Nachhaltige autophoretische Beschichtungen zum Korrosionsschutz von Substraten

In dieser Arbeit stellen wir einen neuen und innovativen Weg vor, um nachhaltige und zu organischen Beschichtungen kompatible, PA-basierte Konversionsschichten für Stahluntergründe zu synthetisieren, die vollständig ohne Titan oder Zirkon auskommen und einen neuen Ansatz für hydrophobe Konversionsschichten darstellen. Die Möglichkeiten einer guten Konversionsschicht, basierend auf Phytinsäure-Lösungen, wurden in der Literatur bereits vielfach thematisiert. Die neuesten Ergebnisse zeigen jedoch, dass PA in Verbindung mit einer darüber liegenden organischen Beschichtung die korrosionsschützenden Eigenschaften nicht verbessern kann. Jedoch ist es bisher möglich, PA-Konversionsschichten ohne organische Beschichtungen erfolgreich auf verschiedenen Oberflächen abzuscheiden und dabei auch Schichten mit verbessertem korrosionsschützendem Verhalten zu entwickeln. Der Grund, warum PA nicht mit organischen Beschichtungen kompatibel ist, basiert auf den hydrophilen Oberflächeneigenschaften und daher dem niedrigen Kontaktwinkel der PA-Beschichtungen. Eine mögliche Lösung besteht darin, die PA direkt zu modifizieren und/oder die Lösungszusammensetzung zu ändern, um die hydrophoben Eigenschaften zu erhöhen. Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeiten stellen eine signifikante Erweiterung des aktuellen Wissensstandes hinsichtlich der praktischen Applikation PA-basierter Korrosionsschutztechnologien dar. Der Fokus lag hierbei auf der Etablierung eines neuen Syntheseweges, welcher modifizierte PA-Moleküle lieferte, die in der Lage sind, stabile und überlackierbare Konversionsschichten zu formen, welche die Antikorrosionseigenschaften von herkömmlichen Stahlsubstraten maßgeblich verbessern und hierbei ohne den Einsatz von zirkon- oder titanhaltigen Additiven auskommen. Dabei belegen die Messergebnisse die Bildung einer reinen PA-basierten Schicht auf den Substratoberflächen. Infrarot- (IR), Raman- und NMR-Spektroskopie wurden verwendet, um die neuen Syntheseprodukte, insbesondere auch nach der Abscheidung auf dem metallischen Untergrund, zu verifizieren. Um die stöchiometrischen Verhältnisse der Produkte zu evaluieren, wurden REM/EDX-Aufnahmen der resultierenden Oberflächen aufgenommen und die erhaltenen molekularen Zusammensetzungen zur Berechnung der atomaren Verhältnisse in den jeweiligen Korrosionsschutzschichten genutzt. Mit Hilfe von UV-Vis konnte berechnet werden, dass es sich bei dieser Konversionsschicht um eine isolierende Schicht handelt. Zur Analyse der neuen physikalischen Eigenschaften wurde der Kontaktwinkel der Konversionsschichten bestimmt. Mittels elektrochemischer Impedanzspektroskopie (EIS) wurde die elektrochemische Stabilität der Schichten untersucht und mittels zyklischer Voltammetrie (CV) der Bedeckungsgrad ermittelt. Schließlich wurde die korrosionsschützende Leistung der Schichten in Kombination mit einer ETL-Beschichtung im Salzsprühnebeltest untersucht. Alle Ergebnisse dieser Arbeit unterstreichen das enorme Potenzial PA-basierter Korrosionsschutztechnologien. Alle modifizierten PA-basierten Beschichtungen konnten in Kombination mit organischen Beschichtungen im Vergleich mit industriell verwendeten Phosphat-Konversionsschichten mithalten. Weitere Kombinationen mit Phytinsäure-Aminsalzen und die Zugabe von Metalloxiden zeigten ebenso positive Synergien mit den untersuchten Syntheseprodukten und resultierten in einer weiteren Erhöhung der positiven Eigenschaften der Konversionsschichten. Den Abschluss der Arbeit bildete eine statistische Evaluierung der Systeme, wobei auch eine Optimierung der Badzusammensetzung mit Hilfe eines geeigneten Regressionsmodells und anschließender Optimierung der gewählten Modelloutputparameter erfolgte. Die durchgeführten Arbeiten bilden eine ideale Grundlage für weitere Untersuchungen und zeigen, dass es sich bei PA um eine grüne Alternative zu etablierten Technologien handelt.