Entwicklung und Charakterisierung chromfreier Korrosionsschutzschichten auf Basis leitfähiger Polymere

Abstract

Intrinsisch leitfähigen Polymeren wird ein beträchtliches Potential für den Korrosionsschutz von metallischen Oberflächen zugeschrieben. Neue Konzepte wurden entwickelt, bei denen Inhibitoren im Falle von Korrosion aktiv freigesetzt werden und die Korrosion unterbinden. Solche Schichten werden als "smart coatings" bezeichnet.<br />Leitfähige Polymerbeschichtungen können entweder als Dispersion auf das Metall appliziert oder direkt elektrochemisch abgeschieden werden. Für praktische Anwendungen ist ein einfacher und schneller Beschichtungsprozess erforderlich. Polyanilin und Polypyrrol, die aus wässriger Lösung synthetisiert werden können, wurden deshalb hauptsächlich untersucht. Aufgrund des hoheh Abscheidepotentials ist es schwierig Polyanilin elektrochemisch auf Zink abzuscheiden. Die anodische Auflösung des Zinks muss verhindert werden. Daher wurden von verschiedenen Gruppen Versuche unternommen durch vorherige Abscheidung einer Zwischenschicht, wie Polypyrrol, für welche die Abscheidungsbedingungen weniger anodisch und der zu nutzende pH Bereich größer ist als von Polyanilin, das Zink vor Auflösung zu schützen. In dieser Arbeit wurden die Ionenaustauschvorgänge von Polypyrrol und Polyanilinschichten auf Platin mit Hilfe der elektrochemischen Quarzmikrowaage in unterschiedlichen Elektrolyten untersucht. Auf Basis dieser Ergebnisse wurde eine einstufige Polyanilinsynthese auf Zink entwickelt. Es wurde elektrochemisch eien haftfeste und homogene Polyanilinschicht mit einer Schichtdicke von 200nm-2µm abhängig von den Abscheideparametern erhalten. Die Morphologie und die Schichtdicke wurde mit FIB-REM untersucht. Die Schichten wurden ramanspektroskopisch analysiert. Um die elektrochemischen bzw. Korrosionseigenschaften der Schichten zu analysieren wurden impedanzspektroskopische Messungen im Boratpuffer und in NaCl Lösung durchgeführt. Korrosionstests( Wechselklimatests) erfolgten in einer vereinfachten Anordnung. Es wurde ebenfalls chemisch hergestelltes mit Inhibitor (2,5 Dimercaptothiathiazol) dotiertes Polyanilin auf Stahl untersucht. Im Korrosionstest zeigte sich, dass die Schichten den Stahl vor Korrosion schützten und sogar in Anesenheit von Rissen in der Schicht, das freiliegende Substrat geschützt wurde.

Conducting polymers might have considerable potential for corrosion protection of metal surfaces. New concepts have been developed for "smart coatings" and release on demand of corrosion inhibiting substances. Deposition of the conducting polymers onto the metal is possible either by application of a dispersion or direct electrochemical synthesis.For practical applications, a fast and simple deposition process of the polymer is required. Polypyrrole and polyaniline, which can be synthesized in water, are mainly investigated therefore.<br />Electrochemical synthesis of polyaniline on zinc substrates ist difficult because of the relatively positive deposition potential.<br />Anodic dissolution of the zinc substrate has to be avoided. Therefore attempts were made by prior deposition of interfacial layers like polypyrrole for which deposition conditions are less anodic and the pH of the bath is less acidic than for PANI or formation of other protective layers. In the present work, synthesis of PANI and polypyrrole and investigation of its ion exchange properties have been made by elektrochemical quartz crystal microbalance on platinum for a number of different electrolyte solutions. On the basis of these results a single step method for deposition of Pani on zinc has been developed.<br />A stable, adhesive and homogenouse polymer film could be obtained with a thickness of about 200nm to 2µm depending on deposition parameters.<br />Morphology and thickness was characterized by FIB-REM. Composition was investigated by Raman measurements. Electrochemical and corrosion properties were measured by electrochemical impedance spectroscopy in borate and NaCl solution. Corrosion tests were carried out in a simplified salt spray testing cycle. Chemical synthesized Polyaniline doped with inhibitor(2,5 Dimercapto-thiathizol) was applied on steel substrates. The corrosion test clearly showed, that the coating protect the surface and even when the coating had defects, the free substrate was protected,