FCSE | Spitzenforschung: durch Sonnenlicht angetriebene „selbstheilende“ Korrosionsschutzbeschichtung

Veröffentlichungszeit:

2025-06-07

Wenn Metallwerkstoffe direkt Luft, Wasser oder anderen korrosiven Medien ausgesetzt sind, werden sie durch verschiedene physikalische und chemische Einwirkungen leicht beschädigt, was zu enormer Ressourcenverschwendung und Umweltproblemen führt. Eine Schutzbeschichtung auf der Oberfläche kann den Metallgrundkörper vom umgebenden Medium trennen und so das Auftreten von Korrosion wirksam verlangsamen.

Wenn Metallwerkstoffe direkt Luft, Wasser oder anderen korrosiven Medien ausgesetzt sind, werden sie durch verschiedene physikalische und chemische Einwirkungen leicht beschädigt, was zu enormer Ressourcenverschwendung und Umweltproblemen führt. Eine Schutzbeschichtung auf der Oberfläche kann den Metallgrundkörper vom umgebenden Medium trennen und so das Auftreten von Korrosion wirksam verlangsamen. Die Dichtheit und die Korrosionsschutzwirkung der Beschichtung sind die beiden entscheidenden Faktoren für die endgültige Schutzwirkung. Im Vergleich zu anorganischen Beschichtungen wie Emaille und Keramik werden organische Beschichtungen wegen ihrer breiten Verfügbarkeit, guten Korrosionsbeständigkeit und der leichteren Bildung einer dichten Deckschicht auf der Metalloberfläche häufig verwendet. Es darf jedoch nicht übersehen werden, dass sich auf organischen Beschichtungen in verschiedenen natürlichen Umgebungen leicht Mikrorisse bilden, durch die Wasser und andere korrosive Medien eindringen und die Schutzwirkung verloren geht.

Um dieses Problem zu lösen, hat das Forschungsteam von Lin Zhifeng und Li Weihua von der Sun-Yat-sen-Universität eine Epoxidharzbeschichtung (Dicke etwa 200 μm) mit Fe3O4-Nanopartikeln und Tetradecanol hergestellt. Sie zeigt unter Sonnenlicht eine gute Selbstheilungsfähigkeit und kann den darunterliegenden Kohlenstoffstahl vor Korrosion schützen.

Selbstheilende Beschichtungen (SHC) sind eine neuartige Beschichtungsart, die erst seit 20 Jahren bekannt ist, seit sie erstmals beschrieben wurde. Sie können ihre eigenen Mikrorisse oder Schäden reparieren und eine physische Barriere bilden, wodurch die erwartete Lebensdauer wirksam verlängert wird. Zwar wurden inzwischen mehrere Verfahren zur Herstellung selbstheilender Beschichtungen gefunden, darunter der Zusatz externer Heil-/Korrosionsinhibitoren, die dynamische Bindung der Polymerharze selbst sowie die Verwendung thermoplastischer Materialien/Formgedächtnismaterialien, doch sind häufig UV-Bestrahlung oder hohe Temperaturen nötig, um die entsprechenden chemischen Reaktionen auszulösen. Daher besteht ein dringender Bedarf an Beschichtungen, die sich unter milden Bedingungen selbst heilen können.

Die Forscher stellten fest, dass sich die hergestellte selbstheilende Beschichtung unter der photothermischen Wirkung von Fe3O4-Nanopartikeln bei simulierter Beleuchtung in nur 200 s auf 70 °C erwärmt. Das genügt, um Tetradecanol zu schmelzen und zum Auffüllen von Oberflächendefekten fließen zu lassen; innerhalb von 3 Minuten wurden Löcher und Kratzer auf der Beschichtungsoberfläche schnell repariert. Die Benetzbarkeit der Beschichtung lässt sich über den Zugabeanteil von Tetradecanol steuern, und die reichlich vorhandenen Hydroxylgruppen auf der Oberfläche machen die Beschichtung stärker hydrophil. Sie überprüften die Selbstheilungswirkung der Beschichtung außerdem unter echter Außenbeleuchtung; das Ergebnis zeigt, dass Kratzer auf der Oberfläche innerhalb von 93 s erfolgreich repariert werden konnten. Sowohl vor als auch nach der Reparatur liegt die Korrosionsschutzeffizienz dieser neuartigen Beschichtung bei über 99 %, und sie kann das Eindringen von O2, H2O und Cl– wirksam verhindern. Selbst nach 168 Stunden Eintauchen in 3.5 wt% NaCl-Lösung zeigt sie weiterhin gute Stabilität und Schutzeigenschaften.

Dieses neuartige, von Sonnenlicht angetriebene „selbstheilende“ Korrosionsschutz-Beschichtungsmaterial lässt sich einfach herstellen, benötigt keine zusätzlichen künstlichen Bedingungen und bietet eine Barriere- und Korrosionsschutzwirkung, die mit kommerziellen Beschichtungen vergleichbar ist. Es kann voraussichtlich in großem Maßstab produziert und in verschiedenen Bereichen des technischen Schutzes eingesetzt werden.

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