Ανάπτυξη επικάλυψης νανοσωματιδίων αργύρου σε κράμα αλουμινίου 6061 και διερεύνηση της αντιδιαβρωτικής προστασίας
Creators: name: Προσπαθόπουλος, Αλέξανδρος Φαίδωνα
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2018
Subjects: Πολυντοπαμίνη
Νανοσωματίδια αργύρου
Μικροδιάβρωση
Polydopamine
Silver Nanoparticles
Pitting corrosion

description: Η διάβρωση ως φαινόμενο αποτελεί ένα περίπλοκο πρόβλημα και μια σημαντική αιτία δομικής φθοράς στις θαλάσσιες και υπεράκτιες δομές επηρεάζοντας την διάρκεια ζωής τους και μπορεί να οδηγήσει σε δομική αστοχία, διαρροή, ρύπανση του περιβάλλοντος και απώλεια τόσο των ίδιων των κατασκευών όσο και να αποτελέσει απειλή για την ανθρώπινη ζωή γενικότερα. Σκοπός αυτής της εργασίας ήταν να προσδιοριστεί και να εκτιμηθεί η δυνατότητα ανάσχεσης του φαινομένου της διάβρωσης σε θαλάσσια και υπεράκτια περιβάλλοντα με την βοήθεια νανοδομημένης επικάλυψης αργύρου. Η διάβρωση pitting είναι ένα είδος εντοπισμένης διάβρωσης με επιταχυνόμενη διάλυση του μετάλλου ως αποτέλεσμα της διάσπασης του προστατευτικού παθητικού φιλμ που δημιουργείται στην μεταλλική επιφάνεια. Το φαινόμενο καθίσταται συχνό όταν οι επιφάνειες εκτίθενται σε θαλασσινό περιβάλλον (νερό ή αέρα) σε τιμές pH ανώτερες του 8.5. Το αλουμίνιο και τα κράματά του παθητικοποιούνται εύκολα και είναι γενικά ανθεκτικά στη διάβρωση σε υδατικά περιβάλλοντα εκτός από την διάβρωση pitting λόγω κάποιων ενεργών ειδών (reactive species) όπως τα χλωρίδια. Σε αυτή την κατεύθυνση προσδιορίζονται και οι στόχοι αυτής της εργασίας που είναι αρχικά η δυνατότητα συμμετρικής και ομοιόμορφης διασποράς και σταθεροποίησης νανοσωματιδίων αργύρου σε υπόστρωμα αλουμινίου 6061 με την βοήθεια συγκολλητικού υποστρώματος πολυντοπαμίνης της οποίας η εναπόθεση εξετάζεται επίσης και στην συνέχεια με μέθοδο επιταχυνόμενης δοκιμής διάβρωσης με αλατονέφωση (salt spray test) εξετάζεται ο βαθμός διαβρωτικής επίδρασης που εμφανίζεται σε δοκίμια που έχουν υποστεί επεξεργασία με διάφορες μεθόδους και παραμέτρους. Η συγκεκριμένη μέθοδος επιλέγεται ώστε να προκύψουν σύντομα συμπεράσματα για το ποια θα είναι η εικόνα του επικαλυμμένου αλουμινίου 6061 μετά από μεγάλο χρόνο έκθεσης. Η επιφάνεια του αλουμινίου 6061 λειτουργικοποιήθηκε αρχικά με την βοήθεια βιοεμπνευσμένης επικάλυψης πολυντοπαμίνης . Διάλυμα νιτρικού αργύρου χρησιμοποιήθηκε σαν πρόδρομη ουσία (silver precursor). Η εναπόθεση μεταλλικών νανοσωματιδίων αργύρου επιτυγχάνεται με δύο τρόπους, Είτε με αναγωγή μεταλλικών ιόντων σε μεταλλικά νανοσωματίδια με την προσθήκη κάποιου αναγωγικού μέσου, είτε με απευθείας εναπόθεση έτοιμων νανοσωματιδίων αργύρου . Η μέθοδος σχηματισμού πολυλειτουργικής (multifunctional) πολυμερικής επικάλυψης πραγματοποιείται μέσω τριών διαφορετικών οδών (απλή εμβάπτιση dip coating, περιδίνηση stirring, επικάλυψη με υπερήχους ultrasound) σε υδατικό διάλυμα ντοπαμίνης. Η πολυντοπαμίνη αποτελεί μια πολλά υποσχόμενη προσέγγιση για την σταθεροποίηση των νανοσωματιδίων αργύρου σε μεγάλη ποικιλία από υποστρώματα. Με τις ίδιες τεχνικές παραλλαγές εναποτίθεται τόσο ο νιτρικός άργυρος όσο και τα νανοσωματίδια αργύρου στο υπόστρωμα αλουμινίου 6061. Κατά την διάρκεια της πειραματικής διαδικασίας χρησιμοποιήθηκαν οι μεταβλητές της περιεκτικότητας, του χρόνου, της θερμοκρασίας και της ταχύτητας περιστροφής. Στην εξαγωγή συμπερασμάτων χρησιμοποιήθηκε παρατήρηση σε στερεοσκοπικό, οπτικό και ηλεκτρονικό μικροσκόπιο. Η τεχνική εναπόθεσης ντοπαμίνης ή νανοσωματιδίων αργύρου σε λουτρό υπερήχων ήταν εξίσου αποτελεσματική με αυτήν της ανάδευσης και περισσότερο ελκιστική με δεδομένη την δυνατότητα εξοικονόμησης χρόνου. Βρέθηκε ότι η αύξηση της θερμοκρασίας και η έντονη ανάδευση μπορούν να βελτιώσουν την ταχύτητα σχηματισμού της πολυντοπαμίνης επάνω στο υπόστρωμα αλουμινίου. Τα καλύτερα αντιδιαβρωτικά αποτελέσματα προσδιορίζονται σε περιεκτικότητες 0.5 και 1 gr/L . Αξιοσημείωτες παραμένουν επίσης οι ενδεχόμενες αντιβακτηριδιακές επιδόσεις της συγκεκριμένης σύνθεσης αποτελώντας αντικείμενο περαιτέρω έρευνας.
description: Corrosion, an inevitable problem faced by almost all industries can be considered as one of the worst technical calamities of our time. The aim of this thesis is to develop an immobilization method of silver nanoparticles onto aluminum substrate 6061 and the investigation on anticorrosion performance of aluminum in this nanocoating. Aluminum alloys, are commonly used in marine and offshore sectors. These alloys are comprised of passive films which are thin (nanometer-scale) oxide layers that can form on the aluminum surface in marine environments. However, such passive films are often susceptible to localized breakdown resulting in accelerated dissolution of the underlying aluminum. If the attack initiates on an open surface it is called pitting corrosion. This form of localized corrosion can lead to accelerated failure of structural components by perforation or by acting as an initiation site of cracking The reason for this, is the well-known fact that seawater is an aggressive corrosive environment (pH&gt;8.5) and the structures are generally fabricated with aluminum alloy which favours pitting corrosion. Pitting corrosion phenomenon has been studied for many years however crucial phenomena remains unclear. Aluminum is among the metals that passivated easily and that appear notably anticorrosion properties. Pitting failures in offshore sectors that are caused by chloride and chloride containing ions is an exception. For that reason we report three methods to form multifunctional polymer coatings through simple deep coating, vigorous stirring and ultrasound of specimens in an aqueous solution of dopamine. Inspired by the composition of adhesive proteins in mussels, we use self – polymerization to form thin, surface – adherent polydopamine films onto aluminum substrate. Polydopamine coating provides a promising approach for immobilization of silver nanoparticles onto aluminum. Following this direction the objectives of this thesis were to define witch are the possibility of functionalization of the aluminum surface through immobilization of the dopamine layer and then the uniform dispersion of the Ag nanoparticles. The specimens were also placed into salt fog chamber test for 60h in operation to investigate the level of corrosion effect. The specimens remained into the chamber for totally 10 days. The intent is to find out, in a relatively short amount of time what the appearance of performance of the product will be after several years of service. Ag nanoparticles were deposited over aluminum substrates either by reduction of silver nitrate or by direct deposition of Ag nanoparticles using the same methods (dip coating, stirring, ultrasound). During the experimental part of this study many variables were used as the time the content, temperature, and speed of stirring. For observation and drawing conclusions stereoscopic, optical and electron microscopy were also used. The ultrasound method for dopamine or silver nanoparticles deposition was as efficient as vigorous stirring and more attractive considering given the advantage of time saving. Also it was found that high temperature, vigorous stirring as well as ultrasound, could dramatically speed up the formation of polydopamine film on aluminum. The film with the nanoparticles reveals enhanced corrosion protection compared to the undoped film. sample’s weight loss measurements shows this efficiency. The approach described here can be used in many applications existed in alkaline environments where the active corrosion protection of aluminum is required. Finally we determined the corrosion effects by weight loss measurements and the corrosion raw calculated by specific formula.