Projekte

Schematische Darstellung der Ausbildung einer Passivierungsschicht bei einem niedrig legierten Edelstahl.

Schematische Darstellung der Ausbildung einer Passivierungsschicht bei einem niedrig legierten Edelstahl.

Innovative Nanostrukturen für korrosionsfeste Edelstähle

Mit neuartigen Passivierungsverfahren wurde in Kombination mit einer umfassenden Grenzflächenanalytik die Korrosionsfestigkeit optimiert.

Projektname: InnoNano
Innovative Nanostrukturen zur Verbesserung der Korrosionsfestigkeit bei Edelstählen
Projektleiter: Dr. Rudolf Reichl
Geldgeber: Firmenkonsortium
Laufzeit von: 01.04.2007
Laufzeit bis: 31.12.2008

Bei härtbaren und deshalb niedrig legierten Edelstählen wie 1.4021 oder 1.4034 oder bei Edelstählen mit besonderen Anforderungen an die chemische Stabilität ist zum Schutz vor möglicher Korrosion eine künstliche Passivierungsschicht mittlerweile unabdingbar geworden. Bei diesem Projekt wurden die Möglichkeiten innovativer Passivierungsverfahren analysiert. Schwerpunktmäßig wurde der Einfluss unterschiedlicher Fertigungsverfahren auf die Ausbildung der Passivierungsschichten untersucht und bewertet.

Beschreibung

In dem vorliegenden Verbundvorhaben wurde der Einfluss der Fertigungsverfahren Fräsen, Strahlen, Scotchen, Elektropolieren und Laserschweißen auf die Ausbildung der Passivierungsschichten von Edelstählen untersucht. Zur Anwendung kamen dabei die Edelstähle 1.4301 als ein bekannter Vertreter der höher legierten Edelstähle sowie 1.4021 als ein gebräuchlicher Vertreter der niedrig legierten Edelstähle.
Eine Verbesserung der Korrosionsfestigkeit von Edelstählen kann durch eine geeignete Passivierung erreicht werden. Die Dicke der Passivierungsschichten beträgt dabei nur wenige Nanometer. Der Erfolg eines Passivierungsprozesses hängt in der Regel von einer Vielzahl von Parametern ab. Dazu gehören beispielsweise die Sauberkeit der Werkstoffoberfläche, die chemische Zusammensetzung des Werkstoffes an der Oberfläche in Abhängigkeit der Vorbehandlung und nicht zuletzt das Passivierungsmittel selbst einschließlich der zugehörigen Prozessparameter.
Als Passivierungsverfahren kamen das Zitronensäureverfahren (CitriSurf 2250) der Fa. MKK, ein Verfahren der Fa. Borer Chemie, das Salpetersäureverfahren und das SolNit®-Verfahren der Härterei Gerster zur Anwendung.

Die Bewertung der Qualität von Passivierungsschichten erfolgte über die Messung der chemischen Zusammensetzung des Werkstoffes an der Oberfläche und der Untersuchung der Topographie mittels der Photoelektronenspektroskopie (XPS bzw. ESCA), der Rasterelektronenmikroskopie (REM) und Profilometrie. Die Untersuchungen an passivierten Edelstahloberflächen wurden dabei in Anlehnung an die Standards 90120403B-STD (XPS) und 90120401B-STD (SEM) durchgeführt.
Bei ausgewählten Proben wurden darüber hinaus die Elementkonzentrationen anhand von Tiefenprofilen mittels SNMS bestimmt. Dies war insbesondere auch deshalb erforderlich, weil eine Bewertung der Korrosionsbeständigkeit ausschließlich über das Eisen-Chrom-System im Falle einer Stickstoffimplantation unzureichend erscheint. Gerade bei dem in diesem Vorhaben verwendeten SolNit®-Verfahren könnte aber der im Werkstoffgefüge gelöste Stickstoff ein signifikanter Parameter bei der Korrosionsbeständigkeit sein.

Um einen Anschluss an konventionelle Analysenverfahren zur Bewertung der Passivierungsschichten zu erhalten, wurden an ausgewählten Proben zudem elektrochemische Prüfungen wie Ruhepotentialmessungen und Zyklische Voltammetrie durchgeführt.

Die Charakterisierung des Einflusses der Fertigungsverfahren auf die chemische Zusammensetzung und Struktur der Werkstoffoberflächen wurde ergänzt durch Untersuchungen der Oberflächenmorphologie anhand von Mikroquerschliffen mittels der FIB-Technologie (Focussed Ion Beam).

Prüfungen von Medizinprodukten im Bereich Passivierungsschichten werden unter Verwendung unserer akkreditierten Prüfmethoden im Bereich Material-, Oberflächen- und Grenzflächenanalytik als Dienstleistung für die Industrie angeboten.

Projektpartner

  • 19 Firmen, vorwiegend aus der Medizintechnik

zurück