Иваново, Ивановская область, Россия
Ивановская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России
Иваново, Ивановская область, Россия
Иваново, Ивановская область, Россия
Изучены возможность получения и свойства тонкослойных антикоррозионных керамических покрытий на низколегированной стали 08кп - двуслойных оксидно-алюминиевых, оксидно-кремниевых и двухкомпонентных Al2О3-SiO2–покрытий. Для получения соответствующих покрытий путем гидролитической поликонденсации изопропоксида алюминия и тетраэтоксисилана приготовили соответственно золи/гели бемита с рН, равном 5 и 9, и гидратированного оксида кремния с рН = 9. Для получения двухкомпонентных покрытий были приготовлены смеси алюмогеля и кремнегеля (рН = 9) при соотношении компонентов 1:4 и 4:1. Приготовленные коллоидные системы охарактеризованы методами рН-метрии, анализа размера частиц и дзета-потенциала. Морфология покрытий изучена методом сканирующей электронной микроскопии. Показано, что только оксидно-алюминиевые покрытия имеют однородную структуру, в то время как SiO2- и Al2O3-SiO2–покрытия после термической обработки имеют дефекты в виде сетки микротрещин. Оценка защитных свойств покрытий была проведена в 3.5%-ном растворе хлорида натрия при температуре (231)С с применением электрохимических методов исследования. На основании коррозионных диаграмм рассчитаны плотности тока коррозии и показано, что только однокомпонентные Al2O3–пленки и двухкомпонентные пленки с высоким содержанием оксида алюминия обладают защитным эффектом. Данные электрохимической импедансной спектроскопии использованы для моделирования границы раздела фаз металл-пленка-электролит с помощью эквивалентной электрической цепи. Рассчитаны значения параметров цепи и их изменение в зависимости от времени экспозиции образца. Лучшие результаты показали оксидно-алюминиевые пленки, полученные из алюмогеля с рН = 5, и двухкомпонентные Al2O3-SiO2–пленки состава 4:1.
золь-гель, оксидное покрытие, противокоррозионное покрытие, конструкционная сталь, оксид алюминия, оксид кремния, потенциометрия, электрохимическая импедансная спектроскопия
1. Коррозия: Справочник / под ред. Л.Л. Шрайера. М.: Металлургия, 1981. 632 с.
2. Bahuguna G., Kumar Mishra N., Chaudhary P., Kumar A., Singh R. Thin Film Coating through Sol-Gel Technique. Research Journal of Chemical Sciences. 2016. V. 6(7). P. 65-72.
3. Durán A., Castro Y., Conde A., Damborenea J.J. Sol-Gel Protective Coatings for Metals. Handbook of Sol-Gel Science and Technology. Sol-Gel Protective Coatings for Metals. Berlin: Springer, 2018. P. 2369–2433. DOI:https://doi.org/10.1007/978-3-319-32101-1_70.
4. Zheludkevich M.L., Miranda Salvado I., Ferreira M.G.S. Sol–gel coatings for corrosion protection of metals. Journal of Materials Chemistry. 2005. V. 15. P. 5099-5111. DOI:https://doi.org/10.1039/b419153f.
5. Wang D., Bierwagen G.P. Sol–gel coatings on metals for corrosion protection. Progress in Organic Coatings. 2009. V. 64. P. 327-338. DOI:https://doi.org/10.1016/j.porgcoat.2008.08.010.
6. Yoldas B.E. Alumina sol preparation from alkoxides. Ceramic Society Bull. 1975. V. 54. P. 289-290.
7. Yoldas B.E. Patent US №: 3,944,658. 1976.
8. Максимов А.И., Мошников В.А., Таиров Ю.М., Шилова О.А. Основы золь-гель технологии нанокомпозитов. СПб.: ООО «Техномедиа», Изд-во «Элмор», 2008. 255 с.
9. Doodman P., Faghihi-Sani M.A., Barati N., Afshar A. Alumina nanostructured coating for corrosion protection of 316L stainless steel. International Journal Nano Dimens. 2014. V. 5(1). P. 27-33. DOI:https://doi.org/10.7508/ijnd.2014.01.004.
10. Tiwari S.K., Sahu R.K., Pramanick A.K., Singh R. Development of conversion coating on mild steel prior to sol gel nanostructured Al2O3 coating for enhancement of corrosion resistance. Surface and Coatings Technology. 2011. V. 205. P. 4960-4967. DOI:https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2011.04.087.
11. Alan G., Sajin G., Tinu T., Vibhath K., Sreejith M. Corrosion Behavior of Sol-Gel Derived Nano-Alumina Film. International Journal of Scientific & Engineering Research. 2016. V. 7. N 3. P. 130-139.
12. Ruhi G., Modi O.P., Singh I.B. Corrosion behaviour of nano structured sol-gel alumina coated 9Cr–1Mo ferritic steel in chloride bearing environments. Surface and Coatings Technology. 2009. V. 204. P. 359-365. DOI:https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2009.07.044.
13. Grishina E.P., Kudryakova N.O., Ramenskaya L.M. Characterization of the properties of thin Al2O3 films formed on structural steel by the sol-gel method. Condensed Matter and Interphases. 2020. V. 22. N 1. P. 39 47. DOI:https://doi.org/10.17308/kcmf.2020.22/2527.
14. Гришина Е.П., Кудрякова Н.О., Раменская Л.М. Применение золь-гель метода для нанесения оксидно-алюминиевого покрытия на низколегированную сталь. Гальванотехника и обработка поверхности. 2019. Т. 27. № 2. С. 59-68. DOI:https://doi.org/10.47188/0869-5326_2019_27_2_59.
15. Mora L.V., Naik S., Paul S., Dawson R., Neville A., Barker R. Influence of silica nanoparticles on corrosion resistance of sol-gel based coatings on mild steel. Surface and Coatings Technology. 2017. V. 324. P. 368-375. DOI:https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2017.05.063.
16. Mora L.V., Taylor A., Paul S., Dawson R., Wang C., Taleb W., Owen J., Neville A., Barkerd R. Impact of silica nanoparticles on the morphology and mechanical properties of sol-gel derived coatings. Surface and Coatings Technology. 2018. V. 342. P. 48-56. DOI:https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2018.02.080.
17. Gasiorek J., Szczurek A., Babiarczuk B., Kaleta J., Jones W., Krzak J. Functionalizable Sol-Gel Silica Coatings for Corrosion Mitigation. Materials. 2018. V. 11. P. 197. DOIhttps://doi.org/10.3390/ma11020197.
18. Phanasgaonkar A., Raja V.S. Influence of curing temperature, silica nanoparticles and cerium on surface morphology and corrosion behaviour of hybrid silane coatings on mild steel. Surface and Coatings Technology. 2009. V. 203. P. 2260-2271. DOI:https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2009.02.020.
19. Singh I.B., Modi O.P., Ruhi G. Development of sol-gel alumina coating on 9Cr-1Mo ferritic steel and their oxidation behavior at high temperature. Journal Sol-Gel Science and Technology. 2015. V. 74. P. 685-691. DOIhttps://doi.org/10.1007/s10971-015-3649-9.
