Passivierungsschichten

Passivierungsschichten sind dünne, haftende Schutzfilme, die sich auf Metalloberflächen bilden oder durch Behandlung daraufgebracht werden. Sie verringern die chemische Reaktivität und schützen vor Korrosion, indem sie eine Barriere zwischen Metall und Umgebung bilden. Typische Beispiele finden sich bei Edelstahl, Aluminium und Titan.

Entstehung und Zusammensetzung: Bei Edelstahl bildet sich typischerweise eine Cr2O3-haltige passivierende Schicht, bei Aluminium eine Al2O3-Schicht und bei Titan eine TiO2-Schicht. Die Filme bleiben meist nur wenige Nanometer dick, sind aber dicht und selbstheilend: Kleine Defekte können in Gegenwart von Sauerstoff und Wasser nachoxidieren und die Schutzwirkung erhalten bleiben.

Herstellung und Verfahren: Natürliche Passivierung erfolgt im Luft- oder Wasserkontakt. Chemische Passivierung nutzt Oxidationsmittel, um Eisen zu entfernen und eine schützende Oxidschicht anzureichern. Elektrochemische Passivierung oder Umwandlungsbeschichtungen dienen der gezielten Schichtbildung. Chrom-VI-haltige Prozesse wurden aufgrund von Gesundheits- und Umweltaspekten stark eingeschränkt; modernere Verfahren setzen auf chromfreie Alternativen.

Eigenschaften und Grenzen: Passivierungsschichten erhöhen die Korrosionsbeständigkeit und verringern den Reaktionsgrad des Metalls. Defekte, pH-Wert, Temperatur und Chloridkonzentrationen beeinflussen Stabilität. Übermäßige Dicke kann zu Spannungen oder mechanischen Nachteilen führen, daher sind Kontrolle der Dicke und Homogenität wichtig.

Bewertung und Anwendungen: Charakterisiert werden Passivierungsschichten durch elektrochemische Messungen (Impedanzspektroskopie, Polarisation), Oberflächenanalysen (XPS, AES) und Dickemessungen. Anwendungen finden sich in der Edelstahlherstellung, im Automobil- und Flugzeugbau, der Medizintechnik und Elektronik, wo sie Lebensdauer, Zuverlässigkeit und Biokompatibilität verbessern.