Charakterisierung von Konversionsschichten auf Zink mittels elektrochemischer Impedanzspektroskopie

Abstract

Das Ziel dieser Arbeit war die Charakterisierung von Konversionsschichten an verzinkten Stahloberflächen mittels elektrochemischer Impedanzspektroskopie (EIS). Die zu untersuchenden Schichten wurden aus Cr(VI), Cr(III), aus Systemen mit komplexiertem Molybdän und nicht molybdänhaltigen Systemen abgeschieden. Es sollte der Schichtaufbau und der Korrosionsschutzmechanismus von Cr(VI) erforscht und mit den alternativen Beschichtungssystemen verglichen werden. Alle Messungen zum besseren Verständnis zuerst an einer polierten Zinkoberfläche und an einer unbeschichteten elektrolytisch verzinkten Stahlprobe gemessen. Obwohl die Elektrochemische Impedanzspektroskopie zwar meistens in der Lage ist, die Eigenschaften des untersuchten Systems aufgetrennt darzustellen, ist die Zuordnung der Ergebnisse zu den physikalischen Eigenschaften schwierig. Daher wurden weitere Untersuchungsmethoden wie z.B. rotierende Scheibenexperimente, Ellipsometrie,... eingesetzt um die Interpretation zu erleichtern.<br />Mott-Schottky Plots (MSP) dienten zur Untersuchung der halbleitenden Eigenschaften der Konversionsschichten. Dabei konnten die Raumladungszone (RLZ), die Donorkonzentration und das Flachbandpotential bestimmt werden. Auch bei diesen Messungen wurde festgestellt, dass einige chromatierte Proben einem Zweischichtsystem entsprechen. Weiters wurde durch die MSP festgestellt, dass die Donorkonzentration bei den chromatierten Proben, und bei den mit Passerite 5003(4), geringer ist als bei den anderen, d.h. die Leitfähigkeit der Schicht ist geringer.<br />Um nachzuweisen, dass die RLZ ein Teil der Passivschicht ist, wurden ellipsometrische Messungen zur Schichtbestimmung durchgeführt. Diese Ergebnisse zeigten, dass die Passivschichten auf Zink deutlich größer als die RLZ waren. Größtes Augenmerk wurde auf das Passerite 5003 und 5004 System der Fa.<br />Henkel gelegt, das als chromfreie Alternative zur Chromatierung entwickelt und im Zuge dieser Arbeit untersucht wurde

The intention of this work was the characterization of conversion layers on zinc plated steel surfaces with electrochemical impedance spectroscopy (EIS). The layers that were analysed have been precipitated (deposited) from Cr (VI), Cr (III), from systems with complexly bounded molybdenum and systems without molybdenum. The texture of the layers and the mechanism of corrosion of Cr (VI) had to be investigated and compared with alternative coating-systems. At first, all measurements were done with polished zinc surfaces and uncoated zinc galvanized steel plates, as these are systems easier to understand and to interpret.<br />Electrochemical impedance spectroscopy gives information about the properties separated from each other at once but makes the allocation of results to specific physical properties difficult, other research methods, e.g. rotating disc experiments, ellipsometry... were applied to facilitate interpretation.<br />Mott-Schottky-Plots (MSP) served to examine the semiconducting properties of the conversion layers. Thereby the concentration of donor, the flatband potential and the extension of the space charge layer could be determined. It was also observed that some chromated samples show the behaviour of two layer systems. Furthermore the Mott-Schottky-Plots showed that chromated samples and Passerite 5003(4) have lower donor concentration than the other samples, which means that the electric conductivity of the layer is lower.<br />Biggest attention was turned to the Passerite 5003 and Passerite 5004 systems of Fa. Henkel, which in the course of this work were developed as chromium free alternative to chromating