Yüksek korozyon dirençli grafen tabanlı nanokompozit kaplamaların geliştirilmesi
Development of high corrosion resistance graphene based nanocomposite coating
Yazar: SEÇİL PEKER
Danışman: DOÇ. DR. KERİM YAPICI
Süleyman Demirel Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Elektrokimyasal yöntem = Electrochemical method

Özet:
Korozyon literatürde verilen çok farklı tanımlamaların bulunmasına rağmen, kısaca metal ve/veya alaşımlarının daha kararlı yapıda bileşik oluşturma eğilimleri nedeniyle, kimyasal ve elektrokimyasal reaksiyonlar sonucunda fiziksel, kimyasal ve mekanik özelliklerinde meydana gelen değişimler olarak tanımlanır. Dünyadaki sınırlı metal kaynaklarının en önemli tüketim nedeni olan korozyon, birçok açıdan ciddi kayıplara sebep olur. Yakın bir zaman önce National Association of Corrosion Engineers (NACE) tarafından yayınlanmış raporda korozyona sebep olan direk ve en direk kayıplarının dünya ölçeğindeki ekonomiye olan yükü 2,5 trilyon dolar olduğu belirtilmiş.  Ülkemiz için direk ve en direk korozyon kaynaklı ekonomik değer net olarak bilinmemesine karşın Gayri Safi Milli Gelirin % 3 hesaplandığında yaklaşık 20 milyar dolar olduğu öngörülmektedir. Korozyonun direk ekonomik boyutunun yanında insan ve çevreye olan etkileri de göz ardı edilemeyecek boyuttadır. Günümüzde korozyonu yavaşlatma ve korozyona karşı daha dayanıklı malzemeler tasarlamak için birçok teknik geliştirilmiştir.  Bu tekniklerden koruyucu kaplama sentez ve uygulama kolaylığı, düşük maliyet ve ayarlanabilir özelliği nedeniyle anti-korozyon malzeme olarak son yıllarda kullanılmaktadır. Bu tür koruyucu kaplama yöntemin temel işlevi metal üzerinde etkili bir bariyer sağlamaktır.  Bu tez kapsamında epoksi matris içerisine katkılanmak üzere karbon tabanlı nanoparçacıklar shear grafen, indirgenmiş grafen oksit (rGO), indirgenmiş karbon nanotüp nanoşerit (rRibbon ) ve prop tibi sonifikasyon ile muamele edilmiş grafen sentezlenmiştir. Çıplak alimunyum, saf epoksi ve nanoparçacık / epoksi nanokompozit kaplamaların ağırlıkça % 3,5 NaCI solüsyonundaki anti-korozyon performansı, Elektrokimyasal Empedans Spektroskopisi ve potansiyodinamik polarizasyon testleri ile analiz edilmiştir. Epoksi matris içerisine nanoparçacıklar kütlece %0,1, %0,3 ve %0,5 olmak üzere 3 farklı konstrasyonda katkılanmıştır. Potansiyodinamik polarizasyon testleri sonucu elde edilen Tafel eğrileri ve türetilen elektrokimyasal parametreler korozyon akımı yoğunluğu (icorr ), korozyon potansiyeli (Ecorr ), polarizasyon direnci (Rp) ve korozyon oranı ( CR)'i nanoparçacık / epoksi kompozit kaplamaların saf epoksiye kıyasla üstün korozyon koruma performansına sahip olduklarını göstermektedir. Elektrokimyasal Empedans Spektroskopisi sonucu elde edilen Bode ve Nyquist diyagramları en yüksek empedans değerleri epoksi matris içerisine kütlece % 0,5 nanoparçacık katkılanarak üretilen nanokompozitlere ait olduğu görülmüştür. Korozif ajanların difüzyon yolunun artırılması ve kaplamanın bariyer özelliklerinin geliştirilmesi hedeflenen bu tez çalışmasında üretilen karbon tabanlı nanokompozitler korozyon koruma performansını belirgin şekilde artırmıştır.

Abstract:
Despite the various description proposed in the literature, corrosion is defined as changes in the physical, chemical and mechanical properties resulting from chemical and electrochemical reactions due to the tendency of metals and / or alloys to form compounds in a more stable manner.  Corrosion, which is the most important consumption cause of limited metal resources in the world, causes serious loss in many respects. Recently reported by the National Association of Corrosion Engineers (NACE) , the report said that the direct and most direct losses caused by corrosion were 2.5 trillion dollars, which is the economical load on the world scale. For our country, it is estimated that the direct and most direct corrosion-related economic value is about 20 billion dollars when 3% of Gross National Income is calculated, although it is not known clearly. In addition to the direct economic dimension of corrosion, the effects on human beings and the environment cannot be overlooked. Today, many techniques have been developed to design corrosion-resistant materials and to slow down corrosion. Protective coatings from these techniques have been used in recent years as an anti-corrosive material due to their ease of synthesis and application, low cost and adjustable properties. The main function of such a protective coating method is to provide an effective barrier on the metal. In this thesis, graphene-based nanoparticles are embedded in certain mass fractions in epoxy matrix ; i) reduced graphene oxide (rGO), ii) reduced unzipped carbon nanotube  (rRibbon), and iii) treated with probe type sonification. The anticorrosive performance of bare alumium, pure epoxy and nanoparticle / epoxy nanocomposite coatings in 3.5 wt.% NaCl solution was analyzed by Electrochemical Impedance Spectroscopy and potentiodynamic polarization tests. The graphene-based nanomaterials in the epoxy matrix were embedded in three different fractions: 0.1%, 0.3% and 0.5% by mass. Tafel curves and derived electrochemical parameters obtained from the potentiodynamic polarization tests show that the nanoparticle / epoxy composite coatings exhibit superior corrosion protection performance compared to pure epoxies, while the corrosion current density (iCorr), corrosion potential (Ecorr), polarization resistance (Rp) and corrosion rate (CR) they have. The Bode and Nyquist diagrams obtained by electrochemical impedance spectroscopy show that the highest impedance values are attributed to the nanocomposites produced by adding 0.5% by mass of nanoparticles to the mass of the epoxy matrix. The graphene-based nanocomposites produced in this thesis study aimed at increasing the diffusion path of the corrosive agents and improving the barrier properties of the coating significantly increase the corrosion protection performance.