Оценка коррозионных характеристик супергидрофобных покрытий из ПТФЭ и нанокремнезема

Том 12 научных отчетов, номер статьи: 17059 (2022) Цитировать эту статью

1434 Доступа

1 Цитаты

7 Альтметрика

Подробности о метриках

Защита металлов от коррозии имеет первостепенное значение в различных отраслях промышленности. Одним из новых методов предотвращения или уменьшения разрушительного воздействия этого явления является нанесение супергидрофобных покрытий на чувствительные поверхности. В этом исследовании защита стали от коррозии исследуется путем изготовления супергидрофобных покрытий, использования одностадийного процесса электроосаждения гибридной пленки нанокремнезема и процесса распыления политетрафторэтилена (ПТФЭ) на поверхность стали, а также приготовления микро/нанокомпозитных покрытий. Изучено антикоррозионное поведение гибридной пленки нанокремнезема и покрытия из ПТФЭ с двумя типами микрочастиц, включая порошок Al2O3 и стеклянные шарики в грунтовочном слое и верхнем слое с наночастицами SiO2 и без них. Испытания на поляризационную и электрохимическую импедансную спектроскопию (EIS) TOEFL проводятся на стальных образцах с покрытием для проверки их коррозионных характеристик в 3,5 мас.% растворе NaCl при температуре 25 °C. Результаты показали, что сочетание супергидрофобных свойств и низкой проводимости значительно повышает коррозионную стойкость. Оценка эффекта добавления наночастиц SiO2 в верхний слой покрытия из ПТФЭ показала, что наночастицы улучшают коррозионную стойкость покрытий из ПТФЭ за счет герметизации некоторых дефектов и пор в покрытии. Исследование коррозионной стойкости покрытий показало, что коррозионная стойкость пленки нанокремнезема ниже, чем у покрытий из ПТФЭ. Лучший образец, полученный в данном исследовании, а именно покрытие из ПТФЭ с микрочастицами стеклянных шариков в грунтовочном слое и наночастицами SiO2 в верхнем слое, снизило скорость коррозии почти в 80 раз.

Металл является одним из основных материалов в руках человека, и его использование в различных отраслях промышленности растет с каждым днем. Они используются в различных отраслях промышленности, таких как строительство (коммерческие здания, жилищное строительство и дороги), оборона (огнестрельное оружие, боеприпасы, ракеты, танки и самолеты), транспорт (морской, аэрокосмический, автомобильный) и медицина (протезирование, реконструктивная хирургия и биомедицинский имплантат)1. Металлические конструкции и оборудование подвержены коррозии при воздействии неблагоприятных условий окружающей среды и влаги. Коррозия приводит к потере работоспособности и в конечном итоге к разрушению оборудования и металлоконструкций. Исследования в США показывают, что на коррозию стали и других металлических материалов приходится примерно 4–5% стоимости валового внутреннего продукта (ВВП)2.

Для предотвращения коррозии использовались различные методы, наиболее важными из которых являются: катодная и анодная защита, ингибиторы коррозии и покрытия3,4,5,6,7,8. Каждый из этих методов имеет свои преимущества и недостатки и может использоваться отдельно или в сочетании9. Покрытия обычно представляют собой вещества, используемые для создания барьера между коррозионной средой и поверхностью изделия и защиты металлических деталей от влаги, окисления и химикатов10. В течение длительного времени хроматирование и фосфатирование использовались как распространенные методы защиты поверхности металлов. Но эти два метода не являются экологически чистыми. Токсичность и канцерогенность хрома (VI) для человека сегодня доказана, а загрязнение фосфором является одним из важных факторов, способствующих эвтрофикации воды11,12. Использование этих материалов для защиты металлов от коррозии запрещено во многих странах. Большая работа была направлена ​​на разработку других типов покрытий. Различные виды альтернативных материалов, основанные на использовании пленок редкоземельных соединений13,14, золь-гель пленок15,16,17,18,19,20 и самоорганизующихся слоев21,22, показали свою способность защищать от коррозия. Исследования также показали, что покрытия с очень низкой электропроводностью, такие как непроводящие покрытия Al2O3, TiO2, SiO2, покрытия из смеси оксидов Al2O3, TiO2 и SiO2, очень эффективны для защиты от коррозии23,24. Использование супергидрофобных покрытий с углами смачивания (CA) более 150° и углами скатывания менее 10° является интересным подходом к предотвращению коррозии металла, который применялся в некоторых исследованиях25,26. Капли скользят по этим поверхностям, образуясь, и отрываются от поверхности. Таким образом, время контакта капли жидкости (воды или любой агрессивной жидкости, такой как серная кислота) с поверхностью значительно сокращается. Кроме того, из-за шероховатости наноструктур на поверхности и наличия воздуха, захваченного между полостями, уменьшается контакт жидкости с подверженной коррозии поверхностью. Благодаря одновременному наличию этих двух эффектов (короткое время контакта и малая площадь контакта) коррозионная стойкость металлических поверхностей, покрытых супергидрофобными покрытиями, увеличивается в несколько раз25,27,28,29. Эти покрытия предотвращают коррозию, вызванную проникновением электролита в металлическую подложку. Супергидрофобные покрытия могут быть изготовлены на многих поверхностях, особенно на поверхностях металлов и их сплавов, таких как медь30,31,32, алюминий33,34,35, цинк36,37 и магний38,39.