Nanopartikel erhöhen Gasbarriere beim Korrosionsschutz

Forscher des INM haben spezielle, plättchenförmige Zinkphosphat-Nanopartikel entwickelt. Diese Partikel sind zehnmal so lang wie dick. Diese Anisotropie verlangsamt das Vordringen der Gasmoleküle zum Metall.

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, werden heute verschiedene Techniken genutzt. Eine gängige Methode ist der Korrosionsschutz mit Zinkphosphat-Beschichtungen. Nun haben Forscher des INM - Leibniz-Institut für Neue Materialien spezielle Zinkphosphat-Nanopartikel entwickelt. Im Gegensatz zu herkömmlichen, kugelförmigen Zinkphosphat-Nanopartikeln, sind die neuen Nanopartikel plättchenförmig. Sie sind zehnmal so lang wie dick. Diese Anisotropie verlangsamt das Vordringen der Gasmoleküle zum Metall.

"In ersten Testbeschichtungen konnten wir zeigen, dass sich die plättchenförmigen Nanopartikel mauerartig übereinander schichten", erklärt Carsten Becker-Willinger, Leiter des Programmbereichs Nanomere® am INM. "Dadurch verlängert sich der Weg der Gasmoleküle durch die Schutzbeschichtung hindurch, weil sie sich einen Weg durch die "Mauerritzen" suchen müssen." Das Ergebnis sei eine deutlich langsamere Korrosion als bei Beschichtungen mit kugelförmigen Nanopartikeln, wo Gasmoleküle viel schneller einen Weg durch die Schutzschicht zum Metall finden.

In weiteren Testreihen konnten die Wissenschaftler die Wirksamkeit der neuen Nanopartikel bestätigen. Dazu tauchten sie Stahlbleche in Elektrolyt-Lösungen mit je kugelförmigen und plättchenförmigen Zinkphosphat-Nanopartikeln. Bereits nach einem halben Tag zeigten die Stahlbleche in den Elektrolyten mit kugelförmigen Nanopartikeln Korrosionsspuren. In den Elektrolyten mit plättchenförmigen Nanopartikeln blieben die Stahlbleche nach drei Tagen noch unversehrt und glänzend. Für die Herstellung ihrer Partikel verwendeten die Forscher handelsübliche Zinksalze, Phosphorsäure und als Komplexbildner eine organische Säure. Je mehr Komplexbildner sie zusetzten, umso anisotroper wurden die Nanopartikel.

Quelle: Leibniz-Institut für Neue Materialien (INM)