English

The dissertation mainly deals with the protection of corrosion by novel combination of production

processes which have a high sustainability in the economy. Topics like effects of the plasma

modification on the adsorption kinetics of adhesion promoters, investigations on the adhesion

promoters as corrosion inhibitors, and the influence of the surface chemistry on the stability of

adsorbed adhesion promoters are brought into focus. It is shown, that plasma modification can

influence the electronic and geometric parameters of the passive layers and thereby prevent

corrosion, as well as the adsorption process of the adhesion promoter. The quartz crystal

microweighing (QCM) is applied for the first time as a method for the determination of adsorption

kinetics of organophosphonic acids on aluminum. Investigations of the adhesion promoters adsorbed

on passive layers lead to the conclusion, that a further adsorption of water can be reduced but the

diffusion itself to the passive layer cannot be hindered. The variation of surfaces and alloy

composition has shown that adhesion promoters have to be adapted to the parameters of subject

system to reach certain stability. The stability of the resulting bonding is mainly based on three

competing influences, namely interfacial bonding types, adsorption free energies in competition with

water and the involved adsorption geometries. By the introduction of new single crystalline model

systems a gap between the modern theory and experimental data can be bridged. For water-rich

conditions the formation of the adsorbing water is predicted by density functional theory (DFT) and

proven by temperature programmed desorption (TPD) spectroscopy. In one can say that phosphonic

acids are the most promising candidates as adhesion promoters for aluminum and alloys that form

up oxide covered aluminum surfaces. Furthermore, the plasma modification is an efficient process

for cleaning and changing the surface parameters in electronic and geometric way, which facilitates

the possibility to tailor the surface chemistry. For the future, only a combination of basics research

on the one hand, and direct cooperation with industry on the other hand, can be the key for

fundamental comprehension and adequate progress.

Deutsch

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit dem Korrosionsschutz technisch relevanter Oberflächen durch

neuartig kombinierte Produktionsverfahren, die in der Wirtschaft eine hohe Nachhaltigkeit

aufweisen. Am Anfang steht eine Konzeptentwicklung der plasmabasierten Konditionierung der

chemischen und elektronischen Struktur von Passivschichten und der Untersuchung des Einflusses

einer plasmamodifizierten Oxidschicht auf die Adsorption, Selbstorganisation und Adhäsion von

organischen Haftvermittlern. Hierbei kann erstmals durch den Einsatz der Quartzkristallmikrowägung

(QCM) für das System Octadecylphosphonsäure (ODPA) / Aluminiumoxid eine zehnfache

Beschleunigung der Adsorptionsgeschwingigkeit aufgrund der Plasmamodifikation direkt

nachgewiesen werden. Um ein größeres Spektrum an Forschungsmöglichkeiten zu erhalten, werden

die zu untersuchenden Modellsysteme erweitert auf Aluminiumoxid Einkristalle mit verschiedenen

Oberflächenorientierungen einerseits, andererseits auf Zinkaluminium-Legierungen, die ihre

Anwendung als Stahlüberzug in vielen Bereichen haben. Dabei werden vor allem die Bildung und

Langzeitstabilität der als Self-Assembled Monolayer (SAM) adsorbierten ODPA auf den verschiedenen

oxidbedeckten Aluminiumoberflächen fokussiert. Sowohl bei der Entstehung als auch bei der

Stabilität der ODPA Monolayer zeigen sich klare Unterschiede auf den verschiedenen Oberflächen;

viele können durch die Weiterentwicklung der bestehenden Bindungsmodelle für die

Wechselwirkung zwischen ODPA und Aluminiumoxid verstanden werden. Bei der Bildung einer ODPA

Monolage, die als Haftvermittler auf den gewählten Stahlüberzügen HDG, Galfan und Galvalume

fungieren kann, kann gezeigt werden, dass ein Aluminiumgehalt < 0.5% (HDG) zur Bildung einer

Fällungsschicht und nicht mehr zur Selbstorganisation der ODPA auf der Oberfläche führt. Die

Stabilität der Bindung zwischen ODPA und Aluminiumoxid im wässrigen Medium wird hauptsächlich

von drei Faktoren beeinflusst, der Grenzflächen-Wechselwirkung, der freien Adsorptionsenergie im

Vergleich zu Wasser und der atomaren Geometrie der Oberfläche. Schließlich wird durch den Einsatz

einkristalliner Modellsysteme der Brückenschlag in die moderne Quantenmechanik geschafft. Für das

System Phosphonsäure, adsorbiert als SAM auf Aluminiumoxid, werden die bestehenden Modelle

aufgegriffen, zudem wird das Spektrum durch die Arbeit auf Einkristallen und einen theoretischen

Ansatz erweitert. Für die Zukunft kann nur eine Kombination aus Grundlagenforschung, sowohl

experimentell als auch theoretisch, und direkten Anbindungsversuchen mit der Industrie der

Schlüssel zu fundamentalem Verständnis und ausreichendem Fortschritt sein.