Einfluss der chemischen Umgebung auf Morphologie und Struktur von Magnesiumhydroxid auf Magnesiumoberflächen

Der erfolgreiche Einsatz von Magnesium im Metallbau wird durch den Einsatz und die Entwicklung von Methoden zum Oberflächenschutz und, wenn nötig, einer elektrisch isolierenden Schicht zwischen Magnesium und anderen metallischen Werkstoffen, gefördert [1]. Geeignete Materialien zum Oberflächenschutz stellen dabei beispielsweise polymere Lacke dar. Diese erfordern jedoch einen ausreichend korrosionsschützenden Untergrund, der bislang im wesentlichen in Form einer umweltgefährdenden Chromatschicht auf Magnesium aufgebracht wird. Im Falle von Verletzungen der Schutzschicht bildet sich alkalisches Magnesiumhydroxid auf der Magnesiumoberfläche, das bei vielen Lacksystemen zu einer hydrolytischen Spaltung und nachfolgender Delamination führt. Daher ist es wünschenswert, neue Möglichkeiten zum Aufbau eines solchen Verbundmaterials aus Magnesium mit Polymeren zu entwickeln. Eine erfolgversprechende Möglichkeit für derartige Systeme ist darin zu sehen, molekulare Haftvermittler auf Magnesiumhydroxidkonversionsschichten aufzubringen. Diese Haftvermittler benötigen eine magnesiumhydroxidspezifische Haftgruppe, um an das Metall kraftschlüssig und hydrolysestabil anzubinden, sowie eine zweite Haftgruppe, die eine ebensolche Bindungssituation des Polymeren gewährleistet. Eine direkte Ankopplung eines organischen Haftvermittlers an das Metall Magnesium ist nicht erfolgversprechend, da alle bisher bekannten magnesiumorganischen Verbindungen hydrolyseinstabil sind [2]. Da die Konversionsrandschicht aus Magnesiumhydroxidschicht ein eigenschaftsbestimmender Bestandteil des Magnesium‐Polymer‐Verbundes ist, sind die Eigenschaften und Struktur solcher Schichten, die sich auf Magnesium ausbilden können, in Abhängigkeit von den Herstellungsbedingungen zu charakterisieren und zu optimieren. Als Methoden zur Charakterisierung haben wir die IR‐Spektroskopie, die Quarzmikrowaage sowie das Rasterkraftmikroskop herangezogen. Anhand IR‐spektroskopischer Untersuchungen haben wir zeigen können, dass bei einer Bildung der Hydroxidschicht auf Magnesium in Wasser bei pH‐Werten im Bereich von 7–10 wasserhaltige Schichten ausgebildet werden. Oberhalb eines pH‐Wertes von 12 werden dagegen wasserfreie Schichten erhalten. Ein Modell, das den isoelektrischen Punkt von Magnesium berücksichtigt, kann das Entstehen dieser verschiedenen Schichten erklären. Die Struktur und Morphologie der gebildeten Schichten wurde von uns mittels Rasterkraftmikroskopie untersucht, wobei wir zeigen konnten, dass bei niedrigen pH‐Werten eine zu hohen pH‐Werten vergleichsweise grobe Struktur auf der Oberfläche ausgebildet wird. Diese Unterschiede lassen sich anhand des Löslichkeitsgleichgewichtes und durch die Veränderung der Hydroxidionenkonzentration erklären.