多層マイクロ/ナノでライニングされた鋼の特性評価

Scientific Reports volume 12、記事番号: 19194 (2022) この記事を引用

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メトリクスの詳細

この研究では、鋼クーポンの各面にある 3 つの多層ポリマー コーティングの異なる構造間の機械的抵抗特性とバリア抵抗特性の比較を研究しました。 1 wt%、2 wt%、および 3 wt% のミクロンまたはナノサイズのアルミナ (Al2O3) 粒子が充填されたエポキシが、両面の鋼に対するコーティング層を表しました。 耐バリア性は、コーティングされた鋼試験片を塩溶液およびクエン酸媒体に浸漬することによって実行されました。 ミクロンおよびナノサイズのアルミナ (Al2O3) 粒子をエポキシ コーティングに添加すると、純粋なエポキシ コーティングと比較して、乾燥および湿潤状態でのバリア抵抗、引張、硬度が向上しました。 Al2O3 マイクロ/ナノ粒子がさらに増加すると、引張強度とバリア耐性が低下します。 1 wt% Al2O3 ナノ粒子を充填したエポキシで裏打ちされた鋼は、乾燥状態と湿潤状態でそれぞれ 299.5 MPa と 280.9 MPa の最大引張強さを持っています。 しかし、1 wt% Al2O3 微粒子を充填したエポキシで裏打ちされた鋼は、乾燥状態と湿潤状態でそれぞれ 296.5 MPa と 275.4 MPa の引張強さを持ちます。 段階的に傾斜したマイクロ/ナノ複合コーティングでは良好な特性が観察されました。 3 wt% Al2O3 ナノ粒子を充填したエポキシで裏打ちされた鋼は、乾燥状態および湿潤状態でそれぞれ 46 HV および 40 HV の最大硬度を持ちます。

金属の腐食は、鋼構造物が腐食にさらされる場合、重大な問題の 1 つと考えられています1。 スチールは機械的強度が高く、低コストで製造できます。 そのため、掘削設備、造船、パイプラインなどに利用されています。 海洋では、腐食が全体の故障の 30% を引き起こすため、部品の修理または交換が必要になります。 海洋環境では、鋼の腐食は塩分とアルカリ度の影響を受けます2。 続いて、新規または既存の鋼構造の腐食を避けるために、鋼の表面にコーティングが実行されました。 鋼の腐食は、特に油田や海洋環境において費用がかかるため、多くの研究の関心を集めてきました3。 最近、酸素と水分の拡散を減らすために、スチールにポリマー複合ライナーが使用されました。 金属へのエポキシコーティングとしての有機保護コーティングは、優れた耐候性を特徴としています4。 保護されたエポキシ コーティングは、その非常に優れた靭性、耐久性、金属基材への接着​​力により、湿潤環境で大きな注目を集めています1。 ただし、エポキシコーティングの高い架橋密度とバリア挙動は、腐食にさらされると望ましくない影響を受ける可能性があります。 ポリマーコーティングが弱まると、エポキシコーティング表面に穴や欠陥が生じます。 腐食性媒体にさらされると、穴や欠陥の幅と深さが大きくなります。 電解液がポリマーコーティング内に拡散する際、穴は導電経路とみなされます5。 さらに、保護コーティングは、ポリマーコーティングと金属の界面での剥離である層間剥離の原因によって機能しません6。 ポリマーコーティングの劣化によりバリア特性が低下し、ポリマーコーティングの機械的特性が低下します5。 したがって、実際の用途の要件を達成するには、エポキシをエポキシ複合コーティングに置き換えることによってエポキシ樹脂の特性を強化することが不可欠です4。

エポキシコーティングに無機フィラーを埋め込むことは、有機ポリマーコーティングの耐腐食特性を強化する方法の 1 つです。 ミクロンまたはナノサイズのより小さなフィラー粒子を追加すると、導入されたポリマーコーティングのバリア特性が向上する可能性があります。 フィラーのサイズ、形態、形状、重量パーセントは、複合材の固有の特性に大きく影響します2。 ナノ粒子は優れた水分バリアであると考えられているため、吸水を効果的に阻止し、金属の耐用年数を改善します2。 食品産業ではさまざまなレベルでさまざまなナノマテリアルが関与しており、人間の健康にプラスとマイナスの両方の影響を及ぼします。 アルミナは、加工機械、器具、装置などの他の食品と接触する材料からの汚染または移行によっても存在する可能性があります7。 Al2O3 粒子を含むコーティングは、ポリマーコーティングと比較して耐引掻性と耐摩耗性が向上しました。 この耐引掻性と耐摩耗性の向上は、ポリマーコーティング中の Al2O3 ナノ粒子の分散硬化によるものと考えられます8。 環境への影響は、ポリマーコーティングにナノサイズの微粒子を利用し、有毒な溶剤の必要性を排除することで高めることができます9。 ポリマーコーティングに埋め込まれたナノ粒子は、その優れた物理的、機械的、および熱的特性でよく知られています10、11。