超疎水性PTFEおよびナノシリカコーティングの腐食性能の評価

Scientific Reports volume 12、記事番号: 17059 (2022) この記事を引用

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金属の腐食防止は、産業のさまざまな分野において最も重要です。 この現象による有害な影響を防止または軽減するための新たな技術の 1 つは、影響を受けやすい表面に超疎水性コーティングを適用することです。 本研究では、ナノシリカハイブリッド膜のワンステップ電着プロセスと鋼表面へのポリテトラフルオロエチレン（PTFE）のスプレープロセスを使用して超疎水性コーティングを作製し、さらにマイクロ/ナノ複合コーティングの調製により鋼の防食を研究します。 プライマー層にAl2O3粉末とガラスビーズを含む2種類の微粒子を含むナノシリカハイブリッドフィルムとPTFEコーティング、およびSiO2ナノ粒子の有無にかかわらずオーバーコート層の耐食挙動を研究した。 TOEFL 分極および電気化学インピーダンス分光法 (EIS) テストは、温度 25 °C の 3.5 wt% NaCl 溶液中での腐食性能を調べるために、コーティングされた鋼サンプルに対して実施されます。 結果は、超疎水性と低導電性の組み合わせにより耐食性が大幅に向上することを示しました。 PTFE コーティングのオーバーコート層に SiO2 ナノ粒子を添加する効果を評価したところ、ナノ粒子がコーティング内の欠陥や細孔を塞いで PTFE コーティングの耐食性を向上させることがわかりました。 コーティングの耐食性を調査したところ、ナノシリカ膜の耐食性は PTFE コーティングよりも低いことがわかりました。 この研究で得られた最良のサンプル、つまりプライマー層にガラスビーズ微粒子を使用し、オーバーコート層に SiO2 ナノ粒子を使用した PTFE コーティングでは、腐食速度がほぼ 80 分の 1 に減少しました。

金属は人間の手の主要な素材の 1 つであり、さまざまな産業での使用が日々増加しています。 これらは、建設 (商業ビル、住宅、道路)、防衛 (銃器、弾薬、ミサイル、戦車、ジェット機)、輸送 (船舶、航空宇宙、自動車)、医療 (義肢、装具、医療) などのさまざまな産業分野で使用されています。再建手術および生体インプラント）1. 金属構造および機器は、悪環境条件や湿気にさらされると腐食しやすくなります。 腐食は性能の損失を引き起こし、最終的には機器や金属構造の破壊を引き起こします。 米国での調査によると、鉄鋼やその他の金属材料の腐食は国内総生産 (GDP) のコストの約 4 ～ 5% を占めています2。

腐食を防ぐためにさまざまな方法が使用されていますが、その中で最も重要なものは、陰極および陽極保護、腐食防止剤、およびコーティングです3、4、5、6、7、8。 これらの方法にはそれぞれ長所と短所があり、単独で使用することも、組み合わせて使用​​することもできます9。 コーティングは一般に、腐食環境と問題の部品の表面との間に障壁を作り、金属部品を湿気、酸化、化学薬品から保護するために使用される物質です10。 長い間、金属の表面を保護する一般的な方法として、クロメート処理とリン酸塩処理が使用されてきました。 しかし、これら 2 つの方法は環境に優しいとは言えません。 クロム (VI) の人間に対する毒性と発がん性は今日証明されており、リン汚染は水の富栄養化を引き起こす重要な要因の 1 つです 11,12。 金属の腐食を防ぐためにこれらの材料を使用することは、多くの国で禁止されています。 他のタイプのコーティングの開発に多くの研究が向けられてきました。 希土類化合物の膜 13,14、ゾルゲル由来膜 15,16,17,18,19,20、および自己組織化層 21,22 の使用に基づく、さまざまな種類の代替材料が、腐食。 研究では、非導電性の Al2O3、TiO2、SiO2 コーティング、Al2O3、TiO2、SiO2 の混合酸化物コーティングなど、電気伝導度が非常に低いコーティングが腐食から保護するのに非常に効果的であることも示されています 23,24。 接触角 (CA) が 150° を超え、ロールオフ角が 10° 未満の超疎水性コーティングの使用は、金属腐食を防ぐための興味深いアプローチであり、いくつかの研究研究で採用されています 25,26。 液滴は形成されるときにこれらの表面上を滑り、表面から剥がれます。 したがって、流体滴 (水または硫酸などの腐食性流体) が表面に接触する時間が大幅に短縮されます。 また、表面のナノ構造の粗さと空洞の間に閉じ込められた空気の存在により、腐食しやすい表面との流体の接触が減少します。 これら 2 つの効果 (短い接触時間と低い接触面積) が同時に存在するため、超疎水性コーティングで覆われた金属表面の耐食性は数倍に増加します 25、27、28、29。 これらのコーティングは、金属基材への電解液の浸透によって引き起こされる腐食を防ぎます。 超疎水性コーティングは、多くの表面、特に銅 30、31、32、アルミニウム 33、34、35、亜鉛 36、37、マグネシウム 38、39 などの金属およびその合金の表面に製造できます。