Im Rahmen des IGF-Vorhabens 20136 N wurden photokatalytisch aktive, anodisierte Aluminiumoberflächen entwickelt, die zu einer Verringerung der Luftverschmutzung, insbesondere der Stickoxidbelastung in urbanen Regionen, beitragen können. Zur Erreichung des Projektziels wurden neben kommerziell erhältlichen Titandioxidpartikeln auch unterschiedlich modifizierte, photokatalytisch aktive Nanopartikel mit möglichst geringen Partikeldurchmessern (5–25nm) in lösemittelhaltigen sowie wässrigen Systemen synthetisiert und daraufhin mit zwei verschiedenen Imprägnierverfahren in die Eloxalporen eingelagert.  

Dazu wurden Eloxalschichtsysteme für eine typische Fassadenlegierung (EN AW5005) auf Basis eines herkömmlichen Schwefelsäureverfahrens, eines Oxalsäureverfahrens und eines Phosphorsäureverfahrens mit für eine Einlagerung hinreichend großen Porenweiten (dPore(H2SO4) 10–20 nm; dPore(C2H2O4) 40–60 nm; dPore(H3PO4) 100–160 nm) entwickelt. Die technische Herausforderung bei der Entwicklung der Schichten bestand darin, diese so zu applizieren, dass die nachfolgende Einlagerung der Nanopartikel deren hohe photokatalytische Aktivität gewährleistet und ein fester Verbund zwischen Eloxal und dem photokatalytisch aktiven Titanoxid entsteht.  

Die dabei verfolgten Verfahren zur Imprägnierung beruhen auf dem Prinzip der elektrophoretischen Einlagerung aus lösemittelhaltigen Dispersionen und der ultraschallunterstützten Tauchimprägnierung zur Einlagerung der Nanopartikel aus wässrigen Systemen. Für beide Verfahren können neuartige, funktionelle Eigenschaften des Eloxals erzeugt werden, die eine hohe photokatalytische Aktivität der Eloxaloberflächen aufweisen. Die erzeugten Schichten erreichen, in Abhängigkeit des Verfahrens und der verfahrensspezifischen Parameter zur Einlagerung der Partikel, eine relative photokatalytische Effizienz (rPCE-Wert) von bis zu 13, wobei ein rPCE-Wert > 2 bereits als „photokatalytisch aktiv zur Luftreinigung“ gilt.  

Korrosionsuntersuchungen an anodisierten und mit TiO2-Partikeln imprägnierten Schichten in einem handelsüblichen Aluminium- und Fassadenreiniger belegen eine sehr hohe Korrosionsbeständigkeit aller Eloxalschichten, die sich in Impedanzwerten im MΩ*cm2-Bereich und Korrosionsstromdichten im Nanoampere-Bereich äußert. Im Rahmen der Korrosions- und Korrosionsklimawechselstests konnte dies bestätigt werden. Durch die Einlagerung von TiO2-Partikeln konnte keine Verschlechterung der Korrosionseigenschaften festgestellt werden.  

Durch die Forschungsarbeiten steht interessierten KMU ein neuartiges photokatalytisch aktives Eloxalschichtsystem zur Verfügung, das u.a. für die Anwendung im Fassadenbereich verwendet werden kann. 

Danksagung

Das Forschungsvorhaben 20136 N der Forschungsvereinigung Verein für das Forschungsinstitut für Edelmetalle und Metallchemie (fem) wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz gefördert.

Das gemeinsame Projekt der Rieger Metallveredlung GmbH & Co. KG und dem fem zielt auf die Entwicklung einer korrosionsbeständigen und haftfesten Metallisierung von Eloxalschichten, die die steigenden Anforderungen des technischen Einsatzes erfüllen. Dazu wird am fem die Eloxalschicht als Mehrschichtsystem entwickelt, so dass Korrosionsfestigkeit und Haftfestigkeit jeweils einer separaten Schicht zugeordnet werden können. Als Voraussetzung für eine hohe Haftfestigkeit der Funktionsschicht wird neben der Mehrschichtcharakteristik auch die Bekeimung des Schichtsystems durch die Fa. Rieger entwickelt. 

Das Projekt zielt auf hochbeanspruchte Nischenanwendungen mit zunehmender Individualisierung in kleinen Losgrößen. Mit dem neuen Verfahren, das Korrosionsfestigkeit und Haftfestigkeit gleichermaßen berücksichtigt, eröffnet sich für unterschiedlichste Branchen ein weites Spektrum bei der Metallisierung von Eloxal-Schichten. Mit der industriellen Umsetzbarkeit erreicht der Stand der Technik für Verfahren zur Herstellung dekorativer, hochkorrosionsfester Schichten qualitativ eine neue Stufe.

Danksagung

Das Vorhaben der Forschungsvereinigung Edelmetalle und Metallchemie wird über die AiF im Rahmen des Zentralen Innovationsprogramms Mittelstand (ZIM) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.