Ανάπτυξη αντιδιαβρωτικών κεραμικών επικαλύψεων με χρήση του οξειδίου του γραφενίου ως κύριου αναστολέα διάβρωσης

Οικονόμου, Γεώργιος; Oikonomou, Georgios

dc.contributor.author	Οικονόμου, Γεώργιος	el
dc.contributor.author	Oikonomou, Georgios	el
dc.date.accessioned	2018-12-03T10:07:56Z
dc.date.issued	2018-12-03
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/48187
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.9001
dc.description	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) “Επιστήμη και Τεχνολογία Υλικών”	el
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού - Μη Εμπορική Χρήση - Παρόμοια Διανομή 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Διάβρωση	el
dc.subject	Αντιδιαβρωτική προστασία	el
dc.subject	Αντιδιαβρωτική επικάλυψη	el
dc.subject	Οξείδιο του γραφενίου	el
dc.subject	Αναστολέας διάβρωσης	el
dc.subject	Corrosion	en
dc.subject	Anticorrosive coating	en
dc.subject	Graphene oxide	en
dc.subject	Anticorrosion protection	en
dc.subject	Corrosion inhibitor	en
dc.title	Ανάπτυξη αντιδιαβρωτικών κεραμικών επικαλύψεων με χρήση του οξειδίου του γραφενίου ως κύριου αναστολέα διάβρωσης	el
heal.type	masterThesis
heal.classification	Αντιδιαβρωτική Προστασία	el
heal.classification	Επικαλύψεις	el
heal.classification	Αεροναυπηγική	el
heal.classification	Διάβρωση	el
heal.classification	Βαφή	el
heal.classification	Οξείδιο του Γραφενίου	el
heal.classification	Sol-Gel	en
heal.dateAvailable	2019-12-02T22:00:00Z
heal.language	el
heal.access	embargo
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2018-10-24
heal.abstract	Το κράμα αλουμινίου ΑΑ2024-Τ3 χρησιμοποιείται ευρέως σε πολλές εφαρμογές, ιδίως στην αεροναυπηγική, καθώς πληροί τον επιθυμητό συνδυασμό υψηλών μηχανικών αντοχών και χαμηλού βάρους. Το μειονέκτημα του κράματος αυτού είναι ότι είναι επιρρεπές στη διάβρωση, καθώς στο πρόβλημα αυτό συμβάλλουν καθοριστικά η παρουσία των κραματικών στοιχείων στην επιφάνειά του αλλά και η ελλιπής προστασία που παρέχεται από τη λεπτή στρώση αλούμινας. Η αντιδιαβρωτική συμπεριφορά μπορεί να ενισχυθεί με την εφαρμογή προστατευτικών επικαλύψεων στην επιφάνεια του κράματος αλουμινίου, όμως μέχρι τώρα η πλειοψηφία των επικαλύψεων αυτών περιέχει εξασθενές χρώμιο, το οποίο είναι επιβλαβές για την υγεία και το περιβάλλον. Στην παρούσα μεταπτυχιακή εργασία, γίνεται προσπάθεια αντικατάστασης των επικίνδυνων αυτών επικαλύψεων με φιλικότερες για τον άνθρωπο και το περιβάλλον. Στο πλαίσιο αυτό, αναπτύχθηκαν δυο κύριες κατηγορίες επικαλύψεων. Η πρώτη κατηγορία βασίζεται στη δημιουργία υβριδικών ανόργανων-οργανικών κεραμικών επικαλύψεων, με τη χρήση κατάλληλων πρόδρομων υλικών (αλκοξείδια πυριτίου) που αντιδρούν μεταξύ τους εντός υδατικού αιωρήματος βάσει της τεχνικής sol-gel (υδρόλυση-συμπύκνωση), διαμορφώνοντας ένα δίκτυο νανοσωματιδίων που διασταυρώνεται, εν τέλει, με τη χρήση διασυνδετικών μορίων. Η δεύτερη κατηγορία βασίζεται στην ανάπτυξη υβριδικών οργανικών-ανόργανων πολυμερικών επικαλύψεων (σε βασικό και όξινο περιβάλλον), όπου αρχικά επιδιώκεται η αντίδραση των αμινο-ομάδων του διασυνδετικού μορίου και των εποξυ-ομάδων του οργανικά τροποποιημένου αλκοξειδίου του πυριτίου, για τη δημιουργία ελαστικότερων μορίων που θα φέρουν στη δομή τους ταυτόχρονα τόσο αμινο-ομάδες όσο και υδροξυλο-ομάδες, ενώ μετέπειτα ακολουθεί η τεχνική sol-gel για τις αντιδράσεις τόσο μεταξύ τους, όσο και με το μεταλλικό υπόστρωμα. Σε όλες αυτές τις κατηγορίες, έγινε προσθήκη φύλλων οξειδίου του γραφενίου ως αναστολέας διάβρωσης για την περαιτέρω βελτίωση της αντιδιαβρωτικής συμπεριφοράς των επικαλύψεων. Η προετοιμασία των δοκιμίων αλουμινίου και η εφαρμογή των επικαλύψεων με ψεκασμό στην επιφάνεια αυτών έγιναν σε βιομηχανικές συνθήκες. Επίσης, μέρος των επικαλυμμένων δοκιμίων επικαλύφθηκε επιπλέον με αστάρι που χρησιμοποιείται στην αεροναυπηγική, με σκοπό τον μετέπειτα έλεγχο της συμβατότητας μεταξύ ασταριού και αντιδιαβρωτικής επικάλυψης. Για τον έλεγχο της αντοχής των αντιδιαβρωτικών επικαλύψεων στη διάβρωση, χρησιμοποιήθηκαν οι μέθοδοι της αλατονέφωσης (Salt spray Test) και της Ποτενσιοδυναμικής πόλωσης (PDS). Για τον έλεγχο της χημικής δομής των επικαλύψεων αυτών χρησιμοποιήθηκε η Φασματοσκοπία Υπερύθρων (FT-IR) – Φασματοσκοπία Υπερύθρων με τη τεχνική της Αποσβένουσας Ολικής Ανάκλασης (ATR), ενώ η μορφολογία, η ποιότητα και η τοπογραφία των επιφανειών μελετήθηκε με τη βοήθεια της Οπτικής Μικροσκοπίας, της 3D Οπτικής Μικροσκοπίας, του Ηλεκτρονικού Μικροσκοπίου Σάρωσης (SEM) και του Μικροσκοπίου Ατομικής Δύναμης (AFM). Η υδροφιλία των επιφανειών ερευνήθηκε με τη χρήση γωνιομέτρου γωνίας επαφής. Τέλος, για τα συστήματα επικαλύψεων «αντιδιαβρωτική επικάλυψη/αστάρι» χρησιμοποιήθηκαν τεχνικές ελέγχου πρόσφυσης (Dry Tape Test, Pull off Test, Bend Test), με σκοπό τη διερεύνηση της συμβατότητας μεταξύ των δύο αυτών επικαλύψεων. Αφού πραγματοποιηθούν οι παραπάνω έλεγχοι, ακολουθεί μια οικονομική αποτίμηση των επικαλύψεων αυτών, βάσει σύγκρισης μεταξύ τιμής πρώτων υλών και τελικής απόδοσης στην αντιδιαβρωτική προστασία. Εν κατακλείδι, σχεδόν όλες οι αντιδιαβρωτικές επικαλύψεις ενισχύουν την αντοχή σε διάβρωση του κράματος αλουμινίου, ενώ η συμβατότητα με το αστάρι επιτυγχάνεται περισσότερο στη δεύτερη κατηγορία επικαλύψεων. Η ενίσχυση της αντιδιαβρωτικής προστασίας από την προσθήκη του οξειδίου του γραφενίου εξαρτάται κυρίως από την επιτυχία της διασποράς του εντός του πλέγματος της επικάλυψης.	el
heal.abstract	The AA2024-T3 aluminum alloy is widely used in many applications, particularly in aeronautics, as it meets the desired combination of high mechanical strength and low weight. The disadvantage of this alloy is that it is prone to corrosion, as the presence of the alloy elements on the surface contributes decisively to this problem, as well as the lack of protection provided by the thin alumina layer. The anti-corrosion behavior can be enhanced by applying protective coatings to the surface of the aluminum alloy, but so far most of these coatings contain hexavalent chromium, which is harmful to health and the environment. In this postgraduate thesis, an attempt is made to replace these hazardous coatings with more friendly to man and the environment. In this context, two main categories of coatings were developed. The first category is based on the development of hybrid inorganic-organic ceramic coatings, using suitable precursor materials (silicon alkoxides) that react between them in aqueous sol based on the sol-gel technique (hydrolysis-condensation), forming nanoparticle network, which finally is cross-linked by interconnecting molecules. The second category is based on the development of hybrid organic-inorganic polymeric coatings (in basic and acidic conditions) where initially the reaction of the amino groups of the crosslinking molecule and the epoxy groups of the organically modified silicon alkoxide is sought to create more elastic molecules that will simultaneously carry both amino groups and hydroxyl groups, followed by the sol-gel technique for the reactions both with each other and with the metal substrate. In all of these categories, graphene oxide sheets were added as a corrosion inhibitor to further improve the anti-corrosion behavior of the coatings. The preparation of the aluminum specimens and the application of the coatings on their surface (by spray coating) were made under industrial conditions. Also, some of the coated specimens were additionally coated with a primer used in aeronautics for later control of the compatibility between primer and anticorrosive coating. To check the corrosion resistance of anti-corrosion coatings, the Salt spray test and Potentially Dynamic Polarization (PDS) were used. In order to inspect the chemical structure of these coatings, Infrared Spectroscopy (FT-IR) - Infrared Spectroscopy using the Attenuating Total Reflection (ATR) technique was used, while surface morphology, quality and topography was studied with the aid of Optical Microscopy , 3D Microscopy, Electronic Scanning Microscopy (SEM) and Atomic Force Microscopy (AFM). The hydrophilicity of the surfaces was investigated using a contact angle goniometer. Finally, for coating systems "anti-corrosion coating / primer", Dry Tape Test, Pull Off Test and Bend Test were used to investigate the compatibility between these two coatings. After these investigations were carried out, an economic evaluation of these coatings was carried out, on the basis of a comparison between raw material price and final performance in corrosion protection. In conclusion, almost all anti-corrosion coatings enhance the corrosion resistance of the aluminum alloy, while compatibility with the primer is more likely to be achieved in the second category of coatings. The enhancement of corrosion protection by the addition of graphene oxide depends mainly on the success of its dispersion within the coating matrix.	en
heal.advisorName	Τσετσέκου, Αθηνά	el
heal.committeeMemberName	Τσετσέκου, Αθηνά	el
heal.committeeMemberName	Κορδάτος, Κωνσταντίνος	el
heal.committeeMemberName	Κόλλια, Κωνσταντίνα	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	321 σ.	el
heal.fullTextAvailability	true