Η εργασία έγινε στα πλαίσια του ευρωπαϊκού προγράμματος “MULTIPROTECT”, NMP3-CT-2005-011783 με συμμετοχή 31 εργαστηρίων από την Ευρώπη. Το πρόγραμμα αυτό επεκτάθηκε για άλλα τέσσερα χρόνια με ένα νέο πρόγραμμα FP7 με σύντομο τίτλο “MUST”. Σκοπός του προγράμματος είναι η αντικατάσταση της υπάρχουσας τεχνολογίας προστασίας μεταλλικών επιστρώσεων από την διάβρωση που περιέχουν εξασθενές χρώμιο, με καινούργιες μεθόδους που χρησιμοποιούν υλικά φιλικά προς το περιβάλλον και τον άνθρωπο. Το κράμα αργιλίου 2024 – Τ3 χρησιμοποιείται σε προηγμένες τεχνολογικά εφαρμογές, όπου απαιτείται η υψηλή αντοχή και το χαμηλό βάρος, όμως λόγω των στοιχείων κραμάτωσης, όπου οφείλεται η αύξηση των μηχανικών ιδιοτήτων του, γίνεται ευάλωτο στην διάβρωση και η ανάγκη για την εξεύρεση προστατευτικών επιστρώσεων φιλικές προς το περιβάλλον είναι επιτακτική. Μια από τις εναλλακτικές τεχνολογίες που εξελίσσονται στο εργαστήριο Sol-Gel αφορά την σύνθεση sol-gel ηλεκτροχημικών και χημικών επιστρώσεων και η βελτίωση τους με προσθήκη νανοδοχείων πληρωμένων με αναστολείς διάβρωσης.
Η εργασία αυτή δομείται από δύο μέρη. Αρχικά, στο θεωρητικό μέρος παρουσιάζεται το φαινόμενο της διάβρωσης και συζητούνται ζητήματα που αφορούν την ηλεκτροχημική της φύση όπως η θεωρία ηλεκτρικής διπλοστοιβάδας, τα δυναμικά των ηλεκτροδίων και η εξίσωση Butler-Volmer. Παρουσιάζονται οι ιδιότητες του αλουμινίου και των κραμάτων του και περιγράφονται τα είδη της διάβρωσης γι αυτό. Συνεχίζοντας παρουσιάζεται η μέθοδος sol-gel και αναλύονται τα στάδια της. Τελειώνοντας το θεωρητικό μέρος παρουσιάζονται οι πειραματικές τεχνικές που χρησιμοποιήθηκαν για τον χαρακτηρισμό του πειραματικού μέρους. Αυτές είναι η ηλεκτροχημική φασματοσκοπία σύνθετης αντίστασης (EIS), η ποτενσιοδυναμική πόλωση (potentiodynamic polarization), η ηλεκτρονιακή μικροσκοπία (SEM), η φασματοσκοπία ενεργειακής διασποράς ακτίνων Χ (EDX), η Θερμοβαρομετρική αναλυση (TG) και η διαφορική θερμική ανάλυση (DTA), η μέθοδος ΒΕΤ, η φασματοσκοπία υπερύθρου (FT-IR) και η φασματοσκοπία ακτίνων X (XRD).
Το πειραματικό μέρος μπορεί να διακριθεί σε δύο ενότητες. Αρχικά στη σύνθεση και μελέτη νανοδοχείων Ce-Ti που εμπλουτίστηκαν με χημικές ενώσεις, οι οποίες λειτουργούν ως αναστολείς διάβρωσης. Περιγράφεται ο μηχανισμός λειτουργάς των αναστολέων διάβρωσης που επιλέχθηκαν (Νιτρικό δημήτριο, 2-Μερκαπτοβεζοθιαζόλη και 8-Υδροξυκινολίη). Η διαδικασία που ακολουθήθηκε για την σύνθεση των νανοδοχείων οξειδίου τιτανίου/δημητρίου χωρίζεται σε τρία βήματα. Αρχικά στην παρασκευή θετικά φορτισμένων νανοσφαιρών πολυστυρενίου (PS) στη συνέχεια ακολουθεί η επικάλυψη των πυρήνων αυτών και τέλος η θερμική επεξεργασία (calcination), όπου το δείγμα θερμαίνεται σε υψηλή θερμοκρασία με σκοπό την καταστροφή του υποστρώματος και την δημιουργία των νανοδοχείων. Ακολούθησε η πλήρωση των νανοδοχείων με αναστολείς διάβρωσης υπό υψηλό κενό. Μελετήθηκε η μορφολογία και η σύσταση των νανοδοχείων καθώς επίσης και απελευθέρωση των αναστολέων διάβρωσης.
Η δεύτερη ενότητα του πειραματικού μέρους αφορά τη σύνθεση και μελέτη αντιδιαβρωτικών ORMOSIL επιστρώσεων. Για την σύνθεση των επιστρώσεων χρησιμοποιήθηκαν δύο μέθοδοι. Η ηλεκτροχημική μέθοδος, η οποία είναι μία καινοτόμος μέθοδος για τη δημιουργία επιστρώσεων και η μέθοδος της εμβύθισης (μία ή τέσσερις εμβυθίσεις), μία κλασική μέθοδος δημιουργίας επιστρώσεων η οποία επιλέχθηκε για σύγκριση με την πρώτη μέθοδο. Ως μόρια εκκινητές μελετήθηκαν 3-γλυσιδοξυ-προπιλ-τριμεθοξυ-σιλάνιο (GPTMS), Διαιθοξυ-διμεθυλο-σιλάνιο (DEDMOS) και τριμεθοξυ-μεθυλο-σιλάνιο (TMOMS). Το GPTMS παρέχοντας την καλύτερη αντιδιαβρωτική προστασία επιλέχθηκε για περεταίρω μελέτη. Για την βελτίωση των επιστρώσεων μελετήθηκαν διάφοροι παράμετροι όπως η συγκέντρωση του ηλεκτρολύτη, ο χρόνος ηλεκτροχημικής εναπόθεσης, ο ρυθμός αφαίρεσης από το διάλυμα κατά τις επιστρώσεις με την μέθοδο τα εμβύθισης, ο χρόνος και η θερμοκρασία ξήρανσης, η προσθήκη νανοσωματιδίων (διοξειδίου του δημητρίου, δημητρίου-μολυβδενίου, διοξειδίου του ζιρκονίου). Από τα αποτελέσματα επιλέχθηκε σαν ιδανική θερμοκρασία οι 90 οC για 24 ώρες. Σε αυτές τις επιστρώσεις προστέθηκαν τα νανοδοχεία Ce-Ti πληρωμένα με 8-HQ ή 2-MB σε διάφορες περιεκτικότητες. Η παρουσία νανοδοχείων πληρωμένα με αναστολείς διάβρωσης κατάφερε να ενισχύσει την προστασία από τα διάβρωση. Από την EIS παρατηρείται η εμφάνιση μιας ακόμη χρονικής σταθεράς που αντιστοιχεί στην προστασία φραγμού στις επιστρώσεις sol-gel. Τα νανοδοχεία που συντέθηκαν όχι μόνο ενίσχυσαν το δίκτυο της επίστρωσης αλλά απελευθέρωσαν τον αναστολέα διάβρωσης που ήταν πληρωμένα όταν ήρθαν σε συνθήκες διάβρωσης. Αυτή η παρατεταμένη απελευθέρωση παρέχει προστασία από τη διάβρωση του κράματος αλουμινίου 2024-Τ3 που διαρκεί. / This project was carried out within the European program "MULTIPROTECT", NMP3-CT-2005-011783 involving 31 laboratories from Europe. This program was extended for another four years with a new program FP7 with the short title "MUST". The program aims to replace the existing technology of metal protection against corrosion coatings containing hexavalent chromium, with new methods that use environmentally friendly materials. The aluminum alloy 2024 - T3 is used in advanced technology applications requiring high strength and low weight, but because of the alloy elements, which explains the increase in mechanical properties, is vulnerable to corrosion, so the need to find protective coatings friendly to the environment is imperative. One of the alternative technologies which are evolved in the Sol-Gel laboratory is the composition of sol-gel electrochemical and chemical coatings improved by the addition of nanocontainers loaded with corrosion inhibitor.
This work is structured in two parts. The first part concerns with the theoretical presentation of corrosion and issues relating to the electrochemical nature such as the electric double-layer , the potentials of the electrodes and the Butler-Volmer equation. Moreover the properties of aluminum and its alloys and aluminium corrosion types are discussed. The sol-gel method is analyzed as well. Concluding the theoretical part, the characterization methods that were used are described. These are electrochemical impedance spectroscopy (EIS), the potentiodynamic polarization, scanning electron microscopy (SEM), X-ray energy dispersive spectroscopy (EDX), the Thermo-gravimetric analysis (TG) and differential thermal analysis (DTA), BET, infrared spectroscopy (FT-IR) and X-ray spectroscopy(XRD).
The second part deals with the experimental procedures divided into two sections. First, the synthesis and study of Ce-To nanocontainers oxide loaded with corrosion inhibitors. The mechanism of corrosion protection of the inhibitors (cerium nitrate, 2-mercaptobenzothiazole and 8-Hydroxyquinoline) is described. The procedure followed for the synthesis of titanium/cerium oxide nanocontainers can be divided into three steps. Initially the synthesis of positively charged polystyrene (PS) then followed by coating of these spheres and finally the calcinations. After these all that remains is the loading of these nanocontainers under high vacuum. The morphology and composition of the nanocontainers as well as the release of corrosion inhibitors was studied.
The second section of the experimental part is the synthesis and study of ORMOSIL coatings. These coatings were synthesized by electrodeposition, a novel technic for creating sol-gel coatings and the dip-coating method (one or four dips), a classic method of making the coatings selected in comparison with the first method. 3-Glycidoxypropyl-trimethoxysilane (GPTMS), Diethoxy-dimethylsilane (DEDMOS) and methyl-trimethoxy-silane (TMOMS) were used as precursors. As GPTMS coatings provided the best corrosion protection it was chosen for further study. To improve the coatings various parameters, such as concentration of the electrolyte, the time of electrochemical deposition, the removal speed from the solution during the dip-coating method, time and temperature of drying, the addition of nanoparticles (cerium oxide, cerium -molybdenum, zirconium oxide) were studied. The results showed that the ideal drying temperature was 90 οC for 24 hours. Ce-Ti nanocotainers loaded with 8-HQ or 2-MB were added into these coatings with different concetratoins. The presence of the nanocontainers loaded with corrosion inhibitors enforced the corrosion protection. EIS results witness the appearance of another time constant corresponding to the barrier effect of the sol-gel coatings. Nanocontainers not only enforced the sol-gel network but also released the corrosion inhibitor when corrosion starts. This continuous release provides extended protection against corrosion of aluminum alloy 2024-T3.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:upatras.gr/oai:nemertes:10889/3680 |
| Date | 14 September 2010 |
| Creators | Μεκερίδης, Ευάγγελος |
| Contributors | Κόρδας, Γεώργιος, Mekeridis, Evaggelos, Κόρδας, Γεώργιος, Μπασκούτας, Σωτήριος, Παπαγγελής, Κωνσταντίνος |
| Source Sets | University of Patras |
| Language | gr |
| Detected Language | Greek |
| Type | Thesis |
| Rights | 6 |
| Relation | Η ΒΚΠ διαθέτει αντίτυπο της διατριβής σε έντυπη μορφή στο βιβλιοστάσιο διδακτορικών διατριβών που βρίσκεται στο ισόγειο του κτιρίου της. |
Page generated in 0.0089 seconds