Erprobung von Edelstahlbehandlungen zur Vorbereitung der Oberflächenbeschichtung mit silanmodifiziertem EPM-Polymer für den Einsatz als Dichtungsmaterial in PEM-Brennstoffzellen

Abstract

In dieser Dissertation wurde ein Dichtungsmaterial für Wasserstoffbrennstoffzellen auf Edelstahl analysiert. Aktivieren, funktionalisieren und polymerbeschichten von Edelstahloberflächen spielen in vielfältigen industriellen Anwendungen wie z.B. im Automobilbau, in der Medizintechnik oder der Luft- und Raumfahrt eine wichtige Rolle. Für einen Einblick zwischen Schicht- und Substratoberfläche wurden Beschichtungen hinreichend dünn hergestellt und ausführlich oberflächenanalytisch charakterisiert. Durch reaktive gasförmige Medien wie Ozon, Sauerstoff- bzw. Wasserplasma und nasschemische Behandlungen mit NaOH wurden physikalische und chemische Oberflächenmodifikationen systematisch durchgeführt, mit dem Ziel, eine Oberflächenaktivierung durch Erzeugung einer möglichst hohen Hydroxygruppen-Besetzung auf der Oberfläche auf Edelstahl zu erreichen. Die Hydroxygruppen auf der Oberfläche ermöglichen eine Adsorption von Haftvermittlermolekülen, über die eine Polymeranbindung realisiert wird. Die Filmbildung eines neu synthetisierten EPM-g-VTMDS-Polymers wurde hinsichtlich der Bindung auf oxidierten Edelstahloberflächen analysiert. Der Einfluss von Vernetzer und Katalysator auf die Filmbildung an der Oberfläche von Edelstahl wurde durch Abscheidung von Zweikomponenten- und vollständigen Dreikomponentenmischungen der Polymerbestandteile untersucht. Die Veränderung der Topografie und der chemischen Struktur durch die Auswirkungen der Oberflächenmodifikationen auf die Edelstähle, der Anbindung des Haftvermittlers und der mit unterschiedlichem Polymer beschichteten Edelstähle wurden mittels Augerelektronenspektroskopie (AES), Rasterkraftmikroskopie (AFM), Rasterelektronenmikroskopie (REM), Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS) und oberflächenverstärkter Ramanspektroskopie (SERS) analysiert. Es wurde festgestellt, dass durch die NaOH-Behandlungen der Chromgehalt, die Rauheit auf der Oberfläche und durch die Plasmabehandlungen die Oxidschichtdicke sich erhöhte. Die analytischen Ergebnisse lassen rückschließen, dass die Filmbildung über ein Polymerinselwachstum erfolgt und liefern Argumente für eine erfolgreiche Edelstahl-Haftvermittler-Bindung und laterale Vernetzung über Siliziumoxid-Netzwerke in den Polymerfilmen auf den Edelstahloberflächen.