امکان‌سنجی استفاده از پوشش‌های پایه‌ی سل ژل سیلانی به عنوان جایگزین زیست‌سازگار پوشش‌های تبدیلی

نوع مقاله : مقاله مروری

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه پوشش‌‌‌‌های سطح وخوردگی، پژوهشگاه رنگ

2 استادیار، گروه پوشش‌‌‌‌های سطح و خوردگی، پژوهشگاه رنگ

3 استادیار، گروه نانوفناوری رنگ، پژوهشگاه رنگ

چکیده

روش‌های متعددی برای کاهش نرخ خوردگی در نظر گرفته شده است. یکی از روش‌های موثر محافظت در برابر خوردگی، استفاده از پوشش‌های تبدیلی می‌باشد. اما، پژوهشها برای یافتن جایگزین مناسب برای پوششهای تبدیلی به علت معضلات محیط زیستی و سرطانزایی از سال 1970 میلادی شروع شده است. یکی از مهم‌ترین جایگزین این پوشش‌ها به-خصوص برای سامانه‌های تک‌لایه، پوششهای سل ژل از نوع سیلان، حاوی بازدارنده‌ی خوردگی است که علاوه بر جبران مشکلات زیست‌محیطی، توانسته است خواص حفاظت خوردگی مطلوب‌تری نسبت به پوششهای تبدیلی متداول ازخود نشان دهد. علاوه بر این، روش سل ژل یک روش سازگار با محیط زیست است که بهبود عملکرد محافظتی آن در زمینههای مختلف مانند فولاد، آلومینیوم، مس، منیزیم و آلیاژهای آن‌ها، مشاهده شده است. دراین روش ناخالصی‌ها به آن وارد نمیشود و در پایان فرایند، محصول نیاز به شستشو ندارد. دمای فرایند سل ژل به طور کلی کم است (اغلب نزدیک به دمای اتاق) بنابراین تبخیر حرارتی ترکیبات آن مانند بازدارندههای معدنی به حداقل میرسد. از آن‌جا که از پیش‌مادههای مایع دراین روش استفاده میشود، امکان تولید پوششهایی برای شکلهای پیچیده و هم‌چنین تولید فیلمهای نازک بدون نیاز به ذوب کردن وجود دارد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Feasibility of using an eco-friendly substitution of silane-based sol-gel based coatings for conversion coatings

نویسندگان [English]

  • Amir Samsadi Najibzad 1
  • Reza Amini 2
  • Mehran Rostami 3
  • Pooneh Kardar 2
1 Department of Surface Coatings, Institute for color Science and Technology
2 Department of Surface Coatings, Institute for color Science and Technology,
3 Research Institute of Color Science and Technology, Department of Nanotechnology
چکیده [English]

Numerous approaches are in practice to mitigate corrosion. Among all of these approaches, conversion coatings play an effective/promising role in corrosion protection. However, studies have begun to find an alternative to conversion coatings due to environmental problems and carcinogens since the 1970s. One of the most important alternatives to these coatings is the silane-based sol-gel coating containing a corrosion inhibitor which in addition to environmental problems, has improved corrosion protection properties compared to conventional conversion coatings. In addition, the sol gel method is an environmentally friendly method that has been shown to improve the protective performance of sol gel coatings in various fields such as metal, such as steel, aluminum, copper, magnesium and alloys. In this method, impurities do not enter and at the end of the process, the product does not need to rinse. The sol gel process temperature is generally low (often close to room temperature), so thermal evaporation and degradation of receptor species, such as inorganic inhibitors, are minimized. Because liquid precursors are used in this method, it is possible to produce complex coatings as well as to produce thin films without the need for machining or melting.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Silane-based sol gel coatings
  • Conversion coatings
  • corrosion
  • Corrosion inhibitor
  1. W. Feng, S. H. Patel, M. Young, J. L. Zunino, M. Xanthos, "Smart polymeric coatings—recent advances" Adv. Polym. Technol. 26, 1–13, 2007.
  2. A. S. Hamdy, I. Doench, h. Mohwald, "Smart self-healing anti-corrosion vanadia coating for magnesium alloys", Prog. Org. Coat. 72, 387– 393, 2011.
  3. ا. شاهی، پایان نامه کارشناسی ارشد، "بررسی رفتار خوردگی پوشش نانوساختار زیرکونیا - آلومینا - سریم اعمال شده بوسیله فرایند سل ژل بر روی سطح آلومینیوم 2024"، دانشگاه ملایر، 1394.
  4. C. Li, Y. Ma, Y. Li, F. Wang, "EIS monitoring study of atmospheric corrosion under variable relative humidity", Corr. Sci. 52, 3677–3686, 2010.
  5. M. L. Zheludkevich, I. Miranda Salvado, M. G. S. Ferreira, "Sol–gel coatings for corrosion protection of metals", J. Mater. Chem. 15, 5099-5111, 2005.
  6. M. Fedel, "Environmentally friendly hybrid coatings for corrosion protection silane based pre-treatments and nanostructured waterborne coatings", PhD Thesis, University of Trento, Italy, 2010.
  7. ا. گلمغانی ابراهیمی، پایان نامه کارشناسی ارشد، "تهیه نانو کامپوزیت‌های هیبریدی آلی - معدنی با روش سل ژل و مطالعه خواص ضدخوردگی آنها"، دانشگاه محقق اردبیلی، 1390.
  8. P. A. Schweitzer, "Corrosion of linings and coatings cathodic and inhibitor protection and corrosion monitoring", 2th edition, CRC Press, 2007.
  9. D. Wang, G. P. Bierwagen, "Sol-gel coating on metal for corrosion protection", Prog. Org. Coat. 64, 327-338, 2009.
  10. S. Fessi, A. S. Mamede, A. Ghorbel, A. Rives, "Sol–gel synthesis combined with solid–solid exchange method, a new alternative process to prepare improved Pd/SiO2–Al2O3catalysts for methane combustion Catalysis Communications", 27, 109–113, 2012.
  11. P. C. Lebaron, Z. Wang, T. J. Pinnavaia, "Polymer-layered silicate nanocomposites: an overview", Appl. Clay. Sci. 15, 11-29, 1999.
  12. P. Rodič, I. Milošev, "Corrosion properties of UV cured hybrid sol-gel coatings on AA7075-T6 determined under Simulated aircraft conditions", J. Electrochem. Soc. 161, 412-420, 2014.
  13. ع. ا. جاویدپرور، ب. رمضان زاده، ا. قاسمی، "مروری بر پوشش‌های بر پایه سل ژل مورد استفاده جهت حفاظت زیرآیندهای فلزی در برابر خوردگی"، نشریه علمی - ترویجی مطالعات دردنیای رنگ، 5، 44-31 ،1394.
  14. P. D. L. Neto, M. Atik, L. A. Avaca, M. A. Aegerter, "Sol-gel ZrO2 coatings for Chemical protection of Stainless steel", J. Solgel. Sci. Technol, 1, 177-184, 1994.
  15. S. Ono, H. Tsuge, Y. Nishi, S. Hirano, "Improvement of corrosion resistance of metals by an environmentally friendly silica coating method", J. Sol-Gel. Sci. Technol. 29, 147-153, 2004.
  16. P. Etienne, J. Denape, Y. Paris, J. Phalippou, R. Sempere, "Tribological properties of ormosil coating", Sol-Gel Sci. Technol. 6, 287-297, 1996.
  17. F. Mansfeld, L.T. Han, C.C. Lee, G. Zhang, "Evaluation of corrosion protection by polymer coatings using electrochemical impedance spectroscopy and noise analysis". Electrochim. Acta. 199, 2933-2945, 1993.
  18. A. Gu, G. Liang, "Thermal degradation behaviour and kinetic analysis ofepoxy/montmorillonite nanocomposites", Polym. Degrad. Stabil. 80, 383-391, 2003.
  19. H. Shi, F. Liu, E. Han. "Corrosion behaviour of sol–gel coatings doped with cerium salts on 2024-T3 aluminum alloy", Mater. Chemi. Phys. 24, 291–297, 2010.
  20. M. Mrad, M. F. Montemor, L. Dhouibi, E. Triki, "Deposition of hybrid 3-GPTMS’s film on AA2024-T3: Dependence of film morphology and protectiveness performance on coating conditions", Prog. Org. Coat. 73, 264– 271, 2012.
  21. M. Mrad, Y. Ben Amor, L. Dhouibi, M. F. "Montemor corrosion prevention of AA2024-T3 aluminum alloy with a polyaniline/poly (γ-glycidoxypropyltrimethoxysilane) bi-layer coating: Comparative study with polyaniline mono-layer feature", Surf. Coat Tech. 337, 1–11, 2018.
  22. V .R. Capelossi, M. Poelman, I. Recloux, R.P.B. Hernandez,H.G. de Melo, M.G. Oliviera," Corrosion protection of clad 2024 aluminum alloy anodized intartaric-sulfuric acid bath and protected with hybrid sol–gel coating", Electrochim. Acta. 124 69–79, 2014.
  23. K.R.V. Mahesh, H.N.N. Murthy, B.E. Kumaraswamy, N. Raghavendra, R. Sridhar,  M. Krishna, N. Pattar, R. Pal, B.S. Sherigara, "Sythesis and characterization of organomodified Na-MMT using cation and anion strfacrants", Front. Chem. China, 6, 153-158, 2011.
  24. H. Y. Sua, P. L. Chenb, C.S. Lin, "Sol–gel coatings doped with organo-silane and cerium to improve theproperties of hot-dip galvanized steel", Corr. Sci. 102, 63–71, 2016.
  25. M. L. Zheludkevich, I. M. Salvado, M. G. S. Ferreira, "Sol gel coating for corrosion protection of metal", J. Mater. Chem. 15, 5099-5111, 2005.
  26. ع. ا. جاویدپرور، ب. رمضان زاده، ا. قاسمی، "مروری بر پوشش‌های بر پایه سل ژل مورد استفاده جهت حفاظت زیرایندهای فلزی در برابر خوردگی"، نشریه علمی - ترویجی مطالعات دردنیای رنگ جلد 5، 31-44 ،1394.
  27. E. Armelin, "Investigation on Corrosion protection applying organic-inorganic sol-gel coatings on AA2024-T3", Caroline Velasques Ugarteche, 2013.
  28. M. Norouzi, A.A. Garekani, "Corrosion protection by Zirconia-based thin films deposited by a sol-gel spin coating method", Ceram. int. 40, 2857-2861, 2014.
  29. S. R. Kunst, G. A. Ludwig, M. R. Ortega-Vega, C. F. Malfatti, "The Influence of adding corrosion inhibitor and pH on the electrochemical properties of hybrid films applied to galvanised steel", Ing. Inves. 33, 17-21, 2013.
  30. A. F. Galio, S. V. Lamaka, M. L. Zheludkevich, L. F. P. Dick, I. L. Müller, M. G. S. Ferreira, "Inhibitor-doped sol-gel coatings for corrosion protection of Magnesium alloy AZ31", Surf. Coat. Technol. 204, 1479-1486, 2010.
  31. K. A. Yasakau, S. Kallip, M. L. Zheludkevich, M. G. S. Ferreira, "Active corrosion protection of AA2024 by Sol–gel coatings with Cerium molybdate nanowires", Electrochim. Acta. 112, 236-246, 2013.
  32. فونتانا، "مهندسی خوردگی"، ترجمه دکتر احمد ساعتچی، اصفهان، جهاد دانشگاهی واحد صنعتی اصفهان، سال انتشار به زبان اصلی 1993.
  33. Z. Feng, "Formation of Sol-gel Coatings on Aluminium Alloys", a thesis submitted to the University of Manchester for the degree of Doctor of Philosophy in the Faculty of Engineering and Physical Sciences- Corrosion and Protection Centre School of Materials, 2011.
  34. H. Shi, F. Liu, E. Han, "Corrosion behaviour of Sol-gel coatings doped with Cerium salts on 2024-T3 aluminum alloy", Mater. Chem. Phys 124, 291-297, 2014.
  35. M.F. Montemor, A.M. Simões, M.G.S. Ferreira, "Composition and behavior of cerium films on galvanised steel", Prog. Org. Coat. 43, 274-281, 2001.
  36. ا. درمیانی، غ. ر. راشد، د. زارعی، ا. دانایی، "پوشش‌های ضد خوردگی سیلانی جایگزین پوشش‌های تبدیلی کرمات و اثرنمک‌های عناصرکمیاب خاکی برعملکرد آن‌ها"، نشریه علمی - ترویجی مطالعات دردنیای رنگ، جلد 2، 9-20، 1391.
  37. C. Trenado, M. Wittmar, M. Veith, N.C. Rosero-Navarro, M. Aparicio, A. Durán, Y. Castro, D.J. Strauss, "Multiscale numerical modeling of Ce3+-inhibitor release from Novel corrosion protection coatings", Modell. Simul. Mater. Sci. Eng. 19, 457-463, 2011.
  38. R. V. Lakshmi, G. Yoganandan, A. V. N. Mohan, B. J. Basu, "Effect of Surface pre-treatment by Silanization on corrosion protection of AA2024-T3 alloy by Sol-gel nanocomposite coatings", Surf. Coat. Technol. 240, 353-360, 2014.
  39. S. H. Adsul, T. Siva, S. Sathiyanarayanan, S. H. Sonawane, R. Subasri, "Self-healing ability of nanoclay-based hybrid sol-gel coatings on magnesium alloy AZ91D", 309, 609-620, 2017.
  40. A. N. Khramov, N. N. Voevodin, V. N. Balbyshev, R. A. Mant, "Sol-gel-derived corrosion-protective coatings with controllable release of Incorporated organic corrosion inhibitors", Thin Solid Films. 483, 191-196, 2005.
  41. U. Tiringer, I. Milošev, A. Durán, Y. Castro, "Hybrid sol–gel coatings based on GPTMS/TEOS containing colloidal SiO2 and cerium nitrate for increasing corrosion protection of aluminium alloy 7075-T6", J. Sol-Gel Sci. Technol. 85, 546-557, 2018.

42. ر. امینی، پ. کاردر، "مروری برپوشش‌های تبدیلی برپایه عناصرکمیاب خاکی،"نشریه علمی ترویجی مطالعات در دنیای رنگ، 8، 35-25، 1397.