Die galvanische Abscheidung von Aluminium aus ionischen Flüssigkeiten (ILs) hat großes Potential für den Ersatz umweltbedenklicher Cd-Beschichtungen. Aufgrund der Ausbildung der natürlichen Al2O3Schicht bei Kontakt mit Luftsauerstoff, ist Al nur bedingt für den kathodischen Korrosionsschutz geeignet. Um die Bildung der Oxidschicht einzuschränken, muss Al legiert werden. Trotz intensiver Forschung ist die Al-Abscheidung aus ILs noch nicht gänzlich verstanden. Der Einsatz löslicher AlAnoden ist weit verbreitet, die anodische Passivierung bei hohen Stromdichten ist aber ein limitierender Faktor, dessen Ursache noch nicht eindeutig geklärt wurde. Die Abscheidung von AlLegierungen wurde intensiv untersucht, ihre Eignung für den kathodischen Korrosionsschutz unter Umgebungsbedingungen wurde allerdings noch nicht ausreichend thematisiert.
In dieser Arbeit wird die Abscheidung von Al, AlCr, AlZn und AlSn aus Chloraluminat-ILs untersucht. Die Elektrodenkinetik der AlAuflösung und Abscheidung sowie die Ratenbestimmenden Schritte wurden mittels zyklischer Voltammetrie (CV), Impedanzspektroskopie und Chronopotentiometrie (CP) untersucht und Reduktions bzw. Oxidationsmechanismen wurden vorgeschlagen. Mittels linearer Polarisation (LSV), elektrochemischer Quarzmikrowaage (EQCM), CV und CP konnte die Ursache anodischer Passivierung ermittelt werden. Die Wirkungsweise der Vorbehandlung von Stahl mit anodischer Polarisation in der IL wurde untersucht und die Haftungsverbesserung wurde mit der mechanischen Verzahnung der Schicht im Substrat begründet. Die Abscheidung von AlCr, AlZn und AlSn auf Stahl wurde mittels CV, EQCM, REM, EDX und XRD charakterisiert. Ihr Korrosionsverhalten wurde in Hinblick auf den kathodischen Korrosionsschutz mittels LSV, neutralem Salzsprühnebeltest (NSSTest) und Freibewitterung (EETest) untersucht. Al und AlZn bieten hervorragenden Korrosionsschutz im NSSTest. AlCr und AlSn versagen binnen weniger Tage. Im Gegensatz zu den anderen Beschichtungen, verzögert AlZn im EETest die Bildung von Rotrost für mehr als ein Jahr, was es zu einer vielversprechenden Alternative zu Cd macht. Die Komplexierung der Metallionen in den Elektrolyten wurde mittels RAMANSpektroskopie und DFT aufgeklärt. Es wurde gezeigt, dass sich Komplexe der Struktur [Me(AlCl4)3]- (Me = Zn, Sn) bilden.
The electrodeposition of Al from ionic liquids (ILs) has great potential for the replacement of environmentally harmful Cd coatings. However, due to the natural Al2O3 layer that forms on contact with atmospheric oxygen, Al is not suitable for cathodic corrosion protection. Alloying is necessary to impede the formation of the oxide layer. Despite intensive research, the deposition mechanism of Al from ILs is not yet fully understood. Although soluble Al anodes are widely used, anodic passivation at high current densities is still a limitation, the cause of which has not yet been clarified. The deposition of Al alloys has also been intensively investigated, but their suitability for cathodic corrosion protection under ambient conditions has not yet been sufficiently addressed.
Therefore, this work investigates the deposition of Al, AlCr, AlZn and AlSn from AlCl3/1-ethyl-3-methylimidazolium chloride–ILs. The electrode kinetics of Al dissolution and deposition are investigated by cyclic voltammetry (CV), electrochemical impedance spectroscopy and chronopotentiometry (CP). The electrode kinetic parameters and rate-determining steps are deduced. Based on data from linear sweep voltammetry (LSV), electrochemical quartz crystal microbalance (EQCM), CV and CP, anodic passivation was attributed to the solidification of the electrolyte due to supersaturation. The pretreatment of steel in the IL is investigated. The adhesion improves due to the cleaning and roughening of the surface. The deposition of AlCr, AlZn and AlSn on steel is characterized by CV, EQCM, SEM, EDX and XRD. The corrosion behavior of the coatings is investigated by LSV, neutral salt spray test (NSS test) and environmental exposure (EE). Al and AlZn provide excellent corrosion protection in the NSS test. AlCr and AlSn fail within a short time. AlZn significantly delays the formation of red rust in the EE test for more than a year, in contrast to the other coatings, which makes it a promising alternative to Cd. The complexation of the metal ions in the electrolytes is elucidated by RAMAN spectroscopy and DFT. It was shown that complexes [Me(AlCl4)3]- (Me = Zn, Sn) are formed.
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