Einbau separierter Inhibitorphasen in plasmapolymere Beschichtungen für den aktiven Korrosionsschutz mittels Atmosphärendruck-Plasmabeschichtungen: Schlussbericht der AiF-Forschungsvereinigung. Bewilligungszeitraum: 01.06.2009 - 30.11.2012

Für das Projekt waren vier unterschiedliche Konzepte für die Entwicklung eines aktiven Korrosionsschutzsystems basierend auf einem plasmapolymeren Atmosphärendruck-(AD)-Beschichtungsverfahren geplant: (1) separierte Abscheidung von plasmapolymeren Schichten und Inhibitorlagen (Mehrschichtsysteme), (2) Co-Deposition von anorganischen Inhibitoren, (3) Co-Deposition von metallorganischen Verbindungen und (4) strukturerhaltende Deposition von organischen Verbindungen. Die Applikation der Inhibitoren erfolgte dabei jeweils aus einer wässrigen Lösung. Für die Herstellung der Mehrschichtsysteme wurden verschiedene Techniken für die Erzeugung eines Aerosols getestet. Ausgewählt wurde ein Glas-Nebulizer, der mit einer AD-Plasmaquelle und einer Verfahreinheit gekoppelt wurde. Dies ermöglichte eine weitgehend automatisierte Beschichtungsprozedur. Bei der Co-Deposition der anorganischen und organischen Inhibitoren wurde das Aerosol der Inhibitorlösung direkt in die relaxierende Plasmazone eingespeist. Einen großen Einfluss auf die Wechselwirkung mit dem Plasma hat dabei der Einspeisewinkel. Für die Co-Deposition von metallorganischen Verbindungen wurde der Düsenkopfaufsatz der Plasmaquelle modifiziert, um neben dem Beschichtungsmonomer eine zweite Verbindung einzuspeisen. Die Co-Deposition von anorganischen, organischen und metallorganischen Verbindungen führte zu einem unzureichenden aktiven und einem deutlich verringerten passiven Korrosionsschutz, der auf eine starke Wechselwirkung zwischen dem Wasser der Inhibitorlösung und dem Plasma zurückgeführt wird. Eine Homogenisierung des Schichtaufbaus durch eine mehrfache Schichtabscheidung bei der Co-Deposition von org. Inhibitoren bewirkte eine deutliche Verbesserung der Schutzwirkung. Eine gute Korrosionsschutzwirkung konnte mit den entwickelten Mehrschichtsystemen erreicht werden. Dabei wurden verschiedene Inhibitoren getestet. Die ausgewählten anodisch wirksamen Inhibitoren zeigten keine oder lediglich eine geringe aktive Korrosionsschutzwirkung. Als deutlich effektiver erwiesen sich kathodisch inhibierende Verbindungen. Die Wirksamkeit der jeweiligen Inhibitoren ist dabei stark von ihrem Releaseverhalten aus der plasmapolymeren Beschichtung abhängig, wie mittels XPS-Messungen bestätigt wurde. Eine sehr gute aktive Korrosionsschutzwirkung in den plasmapolymeren Beschichtungen konnte mit den Inhibitoren 1,2,3-Benzotriazol, Tolytriazol und Cer(III)-Nitrat erreicht werden. Selbst nach 288 h im Tropfentest waren bei diesen Verbindungen nur vereinzelte, lokale Korrosionserscheinungen im Ritzbereich erkennbar. Die Korrosionsschutzwirkung kann über die Konzentration der Inhibitorlösung variiert werden. Durch eine zusätzliche Druckluft-Plasmaaktivierung der plasmapolymeren Oberfläche vor der Inhibitor-Applikation kann die Größe und Verteilung der Inhibitorpartikel beeinflusst werden. Dies führt ebenfalls zu einer leichten Verbesserung der Korrosionsschutzwirkung. Um die flächenbezogene Inhibitormenge zu steigern oder prinzipiell verschiedene Inhibitoren in einem Beschichtungssystem zu kombinieren, können mehrere Inhibitorphasen durch plasmapolymere Schichten separiert werden. Die Korrosionsschutzwirkung dieser Schichtsysteme ist auch auf andere Al-Legierungen übertragbar. Die Effektivität der Schutzwirkung ist dabei von den Wirkungsmechanismen der Inhibitoren abhängig