Growth and modification of passive layers on new Zn alloys using atmospheric-pressure plasmas

使用大气压等离子体在新型锌合金上生长和改性钝化层

基本信息

项目摘要

The corrosion and adhesion characteristics of oxide-covered alloys are mainly determined by the properties of the passive surface oxide film. On the one hand, the chemistry, morphology and crystalline structure of oxide films define the electrochemical properties and thereby the corrosion resistance of the substrate. On the other hand, the surface chemistry and the topography play a crucial role in the nature of the chemical and mechanical interactions at interfaces formed with polymeric coatings or adhesives, as well as their stability. Zinc alloy coatings are coated on steel sheets to provide barrier properties, resistance to atmospheric corrosion and cathodic protection of the construction metal. In the last decade, the development of ZnMg and ZnMgAl alloy coatings led to a breakthrough in the continuous coating of steel coils for automotive and home-appliance industries. ZnMg and ZnMgAl alloys have been shown to provide superior corrosion resistance in comparison to ZnAl-alloy coatings, both with and without the application of protective polymeric coatings. Classical surface technologies applied on metals, such as wet chemical conversion processes aiming at an improvement of corrosion resistance and adhesive properties of applied polymer films lead to a significant etching of the alloy surface and thereby to the formation of waste. With the goal of minimization of process waste without compromising the material properties, plasma surface treatments adaptable to continuous steel processing offer an efficient alternative to wet chemical conversion methods. Moreover, plasma technology allows for a precise process control and thus enables a more defined tuning of material properties relevant for corrosion and adhesion, such as semiconductor characteristics or film/surface chemistry. The aim of this project is to understand the fundamental mechanisms of the changes occurring on novel ZnMgAl alloy surfaces during atmospheric-pressure plasma treatment and to correlate the plasma parameters with the bulk/surface chemistry and electrical properties of the modified passive films, which would enable tailoring of these properties for various technical applications. A further goal is to correlate plasma-induced changes in the composition, semiconductor characteristics and surface chemistry of passive films on ZnMgAl alloys and alloy coatings with application-specific properties, such as adhesion to polymers and corrosion resistance. The synergistic influence of both the alloy composition and the plasma process will be considered. From the standpoint of surface technology, the project will provide an accurate description of the adequate passive film chemistries for improving the corrosion and adhesion properties of ZnMgAl alloys and the plasma process parameters necessary for achieving this.
氧化物覆盖合金的腐蚀和附着特性主要取决于钝化表面氧化膜的性质。一方面,氧化膜的化学、形态和晶体结构决定了电化学性能,从而决定了基材的耐腐蚀性。另一方面,表面化学和形貌在与聚合物涂层或粘合剂形成的界面处的化学和机械相互作用的性质以及它们的稳定性中起着至关重要的作用。锌合金涂层涂覆在钢板上,以提供屏障性能、耐大气腐蚀性和建筑金属的阴极保护。在过去的十年中,ZnMg和ZnMgAl合金涂层的发展导致了汽车和家电行业钢卷连续涂层的突破。与ZnAl合金涂层相比,ZnMg和ZnMgAl合金已经显示出提供了上级耐腐蚀性,无论是否施加保护性聚合物涂层。应用于金属的经典表面技术,例如旨在改善所施加的聚合物膜的耐腐蚀性和粘合性能的湿化学转化工艺,导致合金表面的显著蚀刻,从而形成废物。为了在不影响材料性能的情况下最大限度地减少工艺废物,适用于连续钢铁加工的等离子体表面处理提供了湿化学转化方法的有效替代方案。此外,等离子体技术允许精确的工艺控制,从而能够更明确地调整与腐蚀和粘附相关的材料特性,例如半导体特性或膜/表面化学。该项目的目的是了解在大气压等离子体处理过程中发生在新型ZnMgAl合金表面上的变化的基本机制,并将等离子体参数与改性钝化膜的体/表面化学和电性能相关联,这将使这些性能能够针对各种技术应用进行定制。另一个目标是将ZnMgAl合金和合金涂层上的钝化膜的组成、半导体特性和表面化学的等离子体诱导变化与特定应用特性(例如对聚合物的粘附性和耐腐蚀性)相关联。将考虑合金成分和等离子体工艺两者的协同影响。从表面技术的角度来看,该项目将提供适当的钝化膜化学的准确描述,以改善ZnMgAl合金的腐蚀和粘附性能,以及实现这一目标所需的等离子体工艺参数。

项目成果

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Influence of dielectric barrier plasma treatment of ZnMgAl alloy‐coated steel on the adsorption of organophosphonic acid monolayers
介质阻挡等离子体处理ZnMgAl合金涂层钢对有机膦酸单分子层吸附的影响
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
  • 影响因子:
    1.7
  • 作者:
    S. Knust;A. Kuhlmann;A.G. Orive;T. de los Arcos;G. Grundmeier
  • 通讯作者:
    G. Grundmeier
Spray pyrolysis of thin adhesion-promoting ZnO films on ZnMgAl coated steel
ZnMgAl 涂层钢上喷雾热解增粘 ZnO 薄膜
  • DOI:
    10.1016/j.surfcoat.2020.125869
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    5.4
  • 作者:
    R. Grothe;S. Knust;D. Meinderink;M. Voigt;A. Orive;G. Grundmeier
  • 通讯作者:
    G. Grundmeier
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