Hightech-Beschichtungen für die Korrosionsbekämpfung an Hochleistungsstrukturen
Korrosion, die chemische oder elektrochemische Zersetzung von Metall, kann zu strukturellen Fehlern, finanziellen Verlusten, Gesundheitsgefahren und Umweltverschmutzung führen. Die Gefahren durch Korrosion sind insbesondere bei stark beanspruchter Infrastruktur wie Flugzeugen und Offshore-Ölförderinseln relevant. Das Projekt COAT4LIFE(öffnet in neuem Fenster), das mit Unterstützung durch das Maria Sklodowsa-Curie-Maßnahmenprogramm (MSCA)(öffnet in neuem Fenster) finanziert wurde, zielte auf die Entwicklung umweltfreundlicher multifunktionaler Beschichtungen ab, um die Korrosion von häufig verwendeten Metallen und deren Legierungen zu bekämpfen. COAT4LIFE baute auf der Arbeit des MSCA-finanzierten Projekts SMARCOAT auf, das 2018 abgeschlossen wurde. COAT4LIFE bot Nachwuchsforschenden und Unternehmenspersonal die Möglichkeit, in unterschiedlichen Umgebungen mit unterschiedlichen Personen, häufig in unterschiedlichen Ländern, zusammenzuarbeiten. Dies resultierte in einem beidseitig bereichernden Ideenaustausch in einem Bereich, der für die Zukunft der kohlenstoffarmen Wirtschaft Europas von entscheidender Bedeutung ist.
Grüne Lösungen und Korrosionsschutz
Nichts hält ewig, nicht einmal Metalle, die zu den haltbarsten Materialien der Welt zählen. Um Metalle länger haltbar zu machen, suchen Industrieunternehmen nach Schutzbeschichtungen für metallische Oberflächen. Projektkoordinator João Tedim sagt dazu: „Aktiver Korrosionsschutz spielt eine Schlüsselrolle, wenn Beschichtungen aufgrund der kombinierten Auswirkungen von Temperatur, Feuchtigkeit, vorhandener aggressiver Stoffe, mechanischer Beschädigung und UV-Strahlung – alles Bedingungen, die während der Lebensdauer von Metallstrukturen auftreten – Fehler entwickeln.“ Durch die Erhöhung der Haltbarkeit metallischer Strukturen wird die Kreislaufwirtschaft unterstützt. Und die umweltfreundliche Ausrichtung des Projekts wird sicherstellen, dass die Lösungen nur minimale Auswirkungen auf die Umwelt haben. COAT4LIFE konzentrierte sich auf zwei Arten von Beschichtungssystemen: eine temporäre biologisch abbaubare Beschichtung für den Transportsektor und neuartige Polymere für eine langfristige Beschichtung. Neben der Bewertung der Leistungsfaktoren wurden im Rahmen des Projekts auch Ökotoxizitätsstudien und Lebenszyklusanalysen zu den vorgeschlagenen Beschichtungselementen durchgeführt. Das Projekt konnte seine Ziele in puncto Umweltfreundlichkeit erfolgreich erreichen. „Bei COAT4LIFE haben wir umweltfreundliche Polymere entwickelt, die als Bindemittel in Beschichtungsformulierungen verwendet werden. Diese wurden mit verschiedenen Nanoadditiven kombiniert, um multifunktionale Beschichtungen zu erhalten, die metallische Trägersubstanzen schützen und einsetzende Korrosion erkennen können, und gleichzeitig die Umweltbelastung verringern“, erklärt Tedim.
Nanoadditive für multifunktionale Beschichtungen
Der multifunktionale Ansatz des Projekts umfasst zwei unterschiedliche Zweige. Intelligente Nanosensoren(öffnet in neuem Fenster) ermöglichen eine frühzeitige Erkennung von Korrosion. Diese Additive reagieren auf Reize und verändern ihre Farbe, wenn auslösende Faktoren für einsetzende Korrosion vorhanden sind. Die frühzeitige Erkennung von Korrosion ermöglicht es Beteiligten, schnell auf die Verschlechterung von Geräten zu reagieren. Maschinelles Lernen erwies sich als wertvolles Instrument bei der Identifizierung vielversprechender Korrosionsinhibitoren für intelligente Beschichtungen. Dieser Forschungsansatz hat zu zahlreichen Veröffentlichungen(öffnet in neuem Fenster) und Konferenzpräsentationen geführt. Intelligente Beschichtungen basieren auf gekapselten/immobilisierten Additiven mit einem ausgelösten Freisetzungsmechanismus. „Wenn die herkömmliche Barrierewirkung der Beschichtung nicht mehr ausreicht, beginnen Nanoadditive, Korrosionsschutzmittel freizusetzen. Diese kleinen chemischen Spezies diffundieren in die exponierten Metalle und hemmen so Korrosionsprozesse“, erklärt Tedim. Im Rahmen des Projekts wurden mehrere Nanomaterialien entwickelt, die hinsichtlich ihrer Leistung und Umweltauswirkungen bewertet wurden. Obgleich die Kompatibilität zwischen Nanoadditiven und Beschichtungsformulierungen oft eine Herausforderung darstellte, wurden zwei Formulierungen – eine für Aluminiumlegierungen und eine für Stahl – im Rahmen einer üblichen und praktischen Erprobung validiert. Diese Lösungen übertrafen bestehende Produkte und erfüllten die hohen Umweltstandards des Projekts. Der Beitrag von COAT4LIFE für Korrosionsschutzbeschichtungen ist ein wichtiger Schritt zur Verbesserung der Sicherheit, Kreislaufwirtschaft und Leistung von Metallstrukturen in Hochleistungssektoren. Darüber hinaus verspricht der durch das Projekt geförderte Wissensaustausch weitere Entwicklungen in der Zukunft.
