Διερεύνηση μηχανικών ιδιοτήτων επικαλύψεων νανοπυριτίας σε κράμα αλουμινίου

Abstract

Στην παρούσα εργασία μελετήθηκε η δημιουργία καθώς και η ανάπτυξη συστημάτων προστασίας του κράματος αλουμινίου ΑΑ 2024-Τ3. Η επιλογή του συγκεκριμένου κράματος πραγματοποιήθηκε λόγω του ότι παρουσιάζει εξαιρετικές μηχανικές ιδιότητες, είναι πολύ ελαφρύ και επίσης είναι ένα από τα πλέον διαδεδομένα κράματα αλουμινίου στην αγορά μιας και μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε πολλές εφαρμογές όπως οι αυτοκινητοβιομηχανίες, οι αεροδιαστημικές τεχνολογίες και άλλες. Λαμβάνοντας υπόψη την διαρκώς επεκτεινόμενη ζήτηση της αγοράς για το παραπάνω μέταλλο καθώς και το βασικό μειονέκτημα που παρουσιάζει, το οποίο είναι η έντονη διάβρωση, μπορεί κανείς να συμπεράνει τον λόγο για τον οποίο η συγκεκριμένη εργασία ασχολείται με την δημιουργία μιας επικάλυψης που θα προστατέψει το παραπάνω κράμα.

Κρίσιμο στοιχείο για την περαιτέρω ανάπτυξη της αντιδιαβρωτικής προστασίας του κράματος του αλουμινίου AA 2024-Τ3 αποτελεί η ανάπτυξη νέων αντιδιαβρωτικών συστημάτων προστασίας, φιλικότερων στο περιβάλλον από τις επικαλύψεις που σήμερα χρησιμοποιούνται –χρωμικές ως επί το πλείστον. Η αντικατάσταση του χρωμίου στα αντιδιαβρωτικά συστήματα προστασίας του αλουμινίου αποτελεί μια κρίσιμη απαίτηση για την σύνθεση νέων συστημάτων προστασίας.

Στην παρούσα εργασία παρουσιάζεται αρχικά η ανάπτυξη υβριδικών ανόργανων-οργανικών επικαλύψεων παρασκευασθείσες με την μέθοδο των αυτό-διευθετούμενων νάνο-σωματιδίων, που λειτουργούν ως μια συμπληρωματική πρώτη επίστρωση στην κύρια αντιδιαβρωτική επικάλυψη και αποτελεί μια πολλά υποσχόμενη τεχνική καταφέρνοντας να συνδυάσει ικανοποιητικές αποδόσεις με μια φιλικότερη στο περιβάλλον συμπεριφορά. Η παραπέρα διεθνής έρευνα πάνω στις επικαλύψεις ανοίγει νέα πεδία εργασίας. Στη συνέχεια, πραγματοποιήθηκε έλεγχος της αντοχής των επικαλύψεων στη διάβρωση με τη μέθοδο της ποτενσιοδυναμικής διάβρωσης. Παράλληλα πραγματοποιήθηκε μελέτη των δοκιμίων μέσω δοκιμών νανοσκληρομέτρησης με σκοπό τον προσδιορισμό της σκληρότητας και του μέτρου ελαστικότητας των επικαλύψεων. Τέλος, μελετήθηκε η δομή και η επιφάνεια των επικαλύψεων, με ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης (SEM) και μικροσκόπιο ατομικής δύναμης (AFM)

The thesis presented investigates the development of inorganic-organic hybrid coatings by sol-gel process, aiming at thee corrosion protection of aluminum alloy AA-2024-T3. This alloy has excellent mechanical properties and is used in advanced applications of the aerospace and automotive industry. To date, corrosion protection for aluminum alloys has relied on hexavelent chromium. Beccause of its strong carcinogenic properties, replacement of the corrosion protection systems is nowadays imperative. The coatings were developed as a protective coating on the primer corrosion prevention system. These coatings are promising technique that manages to combine good performance with environmental-friendly properties. The study performed under the thesis examined both the introduction of glycidoxypropyltrimethoxysilane (GPMS) (97% Merck) and tetraethylortosilicate (TEOS) (99% Alfa Aesar) as inorganic corrosion inhibitor, and others organic corrosion inhibitors. Furthermore, there is an indrudaction of thehyperbranched poly(ethylene imine)(PEI). Moreover, sols containing organic orrosion inhibitors were also prepared with the aim to incorporate them into the hybrid organic silicate coatings and test their corrosion inhibitors. Finally, a dip coating was employed to coat the aluminum alloy 2024-T3 coupons involving their dipping into the final sol (immediately after its preparation) for 100 seconds and 300 seconds, followed by controlled ascension with a speed of 10cm/min and curing at room temperature for 24 hours. The anti-corrrosive properties of these coatings were studied first. Also, the corrosion resistance of the developed coatings was tested using potentiodynamic corrosion with a series of test in a corrosive environment that simulate the conditions of aeronautical applications. Moreover, the morphology of the coating was studied, using scanning electron microscopy. Furthermore, the nanoindentation analysis and wear resistance of the hybrid organo-silicate coating (based on dendritic polymers) studied. In conclusion, the roughness of these coatings was studied by using Atomic Force Microscopy (AFM).