Исследование антикоррозионных свойств самария как ингибитора коррозии в многослойных системах алюминиевых сплавов

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 3149 (2023) Цитировать эту статью

854 Доступа

2 Альтметрика

Подробности о метриках

В этом исследовании показана многослойная система на основе соединений самария в качестве ингибитора коррозии и непрерывный слой SiO2, создаваемый плазменной струей атмосферного давления (APPJ), в качестве защитного барьера для алюминиевого сплава AA3003. Одним из основных преимуществ этого нового покрытия является то, что оно не требует вакуумных камер, что позволяет легко внедрять его в производственные линии для автомобильных и авиационных компонентов и т. д. Для сравнения нанесение самариевого ингибитора коррозии проводилось двумя методами: метод погружения и новый метод нанесения ингибитора коррозии с помощью APPJ. Созданная многослойная система была однородной, непрерывной, прилегающей и плотной. Электрохимическое поведение показывает, что соединение самария полностью окисляется на покрытиях методом погружения и способствует коррозии. Метод осаждения APPJ демонстрирует защитное действие против коррозии, вызываемой как соединениями самария, так и отложениями кремнезема. РФЭС-анализы показывают, что количество Sm(OH)3 увеличивается при использовании метода APPJ по сравнению с иммерсионным методом, поскольку спектр O1s в основном контролируется OH. Установлено, что наилучшее время обработки электрохимического исследования многослойной системы составило 40 мин для иммерсионного метода и 30 с для метода APPJ для слоя ингибитора коррозии. В случае барьерного слоя SiO2 от APPJ лучшим временем было воздействие плазменной струи в течение 60 с, и это покрытие могло снизить коррозию AA3003 на 31,42%.

Коррозия металлов является серьезной глобальной проблемой, влияющей на экономику металлургической промышленности. По оценкам, от 10 до 20% мирового производства металлов ежегодно теряется из-за коррозии1, и это представляет собой ежегодные затраты в размере около 4% мирового валового внутреннего продукта2. Однако не все проблемы, связанные с коррозией, связаны с материалами; существуют также проблемы загрязнения окружающей среды3. Например, на материалы искусственной среды в основном влияют соединения HNO3, SO2 и PM10, вызывающие коррозию4. Кроме того, коррозия представляет собой серьезную проблему в различных областях, таких как трубы5, медицинские материалы6, полупроводниковые корпуса7, автомобильная промышленность8 и строительство9, среди других.

Со временем были разработаны различные методы и методы борьбы с коррозией металлов, такие как хромирование10 и анодирование11,12, которые выделяются в качестве решений для борьбы с этой проблемой. В настоящее время наиболее изученными методами являются конверсионные слои хрома (CCL)13 или анодирование хромовой кислотой (CAA)12 и анодирование винной серной кислотой (TSA)14. Однако эти растворы потенциально токсичны для окружающей среды и даже для здоровья человека, поскольку в их процессах используется Cr(VI), который очень вреден и обладает канцерогенными свойствами15,16. В результате Европейское Сообщество ввело ограничения на использование тяжелых металлов, в том числе Cr(VI)17,18. Поэтому за последние несколько лет и по сей день ведется поиск новых технологий и методов, более благоприятных для окружающей среды и здоровья человека. Из этих новых технологий в области коррозии наблюдается тенденция к разработке экологически чистых и недорогих ингибиторов коррозии19. Ингибитор коррозии можно определить как вещество, которое в низкой концентрации замедляет скорость коррозии20.

Несмотря на пассивирующий слой, алюминий подвержен коррозии в присутствии водных растворов, содержащих ионы, такие как Cl-, Br- или I-21,22. Проблему коррозии алюминиевых сплавов можно решить с помощью ингибиторов коррозии23,24,25,26,27. Хинтон, Арнотт и Райан выделяются как пионеры, внедрившие покрытия, ингибирующие коррозию редкоземельных элементов, в качестве экологически устойчивого варианта путем нанесения оксидов редкоземельных элементов на поверхность металлов, таких как Sm, Ce, La, Ne и Pr, образуя защитную пленку. против коррозии28,29,30. Из редкоземельных элементов церий и самарий чаще всего изучаются как ингибиторы коррозии из-за их распространенности и эффективности31,32. Самарий — это редкоземельный элемент, способный образовывать тонкие пленки соединений самария для защиты металлов от коррозии32,33. Самарий использовался в конверсионных покрытиях34,35 и сплавах для улучшения защиты от коррозии алюминия36,37, магния38,39 и стали40,41. Принцип защиты от коррозии с использованием самария в качестве ингибитора основан на образовании оксидов и гидроксидов, которые нерастворимы и блокируют катодные центры, что замедляет скорость коррозии42.