5.1. Некоторые примеры компьютерного моделирования ингибирования коррозии

5.1.1. Триптофан

Согласно описанию теории пограничных орбиталей, HOMO часто ассоциируется с электронодонорной способностью молекулы ингибитора. Высокие значения EHOMO указывают на то, что молекула имеет тенденцию отдавать электроны металлу с незанятыми орбиталями молекулы. ELUMO указывает на способность молекул принимать электроны. Более низкое значение ELUMO облегчает прием электронов с поверхности металла.Разрыв между уровнями энергии LUMO и HOMO молекул ингибитора является еще одним важным показателем, а низкие абсолютные значения ширины запрещенной зоны (DE = ELUMO — EHOMO) означают хорошую эффективность ингибирования. Исследования показали, что L-триптофан имеет высокое значение EHOMO и низкое значение ELUMO с низкоэнергетической запрещенной зоной. Энергия адсорбции, рассчитанная для адсорбции L-триптофана на поверхности Fe в присутствии молекул воды, равна -29,5 кДж, что означает сильное взаимодействие между молекулой L-триптофана и поверхностью Fe [105, 106].Результаты моделирования динамики молекул показали, что молекулы L-триптофана имеют почти плоскую ориентацию по отношению к поверхности Fe (1 1 0). Расчетная энергия адсорбции между молекулой L-триптофана и поверхностью Fe составляет -29,5 кДж.

Оптимизированная структура молекулы, самые высокие занятые орбитали молекулы, самые низкие незанятые орбитали молекулы и распределение заряда молекулы L-триптофана с использованием функционала DFT (B3LYP / 6-311 * G) показаны на рисунке 5. Рисунок показывает, что в молекуле L-триптофана C5, C12, C13, C14, C15, N7, N10, O2 и O4 несут больше отрицательных зарядов, в то время как C8 и C6 несут больше положительных зарядов.

Это означает, что C5, C12, C13, C14, C15, N7, N10, O2 и O4 являются центрами отрицательного заряда, которые могут предлагать электроны атомам Fe для образования координационной связи, а C8 и C6 — положительный заряд. центры, которые могут принимать электроны с орбитали атомов Fe, образуя обратную связь. Оптимизированная структура соответствует тому факту, что отличные ингибиторы коррозии не только предлагают электроны на незанятую орбиталь металла, но также принимают свободные электроны от металла. Таким образом, можно сделать вывод, что атомы индольного кольца, азота и кислорода являются возможными активными центрами адсорбции.

Пресуэл-Морено и др. [107] смоделировали химическую метательную способность металлического покрытия Al-Co-Ce под тонкими пленками электролита, характерными для атмосферных условий. Покрытие из сплава Al-Co-Ce было разработано для подложки AA2024-T3, которая может служить барьером, расходным анодом и резервуаром для подачи растворимых ионов ингибитора для защиты любых участков дефектов или имитированных царапин, обнажающих подложку. Модель рассчитывает время, необходимое для накопления ингибиторов Ce +3 и Co +2 на царапине при высвобождении из покрытия Al-Co-Ce в различных условиях, таких как pH-зависимая скорость пассивного растворения сплава Al-Co-Ce до определить поток высвобождения ингибитора.Рассматривался перенос как за счет электромиграции, так и за счет диффузии. Было изучено влияние размера царапины, начального pH, концентрации хлоридов и электрохимической кинетики задействованного материала. Исследования показали, что достаточное накопление высвободившегося ингибитора (т. Е. Концентрация Ce +3 превышает критическую концентрацию ингибитора по царапинам AA2024-T3) достигается в течение нескольких часов (например, ~ 4 ч для царапин S = 1500 мкм. м), когда pH исходного раствора составлял 6 и покрытие находилось рядом с AA2024-T3.

Прадип и Рай [108] смоделировали дизайн ингибиторов коррозии на основе фосфоновой кислоты, используя подход силового поля.

5.1.2. Пиперидин и производные

Халед и Амин [109] изучали адсорбцию и ингибирование коррозии четырех выбранных производных пиперидина, а именно пиперидина (pip), 2-метилпиперидина (2mp), 3-метилпиперидина (3mp) и 4-метилпиперидина (4mp) на никеле в 1,0 M HNO ₃ расчетным путем с помощью моделирования молекулярной динамики и квантово-химических расчетов, а также электрохимически с помощью методов Тафеля и импеданса.Моделирование молекулярной динамики (МД) выполняли с использованием коммерческого программного обеспечения MS Modeling от Accelrys с использованием модуля аморфных ячеек для создания пиперидиновых ячеек на никелевой подложке. Поведение ингибиторов на поверхности изучали с использованием моделирования молекулярной динамики, а молекулярные потенциалы, оптимизированные для конденсированной фазы, для исследований с атомистическим моделированием (КОМПАС), силового поля. КОМПАС — это ab initio мощное силовое поле, которое поддерживает атомистическое моделирование материалов конденсированной фазы [102].Исследования молекулярного моделирования были применены для оптимизации адсорбционных структур производных пиперидина. Границы раздела никель / ингибитор / растворитель были смоделированы, и заряды на молекулах ингибитора, а также их структурные параметры были рассчитаны в присутствии эффектов растворителя. Квантово-химические расчеты, основанные на методе ab initio, были выполнены для определения взаимосвязи между молекулярной структурой пиперидинов и их эффективностью ингибирования. Результаты, полученные с помощью тафелевского и импедансного методов, хорошо согласуются и подтверждают теоретические исследования.

Халед и Амин [110] также провели исследования по моделированию молекулярной динамики ингибирования коррозии алюминия в молярной соляной кислоте с использованием некоторых производных имидазола. Они также адаптировали метод моделирования Монте-Карло, включающий молекулярную механику и динамику, для моделирования адсорбции производных метионина, а именно, L-метионина, сульфоксида L-метионина и сульфона L-метионина на поверхности железа (110) в 0,5 M серной кислоте. Результаты показывают, что производные метионина обладают очень хорошим ингибирующим действием на коррозию мягкой стали в 0.5 М раствор серной кислоты.

5.1.3. Анилин и его производные

Ингибирующее действие анилина и его производных на коррозию меди в соляной кислоте исследовали Henriquez et al. [39], с акцентом на роль заместителей. С этой целью было выбрано пять различных анилинов: анилин, п-хлоранилин, п-нитроанилин, п-метокси и п-метиланилин. Теоретическое исследование с использованием методов молекулярной механики и ab initio методов Хартри-Фока для моделирования адсорбции анилина на меди (100) показало результаты, хорошо согласующиеся с экспериментальными данными.Анилин адсорбируется параллельно поверхности меди, не отдавая предпочтения конкретному участку адсорбции. С другой стороны, из неэмпирических расчетов Хартри-Фока получается энергия адсорбции между 2 ккал / моль и 5 ккал / моль, что близко к экспериментальному значению, подтверждая, что адсорбция анилина на металлической подложке довольно слабая. Ввиду этих результатов ориентация молекулы анилина относительно поверхности меди считается доминирующим эффектом. Механические молекулярные расчеты были выполнены с использованием Insight II, комплексной программы графического моделирования молекул, для получения конфигураций с минимальной энергией.

Выражение признательности

Поддержка и сотрудничество со стороны доктора Упадхья, директора NAL, Бангалор, доктора Ранджана Мудитхая, руководителя KTMD, и доктора К.С. Раджам, руководитель, SED выражает благодарность. В статье использованы следующие патенты: (1) Патент США 5951747 — Нехроматные ингибиторы коррозии для алюминиевых сплавов; (2) Патент США 5286357 — Датчики коррозии; (3) WO / 2002/008345 — ИНГИБИТОРЫ КОРРОЗИИ; и (4) патент Великобритании, 2327,1895.

Почему цинк является отличным антикоррозионным средством | компанией Metals.com

Цинк считается важным минералом, особенно подходящим для пренатального и послеродового развития. Но цинк, входящий в диету и являющийся вторым по содержанию металлом в организме, — лишь малая часть истории этого минерала. Цинк на самом деле является химическим элементом с атомным номером 30 и символом Zn в периодической таблице. Это также 24-й по численности элемент в земной коре, и в больших количествах его можно найти в U.С., Австралия и Азия.

История

Цинк, хотя и не так распространен, как железо или медь, в древности использовался греками и римлянами. Распространенная проблема с цинком заключается в том, что он склонен к выкипанию до достижения температуры, необходимой для его извлечения из руды. Этот минерал также чаще используется как сплав, а не как чистый металл.

С точки зрения здоровья, карбонаты цинка, гидроцинкит и смитсонит, были обычными таблетками, которые принимали от таких вещей, как воспаление глаз.Некоторые из этих пилюль были даже найдены на Relitto del Pozzino, римском корабле, потерпевшем кораблекрушение в 140 г. до н.э.

В начале первого века латунь создавалась с использованием цинка и других металлов, таких как медь. В средние века добыча цинка и выплавка металлического цинка были обычной практикой.

Антикоррозионные свойства

Цинк давно известен своими антикоррозийными свойствами. Такие организации, как НАСА и морские организации, используют цинк для создания антикоррозионных покрытий для космических кораблей и кораблей.НАСА, в частности, создало специальный тип цинкосиликатного покрытия, которое не только покрывает металл, чтобы блокировать морские брызги, но и защищает металл от коррозии, даже если покрытие поцарапано.

Ряд металлов «гальванизируется» с использованием цинка, что означает, что разновидность минерала распыляется, наносится электромагнитным способом или металлы погружаются горячим погружением с расплавленным цинком. Цинк особенно привлекает окисление, что делает его эффективным защитным средством. Другими словами, цинк, который используется с некоторыми металлами, такими как руль корабля, со временем будет медленно корродировать.Прелесть использования цинка таким образом заключается в том, что, хотя коррозия неизбежна, сам руль направления останется нетронутым.

Цинк является важным элементом как в биологических, так и в промышленных целях. Его использование будет продолжаться до тех пор, пока его будет в изобилии и пока человеческое тело требует, чтобы он функционировал.

Различные формы цинка для промышленного использования можно найти на веб-сайте Metals.com .

Metals.com

Обзор последних стратегий и методов оценки

Реферат

Использование самовосстанавливающихся покрытий для защиты металлических подложек, таких как алюминиевые сплавы, нержавеющая сталь, углеродистая сталь и сплавы Mg, от коррозии является серьезным препятствием. важный аспект для защиты металлов и для экономики.За последнее десятилетие в защитных покрытиях были внесены значительные изменения в стратегии самовосстановления, включая использование зеленых компонентов. Ученые использовали экстракты листьев хны, алоэ вера, табака и т. Д. В качестве ингибиторов коррозии, а нановолокна целлюлозы, нанотрубки галлиозита и т. Д. В качестве контейнеров для заживляющих веществ. В этом обзоре дается краткое описание потребности в самовосстанавливающихся защитных покрытиях для металлических деталей, последних стратегий внешнего самовосстановления и методов, используемых для отслеживания процесса самовосстановления для контроля коррозии металлических подложек.Объясняются общие методы, такие как ускоренный тест погружением в соль и спектроскопия электрохимического импеданса (EIS), для оценки процесса самовосстановления защитных покрытий. Мы также показываем последние достижения в области технологий, таких как метод сканирующего вибрирующего электрода (SVET) и сканирующая электрохимическая микроскопия (SECM), как успешные методы оценки процесса самовосстановления защитных покрытий.

Ключевые слова: защитное покрытие , самовосстановление, антикоррозия

1.Введение

Важно защитить поверхность металлов от коррозии. Эта защита более важна по сравнению с общей защитой, поскольку поверхность более подвержена воздействию окружающей среды и подвержена механическим воздействиям и воздействию растворителей. В металле можно ожидать коррозии, если на его поверхности есть трещины или ямки. Расчетная стоимость коррозии составляет примерно 3,4% мирового ВВП (2013 г.) [1]. Большая часть этих затрат связана с процессами осмотра, методами ремонта, а также процедурами охраны окружающей среды и безопасности.Одна из самых дорогих затрат на коррозию приходится на нефтегазовые объекты. Защита от коррозии важна для современного мира, так как это снизит финансовые затраты. Важно обеспечить безопасность и надежность промышленности, сократить образование отходов и потребление энергии.

Катодная защита, анодная защита, добавление ингибиторов, защитное покрытие и т. Д. Являются широко применяемыми методами защиты от коррозии. Среди них широко распространенным методом защиты является использование подходящего покрытия, которое может защитить поверхность металла от окружающей среды.Химические вещества, называемые ингибиторами, могут быть добавлены в покрытие в небольших количествах для уменьшения скорости коррозии. Основная идея покрытия — предотвратить диффузию кислорода и влаги к металлу. Кроме того, органические покрытия обладают отличной ударопрочностью, эстетическими свойствами и адгезией к подложке [2]. Среди защитных покрытий органическое покрытие является старейшей и наиболее широко используемой технологией защитных покрытий [3]. В покрытия могут быть добавлены ингибиторы, что гарантирует, что они не выщелачиваются, и это эффективно для используемого металла [4].

Как вариант органического покрытия, органо-неорганические гибридные покрытия состоят как из органического компонента, так и из неорганических наполнителей (в основном кремнезема), связанных ковалентными связями [5]. Сообщалось также о гибридных покрытиях с диоксидом титана в качестве неорганического компонента в золь-гель покрывающих пленках и нанокомпозитных покрытиях [6,7]. Комбинация этих двух типов материалов обеспечит хорошие механические свойства, гибкость, адгезию и прозрачность. Хотя органические покрытия эффективны, потребность в экологически чистых методах защиты от коррозии высока из-за экологических проблем, таких как выбросы парниковых газов и глобальное потепление.Кроме того, экономические проблемы, связанные с сырой нефтью и ценами на продукцию, побуждают нас искать экологически чистые альтернативы органическому покрытию.

С развитием исследований покрытий многие исследователи сообщили об интеллектуальных покрытиях, которые проявляют действие, реагирующее на раздражители. Интеллектуальное покрытие может включать в себя различные реакции, такие как самовосстановление, самоочищение, обнаружение коррозии и предотвращение обрастания. Среди технологий интеллектуальных покрытий концепция самовосстанавливающегося покрытия была представлена ​​как новый подход к достижению функции защиты от коррозии.Автоматическая реакция на коррозию может быть адаптирована к различным факторам, таким как истирание, изменение pH, поверхностного натяжения и температуры. Самовосстанавливающееся органическое и неорганическое покрытие может увеличить срок службы полученной структуры покрытия. Функциональность самовосстановления может быть придана за счет присутствия нано / микроконтейнеров полимерного и неорганического происхождения в структуре покрытия. Настоящий обзорный документ предназначен для подробного описания этих внешних стратегий при проектировании самовосстанавливающихся структур покрытия с уделением особого внимания экологическим подходам.В зависимости от приложений конечного использования важны методы последующего наблюдения, которые были приняты для оценки процесса заживления, и они также будут обсуждаться.

2. Стратегии самовосстановления защитных покрытий

2.1. Общие методы

С введением концепции самовосстановления были приняты различные стратегии самовосстановления для ремонта трещин и повреждений в системах покрытия [8]. Для создания самовосстанавливающихся покрытий применялись как внутренние, так и внешние стратегии.При собственном самовосстановлении восстановление трещины может быть достигнуто с помощью обратимой химии [9]. При внешнем типе используется метод заживления с помощью капсулы или сосудистой сети. При самовосстановлении с помощью капсул лечебные агенты инкапсулируются в подходящие капсулы для доставки заживляющего агента в поврежденную область [10]. В качестве альтернативы можно использовать покрытие, состоящее из сосудистой сети, для обеспечения однородной системы заживления по всей поверхности [11].

Самовосстанавливающиеся покрытия на основе микро / нанокапсул являются наиболее распространенными системами.Такие факторы, как контролируемое поглощение и высвобождение заживляющего агента / ингибитора коррозии, высокая несущая способность, многофункциональность и т. Д., Могут контролировать эффективность таких капсул. Микрокапсулы, имеющие оболочку из полимеров, таких как эпоксидная смола, карбамидоформальдегид (UF) и полиуретан (PU), обычно используются либо с заживляющими агентами, либо с ингибиторами коррозии в качестве материалов сердцевины [12,13,14]. Помимо микрокапсул, нанокапсулы, такие как нанокапсулы кремнезема [15], керамические наноконтейнеры [16], наноконтейнеры TiO ₂ [17,18] и т. Д.Сообщается, что они обладают способностью эффективно накапливать лечебный агент / ингибитор. Мезопористые материалы также продемонстрировали отличную хостинговую способность [19,20,21].

Микроинкапсуляция — важный шаг в разработке самовосстанавливающихся материалов. Желаемые свойства микрокапсул могут быть адаптированы путем надлежащего контроля параметров приготовления. показывает изменение размера микрокапсул из поли (мочевиноформальдегида) (ППУ), инкапсулированных в алкидную смолу (полученную из пальмового масла), которые были приготовлены при разной скорости перемешивания [22].Многие авторы [23,24,25,26] упоминали возможность адаптации необходимых капсул с различной толщиной, морфологией и размерами перед добавлением их в краску или полимерную матрицу. Fayyad et al. [24] заключают тунговое масло в карбамидоформальдегидную оболочку. Группа использовала полимеризацию на месте для приготовления микрокапсул разного размера путем изменения скорости перемешивания. Микрокапсулы меньшего размера имели более высокую коррозионную стойкость по сравнению с микрокапсулами большего размера [27].

Распределение по размерам (слева) и цифровые микроскопические изображения инкапсулированных алкидной смолой микрокапсул поли (мочевино-формальдегид) (ППУ) (справа), приготовленных при различных скоростях перемешивания, ( a ) 500 об / мин, ( b ) 400 об / мин , и ( c ) 300 об. / мин.Адаптировано из [22] с разрешения © 2016 Elsevier.

Когда капсулы разрушаются из-за повреждения покрытия, содержимое этих капсул вылезает наружу и активируется реакция на процедуру самовосстановления. Например, изображен разрыв капсулы микрокапсул УФ и высвобождение реактивной эпоксидной смолы, которая действует как заживляющий агент [12]. Подобное действие может быть выполнено для изменения цвета или флуоресцентного света, возникающего после разрыва как признак повреждения. Перед настройкой самовосстанавливающегося покрытия необходимо определить различные параметры [28], такие как концентрации контейнеров, концентрация ингибиторов, кинетика добавок, кинетика диффузии и условия окружающей среды.

Изображение разорванных карбамидоформальдегидных (УФ) микрокапсул, содержащих реактивную эпоксидную смолу и растворитель в качестве материала ядра. Обозначены области наплавленной эпоксидной пленки. Адаптировано из [12] с разрешения © 2009 Elsevier.

Пористые неорганические материалы также широко использовались в качестве контейнеров для лечебных средств. Правильная функционализация отверстия мезопористого кремнезема позволила им действовать как pH-чувствительные контейнеры для самовосстановления [29]. Органосилильную функционализацию контейнеров из мезопористого диоксида кремния проводили с помощью этилендиамина (en), соли эн-4-оксобутановой кислоты (en-COO–) и эн-триацетата (en- (COO–) ₃ ) с различными органическими наполнителями. .Было обнаружено, что функционализация эн- (COO–) ₃ -типа с содержанием 0,23 ммоль / г показала лучшие самовосстанавливающиеся антикоррозионные свойства pH-стимулов, поскольку функционализированный мезопористый диоксид кремния имеет высокую загрузку (26 мас.%) И высвобождение (80%). %) емкости для ингибитора и прекращение любой возможной утечки.

Количество инкапсулируемого заживляющего или антикоррозионного средства в неорганических и полимерных контейнерах сравнительно невелико. Низкое количество заживляющего агента и высокая стоимость производства могут ограничить коммерциализацию технологии самовосстановления, основанной на таких контейнерах, для применения в транспортных средствах в автомобилях и самолетах.Чтобы преодолеть это ограничение, были введены новые антикоррозионные слои, которые содержат нано- и микроволокна ядро-оболочка в качестве контейнеров с лечебным агентом [30]. Электропрядение можно использовать для изготовления сетей из нано- и микроволокон ядро-оболочка, заполненных достаточным количеством заживляющего агента. В такой попытке Ли и др. [30] приготовили покрытия из нановолокна ядро-оболочка на стальной подложке с диметилсилоксаном (ДМС) в качестве самовосстанавливающегося агента и диметилметилгидроген-силоксаном (в качестве отвердителя) отдельно в сердцевинах с помощью метода двойного эмульсионного электропрядения.И ДМС, и диметилметилгидроген-силоксан были инкапсулированы в оболочки из полиакрилонитрила (ПАН). Эти двойные нановолокна были нанесены на стальную подложку. Наконец, маты из нановолокон интеркалировали матрицей из поли (диметилсилоксана) (ПДМС). Эксперименты по коррозии, проведенные на покрытии из нановолокна, поврежденном вручную, подтвердили эффективность самовосстановления и коррозионную стойкость этих покрытий. Помимо метода эмульсионного электропрядения, совместное электропрядение также оказалось эффективным методом изготовления инкапсулированных матов из нановолокон [31].схематически изображена установка для коаксиального электропрядения. При совместном электропрядении два шприца одновременно использовали для электроспиннинга нановолокон PAN, инкапсулированных диметилвиниловым концевым диметилсилоксаном (смолой), и инкапсулированных диметилсилоксаном (отвердителем) метилгидрогеном (отвердитель), которые собирались вместе барабаном для получения переплетенного мата из нановолокон. Этот мат из нановолокна, залитый прозрачным покрытием из ПДМС на стальную поверхность, эффективно действовал как барьер для коррозии в процессе заживления путем высвобождения мономера смолы из сердцевины волокна для устранения коррозии.

Установка коаксиального электроспиннинга для создания волокон типа сердцевина-оболочка.

Другой стратегией внешней защиты от коррозии является послойное (LbL) нанесение нанослоев полиэлектролита и ингибитора на поверхность металлов. В этом процессе высвобождение ингибитора моделируется изменением pH [32]. Андреева и др. [33] нанесли нанослои полиэтиленимина (PEI), поли (стиролсульфоната) и экологически чистого ингибитора коррозии (8-гидроксихинолина) на поверхность алюминия.Они предложили механизм самовосстановления, который включает три основных этапа: (i) pH-нейтрализующая активность полиэлектолитов, (ii) пассивация растрескавшейся поверхности металла путем введения ингибиторов для осаждения между слоями полиэлектролита и (iii) залечить поврежденный слой.

2.2. Зеленая концепция в самовосстанавливающемся покрытии

Обычные органические молекулы, содержащие гетероатомы, считаются хорошими ингибиторами. К ним относятся сера, фосфор и азот [34]. Однако эти материалы могут оказывать негативное воздействие на окружающую среду.Использование натуральных материалов в качестве заживляющих агентов или ингибиторов коррозии для заполнения этих капсул считается хорошим подходом к экологически чистой обработке. Использование зеленых ингибиторов изучалось многими авторами [35,36,37], где защита от коррозии может быть достигнута за счет адсорбции органических соединений на поверхности металла через составляющие полярные функциональные группы. Экстракт листьев хны (HLE) обладает хорошей защитой от коррозии. Сообщалось, что HLE с акриловым покрытием (0,2 мас. / Об.%) Обеспечивает хорошую защиту за счет образования барьера, тем не менее, полимерное покрытие разрушается при повышении температуры из-за образования путей для ионной проводимости.Эти проводящие пути образуются за счет теплового расширения [37].

Многие исследователи использовали различные типы масел, такие как тунговое масло [38,39], льняное масло [40,41,42,43,44], масло нима [45] и подсолнечное масло [46], в качестве более экологичной коррозии. ингибиторы. Эти природные масла оксидаза с атмосферным кислородом и пленка полимеризованных сухих масел образуются для дополнительной защиты поверхности покрытия. Среди этих натуральных масел тунговое масло и льняное масло являются наиболее часто применяемыми самовосстанавливающими средствами благодаря их лучшим характеристикам сушки и способности к эмульгированию и сшиванию.

Аналогичным образом были исследованы экологически чистые альтернативы наноконтейнерам, такие как хитозан [47] и нановолокна целлюлозы [48,49], а также различные типы природных глинистых минералов, включая нанотрубки галлуазита [50], аттапульгит [51] и т. Д. Желудкевич. и другие. [47] успешно разработали предварительный слой хитозана, легированного церием, который действует как резервуар для ингибитора коррозии для подложки из алюминиевого сплава 2024. Между катионами церия и хитозаном образуется комплекс. Сообщается, что этот комплекс отвечает за иммобилизацию и высвобождение ингибитора коррозии.Механизм иммобилизации и высвобождения самовосстановления в нановолокне целлюлозы несколько отличался от такового в хитозане. Виджаян и др. [49] сообщили, что эпоксидный мономер и аминный отвердитель были иммобилизованы на целлюлозных нановолокнах и включены в эпоксидное покрытие на подложке из углеродистой стали. В то время как эпоксидный мономер прилипает к поверхности нановолокон целлюлозы, отвердитель на основе аминов химически связывается с волокнами. На поверхности повреждения нановолокна вступили в контакт с водой и деформировались, высвободив эпоксидный мономер, который впоследствии вступил в реакцию с активной функциональной группой в отвердителях, чтобы восстановить повреждение.Доказано, что покрытие на основе целлюлозных нановолокон подходит для морской воды, поскольку эти нановолокна деформируются при контакте с водой, высвобождая прилипшие ингибиторы коррозии в поврежденную область. Донг и др. [52] использовали зависящее от pH электростатическое взаимодействие между L-валином и нанотрубками галлуазита для создания интеллектуального антикоррозионного покрытия. Перемещение заряда L-валина между кислотным и основным pH было использовано для высвобождения L-валина из просвета HNT на основе pH.

показывает зеленые компоненты, используемые при проявлении зеленых покрытий.

Зеленые компоненты самовосстанавливающихся антикоррозионных покрытий.

2.3. Графен как потенциальный самовосстанавливающийся компонент

С развитием исследований графена ученые разработали покрытия на основе графена с хорошими самовосстанавливающимися и антикоррозийными свойствами. Материалы на основе графена обычно используются в покрытиях на водной основе в качестве антикоррозионных наполнителей из-за их превосходных барьерных свойств.В дополнение к этому, были описаны различные подходы к использованию материалов семейства графена для повышения способности к самовосстановлению. Микрокапсулы оксида графена могут действовать как укрепляющие заживляющие капсулы. Их используют, потому что они обладают следующими свойствами: механической стабильностью, тонкими стенками и высокой загрузкой лечебных материалов [53], которые являются важными параметрами для определения хороших микрокапсул в покрытии. Ли и др. [53] сообщили о производстве микрокапсул из оксида графена (GO) с тонкими оболочками толщиной нанометров.Лечебным материалом было льняное масло. Была хорошая совместимость между GO и полиуретановой (PU) матрицей из-за наличия функциональных групп на оболочке. Изготовление этих механически стабильных микрокапсул легко благодаря самостоятельной сборке листов GO. Было обнаружено, что 10 мас.% Этих микрокапсул в покрытиях из полиуретана на водной основе излечивают царапины шириной 20 мкм на стальных поверхностях, оцинкованных горячим способом. В другом методе контейнеры оксид графена / полистирол (GO / PS) были изготовлены с ингибиторами 8-HQ [54].Авторы контролировали размер контейнеров от 700 нм до 35 мкм. Полученные порошки могут быть использованы в эпоксидных покрытиях на мягкой стали в качестве недорогих самовосстанавливающихся антикоррозионных материалов. В качестве альтернативы Fan et al. [55] использовали многослойную структуру GO с разветвленным полиэтиленом (PEI) / поли (акриловой кислотой) (PAA) для защиты магниевого сплава. В этом случае GO действовал как барьерный слой, так и мультислои для самовосстановления. Совсем недавно Ван и др. использовали гибридные структуры на основе оксида графена в качестве контейнеров для заживления [56].Они изготовили структуру оксид графена-мезопористый диоксид кремния-наносферную структуру, полную заживляющего агента дубильной кислоты (). Доказано, что такое покрытие эффективно защищает металлические детали подводных лодок от переменного гидростатического давления (AHP). Аналогичным образом, другая группа исследователей использовала гидроталькит, интеркалированный оксидом графена и фосфатом, для придания самовосстанавливающемуся эпоксидному покрытию на водной основе [57]. Способность к самовосстановлению гидроталькита, интеркалированного оксидом графена и фосфатом, возникла в результате ионного обмена между PO ₄ ^3- и Cl ^— на границе раздела металл-покрытие.

( и ). Схематическое изображение процедуры синтеза слоя-наносферы оксид графена-мезопористый диоксид кремния; ( b ). Заполнено эмиссионно-сканирующим электронным микроскопом (FE-SEM) изображение оксида графена-мезопористого слоя диоксида кремния-наносферы. Адаптировано из [56] с разрешения © 2019 Elsevier.

2.4. Другие новейшие концепции

Поколение микрокапсул с несколькими оболочками стимулировало исследования в области самовосстановления покрытий. Микрокапсулы с двойной оболочкой показали лучшую устойчивость к соленой воде, что сделало их новыми многообещающими материалами для использования с покрытиями на водной основе [58].На рисунке показаны образования двухслойной микрокапсулы полимочевины. Внутренний слой микрокапсулы полимочевины был сформирован посредством межфазной полимеризации, а затем покрыт внешним слоем оболочки из ППУ посредством полимеризации in situ.

Схематическое изображение образования двухслойных микрокапсул из полимочевины. Адаптировано из [58] с разрешения © 2016 Elsevier.

Аналогичным образом были исследованы многоядерные микрокапсулы. Эти материалы обеспечивали двойное самовосстановление и антикоррозионное действие [59].Авторы показали, что микрокапсулирование как ингибиторов коррозии, так и льняного масла в многоядерных фенолформальдегидных оболочках может обеспечить успешное самовосстанавливающееся антикоррозионное покрытие поверх полиуретановой краски.

За последнее десятилетие полидофамин превратился в универсальный материал для функционализации поверхностей [60]. Qian et al. [61] разработали новое самовосстанавливающееся покрытие с использованием полидофамина (PDA) в качестве pH-чувствительного протектора для ингибитора, загруженного в мезопористые наночастицы кремнезема (MSN), которые преодолели ограничение спонтанного потока молекул ингибиторов из мезопор.Разработанные PDA-декорированные наноконтейнеры MSN, наполненные ингибитором коррозии, были использованы для приготовления самовосстанавливающихся алкидных покрытий на водной основе на низкоуглеродистой стали. Бензотриазол, используемый в качестве ингибитора коррозии, загружали при нейтральном pH, и он способствовал быстрому высвобождению при кислом pH. КПК управлял выбросом ингибиторов и образовывал защитные комплексы с продуктами коррозии.

Умные контейнеры, адаптированные к конкретным действиям, могут использоваться как самовосстанавливающиеся материалы. Например, могут быть созданы контейнеры, которые реагируют на функцию световой стимуляции более контролируемым образом по сравнению с теми, которые реагируют на другие стимулы, такие как pH или температура.Chen et al. [20] разработали обратимое, активируемое светом самовосстанавливающееся алкидное покрытие на водной основе над алюминиевым сплавом путем включения полых мезопористых наноконтейнеров кремнезема, модифицированных азобензолом. При ультрафиолетовом (УФ) облучении азобензол подвергался обратимой транс-цис-изомеризации, связанной с уменьшением размера транс-цис-изомеров, что приводило к вытеснению молекул из наноконтейнеров к месту коррозии. Под воздействием видимого света транс-изомер превращается в цис-изомер, что предотвращает высвобождение ингибитора коррозии.Таким образом можно избежать лишнего разряда ингибиторов после заживления корродированного участка.

3. Методы отслеживания процесса самовосстановления защитных покрытий

В этом разделе мы описываем общие экспериментальные методы, которые используются для подтверждения процесса самовосстановления при нанесении упреждающего покрытия на металлические конструкции. В этом разделе обсуждаются принцип работы и применение в самовосстанавливающихся покрытиях электрохимической импедансной спектроскопии (EIS), метода сканирующих вибрирующих электродов (SVET) и сканирующей электрохимической микроскопии (SECM).

3.1. Испытание ускоренным погружением в соль

Испытание ускоренным погружением в соль — это предварительная процедура оценки самовосстанавливающихся покрытий. Это простейшая процедура после процесса самовосстановления защитного покрытия. Покрытия с разметкой погружают в 10 мас.% Раствор соли, концентрация которого выше, чем у нормальной концентрации морской воды. Видимое развитие коррозии оценивается через определенные промежутки времени. Например, Хуанг и др. [62] использовали ускоренный тест на погружение в соль для оценки способности эпоксидного покрытия к самовосстановлению, которое содержало 10 мас.% Полиуретановых микрокапсул с гексаметилендиизоцианатом (HDI) в качестве материала сердцевины на стальной подложке.Было замечено, что нагруженное микрокапсулами HDI покрытие могло выдерживать коррозию (а), в то время как контрольное покрытие сильно корродировало (б).

Фотографии стальной панели, покрытой ( a ) 10 мас.% Гексаметилендиизоцианатного (HDI) покрытия с микрокапсулами и ( b ) чистого покрытия после испытания ускоренным погружением в соль в течение двух дней с последующим хранением при комнатной температуре в течение шести месяцев . Адаптировано из [62] с разрешения © 2014 Elsevier.

3.2.Электрохимическая импедансная спектроскопия (EIS)

Электрохимическая импедансная спектроскопия (EIS) — это стандартный метод исследования самовосстановительных свойств защитного покрытия для металла [63]. Традиционно этот метод использовался для оценки физико-химических процессов, связанных с коррозией на подложках с покрытием. С разработкой самовосстанавливающегося покрытия в качестве альтернативного способа защиты от коррозии EIS был расширен, чтобы отслеживать процесс заживления. EIS был успешно применен к различным самовосстанавливающимся системам покрытий, таким как покрытия из полимеров и их композитов, покрытия из оксидов металлов, покрытия на основе углеродных наноматериалов, таких как углеродные нанотрубки (MWCNT) и графен и т. Д.

Рисование на поверхности покрытия вручную приводит к образованию дефектов. EIS состоит из трехэлектродной системы, в которой нанесенное покрытие действует как рабочий электрод, а электрод Ag / AgCl обычно действует как электрод сравнения. Противоэлектрод выравнивается параллельно покрытому материалу для завершения ячейки. В качестве электролита используется водный раствор NaCl желаемой концентрации. Используемая концентрация раствора NaCl зависит от нескольких факторов, таких как тип покрытия, область применения и т. Д.Использование NaCl низкой концентрации помогает более точно оценить процесс коррозии на ранней стадии, так как это снижает скорость коррозии. Схема всей экспериментальной установки представлена ​​на рис.

Принципиальная схема измерения спектроскопии электрохимического импеданса (EIS). Адаптировано из [62] с разрешения © 2014 Elsevier.

Одним из популярных методов представления результатов EIS является график Боде, на котором логарифмическая частота отображается как в зависимости от абсолютных значений импеданса (| Z | = Z ₀ ), так и фазового сдвига.График Боде для покрытой металлической поверхности с дефектом в основном используется для исследования явления самовосстановления. При создании искусственного дефекта на поверхности покрытия сопротивление на низких частотах внезапно падает из-за разрушения оксидной пленки и начала процесса коррозии. После начала заживления дефекта импеданс восстанавливает свои первоначальные значения. Например, Желудкевич и др. [64] проанализировали график Боде, чтобы проследить самовосстановление легированного ингибитором коррозии гибридного гелевого покрытия на алюминиевом сплаве ().8-гидроксихинолин используется в качестве ингибитора коррозии в этом покрытии. Авторы обнаружили, что изначально пониженные значения импеданса восстанавливали исходное значение через короткий период в 20 минут. (а). Однако постоянно уменьшающиеся значения низкочастотного импеданса нелегированного однослойного золь-гелевого покрытия указывали на разрушение покрытия без восстановления (b).

EIS-графики ( a ) легированной ингибитором двухслойной золь-гелевой пленки и ( b ) нелегированной однослойной золь-гелевой пленки при погружении в 0.5 NaCl. Адаптировано из [64] с разрешения © 2007 Elsevier.

Время, необходимое для начала процесса заживления, является важным параметром при оценке самовосстанавливающегося покрытия. EIS свидетельствует об этом времени самовосстановления. Исследование EIS эпоксидного покрытия с эпоксидными микрокапсулами, нанесенного на углеродистую сталь, показало, что покрытие способно заживать в течение 4 часов () [14]. Это подтвердило, что микрокапсулы немедленно высвободили заживляющий агент по мере того, как трещины распространялись через покрытие.

EIS Графики Боде эпоксидных покрытий, содержащих 20% микрокапсулы, при погружении в 12 мас.% Раствор NaCl через различные интервалы времени. Адаптировано из [14], с разрешения © 2012 Elsevier.

Альтернативный метод количественной оценки процесса самовосстановления заключается в сопоставлении данных EIS с эквивалентной схемой при использовании анализа данных. Этот метод дает некоторые дополнительные сведения о характеристиках самовосстановления покрытых слоев путем присвоения спектров импеданса компонентам схемы [62].Изменение компонентов эквивалентных схем, таких как сопротивление заживления ( R _{заживление} ) и емкость заживления ( C _{заживление} ) с временем погружения, дает прямую информацию о процессе самовосстановления. Полиуретановые микрокапсулы, заполненные гексаметилендиизоцианатом (HDI), содержащие эпоксидное покрытие на стальной подложке, были оценены на предмет их самовосстановления путем сопоставления графиков EIS с эквивалентной схемой [62] (a). Эквивалентная схема поцарапанной заполненной HDI микрокапсулы, содержащей самовосстанавливающееся покрытие, при измерении EIS показана на b.Значение R _{заживления} увеличивается с увеличением времени погружения (c), что отражает самовосстановление поверхности покрытия.

( a ) графики Боде и аппроксимированные кривые (сплошная линия) поцарапанного эпоксидного покрытия с полиуретаном, наполненным HDI, после 8 часов погружения в 1 M раствор NaCl, соответствующая ( b ) эквивалентная схема при измерении EIS и ( c ) сопротивления исцелению ( R _{исцеление} ) в зависимости от графика времени погружения. Адаптировано из [62] с разрешения © 2014 Elsevier.

3.3. Метод сканирующего вибрирующего электрода (SVET)

Коррозия и процесс самовосстановления в покрытых металлических подложках инициируются на микроплощадке. Этот процесс обычно связан с изменением электрохимического потенциала и плотности тока. SVET может определять возникновение коррозии путем измерения локальной плотности тока коррозии в микродефектах. SVET отображает электрическое поле, создаваемое над уровнем электрохимически активной поверхности, и графически отображает его в виде контурной карты.Этот метод обеспечивает отображение в реальном времени и количественную оценку локальных электрохимических и коррозионных событий. Использование вибрирующего электрода сравнения для измерения электрического поля улучшает разрешение и снижает минимальный измеряемый сигнал по сравнению со статическим электродом сравнения.

В состав электрохимической ячейки SVET входит микроэлектрод, который является основной частью SVET. Он погружен в электролит, в котором покрытый материал закреплен держателем. показывает установку электрохимической ячейки для СВЭТ.Компьютерная программа механически управляла сканирующим зондом микроэлектрода. Наблюдатель может вертикально раскачивать зонд над материалом с покрытием. Результаты могут быть записаны в виде карты плотности тока.

Электрохимическая ячейка для экспериментов с методом сканирующего вибрирующего электрода (СВЭТ). Адаптировано из [65] с разрешения © 2017 Electrochemical Society, Inc.

SVET использовался для отслеживания процесса самовосстановления эпоксидного покрытия, содержащего микрогель, легированный ингибитором коррозии, на алюминиевой подложке, проведенный Латниковой и др.[66]. Максимальное увеличение плотности тока, зарегистрированное после 12 часов погружения в карту плотности тока SVET, подтвердило интенсивную коррозию контрольного эпоксидного покрытия, как показано на a – c. В то же время эпоксидное покрытие, содержащее 5 мас.% Частиц микрогеля, допированных ингибитором коррозии, не показало признаков коррозии, что указывает на непрерывное высвобождение 2-метилбензотиазола (MeBT) из микрогеля в поврежденную область (d – f).

Распределение плотности тока над поцарапанными алюминиевыми подложками, покрытыми ( a — c ) контрольным эпоксидным покрытием и ( d — f ) эпоксидным покрытием, модифицированным 5 мас.% Легированных MeBT частиц микрогеля: a , d —0 часов погружения, b , e —6 часов погружения, c , f —12 часов погружения в 0.1MNaCl раствор. Адаптировано из [66] с разрешения © 2012 Royal Society of Chemistry.

SVET успешно использовался для отслеживания процесса самовосстановления в многослойном полиэлектролитном покрытии, содержащем ингибитор, на алюминиевых пластинах [33]. Карты плотности тока этого покрытия на основе полиэлектролита сравнивали с картами золь-гелевого покрытия SiO _x / ZrO _x . Карта плотности тока поверхности Al, покрытой золь-гелевой пленкой, показала возрастающую анодную активность со временем погружения, что в конечном итоге привело к полному разрушению металлической поверхности.Однако совершенно иное поведение было продемонстрировано на поверхности из алюминиевого сплава, покрытой полиэлектролитом, нагруженном ингибитором, поскольку ни анодная активность, ни продукты коррозии не наблюдались до 16 часов погружения.

3.4. Сканирующая электрохимическая микроскопия (SECM)

Подобно SVET, сканирующий электрохимический микроскоп (SECM) также является важным локальным электрохимическим методом для последующего самовосстановления с высоким пространственным разрешением [67]. Микроэлектродный зонд является основным компонентом SECM. Этот зонд сканирует поверхность покрытия в боковом направлении и используется для локального мониторинга процессов в растворах и картирования соответствующей реакционной способности поверхности [68].Размер наконечника зонда имеет решающее значение, поскольку он контролирует пространственное разрешение измерений SECM. SECM облегчает химические изменения, обнаруживая ионные частицы, участвующие в процессе коррозии, что невозможно обеспечить с помощью SVET. В последних публикациях сообщается об использовании как режима окислительно-восстановительной конкуренции, так и комбинированного режима окислительно-восстановительной конкуренции и отрицательной обратной связи для мониторинга процесса заживления. Гонсалес-Гарсия и др. [69] наблюдали за явлениями самовосстановления в эпоксидном покрытии, залитом капсулами, содержащими силиловый эфир на алюминиевых сплавах, с помощью SECM.Они выбрали комбинированный режим в SECM, который четко различал поведение кислорода как активного компонента в катодных процессах и как посредника. показан SECM-профиль переходной зоны на поверхности алюминиевого сплава с контрольным покрытием и покрытием, обработанным силилом, при погружении в раствор соли. Среднее плато более отрицательного тока, которое наблюдалось на силилэфирной области, указывает на отсутствие катодной активности. Сложный силиловый эфир, который высвободился из капсул, восстанавливает однородный поверхностный слой для защиты металла от коррозии, и, следовательно, в иммерсионной среде доступно больше кислорода.

Профиль сканирующей электрохимической микроскопии (SECM) переходной зоны на алюминиевом сплаве с контрольным и силильным покрытиями, погруженными в 0,05 М раствор NaCl на 1 день. Адаптировано из [69] с разрешения © 2011 Elsevier.

4. Применение самовосстанавливающихся покрытий

При рассмотрении различных доступных технологий разработка самовосстанавливающихся покрытий зависит от конечного применения. Большинство описанных выше самовосстанавливающихся покрытий в настоящее время находятся в стадии разработки.Внедрение таких интеллектуальных покрытий во многих современных отраслях промышленности защитит металлические детали от агрессивной среды, улучшит характеристики и обеспечит безопасность. Области применения включают автомобилестроение, электронику, аэрокосмическую, нефтегазовую, медицинскую и морскую промышленность. Существующие на рынке технологии самовосстановления позволяют восстанавливать царапины на красках и покрытиях автомобилей [70]. Сообщалось о покрытиях бетона, обладающих способностью к самовосстановлению под действием солнечного света [71], и подобное покрытие на металлической подложке может иметь потенциальное применение на открытом воздухе.Покрытия, в которых используются ингибиторы коррозии в качестве заживляющих агентов, позволят получить рентабельные антикоррозионные покрытия для инфраструктуры и нефте- и газопроводов. Тонкие самовосстанавливающиеся покрытия, полученные золь-гель методом, потенциально могут быть использованы для алюминиевых сплавов в аэрокосмической отрасли. Самовосстанавливающиеся покрытия представляют собой интеллектуальные материалы, которые могут придавать эстетическую функцию в дополнение к защитным функциям автомобилям и объектам инфраструктуры.

Передовые исследования в этой области сосредоточены на интеграции многофункциональных функций в самовосстанавливающиеся покрытия.Что наиболее важно, такие свойства, как противообрастающие, супергидрофобные и антифрикционные, могут быть объединены вместе с самовосстановлением [72,73]. В этом процессе используются разные функциональные материалы, в зависимости от требуемых областей применения. Длительное высвобождение заживляющих веществ важно для различных применений, особенно для тех, которые связаны с защитой от старения. В этой системе необходимое лечение отпускается по мере необходимости. Например, в [74] одновременно могут использоваться два метода: первый метод — это быстрое высвобождение ингибиторов наноконтейнером в требуемых условиях окружающей среды, другой метод — длительное медленное высвобождение ингибиторов.Экологически чистые растительные масла и глинистые минералы являются потенциальными кандидатами в качестве заживляющих агентов и наноконтейнеров, соответственно, для масштабируемого промышленного применения.

обобщает различные типы самовосстанавливающихся покрытий, их основные характеристики и потенциальные области применения.

Таблица 1

Различные типы самовосстанавливающегося покрытия, основные характеристики и потенциальное применение.

4 типа металла, которые устойчивы к коррозии или не ржавеют

Обычно мы думаем о ржавчине как о оранжево-коричневых хлопьях, которые образуются на открытой стальной поверхности, когда молекулы железа в металле реагируют с кислородом в присутствии воды с образованием оксидов железа. Металлы также могут реагировать в присутствии кислот или агрессивных промышленных химикатов.Если ничто не останавливает коррозию, чешуйки ржавчины будут продолжать отламываться, подвергая металл дальнейшей коррозии, пока он не распадется.

Ознакомьтесь с нашим ассортиментом коррозионно-стойких металлов на IMS!

Не все металлы содержат железо, но они могут вызвать коррозию или потускнение в других окислительных реакциях. Чтобы предотвратить окисление и разрушение металлических изделий, таких как поручни, резервуары, приборы, кровля или сайдинг, вы можете выбрать металлы, которые являются «нержавеющими» или, точнее, «коррозионностойкими».”В эту категорию попадают четыре основных типа металлов:

нержавеющая сталь

Типы нержавеющей стали, такие как 304 или 316, представляют собой смесь элементов, и большинство из них содержат некоторое количество железа, которое легко окисляется с образованием ржавчины. Но многие сплавы нержавеющей стали также содержат высокий процент хрома — не менее 18 процентов — который даже более активен, чем железо. Хром быстро окисляется, образуя защитный слой оксида хрома на поверхности металла. Этот оксидный слой противостоит коррозии и в то же время предотвращает попадание кислорода на нижележащую сталь.Другие элементы сплава, такие как никель и молибден, повышают его устойчивость к ржавчине.

Алюминий металлический

Многие самолеты изготавливаются из алюминия, а также детали автомобилей и мотоциклов. Это связано с его легким весом, а также с устойчивостью к коррозии. Алюминиевые сплавы почти не содержат железа, а без железа металл не может ржаветь, но окисляется. Когда сплав подвергается воздействию воды, на поверхности быстро образуется пленка оксида алюминия. Слой твердого оксида довольно устойчив к дальнейшей коррозии и защищает лежащий под ним металл.

Медь, бронза и латунь

Эти три металла содержат мало железа или совсем не содержат железа, поэтому не ржавеют, но могут вступать в реакцию с кислородом. Медь со временем окисляется, образуя зеленую патину, которая фактически защищает металл от дальнейшей коррозии. Бронза представляет собой смесь меди и олова, а также небольшого количества других элементов, и, естественно, гораздо более устойчива к коррозии, чем медь. Латунь — это сплав меди, цинка и других элементов, который также устойчив к коррозии.

Оцинкованная сталь

Оцинкованная сталь ржавеет долго, но со временем она ржавеет. Это углеродистая сталь, оцинкованная или покрытая тонким слоем цинка. Цинк действует как барьер, не позволяющий кислороду и воде достигать стали, поэтому она защищена от коррозии. Даже если цинковое покрытие поцарапано, оно продолжает защищать близлежащие участки лежащей под ним стали за счет катодной защиты, а также за счет образования защитного покрытия из оксида цинка.Как и алюминий, цинк очень реактивен по отношению к кислороду в присутствии влаги, а покрытие предотвращает дальнейшее окисление железа в стали.

Industrial Metal Supply предлагает широкий ассортимент нержавеющих металлов для различных областей применения.

Ваш местный поставщик металла, обслуживающий Южную Калифорнию, Аризону и Северную Мексику

Industrial Metal Supply — крупнейший поставщик всех видов металла и аксессуаров для металлообработки в Саутленде, включая средства защиты от ржавчины.

Коррозионно-стойкие металлические покрытия | Lane Coatings

Коррозия — враг всех металлов. Несмотря на то, что металлы являются самыми прочными материалами, известными человеку, коррозия действует как криптонит металла. Подобно сорнякам на лужайке, коррозия может распространяться со скоростью лесного пожара по поверхности большинства металлов и делать предметы практически бесполезными.

Иногда это происходит с заменяемыми предметами, такими как застежки и защелки, но в других случаях это может привести к потере дорогостоящих предметов, таких как автомобили и механизмы.Поэтому очень важно знать, как определить наиболее распространенные типы коррозии металлов и как защитить металлические поверхности с помощью коррозионно-стойких порошковых покрытий.

Гальваническая коррозия, также известная как биметаллическая коррозия, возникает, когда ионы двух металлов с противоречивыми свойствами пересекаются по пути с электронной проводимостью. Коррозия может образовываться на любой машине или конструкции, состоящей из деталей, изготовленных из более чем одного металла.Конфликт сводится к разным электрохимическим зарядам, которые часто могут возникать из-за противоположных металлов.

В частности, конфликт между ионами анодированного и катодного металлов обязательно приведет к коррозии, если они вступят в контакт с токопроводящей дорожкой. Когда это произойдет, коррозия пустит корни вдоль путей слияния и постепенно ослабит поверхность каждого металла. Со временем проблема может распространиться на большие участки обоих металлов.

Образование гальванической коррозии возможно также без наличия двух разнородных металлов.Когда один металл сделан из сплавов с противоположными зарядами, может возникнуть внутренний конфликт, который может привести к коррозии по всей поверхности. В тех случаях, когда нет электрического тока, который мог бы разжечь конфликт, коррозия имеет тенденцию распространяться более обобщенно по металлу в целом.

Типичный пример внутренней гальванической коррозии происходит с бытовыми батареями, которые склонны к конфликту из-за наличия углеродно-цинковых элементов:

• Проблема проявляется в том, что цинк разъедает клетки по пути прохождения электронов.
• Проблема также может возникать при размещении металлических конструкций под водой, где расходуемые аноды в конечном итоге подвергаются коррозии, защищая катодный металл внутри гальванической пары.

В системе, компоненты которой состоят из смешанных металлов, иногда применяется натрий, чтобы снизить вероятность гальванической коррозии. Например, если металлическая деталь состоит из меди и чугуна, производство указанного металла может также включать введение нитрита или молибдата натрия, которые могут служить в качестве гальванических ингибиторов.

Тем не менее, действие этих натрия не гарантировано. Поэтому металлические детали, состоящие из смешанных металлов и гальванических ингибиторов, необходимо регулярно проверять на наличие признаков коррозии, особенно если компоненты находятся под водой на какое-то время.

Фактически, гальванические ингибиторы иногда могут иметь обратный эффект по сравнению с предполагаемым действием. Например, если натрию удается повысить проводимость воды в озере или резервуаре, окружающей металлический компонент, на самом деле может быть больший риск гальванической коррозии, чем если бы на металл не наносился натрий.

Одним из ярких примеров гальванической коррозии является то, что образовалось на Статуе Свободы в течение первых 100 лет существования этого культового сооружения. Когда в 1980-х годах начались реставрационные работы статуи, работники обнаружили гальванические образования, возникшие между медной внешней поверхностью и элементами конструкции из кованого железа.

Конечно, возможность гальванической коррозии была замечена за столетие до этого Александром Густавом Эйфелем, построившим статую.Несмотря на то, что к оригинальному проекту Фредерика Бартольди для Статуи Свободы был добавлен слой шеллака, чтобы служить защитным барьером между медью и железом, гальванический процесс продолжался десятилетия. Когда слой шеллака разрушился, вдоль поддерживающих железных компонентов статуи появились образования ржавчины.

Благодаря этим находкам рабочие заключили Статую Свободы в ограждение и полностью переделали ее, чтобы устранить конфликт между обшивкой и поддерживающими частями конструкции.Реставрация, продолжавшаяся два года с 1984 по 1986 год, включала в себя полную переработку внутренней структуры статуи, которая с тех пор сделала ее более привлекательной для туристов.

Следует отметить, что гальваническая коррозия затронула только часть точек соединения статуи между медной и железной частями. Таким образом, статуя действительно оставалась прочной и безопасной для посетителей в годы, предшествовавшие реставрации. Тем не менее, крупномасштабные усилия по реставрации Леди Свободы были расценены как важное вложение из-за знакового места статуи в сердцах и умах большинства американцев.

В XVIII веке гальваническая коррозия была обнаружена на собственном горьком опыте во время инспекций судов с загадочным образом проржавевшими гвоздями. В 1763 году инспекторы HMS Alarm обнаружили, что железные гвозди, которые были прикреплены к покрытым медью корпусам корабля всего двумя годами ранее, превратились в пасту внутри корпуса.

Однако проблема коснулась только некоторых ногтей. На гвоздях, которые не были затронуты, коричневая бумага предотвратила контакт между железом и медью.Наличие бумаги было связано с оберткой, в которой медная обшивка была доставлена ​​рабочей бригаде корабля.

На некоторых ножнах бумага не удалялась до завершения работы по креплению, поэтому гвозди вставлялись прямо через бумагу. Таким образом, открытие гальванической меди сопровождалось осознанием того, что железо и медь никогда не должны вступать в контакт под морской водой.

Совсем недавно ВМС США столкнулись с гальванической коррозией корпуса военного корабля США «Индепенденс».Построенный в конце 50-х годов, прибрежный боевой корабль имел серьезные гальванические образования вдоль алюминиевого корпуса. Проблема возникла из-за системы реактивного движения, соединенной с корпусом, что привело к конфликту анодов между алюминиевым корпусом и соплами из нержавеющей стали. Инспекторы в конечном итоге поймут, что без электрического изолирующего барьера между двумя металлическими компонентами неизбежна коррозия.

Одно из самых глупых проявлений гальванической коррозии произошло внутри холодильников.В частности, было обнаружено, что пресловутая «ячейка лазаньи» — случай гальванической активности конкретной точки — возникает, когда макаронные изделия оборачиваются алюминиевой фольгой. Контакт между алюминиевой фольгой и стальной посудой приводит к образованию ячейки, в которой лазанья действует как посредник.

При возникновении проблемы:

• Алюминий действует как анод
• Сталь выполняет роль катода
• Соль внутри лазаньи действует как электролит

Хотя контакт между алюминием и реальной солью может быть ограничен, гальваническая коррозия может очень быстро распространяться в тех местах, где она действительно возникает, и в конечном итоге вызывать отверстия в фольге.

Для того, чтобы образовалась коррозия, металл не нуждается в конфликте своих ионов с ионами противоположного металла через электролиты, а также во внутреннем трении сплава. На самом деле, одни из самых сильных видов коррозии могут образовываться, как инфекция, в поврежденной части металлического предмета. Когда в металлической панели или стержне образуется трещина, область разрыва часто становится уязвимой для коррозии под напряжением.

Во многих случаях сначала образуется коррозия, а затем трещина.Это называется коррозионным растрескиванием под напряжением, когда кусок металла ослабляется в определенном месте из-за наличия ржавчины и образует отверстие или разрыв. Поврежденный участок, в свою очередь, становится еще более уязвимым для дальнейшей коррозии, которая, вероятно, еще быстрее распространится по неповрежденным участкам металлической поверхности.

Ряд факторов напряжения, таких как температура или рабочая среда, могут вызвать коррозионное растрескивание под напряжением. Примеры сред, в которых обычно возникают трещины под напряжением, включают сварочное оборудование и операции термической обработки.Во многих случаях повреждение, вызванное трещинами под напряжением, приведет к неработоспособности машины или приспособления.

Трещины от коррозионного напряжения могут распространяться по металлической панели в местах, где есть крепежные отверстия. Например:

• Если внутренняя облицовка отверстия под заклепку корродирует из-за конфликта между ионами панели и застежкой, напряжение вокруг этого отверстия может в конечном итоге привести к потрескавшейся кромке в некоторой точке по окружности.
• После того, как эта трещина образовалась, внутри разорванного отверстия может образоваться дальнейшая коррозия, которая, в свою очередь, распространится по панели.

Трещины от напряжения также могут образовываться на металлической поверхности, плоская текстура которой нарушена образованием ржавчины. Если ржавчина привела к образованию отверстий, между этими отверстиями могут образоваться трещины от напряжения. В таких случаях рассматриваемая панель, скорее всего, потребует замены, будь то металлический корпус для части оборудования или вспомогательная часть для наружной арматуры.

Общая коррозия — это любой тип коррозии, возникающий из-за ржавчины, независимо от того, вступают ли два иона в конфликт или образовалась трещина, делающая кусок металла более уязвимым.Например, когда сталь вступает в контакт с водой, может возникнуть ржавчина из-за окисления поверхности металла. Основное сходство с гальваническими образованиями заключается в том, что общая коррозия также возникает при электрохимической активности.

Примеры общей коррозии можно найти на металлических предметах, которые подверглись воздействию элементов и в конечном итоге образовали ржавчину, например, на транспортных средствах, навесах и уличных светильниках. Если автомобиль теряет краску на одной из своих внешних панелей, на металле этой открытой области может образоваться ржавчина, поскольку автомобиль вступает в контакт с дождем.Неважно, насколько большой может быть открытая площадь, поскольку ржавчина может образовываться вдоль небольших трещин краски, а также на полностью зачищенных дверях и капотах.

Общая коррозия также является обычным явлением для металлических частей заброшенных доков, где дождь сказался на крепежных деталях и кронштейнах столбов, соединяющих балки и палубы вместе. На кораблях, которые давно сели на мель и были брошены на берегу, все, что осталось от корпуса, скорее всего, будет полностью покрыто ржавчиной, особенно через несколько десятилетий в качестве увядающего артефакта некогда могущественного корабля.Многие общественные наружные светильники, которые все еще используются, также будут иметь следы ржавчины, например, почтовые ящики и газетные киоски.

Чтобы остановить процесс окисления, который допускает общую коррозию, на наружные стальные поверхности необходимо нанести защитные покрытия, которые могут противостоять элементам:

• На автомобилях окраска служит максимальной защитой от ржавчины.
• На газетных киосках и других приспособлениях для тротуаров краска имеет такой же защитный эффект от дождя и града до тех пор, пока сохраняется покрытие.

Когда коррозия возникает в одном месте на металлической поверхности без следов ржавчины, проблема известна как локальная коррозия. Корродированное пятно могло произойти из-за воздействия на эту область, которая не касается окружающей поверхности, например, когда трещина на лакокрасочном покрытии автомобиля позволяет ржавчине образоваться в отверстии. Локальная коррозия также может быть вызвана, когда конфликтующие ионы вступают в электрически заряженный контакт — но только в изолированном месте — с анодированным металлом.

Последствия локальной коррозии в конечном итоге могут быть гораздо более разрушительными, чем более общие случаи образования ржавчины, потому что коррозия может серьезно ослабить конкретное пятно металла, когда проблема ограничивается небольшой площадью. Во многих случаях проблема будет решена к тому времени, когда она будет обнаружена, и поверхность или компонент необходимо будет либо заменить, либо утилизировать.

Локальная коррозия также может быть вызвана особенностями отдельных пятен на металлическом компоненте, которые могут вызвать такие проблемы, которые могут образовываться быстрее, чем на других участках.В таких случаях локализованное пятно может стать отправной точкой для более медленных проблем, таких как напряжение или усталость, на более широкой поверхности.

Существует несколько типов локальной коррозии на поверхности:

• Когда проблема образуется в щели или вдоль экранированной области, это часто называют щелевой коррозией.
• Ямы определенного диаметра, широкие и узкие, являются еще одним проявлением локальной коррозии. Когда на металлической панели образуются полость или полости примерно одинаковой глубины и диаметра, проблема известна как точечная коррозия.
• Гораздо более редкий тип локальной коррозии может возникнуть, когда происходят реакции внутри зерен. Хотя границы зерен мало влияют на большинство применений металла, те, которые имеют, могут иметь резкие реакции и приводить к коррозии металлических поверхностей.

Вода, соль и конфликтующие ионы — не единственные причины коррозии. В редких случаях при контакте металла с частицами едких веществ может образоваться коррозия.Примеси в газе, например, могут оказывать коррозионное воздействие на металлы, если распределяются по поверхности в виде капель. Однако этот же газ не будет воздействовать на металл в газообразном состоянии.

Некоторые из наиболее ярких примеров коррозии с едким веществом возникают в результате контакта с сухими частицами сероводорода на влажных металлических поверхностях. Когда это происходит на большом участке металла, это может привести к сильному обесцвечиванию и отслаиванию поверхности.Другие типы коррозии, вызванной щелочью, возникают при контакте металла с нечистыми жидкостями и твердыми материалами.

Действие коррозионно-стойких металлических покрытий может зависеть от двух решающих факторов — типа рассматриваемого металла и типа коррозии, которую необходимо предотвратить. Когда дело доходит до сплавов железа и стали, которые могут быть уязвимы для гальванической коррозии, покрытия на основе цинка и алюминия являются наиболее эффективными для обеспечения безопасности металлов.

Антикоррозионные металлические покрытия из алюминия и цинка часто применяются для обработки металлических поверхностей больших наружных приборов, подверженных воздействию элементов 24/7, год за годом, например мостов. Между тем, кадмиевое покрытие обычно наносят на крепежные детали и болты в общественном оборудовании, чтобы блокировать поглощение водорода.

Покрытия из никеля и хрома-кобальта также наносятся на металлические поверхности для предотвращения образования и распространения коррозии. Хромовые покрытия часто ценятся за их низкую пористость.В качестве влагостойких покрытий хром очень эффективен для предотвращения ржавчины и сохранения металлов в целости и сохранности в течение многих лет. Оксидные керамические покрытия также эффективно защищают металлы от ржавчины на протяжении десятилетий.

Что касается компонентов трансформатора, то лучшие виды коррозионно-стойких порошковых покрытий состоят из эпоксидного порошка. Более трех десятилетий назад, когда были внедрены некоторые из первых систем порошкового покрытия, изделия для распределительных устройств и трансформаторных арсеналов были одними из первых изделий, обработанных порошком.Эпоксидное покрытие, связанное плавлением, обеспечивает самую прочную защиту от коррозии на сваях, листах и ​​слоях стальной арматуры.

Тем не менее, использование порошкового покрытия для предотвращения коррозии — лишь один из шагов, обеспечивающих долгий срок службы стального компонента. Также должна быть создана среда, которая позволяет металлам дышать и стекать должным образом, чтобы агенты, вызывающие коррозию, не попадали на поверхности металлических деталей.

В конце концов, цель порошковых покрытий с защитой от коррозии состоит не в том, чтобы сделать металлы безопасными для бесконечных злоупотреблений, а в том, чтобы исключить возможность образования ржавчины, если и когда металлические детали подвергаются длительному воздействию элементов

Полиэфирное порошковое покрытие TGIC, обеспечивающее коррозионную стойкость и стильный вид, является наиболее мощным средством обработки металлических компонентов, которые в настоящее время предназначены для постоянной работы в тяжелых погодных условиях.Благодаря своей декоративной отделке, доступной в различных цветах, TGIC подходит для всех видов металлических машин, приспособлений и других наружных конструкций. TGIC является наиболее эффективным из антикоррозионных порошковых покрытий и применяется ко всему: от ворот, заборов и направляющих до дорожных знаков, перил и столбов.

Наша цель Lane Coatings — предложить самые мощные коррозионно-стойкие металлические покрытия для ряда структурных компонентов, которые нуждаются в максимальной защите от элементов.С этой целью мы применяем самые строгие стандарты для каждого нанесения покрытия, используя продукцию высочайшего качества с использованием новейших технологий нанесения покрытий.

За прошедшие годы в различных отраслях промышленности на собственном горьком опыте выяснилось, что коррозия может испортить некоторые из самых крупных и дорогих объектов, которые только можно себе представить, которые содержат металлические части. Для крупных и малых предприятий, в которых металлические машины и детали являются одними из ключевых компонентов, крайне важно иметь покрытие на всех металлах, чтобы обеспечить долговечность всего в заданном арсенале.Антикоррозийные услуги, предоставляемые Lane Coatings, помогли многим предприятиям продлить срок службы и повысить производительность своего оборудования.

В Lane Coatings мы наносим порошковые покрытия на все, от арматуры, перил, столбов и мостов до навесов для автомобилей, столбов движения и различных других структурных компонентов. Мы выполнили ряд работ для городов и муниципалитетов в престижных районах, где ценится качественное наружное оборудование. Имея более чем 30-летний опыт работы в сфере порошковых покрытий, мы знаем, что практически нет проекта, который нельзя было бы реализовать на нашем предприятии площадью 65 000 квадратных футов.Чтобы узнать больше о предлагаемых нами услугах, ознакомьтесь с нашими решениями по порошковой окраске и позвоните нам.

Последнее обновление 22 октября 2021 г.