Schlaflos im Labor: Die aufreibende Suche nach Chromat-freien Ersatzstoffen

Foto: Hereon/ Christian Schmid

„Im vom spanischen Unternehmen CIDAUT koordinierten Projekt arbeiten wir eng mit unseren Partnern an der Universität von Madrid, der Technischen Universität Delft, AkzoNobel, Henkel und MTU Aero Engines zusammen“, erklärt Dr. Sviatlana Lamaka, die das Projektteam am Hereon leitet. „Unsere Aufgabe in Geesthacht ist es, ungiftige Zusatzstoffe für Beschichtungen zu identifizieren, die Magnesium und Magnesiumlegierungen vor Korrosionsschäden schützen.“

Foto: Hereon/ Christian Schmid

Denn genau das macht es teilweise schwerer, Magnesium im Fahrzeug- oder Flugzeugbau einzusetzen: In salzhaltiger, feuchter Atmosphäre reagiert das Leichtmetall unbehandelt sehr empfindlich. Mit anderen Worten: Es korrodiert und zersetzt sich leicht. Um die Korrosionsprozesse zu unterbinden, werden derzeit Chromate als Zusatzstoff in Beschichtungen verwendet.

Aus den sechs Legierungen plus drei Reinsorten wurden kleine Magnesiumschnipsel hergestellt, die aufgrund ihrer rundlichen Form und
Größe eine besonders große Oberfläche aufweisen. Bahram Vaghefinazari misst hier in verschiedenen Flüssigkeiten an ihnen die
Wasserstoff-Produktion mit und ohne Hemmstoff. Foto: Hereon/ Christian Schmid

Das Problem: Chromate sind extrem giftig, umweltgefährlich und krebserzeugend. Daher wurde die Verwendung von Chromaten im Automobil- und Flugzeugbau ab Januar 2019 durch die Europäische Union per Gesetz verboten. Nur in Ausnahmefällen wird eine Verlängerungsermächtigung gewährt.

Ein Ersatz für die Chromate ist demnach für viele Industriebereiche enorm bedeutsam.
Ihn zu finden gleicht einer Herkulesaufgabe: Im Projekt ALMAGIC haben Sviatlana Lamaka sowie die Hereon Doktoranden Bahram Vaghefinazari und Di Mei bislang mehr als 150 chemische Verbindungen getestet.
Die korrosionshemmende Wirkung wurde gegenüber sechs verschiedenen Legierungen und drei Sorten von reinem Magnesium untersucht.

Proben beschichteter Magnesiumplättchenwerden im Inkubator übermehrere Tage oder Wochen salzhaltiger feuchter Luft ausgesetzt. Foto: Hereon/ Christian Schmid

Aussichtsreichste Kandidaten nach zigtausend Versuchen: Verbindungen die drei- und zweiwertiges Eisen (Fe³⁺/Fe²⁺) binden. Eisen, das immer als geringfügige Verunreinigung im Magnesium vorliegt, neigt dazu, eine sich schnell ausdehnende kathodische Reaktion einzuleiten. Im Team der Abteilung Korrosion und Oberflächentechnik wurde aus dieser Beobachtung die Hypothese abgeleitet, dass die Magnesiumkorrosion gehemmt wird, wenn die Eisen-Ionen abgefangen werden.

Dr. Sviatlana Lamaka und Bahram Vaghefinazari
überprüfen die Proben. Foto: Hereon/ Christian Schmid

Rund zwei Jahre dauerte die Suche nach den Magnesium-Korrosionsinhibitoren, die auf diesem Konzept basieren. Daraus ergaben sich nicht nur mehrere wissenschaftliche Veröffentlichungen, sondern wie Sviatlana Lamaka betont: „Es ist für mich sehr befriedigend, dass zahllose schlaflose Nächte vor einem Elektronenmikroskop zur Lösung des dringenden Problems beitragen könnten, krebsauslösende, hochgiftige Chromate durch umweltfreundliche Stoffe zu ersetzen. Die Mission, einen Ersatz für die krebserregenden Chromate zu finden, ist damit jedoch noch nicht abgeschlossen. Es ist eine Sache, einen vielversprechenden Inhibitor zu finden, es ist jedoch viel herausfordernder sicherzustellen, dass er als Teil einer Beschichtung weiterhin Korrosionsvorgänge hemmt“.