Υβριδικές ανόργανες προστατευτικές επιστρώσεις με νανοδοχεία στα δομικά υλικά

Abstract

Στην παρούσα διπλωματική εργασία μελετήθηκε η ανάπτυξη συστημάτων προστασίας του κράματος του εν θερμώ γαλβανισμένου χάλυβα (Hot-Dip-Galvanized steel, HDG steel). Το κράμα αυτό είναι ένα από τα πιο ευρέως χρησιμοποιούμενα είδη χάλυβα στη βιομηχανία και αλλού, καθώς συνδυάζει πολύ καλές μηχανικές ιδιότητες και καλή αντοχή στη διάβρωση. Ωστόσο, το ετήσιο άμεσο κόστος της διάβρωσης του σε όλο τον κόσμο είναι $ 2,2 τρισεκατομμύρια δολάρια και θα μπορούσε να εξαλειφθεί εάν εφαρμοζόντουσαν οι κατάλληλες μέθοδοι για την προστασία από τη διάβρωση. Σε αυτή τη μελέτη διερευνήθηκε η αντιδιαβρωτική ικανότητα ενός υβριδικού οργανικού-ανόργανου συστήματος προστασίας βασιζόμενο σε μία εποξειδική ρητίνη, σε οργανικώς τροποποιημένες πυριτικές ενώσεις, καθώς και σε νανοδοχεία οξειδίου του δημητρίου (CeO2) πληρωμένα με τον αναστολέα διάβρωσης 5-ATDT. Για λόγους σύγκρισης μελετήθηκαν ακόμη συστήματα επίστρωσης με ενσωμάτωση άδειων νανοδοχείων CeO2, με ενσωμάτωση αναστολέα διάβρωσης σε ελεύθερη μορφή, και τέλος, συστήματα επίστρωσης που δεν περιείχαν πρόσθετα (νανοδοχεία, αναστολέα διάβρωσης). Όλες οι επιστρώσεις εναποτέθηκαν με την τεχνική της εμβάπτισης (dip coating). Οι αντιδιαβρωτικές ιδιότητες του αναστολέα ερευνήθηκε αρχικά ώστε να εντοπιστεί ο αποδοτικότερος από αυτούς που προτείνονται βιβλιογραφικά. Η έκταση της αντιδιαβρωτικής προστασίας των συντεθειμένων επιστρώσεων εξετάστηκε ηλεκτροχημικά χρησιμοποιώντας EIS. Στα ίδια δείγματα, η σύσταση και η δομή μελετήθηκαν με EDX και SEM. Τα πειράματα που πραγματοποιήθηκαν έδειξαν ότι οι καταλληλότεροι αναστολείς για το κράμα του HDG steel είναι οι ενώσεις του δημητρίου και η 5-αμινο-1,3,4-θειοδιαζολ-2-θειόλη. Επιπλέον, αποδείχθηκε ότι η επίστρωση που περιέχει τον αναστολέα διάβρωσης σε ελεύθερη μορφή (Coat-inhibitor) παρείχε την καλύτερη αντιδιαβρωτική προστασία στο υπόστρωμα ακόμη και μετά από 192 ώρες έκθεσης στο διαβρωτικό περιβάλλον ενώ η επίστρωση με τα άδεια νανοδοχεία παρουσίασε την χειρότερη αντιδιαβρωτική συμπεριφορά πιθανώς λόγω των ρωγμών που προκαλούν τα συσσωματώματα των νανοδοχείων.

The present thesis studies the development of inorganic-organic hybrid coatings by sol-gel process, aiming at the corrosion protection of hot-dipped galvanized steel (HDG steel). This alloy is one of the most widely used types of steel in the field of industry due to its excellent mechanical properties and good corrosion resistance. However, new corrosion protection methods should be investigate as the annual direct cost of HDG steel corrosion worldwide is $ 2.2 trillion U.S. dollars. The present work aims at producing and assessing the corrosion protection conferred to HDG steel by hybrid organic-inorganic coatings based on an epoxy resin, organic modified silicates and CeO2 nanocontainers loaded with the corrosion inhibitor 5-amino-1,3,4-thiadiazole-2-thiol (5-ATDT). Furthermore, the anticorrosion properties of coatings including empty nanocontainers, coatings including corrosion inhibitors and coatings without additives (nanocontainers or corrosion inhibitors) were also investigated, for comparison reasons. All the 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 EDX and SEM. The results reveal that the coating including corrosion inhibitor in a free form (Coat-inhibitor) provides the best corrosion protection to the HDG steel substrate even after 192 hours of exposure to aggressive environment.