Розробка композиції екологічнобезпечних інгібувальних пігментів із синергічною дією для ефективної заміни токсичних хроматів у лакофарбових покриттях на дюралюмінієвих сплавах. Визначення результатів електрохімічного дослідження корозії дюралюмінію.
Аннотация к работе
Для захисту цих сплавів від корозії переважно використовують плакування алюмінієм та лакофарбові покриття. Щоб одержати лакофарбове покриття на алюмінієвому сплаві потрібно підготувати поверхню, нанести протикорозійну ґрунтовку та лакофарбові верхні шари. Тому актуально є дослідити механізм та ефективність інгібування локальної корозії дюралюмінієвих сплавів екологічно-безпечними пігментами та їх композиціями, обґрунтувати можливість їх використання замість токсичних хроматів у лакофарбових ґрунтувальних покриттях. Мета і завдання дослідження: Мета роботи - розробити композиції екологічнобезпечних інгібувальних пігментів із синергічною дією для ефективної заміни токсичних хроматів у лакофарбових покриттях на дюралюмінієвих сплавах. Розроблено електрохімічну модель, яка адекватно відтворює поведінку дюралюмінієвого сплаву в корозивному середовищі і роботу мікрогальванопари „алюмінієва матриця - інтерметалід” у сплаві, дає можливість проводити електрохімічні дослідження і аналіз поверхні на її катодній та анодній складових, зясувати механізм захисної дії інгібувальних пігментів та їх композицій.У вступі обґрунтовано актуальність проблеми, сформульовано мету дисертаційної роботи та завдання досліджень, висвітлено її наукову новизну та практичну цінність. У першому розділі стисло описано властивості та області застосування алюмінієвих сплавів, проаналізовано сучасні погляди на механізм корозії дюралюмінієвих сплавів у різних середовищах, розглянуто питання захисту цих сплавів полімерними та лакофарбовими покриттями.Для вивчення поверхні зразків використовували сканівний електронний мікроскоп ZEISS EVO 40XVP зі системою мікроаналізу INCA Energy 350, а для дослідження хімічного складу поверхневих плівок, що утворювалися на сплавах та моделі після їх витримки в корозійних розчинах - рентгенівський фотоелектронний спектрометр Kratos Axis Ultra. У третьому розділі наведено результати дослідження ефективності інгібування локальної корозії дюралюмінієвих сплавів нехроматними пігментами. Провідність Т дюралюмінієвого сплаву в розчині нехроматної суміші пігментів найменша та знаходиться у межах 1,30…1,56•10-5 1/Ом (рис. Зміна експоненти P елемента сталої фази Qdl також свідчить про утворення стійкої поверхневої плівки на сплаві в інгібованих розчинах (рис. На рентгенівському фотоелектронному спектрі цього сплаву після доби експозиції в кислому дощовому розчині, інгібованому сумішшю цинку фосфату та іонообмінного кальцієвмісного пігменту, спостерігали піки Zn 2p, O 1s, C1s, Ca 2p, P 2p та Al 2p (рис.У результаті виконання дисертаційної роботи вирішено важливе науково-технічне завдання, що полягає в обґрунтуванні заміни токсичних хроматів в епоксидному покритті на екологічнобезпечну синергічну композицію пігментів. Синергічний ефект за інгібування локальної корозії дюралюмінієвих сплавів Д16Т та АА-2024 проявляється в синтетичному кислому дощі за сумісної дії цинкфосфатного та кальцієвмісного іонообмінного пігментів. Під впливом цієї інгібувальної композиції опір переносу заряду на дюралюмінієвому сплаві десятикратно зростає та є більшим, ніж в середовищі з хроматним інгібітором, а ємність подвійного електричного шару зменшується в » 3 рази. Конструкція моделі дала можливість ідентифікувати електрохімічні процеси, проаналізувати склад поверхневих плівок на катодній та анодній частинах локальної гальванопари та зясувати механізм захисної дії інгібувальних пігментів та їх композицій. Композиція фосфатного та кальцієвмісного іонообмінного пігментів забезпечує ступінь захисту дюралюмінієвого сплаву від корозії в синтетичному слабокислому дощовому розчині близько 92% проти 75% для хроматного інгібітора.
План
Основний зміст роботи
Вывод
У результаті виконання дисертаційної роботи вирішено важливе науково-технічне завдання, що полягає в обґрунтуванні заміни токсичних хроматів в епоксидному покритті на екологічнобезпечну синергічну композицію пігментів. Найважливіші наукові і практичні результати зводяться до наступного: 1. Синергічний ефект за інгібування локальної корозії дюралюмінієвих сплавів Д16Т та АА-2024 проявляється в синтетичному кислому дощі за сумісної дії цинкфосфатного та кальцієвмісного іонообмінного пігментів. Під впливом цієї інгібувальної композиції опір переносу заряду на дюралюмінієвому сплаві десятикратно зростає та є більшим, ніж в середовищі з хроматним інгібітором, а ємність подвійного електричного шару зменшується в » 3 рази. Це вказує на можливість застосування в антикорозійних полімерних покриттях замість токсичного хромату композиції фосфатного та кальцієвмісного іонообмінного пігментів.
2. Експериментальна модель „алюмінієва матриця-інтерметалід” адекватно імітує поведінку дюралюмінієвого сплаву в корозивному середовищі. Конструкція моделі дала можливість ідентифікувати електрохімічні процеси, проаналізувати склад поверхневих плівок на катодній та анодній частинах локальної гальванопари та зясувати механізм захисної дії інгібувальних пігментів та їх композицій.
3. Композиція фосфатного та кальцієвмісного іонообмінного пігментів забезпечує ступінь захисту дюралюмінієвого сплаву від корозії в синтетичному слабокислому дощовому розчині близько 92% проти 75% для хроматного інгібітора. Співвідношення фосфатного та кальцієвмісного іонообмінного пігментів, за якого протикорозійний ефект максимальний, становить 2:1 масових частин.
4. Запропонована нехроматна пігментна композиція суттєвіше знижує ефективність катодних процесів на інтерметалічній фазі сплаву, ніж хроматний інгібітор. Частотні та часові залежності параметрів електрохімічного імпедансу й дані поверхневого аналізу свідчать про формування на поверхні алюмінієвого сплаву в інгібованому нехроматною композицією розчині стійкої адсорбційної плівки. На катодних ділянках дюралюмінію переважно осаджуються цинку та кальцію фосфати, на анодних - алюмінію й цинку фосфати. Виділення міді в околі інтерметалічних включень гальмується.
5. Додаткове введення в нехроматну пігментну композицію до 5 мас.% кальцію флюориду підвищує її захисний ефект внаслідок посилення інгібування катодної реакції кисневої деполяризації на включеннях інтерметалічної фази.
6. Розроблена лакофарбова ґрунтовка на епоксидній основі для захисту дюралюмінієвих сплавів від корозії, що містить синергічну композицію цинкфосфатного та кальцієвмісного пігментів. Дослідно-промислова перевірка в ДПІЦ „Техно-Ресурс” та ДІЦ „Львівантикор” засвідчила перспективність її для протикорозійного захисту металоконструкцій у промисловій атмосфері.
2. Inhibition of corrosion of an aluminium alloy in chromate-free pigment extracts / V. Pokhmurskii, I. Zin, L. Kwiatkowski, S. Lyon, L. Bily, M. Ratushna // Фізико-хімічна механіка матеріалів. - 2006. - Спец.вип. № 5. - С. 846-850.
3. Підвищення захисних властивостей епоксикремнієорганічних композиційних покриттів / І. Зінь, Л. Білий, І. Гнип, М. Ратушна, О. Соколовський // Фізико-хімічна механіка матеріалів. - 2006. - Спец.вип. № 5. - С. 941-946.
4. Захист від корозії алюмінієвих сплавів інгібувальними пігментами / В.І. Похмурський, Л. Квятковський, І.М. Зінь, С.Б. Лайон, Л.М. Білий, М.Б. Ратушна // Фізико-хімічна механіка матеріалів. - 2006. - Т 42, № 5. - С. 7-12.
5. Peculiarities of Al-Cu alloy corrosion inhibition with anticorrosion pigments / V. Pokhmurskii, S. Lyon, I. Zin, M. Ratushna, L. Bily // Фізико-хімічна механіка матеріалів. - 2008. - Спец.вип. № 7. - С. 507-512.
6. Захисні властивості поліуретанових покрить модифікованих інгібувальними пігментами / І. Зінь, Л. Білий, Н. Ласковенко, М. Ратушна, І. Гнип, О. Соколовський // Фізико-хімічна механіка матеріалів. - 2008. - Спец.вип. № 7. - С. 424-429.
8. Electrochemical model study of local corrosion inhibition of aluminum-copper alloy with anticorrosion pigments / S. Lyon, V. Pokhmurskii, I. Zin, M. Ratushna, L. Bily // EUROCORR 2007. The European Corrosion Congress. Progress by Corrosion Control. 9 - 13 September 2007, Freiburg im Breisgau, Germanu . - Paper № 1404.
9. Galvanic model approach to study of localized corrosion inhibition on aluminum alloy by chromate and chromate-free pigments / S. Lyon, I. Zin, J. Walton, V. Pokhmurskii, L. Bily, M. Ratushna // EUROCORR 2008. The European Corrosion Congress. Corrosion from Nanoscale to the Plant. 6 - 10 September 2008, Edinburg, Scotland. - Paper № 1227.
12. Застосування електрохімічної моделі в дослідженні інгібування локальної корозії алюмінієвого сплаву / В. Похмурський, І. Зінь, М. Ратушна, Л. Білий // Науковий вісник Чернівецького університету “Хімія”. - 2008. - № 401. - С. 120-122.
13. Ратушна М. Інгібування корозії алюмінієвого сплаву в екстрактах нетоксичних пігментів / М. Ратушна // За матеріалами відкритої наук.-техн. конф. молодих науковців і спеціалістів ФМІ ім.Г.В. Карпенка НАН України “Проблеми корозійно-механічного руйнування, інженерія поверхні, діагностичні системи”. - 6-9 жовтня 2007, Львів. - С. 183-186.
14. Паздрій І. Дослідження інгібування корозії алюмінієвого сплаву за допомогою електрохімічної моделі / І. Паздрій, М. Ратушна, Я. Зінь // Тези доп. міжнар. наук. конф. “Фізика конденсованих систем та прикладне матеріалознавство”. - 11-13 жовтня 2007, Львів. - С 36.
15. Особливості інгібування локальної корозії алюмінієвого сплаву фосфатом цинку в присутності іонів кальцію / І. Зінь, Л. Білий, М. Ратушна, О. Соколовський // Тези доп. 8-го Міжнар. симпоз. укр.. інженерів-механіків у Львові. - 23-25 травня 2007, Львів. - С. 125-126.