Σύνθεση και χαρακτηρισμός νανοσύνθετων κεραμικών επιστρώσεων οργανικά τροποποιημένων πυριτικών ενώσεων στο κράμα του αλουμινίου 2024-Τ3

Abstract

Στην παρούσα διπλωματική εργασία μελετήθηκε η ανάπτυξη συστημάτων προστασίας του κράματος του αλουμινίου 2024 – Τ3. Το κράμα αυτό είναι από τα πλέον συχνά χρησιμοποιούμενα κράματα στην αεροναυπηγική βιομηχανία λόγω των εξαιρετικών μηχανικών ιδιοτήτων που παρουσιάζει σε συνδυασμό με το χαμηλό του κόστος. Διερευνήθηκε η αντιδιαβρωτική ικανότητα καθώς και οι μηχανικές ιδιότητες ενός sol gel συστήματος προστασίας βασιζόμενο 3-γλυσιδοξυ-προπυλ-τριμεθοξυ-σιλάνιο (GPTMS) που περιέχει κεραμικά νανοδοχεία οξειδίου του δημητρίου/μολυβδαινίου (CeMo) πληρωμένα με τον αναστολέα διάβρωσης 2 – μερκαπτοβενζοθιαζόλη (2-MBT). Για λόγους σύγκρισης μελετήθηκε επιπλέον το σύστημα της επίστρωσης το οποίο όμως περιείχε άδεια νανοδοχεία CeMo καθώς και το σύστημα που δεν περιείχε ούτε νανοδοχεία ούτε αναστολέα. Όλες οι επιστρώσεις εναποτέθηκαν με την τεχνική της εμβάπτισης (dip coating). Οι αντιδιαβρωτικές ιδιότητες των επιστρώσεων μελετήθηκαν αρχικά ως συνάρτηση της θερμοκρασίας ξήρανσης. Η έκταση της αντιδιαβρωτικής προστασίας των συντεθειμένων επιστρώσεων εξετάστηκε ηλεκτροχημικά χρησιμοποιώντας EIS. Στα ίδια δείγματα, η σύσταση και η δομή μελετήθηκαν με FT-IR, EDX και SEM. Οι νανομηχανικές και νανοτριβολογικές ιδιότητες όλων των επιστρώσεων διερευνήθηκαν με νανοσκληρομέρηση. Τα πειράματα που πραγματοποιήθηκαν έδειξαν ότι η καταλληλότερη θερμοκρασία γήρανσης ήταν 100ο C για 36 ώρες παραμονής στον φούρνο. Επιπλέον, αποδείχθηκε ότι η επίστρωση με τα πληρωμένα με αναστολέα νανοδοχεία παρείχε την καλύτερη αντιδιαβρωτική προστασία ενώ η επίστρωση με τα άδεια νανοδοχεία παρουσίασε την χειρότερη αντιδιαβρωτική συμπεριφορά. Τέλος, διερευνήθηκε η ικανότητα μερικής αποκατάστασης (partial recovery) της επίστρωσης με τα πληρωμένα νανοδοχεία η οποία υποδηλώνει φαινόμενα αυτοΐασης (self-healing). Αυτή η νέα τεχνολογία παρουσιάζει ένα δυνητικό υποψήφιο για την αντικατάσταση των χρωμικών επικαλύψεων που χρησιμοποιούνται σήμερα καθώς το χρώμιο δεν είναι φιλικό προς το περιβάλλον ενώ παράλληλα προκαλεί καρκινογένεσεις στον ανθρώπινο οργανισμό και η χρήση του έχει απαγορευτεί.

The thesis presented investigates the development of inorganic-organic hybrid coatings by sol-gel process, aiming at the corrosion protection of aluminum alloy 2024-T3. Due to its excellent mechanical properties and low cost, this alloy has been widely used in advanced applications of the aerospace industry. The present work aims at producing and assessing the corrosion protection conferred to the aluminium alloy 2024-T3 by hybrid sol gel films based on 3-glycidoxypropyltrimethoxy silane (GPTMS) which includes CeMo nanocontainers loaded with the anodic corrosion inhibitor 2-mercaptobenzothiazole (2-MBT). Furthermore, for comparison, the anticorrosion properties of coatings of the same composition with empty nanocontainers as well as the coatings without nanocontainers were investigated. All coatings were deposited via the dip-coating process. Extent of the anti-corrosion protection of the formed coatings was examined electrochemically using EIS. In the same samples, the composition and structure were investigated by FT-IR, EDX and SEM. The anti-corrosion properties of the coatings were investigated as a function of the temperature. Also, the nanomechanical properties of the coatings were also examined via nanoindentation technique. The results showed that the most suited drying was 100 οC for 36 hours. Additionally, we demonstrated that coating with ceramic nanocontainers loaded with inhibitor performs better than the other coatings. Finally, artificial defects were made onto the coating which includes CeMo nanocontainers loaded with corrosion inhibitor 2-MBT in order for the possible self-healing properties to be estimated. This new technology presents a potential candidate for substitution of the chromate pretreatmens, since hexavalent chromium is carcinogenic and has been forbidden from corrosion protection applications.