پوشش‌‌های هوشمند حسگر خوردگی با قابلیت تغییر رنگ یا نورتابی

نوع مقاله : مقاله مروری

نویسندگان

1 ااستادیار، دانشکده فنی و مهندسی، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی

2 دانشجوی کارشناسی، دانشکده فنی و مهندسی، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی

چکیده

پوشش‌‌های پلیمری برای حفاظت از سطوح فلزی کاربردهای فراوانی در صنعت یافته‌‌اند. تشخیص وقوع فرآیند خوردگی در زیر پوشش‌‌ها، امری بسیار چالش برانگیز و مهم است. لذا پوشش‌‌های حسگر خوردگی می‌‌توانند تشخیص فرآیند خوردگی را حتی قبل از اینکه با چشم غیر‌مسلح قابل مشاهده باشد، امکان‌پذیر نمایند. بنابراین استفاده از پوشش‌‌های حسگر خوردگی می‌‌تواند به صرفه‌‌جویی در زمان و هزینه‌‌ی نگهداری و حفاظت از سازه‌‌های فلزی کمک شایانی کند. در این پوشش‌‌ها از مواد شیمیایی خاصی به عنوان نشانگر در فرمول‌بندی پوشش استفاده می‌‌شود. تغییر pH موضعی در اثر واکنش‌‌های کاتدی و آندی خوردگی می‌‌تواند به عنوان محرکی برای دسته‌‌ای از ترکیبات نشانگر محسوب شده و منجربه تغییر رنگ یا نورتابی (فلورسنت) در آن‌‌ها گردد. همچنین برخی دیگر از انواع نشانگرها با کاتیون‌‌های فلزی حاصل از واکنش‌‌های آندی تشکیل کمپلکس رنگی می‌‌دهند. بدین ترتیب وقوع فرآیند خوردگی در سطح زیرین پوشش، قابل ردیابی و مشاهده خواهد بود. در مقاله حاضر به مروری بر پژوهش‌‌های انجام شده در سال‌‌های اخیر در زمینه‌‌ پوشش‌‌های حسگر خوردگی با قابلیت تغییر رنگ یا نورتابی، پرداخته شده و سازوکارهای مختلف موثر در حسگری خوردگی مورد طبقه‌‌بندی و بحث قرار گرفته است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Smart Corrosion Sensing Coatings Based on Color Change or Fluorescence

نویسندگان [English]

  • Nahid Pirhady Tavandashti 1
  • Mohaddeseh Safari 2
1 Department of Materials Engineering, Science and Research Branch
2 Department of Materials Engineering, Science and Research Branch, Islamic Azad University
چکیده [English]

Polymer coatings have found various applications for corrosion protection of metallic substrates. Detection of corrosion beneath the coatings is of great importance, and corrosion sensing coatings can provide early detection of occurrence of corrosion before it would otherwise be visible. So, application of corrosion sensing coatings is expected to reduce costs by detecting corrosion in the early stages, reducing the cost of repairing and structural metal replacement. Generally, corrosion indicators are incorporated into the coatings directly, or via encapsulation. Localized corrosion is often associated with pH and electrochemical changes. Coating systems containing color-change or fluorescing corrosion indicators are found to be sensitive to underlying corrosion processes by reacting to the increase of pH associated with the cathodic reaction. Moreover, in some cases corrosion indicating compounds can make a complex with metallic cations from anodic reaction, resulting in color change and detection of corrosion. This review emphasizes the recent advances in corrosion sensing coatings based on color change or fluorescence, and different mechanisms associated with corrosion sensing are categorized and discussed precisely.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Smart coating
  • Corrosion indicator
  • corrosion sensing
  • electrochemical reactions
  • Encapsulation
W. Feng, S.H. Patel, M-Y. Young, J. L. Zunino III, M. Xanthos,"Smart polymeric coatings-recent advances", Adv. Polym. Technol.26, 1-13, 2007.
A. Abdel Nazeer, M. Madkour, "Potential use of smart coatings for corrosion protection of metals and alloys: A review", J. Mol. Liq. 253, 11–22, 2018.
N. Pirhady Tavandashti, M. Ghorbani, A. Shojaei, Y. Gonzalez-Garcia ,H. Terryn, J.M.C. Mol, "pH responsive Ce(III) loaded polyaniline nanofibers for self-healing corrosion protection of AA2024-T3", Prog. Org. Coat. 99, 197–209, 2016.
A. Merz, M. Uebel, M. Rohwerder,"The Protection Zone: A Long-Range Corrosion Protection Mechanism around Conducting Polymer Particles in Composite Coatings: Part I. Polyaniline and Polypyrrole", Ecs J. Electrochem. Soc. 166, c304-c313, 2019.
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. Technol. 337, 1–11, 2018.
ن. نطقی طاهری، ب. رمضان‌‌زاده، م. مهدویان احدی، "مروری بر عملکرد ضد خوردگی پلی‌‌آنیلین در پوشش اپوکسی"،  نشریه ‌‌علمی ترویجی مطالعات در دنیای رنگ، 8،14- 1، 1397.
N. Pirhady Tavandashti, M. Ghorbani, A. Shojaei, J.M.C. Mol, H. Terryn, K. Baert, Y. Gonzalez-Garcia, "Inhibitor-loaded conducting polymer capsules for active corrosion protection of coating defects", Corr. Sci. 112, 138–149, 2016.
N. Pirhady Tavandashti, M. Ghorbani, A. Shojaei, J.M.C. Mold, H. Terryn , Y. Gonzalez-Garcia, "pH-responsive nanostructured polyaniline capsules for self-healing corrosion protection: The inuence of capsule concentration", Scientia Iranica, 24, 3512-3520, 2017.
N. Pirhady Tavandashti, S. Sanjabi, "Corrosion study of hybrid sol–gel coatings containing boehmite nanoparticles loaded with cerium nitrate corrosion inhibitor", Prog. Org. Coat. 69, 384–391, 2010.
F. Zhang, P. Ju, M. Pan, D Zhang, Y. Huang, G. Li, X. Li, "Self-healing mechanisms in smart protective coatings: A review", Corr. Sci. 144, 74–88, 2018.
S. Ana, M.W. Lee, A.L. Yarin, S.S. Yoon, "A Review on Corrosion-Protective Extrinsic Self-Healing: Comparison of Microcapsule-Based Systems and Those Based on Core-Shell Vascular Networks", Chem. Eng. J. 344, 206-220, 2018.
م. داوودی، ا. قاسمی، ب.رمضان‌‌زاده کراتی، م. مهدویان احدی، "مروری بر ترکیبات آلی معدنی حاوی بازدارنده‌‌های خوردگی: بررسی روش‌‌های ساخت و سازوکار حفاظت"، نشریه‌‌ ‌‌علمی ترویجی مطالعات در دنیای رنگ، 8، 38-25، 1397.
م. یگانه، س. م. مرعشی، ن. محمدی، "پوشش‌‌های هوشمند ضد خوردگی: انواع سازوکارهای خوردگی"، نشریه‌‌‌‌ علمی ترویجی مطالعات در دنیای رنگ، 7، 46-29، 1396.
ر. محمودی، پ. کادر، ا.م. اعرابی، ر. امینی، "مروری بر پوشش‌‌های خودترمیم‌‌شونده حاوی نانو حامل‌‌های لوله‌‌ای هالوزیت"، نشریه‌‌ ‌‌علمی ترویجی مطالعات در دنیای رنگ، 8، 22-13، 1397.
G. Dhole, G. Gunasekaran, S. Singh, M. Vinjamur, "Smart corrosion sensing phenanthroline modified alkyd coatings", Prog. Org. Coat. 89, 8–16, 2015
S. B. Ulaeto, R. Rajan, J. K. Pancrecious, T.P.D. Rajan, B.C. Pai, "Developments in smart anticorrosive coatings with multifunctional Characteristics" Prog. Org. Coat. 111, 294–314, 2017.
W. Li, L. M. Calle, "Micro-encapsulation for corrosion detection and control, Proceedings of the First International Conference on Self-Healing Materials", 1, Noordwijk, The Netherlands, 2007.
J. Zhang, G.S. Frankel, "Corrosion-sensing behavior of an acrylic-based coating system", Corros. 55, 957-967, 1999.
G. Liu, H. G. Wheat," Use of a Fluorescent Indicator in Monitoring Underlying Corrosion on Coated Aluminum 2024-T4", J. Electrochem. Soc. 156, C160-C166, 2009.
L.M. Calle, P.E. Hintze, W. Li, J.W. Buhrow, "Smart coatings for autonomous corrosion detection and control", AIAA SPACE Conference & Exposition, 8877, Anahelm, California, 2010.
W. Li and L. M. Calle, "Controlled release microcapsules for smart coatings", NACE Corrosion 2007, Paper 07228, Nashville, Tennessee, 2007.
W. Li and L. M. Calle, "A smart coating for the Early Detection and Inhibition of Corrosion", Proceeding of the Smart Coatings, 191, Orlando, Florida, 2007.
F. Maia, J. Tedim, A. C. Bastos, M.G.S. Ferreira, M.L. Zheludkevich, "Active sensing coating for early detection of corrosion processes", RSC Adv. 4, 17780–17786, 2014.
T.L.P. Galvão, I. Sousa, M. Wilhelm, J. Carneiro, J. Opršal, H. Kukačková, V. Špaček, F. Maia, J. R. B. Gomes, J. Tedim, M.G.S. Ferreira, "Improving the functionality and performance of AA2024 corrosion sensing coatings with nanocontainers", Chem. Eng. J. 341, 526–538, 2018.
D. Mata, N. Scharnagl, S.V. Lamaka, E. Malheiro, F.Maia, M.L. Zheludkevich, "Validating the early corrosion sensing functionality in poly (ether imide) coatings for enhanced protection of magnesium alloy AZ31", Corr. Sci. 140, 307-320, 2018.
F. Maia, J. Tedim, A.C. Bastos, M.G.S. Ferreira, M. L. Zheludkevich, "Nanocontainer-based corrosion sensing coating. Nanotechnol", 24, 1-9, 2013.
A. Trinchi, T.H. Muster, S. Hardin, D. Gomez, I. Cole, P. Corrigan, A. Bradbury, "Distributed quantum dot sensors for monitoring the integrity of protective aerospace coatings", IEEE Aerospace Conference, 6187252, Big Sky, MT, USA, 2012.
د. جعفری،م. ر. شیشه ساز، د. زارعی، ا. دانایی، "ارزیابی اثر حضور نانو رس‌‌ها بر روی خواص فیزیکی و مکانیکی پوشش‌‌های نانوکامپوزیت پلیمری"، نشریه‌‌‌‌ علمی ترویجی مطالعات در دنیای رنگ، 5، 33-19، 1394.
G. D. Moggridge, N. K. Lape, C. Yang, E. L. Cussler, "Barrier films using flakes and reactive additives", Prog. Org. Coat. 46, 231–240, 2003.
C. Yang, W.H. Smyrl, E. L. Cussler, "Flake alignment in composite coatings", J. Membr. Sci. 231, 1-12, 2004.
T. G. Gopakumar, W. Feng, M-W. Young, J. L. Zunino, M. Xanthos, "Preparation and characterization of acrylic coatings containing functional nanoclays for sensing corrosion in ferrous and non-ferrous metals", Proceedings of Polymer Processing SocietyMeeting PPS-2005, 14, Quebec City, Canada, 2005.
A. Augustyniak, J. Tsavalas, W. Ming, "Early Detection of Steel Corrosion via Turn-On Fluorescence in Smart Epoxy Coatings", Appl. Mater. Interfaces. 1, 2618-2623, 2009.
Sh. Roshan, A. Sarabi Dariani, J. Mokhtari, "Monitoring underlying epoxy-coated St-37 corrosion via 8-hydroxyquinoline as a fluorescent indicator", App. Surf. Sci. 440, 880-888, 2018.
L. Song-mei, Z. Hong-rui, L. Jian-hua, "Preparation and performance of fluorescent sensing coating for monitoring corrosion of A1 alloy 2024", T. Nonferr. Metal Soc. 16, 159s-164s, 2006.
G.S. Dhole, G. Gunasekaran, T. Ghorpade, M. Vinjamur, "Smart acrylic coatings for corrosion detection", Prog. Org. Coat. 110, 140–149, 2017.