfordert analytische Methoden mit hoher örtlicher und chemischer Analysefähigkeit und idealerweise die Möglichkeit, diese Reaktionen in situ auf atomarer Längenskala zu messen. Die bisher bekannten Methoden weisen jedoch verschiedene Unzulänglichkeiten in Bezug auf die örtliche oder chemische Auflösung auf, was zu einer Wissenslücke im Verständnis komplexer Phänomene an Flüssig-Fest-Grenzflächen führt und die Entwicklung von Strategien zur Verbesserung oder Beeinflussung der Eigenschaften behindert. Die Atomsondentomographie kann diese Lücke schließen, da sie ein analytisches bildgebendes Verfahren ist, das ein dreidimensionales Volumen mit gleicher chemischer Empfindlichkeit über das gesamte Periodensystem, selbst für leichte Elemente wie Wasserstoff, und mit vergleichbarer räumlicher Auflösung ermöglicht. Dieses Projekt zielt darauf ab, die komplexe Chemie reaktiver Fest-Flüssig-Grenzflächen auf atomarer Skala durch eine neu entwickelte Probenpräparationsmethode zu entschlüsseln. Die Proben werden unter kryogenen Bedingungen präpariert und erlauben es, die Reaktionsfront einer Mg-Legierung, die als biodegradierbares Implantat eingesetzt wird, während der wässrigen Korrosion „quasi“ in situ mit Hilfe der Atomsondentomographie (APT) zu untersuchen. Dies ebnet den Weg für die Analyse reaktiver Flüssig-Fest-Grenzflächen auf der Nanoskala mit hoher chemischer Sensitivität und eröffnet neue wissenschaftliche Möglichkeiten, diese komplexen Grenzflächenprozesse zu untersuchen und den Einfluss unterschiedlicher Legierungselemente und Elektrolytzusammensetzungen zu entschlüsseln.

• DFG-Verfahren: WBP Stelle