Površinska korozija i tehnologije zaštite za materijale u teškim uvjetima: korozija i zaštita u morskim atmosferskim uvjetima

Napredni materijali čine osnovu i garanciju za postizanje visokih performansi, visoke pouzdanosti, laganog dizajna i minijaturizacije u najsavremenijoj{0}}opremi kao što su nuklearni energetski sistemi, brodovi, lansirne rakete, sateliti i svemirska vozila. Sa implementacijom velikih strateških projekata-uključujući pomorsko inženjerstvo, svemirske stanice, istraživanje dubokog-kosmosa, teška-nosna vozila, velike letjelice, svemirsko-kopneni transportni sistem i nuklearnu energiju-ključne komponente su sve više potrebne za pouzdan rad tokom dugog vijeka trajanja u ekstremnim uvjetima, kao što su visoka brzina, opterećenje medija, visoka temperatura. U ovim teškim uslovima rada, korozija i habanje materijala su primarni mehanizmi kvara i postali su glavna uska grla koja ograničavaju razvoj vrhunske opreme.

Posljednjih godina provedena su opsežna međunarodna istraživanja u četiri glavna područja: korozija i zaštita, smanjenje trenja i podmazivanje, otpornost na habanje i površinsko jačanje, te popravka i ponovna proizvodnja. Studije su se fokusirale na mehanizme korozije i tehnologije zaštite za morsku atmosferu, duboko-morska okruženja, hladne visoravni i okruženja nuklearnog zračenja. Paralelno, industrije kao što su svemirsko i geološko bušenje imaju napredne tehnologije dugotrajnog-čvrstog podmazivanja, visoko{4}}čvrstog podmazivanja na visokim temperaturama i površinskog očvršćavanja. Kako bi se produžio vijek trajanja opreme, također je uspostavljeno i široko istraženo područje prerade.

Ova serija članaka će pregledati trenutni status primjene i trendove razvoja tehnologija za zaštitu površina materijala u teškim uvjetima iz više perspektiva.

Počinjemo saistraživanje tehnologije korozije i zaštite.

Problemi s korozijom nastaju zajedno s dizajnom materijala i imaju dugi vijek trajanja. Kako napredna-oprema nastavlja da napreduje, radna okruženja su postala sve teža, postavljajući sve veće zahtjeve za zaštitu materijala. Vojnu opremu, kao ključnu komponentu nacionalne odbrane, karakterišu različiti tipovi, velike količine, dugi periodi skladištenja i složena operativna okruženja. Oprema velikih{4}}oprema kao što su avioni, brodovi i nuklearna postrojenja obično je potrebna za pouzdan rad u dugim periodima u teškim uslovima. Korozija čak i jedne komponente može predstavljati značajne sigurnosne rizike i ugroziti ukupne performanse sistema.

Među prirodnim sredinama, morsko okruženje je posebno agresivno u pogledu korozije. Konvencionalne oksidne folije pružaju ograničenu zaštitu u morskim uvjetima. Prema nepotpunim statistikama, gubici od korozije u moru čine približno jednu-trećinu ukupnih gubitaka materijala od korozije, daleko premašujući one u drugim sredinama. U pomorskom okruženju, korozija je uzrokovana mehaničkom korozijom, elektrohemijskom korozijom i biološkom korozijom. Odgovarajuće strategije zaštite dijele se u tri glavne kategorije: odgovarajući odabir materijala i konstrukcijski dizajn, površinska zaštita materijala i katodna zaštita pomoću utisnute struje ili žrtvovanih anoda.

Osim toga, starenje materijala, erozija vjetrom i abrazivno habanje u polarnim i-visinskim regijama, kao i izazovi visokih-temperatura, visokog-pritisaka i zračenja u nuklearnim reaktorima, također zahtijevaju veliku pažnju.

Morska atmosferska korozija je prvenstveno uzrokovana tankim tekućim filmovima nastalim u vlažnim atmosferskim uvjetima i najčešća je u toplim i vlažnim obalnim područjima. Kada su kiseli zagađivači ili čestice soli prisutni u morskoj atmosferi visoke-temperature i visoke-vlažnosti, korozija se dodatno ubrzava. Takva okruženja mogu dovesti do korozije metalnih supstrata-na primjer, lokalizirane korozije na spremnikima lakog oružja izloženih morskoj atmosferi. Oni također mogu uzrokovati kvar zaštitnih premaza, kao što je starenje premaza, korozija ispod-filma, stvaranje plikova i ljuštenje tokom skladištenja municije. Štaviše, nemetalni materijali kao što su guma i plastika mogu biti podvrgnuti deformaciji, krhkosti, pucanju, bubrenju i rastu buđi u ovim uslovima.

Zaštita površinskih premaza je trenutno jedna od najraširenijih i najefikasnijih antikorozivnih tehnologija za vojnu opremu. Dizajn i izbor zaštitnih premaza moraju u potpunosti uzeti u obzir specifična radna okruženja različitih tipova opreme, a funkcionalni sistemi premaza treba da se razvijaju u skladu sa stvarnim zahtjevima. Na primjer, pokazalo se da mikro{3}}oksidacija legura magnezijuma pomoću bipolarnog impulsnog upravljanja značajno poboljšava otpornost premaza na koroziju.

Studije su pokazale da višeslojni Cr/GLC premazi s različitim periodima modulacije naneseni na nehrđajući čelik 316L putem DC magnetronskog raspršivanja mogu značajno povećati učinak trenja i habanja u umjetnoj morskoj vodi. Za brodske konstrukcije koje su često izložene morskoj vodi, premazi od cinka ili aluminijuma koji se prskaju lukom- obično se nanose da daju izvrsnu otpornost na koroziju u morskoj vodi. Kako bi se riješila mikrobna adhezija i korozija u morskoj vodi, industrija brodogradnje je usvojila inteligentne premaze sa antivegetativnim i antibakterijskim funkcijama. Osim ovih konvencionalnih tehnologija površinskog premaza, drugi pristupi-kao što su elektrobezelektrični premazi od amorfnih legura i kompozitni premazi od nanočestica-također su pokazali značajan potencijal primjene.

Premazi na bazi grafena-i samo-premazi koji se samozacjeljuju postali su glavna istraživačka žarišta u morskim antikorozivnim premazima-u posljednjih nekoliko godina. Istraživanja su pokazala da grafenski premazi mogu značajno poboljšati otpornost na oksidaciju u usporedbi s konvencionalnim Cu/Ni supstratima. Studije o grafenskim premazima prvenstveno se fokusiraju na organske i neorganske sisteme premaza. Rani rad demonstrirao je metode za pripremu grafenskih premaza korištenjem polimetil metakrilata kao međumedija, što je rezultiralo značajno povećanom otpornošću na koroziju.

Grafen je također korišten za modificiranje postojećih premaza. Na primjer, pokazalo se da dodavanje grafena epoksidnim premazima na bazi vode poboljšava ukupne performanse premaza u poređenju sa konvencionalnim epoksidnim premazima protiv korozije. U oblasti anorganskih prevlaka, sve veća pažnja se poklanja modifikaciji grafena. Istraživanja pokazuju da dodavanje grafena u neorganske anti-prevlake od korozije može postići otpornost na slani sprej do 1.200 sati sa težinom premaza od samo 100-150 mg/dm², što pokazuje značajno poboljšanje u zaštiti od korozije. Zamjena metalnog hroma grafenom u Dacromet premazima također je rezultirala dobrom otpornošću na koroziju, a istovremeno nudi poboljšanu ekološku prihvatljivost.

Samozacjeljujući anti-premazi od korozije predstavljaju novu klasu inteligentnih zaštitnih premaza koji mogu obnoviti otpornost na koroziju nakon oštećenja pod određenim uvjetima. Postojeći samoiscjeljujući premazi se generalno dijele na autonomne i ne{4}}autonomne sisteme. Autonomni samozacjeljivi premazi se obično oslanjaju na inkapsulirane agense za stvaranje filma- ili inhibitore korozije za popravku oštećenih područja. Istraživanja su pokazala da mehanizmi međufazne polimerizacije-kao što su reakcije između izocijanata i vode-mogu efikasno popuniti defekte nakon oštećenja premaza. Druge studije su potvrdile da ugradnja inhibitora korozije, kao što je dodecilamin, u premaze od alkidne smole može značajno smanjiti koroziju.

Ne-samostalni-premazi koji se samoizlječuju oslanjaju se na vanjske podražaje kao što su temperatura ili svjetlost da pokreću mehanizme popravke. Na primjer, sistemi katjonske polimerizacije indukovane ultraljubičastom-svjetlošću- razvijeni su kako bi se omogućila popravka premaza pod UV izlaganjem.