アルミニウム合金の多層系における防食剤としてのサマリウムの防食挙動の研究

Scientific Reports volume 13、記事番号: 3149 (2023) この記事を引用

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この研究では、腐食防止剤としてサマリウム化合物をベースにした多層システムと、アルミニウム合金 AA3003 の保護バリアとして大気圧プラズマ ジェット (APPJ) による連続 SiO2 層を示します。 この新しいコーティングの主な利点の 1 つは、真空チャンバーが必要ないため、自動車や航空部品などの生産ラインに簡単に組み込むことができることです。サマリウム腐食防止剤の堆積は、比較のために 2 つの方法で実行されました。浸漬法とAPPJによる腐食防止剤を堆積する新しい方法。 生成された多層システムは、均質で、連続的で、付着性があり、緻密でした。 電気化学的挙動は、サマリウム化合物が浸漬法によりコーティング上で完全に酸化され、腐食を促進することを示しています。 APPJ 堆積法は、サマリウム化合物とシリカ堆積の両方による腐食に対する保護作用を示します。 XPS 分析により、O1s のスペクトルは主に OH によって制御されるため、APPJ 法では浸漬法と比較して Sm(OH)3 の量が増加することがわかりました。 多層システムの電気化学的研究に最適な処理時間は、腐食防止剤層の浸漬法では 40 分、APPJ 法では 30 秒であることが判明しました。 APPJ による SiO2 バリア層の場合、最適な時間はプラズマ ジェットへの 60 秒の曝露であり、このコーティングにより AA3003 の腐食を 31.42% 削減できました。

金属の腐食は、冶金産業の経済に影響を与えている世界的な大きな問題です。 世界の金属生産量の約 10 ～ 20% が腐食により毎年失われていると推定されており 1、これは世界の国内総生産の約 4% に相当する年間支出に相当します2。 ただし、腐食に関わるすべての問題が材料に基づくわけではなく、環境汚染の問題もあります3。 たとえば、建築環境材料は主に、腐食に影響を与える HNO3、SO2、および PM10 化合物の影響を受けます 4。 さらに、腐食は、パイプ5、医薬品材料6、半導体パッケージ7、自動車産業8、建設9などのさまざまな分野で深刻な問題となっています。

時間の経過とともに、金属の腐食を制御するためのさまざまな方法や技術が開発されてきました。たとえば、クロムめっき 10 や陽極酸化処理 11,12 が、この問題を制御する解決策として際立っています。 現在、最も研究されている方法は、クロム化成皮膜 (CCL)13 またはクロム酸陽極酸化処理 (CAA)12、および酒石酸硫酸陽極酸化処理 (TSA)14 です。 しかし、これらの溶液は、そのプロセスで非常に有害で発がん性のある Cr(VI) を使用するため、環境に対して、さらには人間の健康に対しても有毒である可能性があります 15,16。 その結果、欧州共同体は Cr(VI) を含む重金属の使用に対する制限を制定しました 17,18。 したがって、ここ数年から現在に至るまで、環境と人間の健康により優しい新しい技術や方法が模索されています。 これらの新技術のうち、腐食分野では、環境に優しく、低コストの防食剤の開発がトレンドとなっている19。 腐食防止剤は、低濃度で腐食速度を遅くする物質として定義できます20。

アルミニウムは、不動態化層があるにもかかわらず、Cl-、Br-、I-21,22 などのイオンを含む水溶液の存在下で腐食されやすくなります。 アルミニウム合金の腐食の問題は、腐食防止剤を使用して対処できます23、24、25、26、27。 ヒントン、アーノット、ライアンは、Sm、Ce、La、Ne、Pr ​​などの金属の表面に希土類酸化物を堆積させ、保護膜を生成することにより、持続可能な選択肢として希土類腐食防止コーティングを導入した先駆者として際立っています。腐食に対する耐性28、29、30。 希土類元素のうち、セリウムとサマリウムは、その豊富さと効率のため、腐食防止剤として最も一般的に研究されています 31,32。 サマリウムは、金属を腐食から保護するためにサマリウム化合物の薄膜を形成できる希土類元素です 32,33。 サマリウムは、アルミニウム 36、37、マグネシウム 38、39、および鋼 40、41 の腐食防止を向上させるために、化成皮膜 34、35 や合金に使用されています。 サマリウムを抑制剤として使用した腐食に対する保護の原理は、不溶性で陰極部位をブロックする酸化物と水酸化物の形成に基づいており、これにより腐食速度が遅くなります42。