مقاله ها
توسعه پوششهای خود ترمیم شونده برای حفاظت در برابر خوردگی سازههای فلزی
- بازدید: 18814
توسعه پوششهای خود ترمیم شونده برای حفاظت در برابر خوردگی سازههای فلزی
چکیده
با الهام گرفتن از سیستمهای بیولوژیکی، مواد خود ترمیم شونده مصنوعی برای بازسازی آسیبهای موضعی حاصل از نیروهای خارجی طراحی میشوند. در بین سیستمهای خود تعمیر شونده، مواردی که دارای ویژگی سطح بهتری میباشند با سرعت بیشتری در حال توسعه یافتن هستند. بی شک امروزه استفاده از پوششهای هوشمند برای بالابردن کارایی سطح یکی از جذابترین حوضههای مطالعاتی برای بسیاری از محققان میباشد. با توجه به اینکه امروزه محدودیتهای قانونی بسیاری جهت منع استفاده از مواد شیمیایی سمی و آلاینده از جمله سیستمهای مقاوم به خوردگی بر پایه ترکیبات کرم (VI)، که جزو مقاومترین سیستمها در برابر خوردگی میباشند، وجود دارد لذا قابلیت خود ترمیم شوندگی بویژه درارتباط با فرایندهای محافظت از خوردگی بسیار ضروری بنظر میرسد. پوششهای محافظ خود ترمیم شونده با استفاده از ترکیبات درشت مولکول، سرامیکها، فلزهاو ترکیبات کامپوزیتی تهیه میشوند. رفتار خود ترمیم شوندگی در چنین پوششهایی میتواند با یکی از روشهای زیر فعال شود: تغییرات دما، تابشدهی، تغییرات pH، تغییرات فشار و تحریک مکانیکی. در این مقاله، تحقیق و الزامات عملی روشهای مختلف برای دستیابی به قابلیت خود ترمیم شوندگی در پوششهای محافظ ، و همچنین تحولات بالقوه در این زمینه، مورد توجه قرار گرفته شده است.
لغات کلیدی: پوشش خود ترمیم شونده، پوشش محافظ، خوردگی
1- مقدمه
در انتخاب یک ماده ساختمانی عموما دو مطلب بسیار حائز اهمیت میباشند:1- خواص مطلوب و 2- قیمت. عموما بدلیل ویژگیهای نسبتا نامناسب سطح آلیاژهای منیزیوم و آلومینیومی، فولاد و کامپوزیتها میتوان با پوشش دادن سطح آنها با استفاده از پوششهای محافظ در بسیاری موارد بر این مشکل فائق آمد و خواص سطحی آنها را افزایش داد. با توجه به اینکه هزینه قریب به اتفاق اقتصادهای صنعتی مدرن در ارتباط با هزینههای مربوط به جلوگیری و کاهش فرایند خوردگی در مواد ساختمانی و عملکردی است، لذا این روش، علاوه بر صرفه اقتصادی در استفاده از مواد گرانتر، ویژگیهای مطلوبی از جمله سختی یا مقاومت در مقابل سایش را در سطح ایجاد میکند. براساس آمار انتشار یافته توسط کمیته خوردگی واحد مهندسی سطح (پژوهشگاه مواد، مواد معدنی و استخراج معدن (IOM3، UK))، هزینه های سالانه حاصل از تخریب توسط خوردگی شیمیایی یا الکتروشیمیایی که به اقتصاد انگلستان تحمیل میشود، بین 2٪ تا 3٪ از تولید ناخالص ملی برآورد شده است. در ارتباط با این آمار، وضعیت مشابهی در ایالات متحده آمریکا و ژاپن دیده میشود [1]. به طور تخصصیتر میتوان گفت سرانه هزینههای مربوط به خوردگی چیزی حدود 600 پوند در سال است. اغلب در این ارقام، هزینه های مربوط به تجهیزات در زمانی که از رده خارج میشوند، برجسته می شوند. با این حال، جایگزین کردن، تعمیر و یا بازگردانی تجهیزات خورده شده نیز نیاز قابل توجه به نیروی انسانی اضافی و نیز جذب سرمایههای جدید برای سرمایه گذاری برای تهیه و تعمیر تجهیزات دارد. امروزه پوششهای محافظ برای مجوز تولید با محدودیتهای قانونی در عدم استفاده از مواد شیمیایی مضر از جمله کرم مواجه هستند. علاوه بر این، بخش آبکاری سطح علاوه بر تولید محصول باید بعد از اتمام طول عمر پوشش خدمات لازم جهت تعمیر یا معدوم کردن تجهیزات آسیب دیده را با کمترین آسیب به محیط زیست عهده دار شود. در نتیجه، نیاز مبرم به ارائه روش های تولید محصولات سازگار با محیط زیست با اثر تخریبی کمتر بدون افت در چرخه عمر محصول وجود دارد. موارد ذکر شده دست به دست یکدیگر دادند تا تلاش برای جایگزین کردن پوششهای قدیمی قوت بیشتری بگیرد [2]. امروزه پوششها نه تنها باید تمام انتظارات ذکر شده در مطالب پیشین را تامین کنند، بلکه باید از نظر تولید ساده باشند و هزینه تولید، استفاده از مواد و نصب و راه اندازی تجهیزات را نیز کاهش دهند. از این رو تاکید بسیاری بر دانشگاهها و مراکز صنعتی برای تحقیق و توسعه پوششهای هوشمند خود ترمیم شونده برای محافظت از خوردگی وجود دارد.
2- دسته بندی انواع پوششهای خود ترمیم شونده
بر اساس مطالعات انجام شده در زمینه پوششهای خود ترمیم شونده جهت محافظت دربرابر خوردگی، مشخص شده است که اغلب این پوششها از نوع پلیمری و کامپوزیتی میباشند. عموما، پوششهای محافظ خود ترمیم شونده به دو دسته تقسیم میشوند: پوششهای خود ترمیم شونده پلیمری و پوششهای خود ترمیم شونده غیر پلیمری (پوششهای معدنی). با این وجود تقسیم بندی این نوع پوششها بر اساس نحوه عمل پوشش دهی نیز میتواند منطقی باشد. هر دونوع پوشش یاد شده، برای مثال، میتوانند با رهایش مواد فعال از کپسولهای تعبیه شده در داخل بافت خود، مانع خوردگی شوند. براین اساس میتوان این پوششها را بصورت زیر طبقه بندی نمود:
1- پوششهای پلیمری
2- پوششهای حاوی کپسول
3- پوششهای هیبرید- اکسید
4- سایر پوششهای خود ترمیم شونده شامل پوششهای تبدیلی، پوششهای فلزی، پوششهای حاوی تیتانیوم دیاکسید و کازئین، پوششهای حاوی مواد سرامیکی و تلفیق این مواد.
1-2پوششهای پلیمری
مطالعات بسیاری در ارتباط با پوششها پلیمری شامل پلیمرهای گرمانرم، پلیمرهای گرما سخت، الاستومرها، پلیمرهای حافظه شکلی، پلیمرهای سوپرمولکولی، کامپوزیتهای پلیمری و غیر کامپوزیتها یا پلیمرهای زیستی بعنوان بستر انجام شده است [4-14]. مکانسیم ترمیم در مواد پلیمری عمدتا برپایه قابلیت برگشتپذیری یک جزء خاص در ترکیب است. برای دستیابی به چنین اثری، پیوندهای کوالانسی بازگشتپذیر (مانند پیوندهای برپایه واکنش دیلز-آلدر) یا برهمکنشهای ضعیفتر غیر کوالانسی (مانند پیوند هیدروژنی، برهمکنشهای یونی، برهمکنشهای از نوع π–π یا برهمکنشهای میزبان-میهمان) بطور موثری بکار برده شدهاند[15–20].
تا کنون مواد پلیمری مختلفی برای کاربردهای مختلف در این زمینه با موفقیت مورد استفاده قرار گرفتهاند. این قابلیت، ناشی از خواص ذاتی پلیمرها از جمله وزن کم آنها، در دسترس بودن فراوان، انعطاف پذیری، فرایند پذیری ساده و قابلیت مهندسی کردن برای اهداف مختلف است.
علاوه بر مزایای کلی یاد شده برای استفاده از پلیمرها بعنوان یک ماتریس پوشش، سایر مواردی که میتوان نام برد عبارتند از:
1- استفاده ساده (برای تشکیل پوشش به دماهای بالا نیاز نمیباشد).
2- اصلاح ساده (خواص محافظتی میتواند به فرایندهای شیمیایی و فیزیکی مختلفی تقسیم بشود مانند: اکسیداسیون، تورم یا شبکهای شدن).
3- امکان وارد کردن انواع افزودنیها کاربردی به ترکیب پوشش مانند بازدارندههای خوردگی.
متناسب با نوع پوشش پلیمری مورد استفاده، رفتار خود ترمیم شوندگی با مکانیسمهای متفاوتی حاصل خواهد شد.چند نمونه از این دست ترکیبات در جدول 1 آورده شده است. در سیستمهای حاوی پلیمرهای رسانا، فرایند خود ترمیم شوندگی زمانی عمل میکند که پلیمر در حالت الکتروفعال خود باشد[23]. برای مثال استفاده از یک نمک پلی آنیلین الکتروفعال[1]، موجب القای رشد اکسید آلومینیوم و آلیاژهای آن را بر روی سطح آهن میشود. با این حال، در چنین سیستمهایی باید اسیدیته اکسیدهای فلزی مورد توجه قرار قرار بگیرد. کاتیونهای کمتر اسیدی مانند2+Zn و 2+Mg قادر نیستند تا در طول فرایند کاهش اکسیژن بعنوان عامل بافری عمل کنند که این موضوع مانع انحلال آندی فلز میشود. بالا رفتن PH باعث پروتون زدایی از ES و تبدیل آن به باز پلی آنیلین الکتروفعال میشود [24-25].
شکل1: رنگها بر اساس خصوصیات شیمیایی پوششهای مقاوم(CARC) با یک لایه روی (Zn) غنی شده در میکروکپسولهای پرشده octadecyltrimethoxysilane: (A) CARC استاندارد، (B) CARC غنی از روی، (C) CARC استاندارد همراه با میکروکپسولها و (D) CARC غنی از روی همراه با میکروکپسولها
جدول1. مثالهایی ویژه از مکانیسم خود ترمیم شوندگی مشاهده شده در سیستمهای پلیمری |
||
مرجع |
مکانیسم خود ترمیم شوندگی |
ترکیب پوشش |
[8] |
مکانیسم خود ترمیم شوندگی بر اساس پلیمریزاسیون متاتزیز حلقه گشا (ROMP) |
ماتریس 5-اتیلیدن-2-نوربورنن با کاتالیست گاربز روتنیم |
[12، 21-23] |
(1) خاصیت اکسید شوندگی پلیمر رسانا قالیت رویین شدن سطح فلز را افزایش میدهد. (2) وقتی پلیمر رسانا همراه بازدارندهها دوپه میشود از کاهش هیدروژن جلوگیری میکند. |
پلیمرهای رسانا |
[26] |
در این سیستم سه نوع مکانیسم خود تعمیر شوندگی مشاهده می شود (1) ویژگیهای انسدادی (2) رفتار اکسایش-کاهشی پلی آنیلین (3) تشکیل اتصالات p-n از انتقال بار پس از آسیب دیدن پوشش جلوگیری می کند |
پلی وینیل بوتیرات با نانو-TIO2-پلی آنیلین |
[27] |
مکانیسم خود ترمیم شوندگی بر اساس پلیمریزاسیون متاتزیز حلقه گشا (ROMP). در این روش اصولا تغییرات pH نیرو محرکه رهایش عوامل ترمیم کننده و کاتالیستها است. |
پوششهای دولایه: پوشش روی و پوشش پلی وینیل بوتیرات همراه نانوکپسولها |
[28] |
حفاظت کاتدیک مبتنی بر روی برروی فولاد با استفاده از سیلانها باعث افزایش پلاریزه فولاد میشود مضاف براین، بدلیل حضور سیلانها اکسایش روی کاهش مییابد و به این ترتیب طول عمر حفاظت گالوانیکی افزایش مییابد. |
رنگها، سیلانها و روی |
نمایش شاتیک از این فرایند در شکل 1 نشان داده شده است. |
||
[29] |
بازیابی شکل ماتریس حاصل از تحریک حرارتی، با آوردن ترکهای سطحی را به مجاورت سطح جاییکه الیاف PCL ذوب شده و ترک را تعمیر میکنند، صورت میگیرد. شکل 2 این فرایند را نشان میدهد. |
الیاف پلی کاپرولاکتون (PCL) گرمانرم دارای اثر حافظه شکلی در بستر اپوکسی |
با مشخص شدن قابلیت خود ترمیم شوندگی پوششهای پلیمری، درخواستها برای استفاده از این نوع پوششها بطور مشخصی تحت تاثیر قرار گرفته است. بعنوان مثال در فیلم پلیمری متخلخل استات سلولز با سدیم بنزوات بعنوان یک عامل بازدارنده خوردگی، مقاومت پلاریزاسیون به مراتب بالاتر از یک پوشش ساده است و در نتیجه، دوام آن حداقل سه برابر بیشتر است[30]. علاوه براین، در نمونههای آلومینیومی پوشش داده شده با دو لایههای پلی (اتیلنایمین)/پلی (استایرن سولفونات) بعد از 21 روز ماندن در محلول نمکی (NaCl 0.1 M) هیچ گونه اثر خوردگی مشاهده نشد، این درحالی است که نمونه آلومینیومی که اصلاح نشده بود تنها ظرف 12 ساعت در محیط مشابه دچار خوردگی شد [31]. سه مکانیسم عمده برای محافظت به خوردگی قابل مشاهده است: (i) پسیو کردن تخریب فلز با رهایش یک عامل بازدارنده (ii) بافری کردن تغییرات pH در اطراف محل خوردگی با لایههای پلی الکترولیتی (iii) خود ترمیم شوندگی قسمتهای داری نقص به علت تحرک اجزای ترکیبات پلی الکترولیت در تجمع لایه به لایه [11].
در یک تحقیق دیگر بر روی تاثیر پوشش خود ترمیم شونده بر روی آلومینیوم مشخص شد که نمونه پوشش داده شده توسط پوشش حاصل از ترکیب پلی کلروتریفلورواتیلن و وینیل اتر بعد از قرار گرفتن به مدت 12 ساعت در محلول 3% NaCl تنها 1 میلی گرم وزن از دست داد و این درحالی است که کاهش وزن نمونه بدون پوشش حدودا 28 میلی گرم گزارش شد [32].
مهمترین ایراد پوششهای پلیمری در مقایسه با پوششهای برپایه فلزات و سرامیکها، خواص مکانیکی ضعیف آنها از جمله پایین بودن مقاومت به سایش یا سختی و همینطور فقدان هدایت الکتریکی آنها است. این خواص مکانیکی ضعیف عملا کاربرد پلیمرها را بعنوان پوششهای خود تعمیر شونده با محدودیت مواجه ساخته است. برخی از این خواص مکانیکی را میتوان با وارد کردن نانو مواد در ساختار ترکیب بهبود بخشید، اما ممکن است به این ترتیب به سایر ویژگیهای پوشش آسیب برسد [33]. فقدان هدایت الکتریکی را میتوان با استفاده از پلیمرهایی که ذاتا دارای هدایت الکتریکی هستند مانند پلیپیرول یا پلی آنیلین مرتفع ساخت و یا با وارد کردن مقدار مناسبی از پرکنندهای رسانا (مانند نقره، طلا، نیکل، مس و کربن) پلیمر مورد نظر را رسانا کرد. با روش دوم تعداد بسیاری از پلیمرها با داشتن ویژگیهای منحصر به فرد جهت کاربردهای متنوع، بعنوان پوشش قابل استفاده خواهند بود. کربن نانوتیوبها(CNTs) بدلیل خواص بسیار علی هدایت الکتریکی نانو سایز بودن بعنوان پرکنندههای رسانای ایدهال محسوب میشوند. وارد کردن CNTها در اپوکسایدهای رسانا باعث بهبود خواص چسبندگی و مکانیکی (شامل کرنش) پوشش نیز میشود [34].
شکل 2: نمایش شاتیک از مورفولوژی پوشش و کمک کردن اثرحافظه شکلی خود ترمیم شوندگی پوشش
2-2 پوششهای برپایه کپسول
افزایش میکرو یا نانو کپسولهای حاوی بازدارندههای خوردگی درون پوشش، یکی دیگر از روشهای دستیابی به یک پوشش محافظ با قابلیت خود ترمیم شوندگی است. کپسولها عموما از پلیمرها، مواد معدنی همچون سیلیکا و تیتانا و کلسیم کربنات ساخته میشوند [34-35]. همچنین نانوتیوبهای آلومیناسیلیکات هالوسیت [2] بعنوان یک سیستم تله انداز برای ذخیره عوامل ضد خوردگی شناخته میشوند [42]. حاملهای میکرو یا نانو را میتوانند درون یک پوشش پلیمری [34-37، 41]، یک پوشش sol–gel [37-39، 41-43] و عموما درون یک پوشش فلزی مانند پوششهای برپایه نیکل الکتروشیمیایی وارد شوند [40]. خواص خود ترمیم شوندگی چنین پوششهایی میتواند توسط محرکهای مناسبی همچون تغییرات دما، پرتو دهی، تغییرات pH، تغییرات فشار و تحریک مکانیکی راه اندازی شود [44]. نحوه عمل خود ترمیم شوندگی یک پوشش حاوی بازدارندههای کپسوله شده، مبتنی بر تشکیل یک لایه غیر فعال بر روی فلز زیرین خود است. بسته بر فلزی که حافظت شده است، این لایه مانع، میتواند توسط 2-مرکاپتوبنزوتیوآزول، هگزا متیلن دیایزوسیانات، روغن بزرک (برای فولاد)، ترکیبات Ce+3، سیلیل استر، آلکوکسی سیلان، بنزوتری آزول و 8-هیدروکسیکوئینولین برای (AA 2024) ایجاد شود [45-49]. کپسوله شدن بازدارندههای خوردگی، بجای افزایش مستقیم آنها به پوشش، یک راه مناسب جهت اجتناب از مشکلات بالقوهای از قبیل تجزیه یکپارچگی پوشش، غیر فعال کردن بازدارنده یا نشت ناخواسته است. مکانیسم عمل خود ترمیم شوندگی در یک پوشش حاوی کپسول در شکل 3 نشان داده شده است.
جایگزین کردن کپسولها با میکروژلها (ذرات ژل در اندازه میکرو) یک روش جدید جهت تولید یک حامل برای یک ترکیب خود ترمیم شونده فعال است که در مقایسه با سنتز کردن کپسولها بسیار سادهتر است. تولید میکروژل و اختلاط آن با مواد فعال میتواند در یک مرحله حاصل شود [6]. این درحالی است که تولید کپسولها بعد از فرایند پر کردن حداقل دارای دو مرحله است. درمورد تهیه میکروژلها، بازدارنده خوردگی یتوانددر طول فرایند تشکیل اضافه شوند. یک مثال از چنین سیستمهایی تهیه ذرات میکروژل پلی اوره حاوی 2-متیل بنز تیو آزول است [6]. تفاوت بین ساختار فیزیکی کپسولها و میکروژلها بصورت شماتیک در شکل 4 نشان داده شده است.
شکل3: نمایش شماتیک از فرایند خود ترمیم شوندگی: کامپوزیت خود ترمیم شونده شامل یک کاتالیست میکرکپسول شده (گوی زرد رنگ) و عوامل ترمیم کننده با جدایش فاز (نقاط سفید رنگ) پخش در یک ماتریس (قسمت سبز رنگ) (b) ایجاد ترک در ماتریس و رهایش عوامل ترمیم کننده و کاتالیست درون ناحیه ترک (c) ترک ایجاد شده با پلیمریزه شدن PDMS پر شده است (در نمایش ترک اغراق شده است) (d) تصاویر حاصل از میکروسکوپ الکترونی (SEM) از قسمت سطح شکست نمونه یک میکروکپسول توخالی را نشان میدهد که نشان دهنده خارج شدن عوامل ترمیم شونده از آن است و (e) نمایشی از یک میکروکپسول پیش از تخلیه است که ظاهری یکدست و یکنواخت دارد.
شکل4: نمایش شماتیک از یک کپسول و میکروژل
3-2 پوششهای اکسید هیبردی
پوششهای اکسیدی هیبریدی، پوششهای تیتانیومی عاملدار شده توسط سیلوکسان اصلاح شده هستند، که بعنوان لایههای پیش آماده سازی بکار برده میشوند. آنها بعنوان "پلهای مولکولی" درنظر گرفته میشوند و برای افزایش قدرت پیوند مابین لایههای آلی اضافی، از قبیل رنگها و سایر چسبها، و بستر استفاده میشوند. بواسطه اینکه این پوششها هردو گروه ترکیبات آلی و معدنی را در ساختار شیمیایی خود دارند، لذا علاوه بر توانایی ایجاد پیوند با فیلم اکسیدی مادر بر روی بستر فلز میتوانند با سیستم رنگ بالای خود نیز پیوند برقرار کنند. ترکیبات سیلوکسان اساسا ماهیت معدنی دارند و در برابر فرایندهای معمولی فرسایش از قبیل اکسیداسیون، خوردگی، تخریب با تایش UV، تنشهای دمایی و مکانیکی مقاومت نشان میدهند. اصلاح ماتریسهای پلیمری با Si–O افزایش چشمگیری را در خواص حفاظتی و بازدارندگی آنها نشان داده است [50]. سیلوکسانها را میتوان برای برای اصلاح پلیمرهایی از قبیل اپوکسی، آکریلاتها و پلییورتانها بکار برده میشوند. اکریلیک سیلوکسانها با مقاومت جوی خوب، به خواص بازدارندگی و مقاومت به خوردگی خوبی که دارند شناخته میشوند. رنگ اپوکسی اصلاح شده با سیلوکسان دارای نفوذپذیری محدود برای آب و اکسیژن و مقاومت یونی خوب است. این ویژگی به وضوح در حفاظت از خوردگی سازه های فلزی مفید می باشد.
برای دستیابی به خواص خود ترمیم شوندگی، میتوان پوششهای اکسیدی ترکیبی را با افزایش بازدارندههای خوردگی به ماتریس پلیمری اصلاح کرد. برای این منظور میتوان مواد شیمیایی را بصورت مستقیم و یا بصورت کپسوله شده به ماتریس پلیمر اضافه کرد. یک مثال از یک پوشش خود ترمیم شونده اکسید ترکیبی با استفاده از بازداندههای خوردگی برپایه اکسیدهای زیرکون و سیلیکون است که افزایش پایداری خوبی را نشان میدهد. این پوشش متشکل از یک فیلم ترکیبی SiOx–ZrOx حاوی نانوتیوبهای هالوسیت (آلومیناسیلیکات معدنی) پر شده با عوامل ضد خوردگی (بنزوتریآزول و 8-هیدروکسی کوئینولین) است. با مطالعات انجام گرفته، اثر بازدارندگی پوشش خود ترمیم شونده اکسیدی ترکیبی در مقایسه با پوشش ساده به وضوح دیده شد [51].
4-2 سایر پوششها
در سالهای اخیر، مطالعات بسیاری در ارتباط با سایر پوششهای محافظ خود ترمیم شونده برای سازههای فلزی انجام گرفته است. مثالهایی از این دست در ادامه آورده شده است.
- پوششهای تبدیلی-اثر خود ترمیم شوندگی توسط تشکیل یک لایه هیدروکسیدی یا اکسیدی غنی شده با عناصر پوشش و/یا بستر محافظت شده [52]
- پوششهای حاوی ترکیبات آلی فلوردار (COOH, (OH, CO، مکانیسم رفتار خود ترمیم شوندگی این پوششها ناشی از تشکیل یک فیلم محافظت کننده (مانع) است [53].
- پوششهای برپایه تیتانا و کازئین- بسته به pH کازئین آگلومره یا دیسپرس میشود و رفتار خود ترمیم شوندگی پوشش با رهایش ذرات کازئین و TiO2 در محیط قلیایی انجام میشود [54].
- مواد سرامیکی (TiC/Al2O3 and Ti2AlC)، رفتار خود ترمیم شوندگی در این پوشش حاصل تشکیل تیتانیوم دی اکسید و آلومینا در اثر افزایش دما است [55].
- پوششهای فلزی- رفتار خود ترمیم شوندگی در این نوع پوشش بسته به نوع پلیمر وارد شده در پوشش دارد. برای مثال ویژگیهای خود ترمیم شوندگی در پوشش روی با پلی اتیلن اکساید-b-پلی استایرن(PEO113–b-PS218) براساس قابلیت به جمع شوندگی و تورم بازگشتپذیر پلیمرهای آبگریز وابسته است [56]. بر اساس بررسیهای انجام شده مشخص گردیده است که مقاومت انتقال جریان پوشش تقویت شده با نانو ذرات پلیمری در محلول 5% NaCl در مقایسه با پوشش روی خالص 7 مرتبه بالاتر است.
3- مواد خود ترمیم شونده تجاری در دسترس
علی رغم تلاشها و تحقیقات گسترده در سطح صنیاع و دانشگاهها بر روی پوششهای خود ترمیم شونده، اما همچنان محصولات صنعتی تجاری شده در این حوزه بسیار محدود هستند. یکی از محصولاتی که امروزه در حوزه پوششهای خود ترمیم شونده بصورت تجاری قابل دسترس است توسط شرکت Battelle معرفی شده است. نام این ترکیب خوردگی سنج هوشمند است که علاوه بر شناسایی قسمتهای خورده شده قادر است تا ترکهای در حد میکرو را ترمیم کند. یکی دیگر از محصولات تجاری شده توسط شرکت Autonomic Materials, Inc. تهیه شده است. رفتار خود ترمیم شوندگی این محصول ناشی از پوششهای الاستومری و گرماسخت با استفاده از دو تر کیب متفاوت شیمیایی بر پایه پلی دیمتیل سیلوکسان (PDMS) است. این پوشش قابل استفاده در صنایع و معدن است. شرکت Autonomic Materials محلولهای خود ترمیم شونده متوعی که سازگاری خوبی با شیمی انواع پوششهای در دسترس دارند را معرفی میکند. یک سیستم پوشش محافظ دیگر که امروزه بصورت تجاری در دسترس است AnCatt نام دارد. این پوشش در مواردی که هیچگونه پوشش فلز سنگینی همانند کرم، قلع یا روی برای محافظت فلز استفاده نشده باشد، محافظت به خوردگی موثری نشان میدهد. این پوشش قابلیت ترمیم خراشها و سوراخ شدگیهای در حد سوراخ سوزن را دارد. در مقایسه با محصولات پوشش ضد خوردگی موجود در بازار، سیستم AnCatt دارای طول عمر 3 تا 6 برابر بیشتر است. این پوشش مطابق با استاندارد ASTM B117 مورد آزمایش قرار گرفت که مشخص شد بعد 13000 ساعت هیچ زنگ زدگی و یا تاولزدگی بر روی سطح قطعه مشاهده نشد [57].
4- نتیجه گیری
افزایش طول عمر پوششهای محافظ در برابر خوردگی با خاصیت خود ترمیم شوندگی آنهابطور گسترده مورد توجه صنایع و دانشگاهها است. با این وجود تولید یک پوشش خود ترمیم شونده که از نظر اقتصادی مقرون به صرفه باشد همچنان یک چالش اصلی پیش روی محقیقین است. برای مثال، با در نظر گرفتن پلیمرهای آلی بعنوان پوششهای محافظ خود ترمیم شونده، محدودیتهایی در کاربردی شدن آنها وجود دارد. درواقع حتی با استفاده از پوششهای خود ترمیم شونده نمیتوان فرایند خوردگی را کاملا مهار کرد و صرفا میتوان سرعت آن را کاهش داد. بنظر میرسد در تحقیقات آتی باید به دربردارنده موارد زیر باشد:
- ساده بودن سیستم محافظتی: فرمولاسیونها و روشهای سادهتر با گستره کاربری بیشتر
- استفاده هرچه بیشتر از مواد طبیعی در پوششهای محافظ که با کاهش خطرات زیست محیطی سودآوری این صنعت را افزایش میدهد.
- توسعه و کاربرد هرچه بیشتر سیستمهای برپایه سیلوکسان در اغلب پوششهای مانند رنگها یا پوششهای پلیمری بع عنوان پوشش رویی (top coat)، پوششهای عامل دار شده سیلانی بطور موثری مزایای طولانیتری دارند.
- تحقیقات بیشتر بر روی پوششهای فلزی که میتواند رصتی باشد برای تولید پوششهای خود ترمیم شونده با افزایش سختی و مقاومت به سایش.
References
[1] IOM3 (http://iom3.org) 30-01-2015
[2] Protsenko V S and Danilov F I 2014 Chromium electroplating from trivalent chromium baths as an environmentally friendly alternative to hazardous hexavalent chromium baths: comparative study on advantages and disadvantages Clean Technol. Environ. Policy161201–6
[3] White S R, Sottos N R, Geubelle P H, Moore J S, Kessler M R, Sriram S R, Brown E N and Viswanathan S 2001 Autonomic healing of polymer compositesNature409794–7
[4] Karpakam V, Kamaraj K, Sathiyanarayanan S ,Venkatachari G and Ramu S 2011 Electrosynthesis of polyaniline–molybdate coating on steel and its corrosion protection performanceElectrochim. Acta562165–73
[5] Arefinia R, Shojaei A, Shariatpanahi H and Neshati J 2012 Anticorrosion properties of smart coating based on
polyaniline nanoparticles/epoxy-ester systemProg. Org. Coat.75502–8
[6] Grigoriev D O, Kӧhler K, Skorb E, Shchukin D G and Mӧhwald H 2009 Polyelectrolyte complexes as‘smart’depot for self-healing anticorrosion coatingsSoft Matter5 1426-32
[7] Da Conceicao T F, Scharnag N, Dietzel W, Hoeche D and Kainer K U 2001 Study on the interface of PVDF coatings and HF-treated AZ31 magnesium alloy: determination of interfacial interactions and reactions with self-healing propertiesCorros. Sci.53712–9
[8] Aїssa B, Nechache R, Haddad E, Jamroz W, Merle P G and Rosei F 2012 Ruthenium Grubbs’ catalyst nanostructures grown by UV-excimer-laser ablation for self-healing applicationsAppl. Surf. Sci.2589800–4
[9] Yabuki A and Okumura K 2012 Self-healing coatings using superabsorbent polymers for corrosion inhibition in carbon steelCorros. Sci.59258–62
[10] Zhang Z, Hu Y, Liu Z and Guo T 2012 Synthesis and evaluation of a moisture-promoted healing copolymer Polymer532979–90
[11] Andreeva D, Fix D, Mӧhwald H and Shchukin D G 2008 Selfhealing anticorrosion coatings based on pH-sensitive polyelectrolyte/inhibitor sandwichlike nanostructures Adv. Mater.202789–94
[12] Kendig M, Hon M and Warren L 2003‘Smart’ corrosion inhibiting coatings Prog. Org. Coat.47183–9
[13] Wu D Y, Meure S and Solomon D 2008 Self-healing polymeric materials: a review of recent developments Prog.Polym. Sci.33479–522
[14] Stankiewicz A, Szczygieł I and Szczygieł B 2013 Self-healing coatings in anti-corrosion applications J. Mater. Sci.48 8041-51
[15] Chen X, Wudl F, Mal A K, Shen H and Nutt S R 2003 New thermally remendable highly cross-linked polymeric materialsMacromolecules361802–7
[16] Cordier P, Tournilhac F, Soulié-Ziakovic C and Leibler L 2008 Self-healing and thermoreversible rubber from supramolecular assemblyNature451977–80
[17] Kalista S J, Ward T and Soc J R 2007 Thermal characteristics of the self-healing response in poly(ethylene-co-methacrylic acid) copolymers Interface 4405–11
[18] Burattini S, Colquhoun H M, Fox J D, Friedmann D, Greenland B W, Harris P J F, Hayes W, Mackay M E and
Rowan S J 2009 A self-repairing, supramolecular polymer system: healability as a consequence of donor–acceptorπ–π
stacking interactionsChem. Commun.6717–9
[19] Yan X, Wang F, Zheng B and Huang F 2012 Stimuliresponsive supramolecular polymeric materials Chem. Soc.
Rev.416042–65
[20] Thakur V K and Kessler M R 2015 Self-healing polymer nanocomposite materials: a reviewPolymer69369–83
[21] Breslin C B, Fenelon A M and Conroy K G 2005 Surface engineering: corrosion protection using conducting polymersMater. Des.26233–7
[22] Tüken T, Yazıcı B and Erbil M 2006 The corrosion behavior of polypyrrole coating synthesized in phenylphosphonic acid solution Appl. Surf. Sci.2522311–8
[23] Deshpande P P, Jadhav N, Gelling V J and Sazou D 2014 Conducting polymers for corrosion protection: a review J. Coat. Technol. Res.11473–94
[24] Williams G and McMurray H N 2005 Factors affecting acidbase stability of the interface between polyaniline emeraldine salt and oxide covered metalElectrochem. SolidState Lett.8B42–5
[25] Rohwerder M 2009 Conducting polymers for corrosion protection: a reviewInt. J. Mater. Res. 1001331–42
[26] Radhakrishnan S, Siju C R, Mahanta D, Patil S and Madras G 2009 Conducting polyaniline-nano-TiO2 composites for smart corrosion resistant coatingsElectrochim. Acta 1249-54
[27] Tran T H, Vimalanandan A, Genchev G, Fickert J, Landfester K, Crespy D and Rohwerder M 2015 Regenerative nano-hybrid coating tailored for autonomous corrosion protectionAdv. Mater.273825–30
[28] Baird L M, Patchan M W, Morris M, Maisano A J, Phillips T E, Benkoski J J and Srinivasan R 2015 Synergy between galvanic protection and self-healing paints Langmuir3110610–7
[29] Luo X and Mather P T 2013 Shape memory assisted selfhealing coatingMacro Lett.2152–6
[30] Yabuki A and Nishisaka T 2011 Self-healing capability of porous polymerfilm with corrosion inhibitor inserted for corrosion protectionCorros. Sci.534118–23
[31] Andreeva D V, Fix D, Mӧhwald H and Shchukin D G 2008 Buffering polyelectrolyte multilayers for active corrosion protectionJ. Mater. Chem.181738–40
[32] Yabuki A, Yamagami H and Noishiki K 2007 Barrier and selfhealing abilities of corrosion protective polymer coatings
and metal powders for aluminum alloysMater. Corros.58 497-501
[33] Bailey B M, Leterrier Y, Garcia S J, van der Zwaag S and Michaud V 2015 Electrically conductive self-healing polymer composite coatingsProg. Org. Coat.85189–98
[34] Liu X, Zhang H, Wang J, Wang Z and Wang S 2012 Preparation of epoxy microcapsule based self-healing coatings and their behavior Surf. Coat. Technol.206 4976-80
[35] Snihirova D, Lamaka S V and Montemor M F 2012‘SMART’ protective ability of water based epoxy coatings loaded with CaCO3microbeads impregnated with corrosion inhibitors applied on AA2024 substratesElectrochim. Acta83439–47
[36] Sauvant-Moynot V, Gonzalez S and Kittel J 2008 Self-healing coatings: an alternative route for anticorrosion protection Prog. Org. Coat.63307–15
[37] Tatiya P D, Hedaoo R K, Mahulikar P P and Gite V V 2013 Novel polyurea microcapsules using dendritic functional monomer: synthesis, characterization and its use in selfhealing and anticorrosive polyurethane coatingsInd. Eng. Chem. Res.521562–70
[38] Borisova D, Mӧhwald H and Shchukin D G 2013 Influence of embedded nanocontainers on the efficiency of active anticorrosive coatings for aluminum alloys: II. Influence of nanocontainer positionACS Appl. Mater. Interfaces 580–7
[39] Borisova D, Mӧhwald H and Shchukin D G 2011 Mesoporous silica nanoparticles for active corrosion protectionACS Nano51939–46 Smart Mater. Struct.25(2016) 084013 A Stankiewicz and M B Barker
[40] Moustafa E M, Dietz A and Hochsattel T 2013 Manufacturing of nickel/nanocontainer composite coatingsSurf. Coat.
Technol.21693–9
[41] Zheludkevich M L, Tedim J and Ferreira M G S 2012‘Smart’ coatings for active corrosion protection based on multifunctional micro and nanocontainers Electrochim. Acta82 314-23
[42] Lvov Y M, Shchukin D G, Mӧhwald H and Price R R 2008 Halloysite clay nanotybes for controlled release of protective agentsACS Nano2814–20
[43] Zheludkevich M L, Shchukin D G, Yasakau K A, Mӧhwald H and Ferreira M G S 2007 Anticorrosion coatings with self-healing effect based on nanocontainers impregnated with corrosion inhibitorChem. Mater.19402–11
[44] Vimalanandan A, Lv L, Hai Tran T, Landfester K, Crespy D and Rohwerder M 2013 Redox-responsive selfhealing for corrosion protectionAdv. Mater.256980–4
[45] Selvakumar N, Jeyasubramanian K and Sharmila R 2012 Smart coating for corrosion protection by adopting nano particles Prog. Org. Coat.74461–9
[46] Kouhi M, Mohebbi A and Mirzaei M 2012 Evaluation of the corrosion inhibition effect of micro/nanocapsulated polymeric coatings: a comparative study by use of EIS and tafel experiments and the area under the bode plot Res. Chem. Intermediates392049–62
[47] Jiang X, Jiang Y, Liu N, Xu H, Rathod S, Shah P and Binker C F 2011 Controlled release from core–shell nanoporous silica particles for corrosion inhibition of aluminum alloysJ. Nanomater.20111–10
[48] Zheludkevich M, Serra R, Montemor M and Ferreira M 2005 Oxide nanoparticle reservoirs for storage and prolonged release of the corrosion inhibitors Electrochem. Commun.7 836-40
[49] Lamaka S V, Zheludkevich M L, Yasakau K A, Serra R, Poznyak S K and Ferreira M G S 2007 Nanoporous titania interlayer as reservoir of corrosion inhibitors for coatings with self-healing abilityProg. Org. Coat.58127–35
[50] Montemor M F 2014 Functional and smart coatings for corrosion protection: a review of recent advancesSurf. Coat.
Technol.25817–37
[51] Fix D, Andreeva D V, Lvov Y M, Shchukin D G and Mӧhwald H 2009 Application of inhibitor loaded halloysite nanotubes in active anti-corrosive coatingsAdv. Funct. Mater.191720–7
[52] Aramaki K 2003 Self-healing mechanism of a protectivefilm prepared on a Ce(NO3)3-pretreated zinc electrode by modification with Zn(NO3)2and Na3PO4Corros. Sci.45 1085-101
[53] Yabuki A and Kaneda R 2009 Barrier and self‐healing coating withfluoro‐organic compound for zincMater. Corros.60
444-9
[54] Yabuki A and Sakai M 2011 Self-healing coatings of inorganic particles using a pH-sensitive organic agent Corros. Sci.53 829-33
[55] Gao J and Suo J 2011 Effects of heating temperature and duration on the microstructure and properties of the selfhealing coatingsSurf. Coat. Technol.2061342–50
[56] Koleva D A, Boshkov N, Bachvarov V, Zhann H, de Wit J H W and van Breugel K 2010 Application of
[57] http://ancatt.com/Anti_Corrosion_Coating.html21-11-2015
نویسنده این مطلب
محقق واحد پژوهش و گسترش
گرد آوری و ترجمه و تدوین : دانش آموخته دکتری شیمی آلی- مهندسی پلیمر دانشگاه شهید مدنی آذربایجان-دانشگاه صنعتی سهند، تبریز- ایران دانش آموخته کارشناسی ارشد شیمی آلی دانشگاه الزهرا (س)-تهران-ایران دانش آموخته کارشناسی شیمی کاربردی دانشگاه تبریز، تبریز- ایران |
Dr. M.J Phd graduated, Organic chemistry- Polymer Engineering Azarbiaijan Shahid Madani University, Tabriz, Iran- Sahand University of Technology, Tabriz, Iran
Alzahra university, Tehran, Iran
Tabriz university, Tabriz, Iran |