Grafen oksit/polietersülfon nanokompozit kaplamanın korozyon direnci üzerine etkilerinin araştırılması
Investigation of the effects of graphene oxide/polyethersulfone nanocomposite coating on corrosion resistance
Yazar: ESMA YELİZ KAYA
Danışman: PROF. DR. NURSEL DİLSİZ
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Tez çalışmasının amacı, grafen oksit (GO) ve APTES ile işlevselleştirilmiş grafen oksit (fGO) takviyeli polietersülfon (PES) nanokompozit kaplamaların alüminyum 2024T3 alaşımı üzerine daldırma kaplama yöntemi ile kaplanması, GO ve fGO nanopartiküllerinin PES kaplamanın korozyona karşı koruma performansı üzerindeki etkisinin incelenmesidir. Bu amaçla öncelikle Modifiye Hummer's yöntemi ile GO sentezi gerçekleştirilmiş ve APTES kullanılarak GO işlevselleştirilmiştir. İkinci aşamada farklı fraksiyonlarda (kütlece %0,2 %0,6 ve %0,8 ) GO ve fGO içeren GO/PES ve fGO/PES nanokompozit filmler çözelti döküm yöntemi ile hazırlanmıştır. Son aşamada ise %20 (m/v) konsantrasyonlu farklı miktarlarda (kütlece %0,2 %0,6 ve %0,8) GO ve fGO içeren GO/PES ve fGO/PES kaplama çözeltileri hazırlanmıştır. Sentezlenen GO ve fGO nanapartiküllerin kimyasal, yapısal ve termal özellikleri Fourier dönüşümlü kızılötesi spektroskopisi (FTIR),  X-ışını kırınımı (XRD) ve Termogravimetrik analiz (TGA) ile tespit edilmiştir. Hazırlanan nanokompozit filmler ise FTIR, Termogravimetrik ve Diferansiyel Termal analiz (TGA-DTA) ve yüzey temas açısı analizleri ile karakterize edilmiştir. FTIR, XRD ve TGA sonuçları ile GO'in APTES ile modifikasyonu doğrulanmıştır. Nanokompozit filmlerin termal analizinden elde edilen sonuçlar farklı fraksiyonlarda hazırlanan GO/PES ve fGO/PES filmlerin termal kararlılığını koruduğunu göstermiştir. Daldırma kaplama yöntemi ile kaplanmış alüminyum 2024T3 plakaların korozyona karşı koruma performansları 0,5 M NaCl çözeltisinde elektrokimyasal empedans spektroskopisi (EIS) ve Tafel polarizasyon yöntemleri kullanılarak incelenmiştir. Tafel analizi ile kaplamasız alüminyum 2024T3 alaşımın korozyon hızının saf PES kaplama ile 2,851x10-2 mm/yıl'dan 1,757x10-6 mm/yıl'a düştüğü saptanmıştır. EIS ve Tafel sonuçları PES kaplamanın korozyon önleyici özelliğinin artan GO ve fGO içeriğinden önemli ölçüde etkilendiğini göstermiştir. Artan GO içeriği ile birlikte saf PES kaplamanın korozyon koruma performansı olumsuz etkilenmiştir. Tüm nanokompozit kaplamalar arasında %0,8 fGO içeren nanokompozit kaplamanın alüminyum alaşımın korozyonunu önlemede daha etkili olduğu belirlenmiştir. GO'e kıyasla fGO'in PES bazlı kaplamaların korozyon direncinin geliştirilmesinde daha uygun bir aday olduğu sonucuna varılmıştır.

Abstract:
The aim of the thesis study is to coat the polyethersulfone (PES) nanocomposite coatings reinforced with graphene oxide (GO) and APTES functionalized graphene oxide (fGO) on aluminum 2024T3 alloy by dip coating method, and to examine the effect of GO and fGO nanoparticles on the corrosion protection performance of the PES coating. For this purpose, firstly, GO was synthesized by Modified Hummer's method, and GO was functionalized using APTES. In the second stage, GO/PES and fGO/PES nanocomposite films containing GO and fGO in different fractions (0,2%, 0,6%, and 0,8% by mass) were prepared by solution casting method. In the last step, GO/PES and fGO/PES coating solutions containing GO and fGO in different amounts (0,2%, 0,6%, and 0,8% by mass) with a concentration of 20% (m/v) were prepared. Chemical, structural and thermal properties of synthesized GO and fGO nanoparticles were determined by Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), X-ray diffraction (XRD) and Thermogravimetric analysis (TGA). The prepared nanocomposite films were characterized by FTIR, Thermogravimetric and Differential Thermal analysis (TGA/DTA) and surface contact angle analysis. The results of FTIR, XRD and TGA confirmed the modification of GO with APTES. The results obtained from the thermal analysis of nanocomposite films showed that GO/PES and fGO/PES films prepared in different fractions maintained their thermal stability. The corrosion protection performances of aluminum 2024T3 plates coated with dip coating method were investigated in 0,5 M NaCl solution using electrochemical impedance spectroscopy (EIS) and Tafel polarization methods. With tafel analysis, it was determined that the corrosion rate of uncoated aluminum 2024T3 alloy decreased from 2,851x10-2 mm/year to 1,757x10-6 mm/year with a pure PES coating. The EIS and Tafel results showed that the anti-corrosion property of the PES coating was significantly affected by the increased GO and fGO content. The corrosion protection performance of the pure PES coating was adversely affected with the increased GO content. Among all nanocomposite coatings, nanocomposite coating containing 0,8% fGO was determined to be more effective in preventing corrosion of aluminum alloy. It was concluded that compared to GO, fGO is a more suitable candidate for improving the corrosion resistance of PES-based coatings.