Verbesserter Korrosionsschutz durch plättchenförmige Metallphosphat-Partikel

Für Architektur, Brücken- und Schiffsbau werden große Mengen Stahl verbaut. Solche Konstruktionen sollen langlebig sein. Sie dürfen auch im Laufe vieler Jahre nicht an Festigkeit und Sicherheit verlieren. Dafür müssen verwendete Stahlplatten und -träger dauerhaft und großflächig gegen Korrosion geschützt werden. Vor allem Luftsauerstoff und Wasserdampf sowie Salze greifen den Stahl an. Um das Eindringen der korrosiven Substanzen zu verhindern, verwendet man als gängige Methode den Korrosionsschutz mit Zinkphosphat-Beschichtungen bei gleichzeitiger Phosphatierung von Metalloberflächen. Nun haben Forscher des INM spezielle, plättchenförmige Metallphosphat-Partikel entwickelt: Diese verbessern die Passivierung und erhöhen die Diffusionsbarriere für korrosive Substanzen. Neben Zinkphosphat stehen neuerdings auch Manganphosphat Plättchen zur Verfügung.

Dachziegelartige Übereinanderschichtung

Die plättchenförmigen Partikel sind aufgrund ihrer Anisotropie besser löslich als entsprechende kugelförmige Partikel gleicher Zusammensetzung. „Dadurch werden im Bedarfsfall mehr Phosphat-Ionen aus der Beschichtung bereitgestellt. Dies gewährleistet eine verbesserte und raschere Repassivierung, falls Metalloberflächen durch mechanische Beschädigung freigelegt wurden“, sagt Carsten Becker-Willinger, Leiter des Programmbereichs Nanomere am INM.

„Außerdem schichten sich die plättchenförmigen Nanopartikel dachziegelartig übereinander. Dadurch verlängert sich der Weg der korrosiven Gasmoleküle durch die Schutzbeschichtung hindurch, weil sie sich einen Weg an den Plättchen vorbei suchen müssen“, erklärt der Chemiker Becker-Willinger weiter. Das Ergebnis sei eine deutlich langsamere Korrosion als bei Beschichtungen mit kugelförmigen Partikeln, wo Gasmoleküle viel schneller einen Weg durch die Schutzschicht zum Metall finden.

Kontrollierter Fällungsprozess

In Testreihen konnten die Wissenschaftler die Wirksamkeit der neuen Partikel bestätigen. Dazu bewitterten sie Stahlbleche, die mit Metallphosphat-Partikel haltigen Epoxidharzen beschichtet wurden, in standardisierten Korrosionstests. Dabei schnitten Beschichtungen mit plättchenförmigen Phosphat-Partikeln etwa zehn mal besser ab als Beschichtungen mit kugelförmigen Phosphat-Partikeln. Die plättchenförmigen, am INM entwickelten, Metallphosphat-Partikel werden in einem kontrollierten Fällungsprozess erzeugt.

Ein Handout zum Thema findet sich auf der Website des Leibniz Institut für neue Materialien (INM).