Αυτοϊασόμενες Πολυμερικές Επιστρώσεις Κραμάτων Μετάλλων

Abstract

Από τα σημαντικότερα υλικά στον τομέα των αερομεταφορών είναι το κράμα του αλουμινίου ΑΑ2024 – Τ3, το οποίο ωστόσο είναι ιδιαίτερα επιρρεπές στη διάβρωση. Οι βιομηχανικά εφαρμοζόμενες μέθοδοι προστασίας συμπεριλαμβάνουν τη χρήση χρωμίου, το οποίο όμως έχει συνδεθεί με πρόκληση καρκινογενέσεων και υψηλή τοξικότητα για τον άνθρωπο και το φυσικό περιβάλλον. Στην παρούσα διπλωματική εργασία διερευνήθηκε η πιθανότητα προστασίας του κράματος AA2024 – T3 με επιστρώσεις ρητίνης εποξειδίου – σιλανίου. Οι επιστρώσεις συντέθηκαν μέσω της μεθόδου sol – gel. Πραγματοποιήθηκε επιπρόσθετα προσθήκη ενός ή περισσότερων ενισχυτικών παραγόντων, όπως ο αναστολέας διάβρωσης 8- υδροξυκινολίνη (8 – HQ), πολυμερικές παγίδες νερού (watertraps), παγίδες ιόντων χλωρίου (chlorotraps) και κεραμικά νανοδοχεία CeMo, πληρωμένα ή μη με αναστολέα διάβρωσης. Η εναπόθεση τους έγινε μέσω της τεχνικής dip coating. Ελέγχθηκε η παρεχόμενη αντιδιαβρωτική προστασία από κάθε ενισχυμένη επίστρωση, συγκρίνοντας τα λαμβανόμενα αποτελέσματα με τη συμπεριφορά της επίστρωσης ρητίνης χωρίς ενισχυτικούς παράγοντες. Μελετήθηκε επίσης η επίπτωση του πάχους των υμενίων, μεταβάλλοντας τον αριθμό των εμβαπτίσεων κατά την εφαρμογή των επιστρώσεων. Το πάχος και η μορφολογία των επιστρώσεων μελετήθηκε μέσω ηλεκτρονικής μικροσκοπίας σάρωσης (SEM). Οι λεπτότερες επιστρώσεις (1 – 2 μm) παρουσιάζουν υψηλό πορώδες. Οι παχύτερες επιστρώσεις (7 - 9 μm) παρουσιάζουν υψηλή συνάφεια με το υπόστρωμα και υψηλή συνεκτικότητα, ενώ δεν είναι δυνατός ο οπτικός εντοπισμός πορώδους. Η αντιδιαβρωτική προστασία μελετήθηκε μέσω φασματοσκοπίας ηλεκτροχημικής εμπέδησης (EIS), τοπική φασματοσκοπία ηλεκτροχημικής εμπέδησης (LEIS) και της τεχνικής σάρωσης δονούμενου ηλεκτροδίου (SVET). Τα λαμβανόμενα αποτελέσματα υπέδειξαν την επιτυχή σύνθεση, στην περίπτωση των παχύτερων υμενίων, έξυπνων επιστρώσεων με χαρακτηριστικά αυτοΐασης. Η προσθήκη watertraps, chlorotraps και πληρωμένων με αναστολέα 8 – HQ νανοδοχείων CeMo σε επιστρώσεις πάχους 9 μm βελτίωσε σημαντικά την παρεχόμενη προστασία, ενώ αντίστοιχη προσθήκη σε επιστρώσεις πάχους 2 μm οδηγεί σε αντίθετα αποτελέσματα, πιθανώς λόγω πρόκλησης σημαντικών δομικών διαταραχών. Η λειτουργικότητα των ενσωματωμένων watertraps εξακριβώθηκε μέσω της μέτρησης πρόσληψης νερού από τις επιστρώσεις και της ακόλουθης εφαρμογής του μοντέλου Brasher – Kingsbury.

One of the most important materials in the field of aircraft manufacture is the aluminum alloy AA2024 – T3, which, however, is extremely susceptible to corrosion. Industrially available protection methods include the use of chromium, which has been linked to human carcinogenesis and high toxicity to humans and the natural environment. In the present thesis the possibility of protection of the alloy AA2024 – T3 using silane – epoxy coatings was researched. These coatings were synthesized via the sol – gel method. Moreover, one or more reinforcing agents, such as the corrosion inhibitor 8 – hydroxyquinoline (8 – HQ), polymeric watertraps, chlorotraps and ceramic CeMo nanocontainers, empty or loaded with the corrosion inhibitor, were incorporated in the resin. The deposition of the coatings was done via dip – coating. The anticorrosive protection afforded by each reinforced coating was tested and compared to the non reinforced resin coating. Τhe effect of the coating thickness was also studied, by varying the number of dips during the application of the coatings. The thickness and morphology was examined using scanning electron microscopy (SEM). The thinner coatings (1 – 2 μm) exhibit high porosity. The thicker coatings (7 – 9 μm) exhibit high adhesion to the substrate, high cohesion and no visually detectable porosity. The anticorrosive protection was studied using electrochemical impedance spectroscopy (EIS), localized electrochemical impedance spectroscopy (LEIS) and scanning vibrating electrode technique (SVET). The received results demonstrated successful synthesis, in the case of the thicker films, of smart coatings exhibiting self – healing behavior. The addition of watertraps, chlorotraps and CeMo nanocontainers loaded with 8–HQ in coatings 9 μm thick improved the provided protection noticeably, while such an addition to thinner (2 μm) coatings leads to contrary effects, possibly due to damaging of their structural integrity. The functionality of the incorporated watertraps was verified based on measurements of the water uptake of the coatings and the subsequent application of the Brasher – Kingsbury model.