Elektrochemische Untersuchungen der Sauerstoffreduktion an Zink-Chrom-Legierungen

Abstract

Chromüberzüge und Konversionsschichten aus chrom(VI)-haltigen Bädern haben in der Industrie, aber auch im privaten Bereich, eine enorme Bedeutung. Leider hat sich aber gezeigt, dass stark toxisch und krebserregend ist. Aus diesem Grund unterliegt der Einsatz von Chrom(VI)-Verbindungen zunehmend gesetzlicher Einschränkungen. Immer mehr Bereiche der Industrie müssen sogar ganz auf verzichten. Dies hat dazu geführt, dass intensiv nach Chrom(VI)-freien Alternativen geforscht wird. Eine Alternative zu chromatiertem Zink sind galvanisch abgeschiedene Zn/Cr-Legierungen. Diese haben sich in Korrosionsversuchen als äußerst langlebig herausgestellt. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde die Kinetik der Sauerstoffreduktion, als wichtigste Gegenreaktion zur anodischen Metallauflösung an solchen Legierungen elektrochemisch untersucht, um Erkenntnisse über den zugrunde liegenden Korrosionsmechanismus zu gewinnen Es wurden potentiodynamische Messungen an rotierenden Scheibenelektroden bestehend aus Zn oder ZnCr-beschichtetem Stahl durchgeführt. Alle Experimente wurden in Boratpufferlösungen vorgenommen, die mit NaOH auf den gewünschten pH-Wert eingestellt wurden (7,0 bzw. 9,3). Es wurden Messungen an unbehandelten Proben, sowie auch an Proben, welche zuvor einer intensiven Langzeitbewitterung unterzogen worden waren, gemacht. Der Einfluss des Legierungselementes Chrom, z.T. nach vorangehende kathodischer Polarisation oder Bewitterung auf die Kinetik der Sauerstoffreduktion wurde untersucht. Messungen mit denen man feststellen konnte, wie sich die Zugabe von NaCl auf die Korrosionsreaktion auswirkt, haben das Bild vervollständigt. Wegen des zu erwartenden Einflusses des pH-Wertes, wurden Messungen im Neutralen und im schwach Alkalischen durchgeführt. Um die Ergebnisse besser interpretieren zu können, war es wichtig, durch Spülen mit reinem und die Sauerstoffkonzentration im Elektrolyten zu verändern. Die meisten Untersuchungen wurden an den Proben ZCE (454 5%Cr) und zum Vergleich ZE (0% Cr) durchgeführt. Es stellte sich heraus, dass neben dem Chromgehalt auch kathodische Belastung und Bewitterung einen starken Einfluss auf die Sauerstoffreduktion ausüben. Auch die Sauerstoffkonzentration und der pH-Wert beeinflussen die Korrosionsreaktion. Konzentrationen bis zu 1 g/L NaCl hatten kaum Einfluss auf die Kinetik der kathodischen Sauerstoffreduktion.

The influence of the kinetics of the oxygen reduction reaction (ORR) on the corrosion protective function of Zn and ZnCr-alloys was investigated by potentiodynamic investigations of the ORR