Localised Corrosion Protection of Aluminium Components by atmospheric Pressure Plasma Polymerisation

Abstract

Vorbehandlung: Durch die Anwendung der AD-Plasmavorbehandlung lässt sich der Kohlenstoffgehalt nicht gereinigter Aluminiumbleche bis auf den Gehalt der natürlichen Adsorbatschicht reduzieren, die sich auf reinen Oberflächen bei atmosphärischer Auslagerung bildet. Dabei steigt die Dicke der Oxidschicht von ca. 4 nm bis auf ca. 7 nm. Die Oberfläche wird zudem hydrophiler und lässt sich besser benetzen. Eine Erdung des Substrates kann zu vermehrten Bogenübergängen von dem Düsentool auf das Substrat führen und ein lokal begrenztes Umschmelzen an der Oberfläche verursachen. Schichtabscheidung: Die Schichtchemie kann über die Parameter des Plasmaprozesses und der Düsengestaltung gezielt variiert werden. Ein nachträgliches Tempern der Schicht führt zu einer Nachvernetzung der Schicht unter Kondensationsreaktion von Silanolgruppen. Die elektrochemisch wirksamen Fehlstellen können dabei reduziert werden. Die geringste Fehlstellendichte weist eine Korrosionsschutzschicht mit mittlerem anorganischen Anteil auf. Allerdings ist die Korrosionsschutzwirkung dieser Schicht im Vergleich zu einer Schicht mit höherer Fehlstellendichte, aber höherem anorganischen Anteil schlechter. Für die Korrosionsschutzwirkung einer Schicht spielen neben der Anzahl von elektrochemisch wirksamen Fehlstellen in der Beschichtung auch die Barrierewirkung der Schicht gegen Wasser und Ionen, die Anbindung der Schicht an das Substrat und die chemische Stabilität der Schicht eine zentrale Rolle. Die Barrierewirkung der Schicht nimmt mit steigendem anorganischen Anteil der Schicht zu. Die entwickelte Korrosionsschutzschicht mit hohem anorganischen Anteil besitzt trotz einiger elektrochemisch wirksamer Fehlstellen eine gute Korrosionsschutzwirkung. Nach 168 h ESST sind nur vereinzelt Korrosionserscheinungen in Form kleiner Fehlstellen in der Beschichtung zu erkennen. Je anorganischer und damit glasartiger die Schichten sind, desto spröder werden sie, so dass es bei Dehnung des Substrats zu Rissen in der Schicht kommt, die sich als Fehlstellen bemerkbar machen. Je organischer und damit polymerartiger die Schichten sind, desto dehnbarer werden sie und desto weniger Risse entstehen. Diese Forschungsergebnisse sind bereits durch die Firma Plasmatreat industriell umgesetzt worden. Seit 2007 werden bei der Fa. TRW Automotive Aluminiumdruckguss- Gehäuse im Bereich des Dichtflansches mit einer korrosionsschützenden und zugleich haftvermittelnden plasmapolymeren Schicht versehen, um so eine gegen korrosive Unterwanderung langzeitstabile Dichtung gewährleisten zu können

Atmospheric Pressure Plasma Deposition of Adhesion Promotion Layers on Aluminium

“…A detailed description of the plasma source principles can be found elsewhere. [12,14,15] Precursors are fed in by usage of a bubbler at a constant temperature of 30 8C with He-feed flow rates between 0.5 and 5 standard litre per minute (SLM). The corresponding precursor mass flow rates are measured for HMDSO by weighing of the bubbler.…”

“…Plasma deposition is carried out with a PT6458‐4 nozzle, which is moved over the surface with 100 mm · s −1 at a distance of 12 mm. A detailed description of the plasma source principles can be found elsewhere 12, 14, 15. Precursors are fed in by usage of a bubbler at a constant temperature of 30 °C with He‐feed flow rates between 0.5 and 5 standard litre per minute (SLM).…”

“…[5][6][7][8] However, due to complex 3D-geometries of aircraft structures, atmospheric plasma jet sources need to be employed, where the plasma source can be mounted on a robot. Different jet sources have been investigated for the deposition of silicon-based coatings such as an RF driven jet source [9] or a DC Arc Jet, [10] as well as a commercially available open air plasma jet (PlasmaTreat, Pt), which has already been used for the deposition of corrosion protective films on Al alloys [11,12] and is also known from adhesive bonding in automotive…”