Felületi korróziós és védelmi technológiák kemény környezetben használt anyagokhoz: Korrózió és védelem tengeri légköri körülmények között

A fejlett anyagok képezik az alapot és biztosítékot a nagy teljesítmény, a nagy megbízhatóság, a könnyű kialakítás és a miniatürizálás eléréséhez az olyan élvonalbeli{0}}berendezésekben, mint a nukleáris energiarendszerek, hajók, hordozórakéták, műholdak és űrjárművek. A fontosabb stratégiai projektek -beleértve a tengerészeti tervezést, az űrállomásokat, a mély-űrkutatást, a nehéz-felvonó hordozórakétákat, a nagy repülőgépeket, az űr-földi szállítórendszereket és a nukleáris energia-a kulcsfontosságú összetevőket egyre inkább szükségessé teszik a hosszú élettartamú, extrém körülmények, például nagy sebesség, magas hőmérséklet, nagy nyomás, nagy terhelés, sugárzás, korrozív közegterhelés melletti megbízható működéshez. Ilyen zord üzemi körülmények között az anyagkorrózió és a kopás az elsődleges meghibásodási mechanizmusok, amelyek a csúcskategóriás berendezések fejlesztését korlátozó fő szűk keresztmetszetekké váltak.

Az elmúlt években kiterjedt nemzetközi kutatások folytak négy fő területen: korrózió és védelem, súrlódáscsökkentés és kenés, kopásállóság és felületerősítés, valamint javítás és újragyártás. A tanulmányok a tengeri légkör korróziós mechanizmusaira és védelmi technológiáira összpontosítottak,{1}}mélytengeri környezetekre, hideg fennsík régiókra és nukleáris sugárzási környezetekre. Ezzel párhuzamosan az olyan iparágak, mint az űrkutatás és a geológiai fúrás, fejlettek a hosszú-élettartamú szilárd kenés, a magas-hőmérsékletű szilárd kenés és a felületedzési technológiák. A berendezések élettartamának meghosszabbítása érdekében az újragyártás területét is megalapozták és széles körben kutatták.

Ez a cikksorozat több szempontból is áttekinti az anyagfelület-védelmi technológiák jelenlegi alkalmazási helyzetét és fejlesztési trendjeit zord környezetben.

Kezdjük azzalkorróziós és védelmi technológiai kutatások.

A korróziós problémák az anyagtervezés mellett merülnek fel, és hosszú ideig befolyásolják az élettartamot. Ahogy a csúcskategóriás-berendezések folyamatosan fejlődnek, a működési környezet egyre súlyosabbá vált, és magasabb követelményeket támaszt az anyagvédelemmel szemben. A haditechnikai eszközöket, mint a honvédelem alapelemeit a változatos típusok, nagy mennyiségek, hosszú tárolási idők és összetett működési környezet jellemzi. A nagyméretű berendezéseknek, például repülőgépeknek, hajóknak és nukleáris erőműveknek jellemzően hosszú ideig, zord körülmények között is megbízhatóan kell működniük. Még egyetlen alkatrész korróziója is jelentős biztonsági kockázatokat rejthet magában, és veszélyeztetheti a rendszer általános teljesítményét.

A természetes környezetek közül a tengeri környezet különösen agresszív a korrózió szempontjából. A hagyományos oxidfilmek korlátozott védelmet nyújtanak tengeri körülmények között. A hiányos statisztikák szerint a tengeri korróziós veszteségek a teljes anyagi korróziós veszteségek hozzávetőleg egyharmadát teszik ki, ami messze meghaladja a más környezetekben keletkező veszteségeket. Tengeri környezetben a korróziót a mechanikai korrózió, az elektrokémiai korrózió és a biológiai korrózió okozza. A megfelelő védelmi stratégiák három fő kategóriába sorolhatók: megfelelő anyagválasztás és szerkezeti tervezés, anyagok felületvédelme és katódos védelem nyomott áramú vagy áldozati anódokkal.

Emellett az anyagok öregedése, a szélerózió és a kopás a sarki és a magas{0}}magasságú területeken, valamint az atomreaktorok magas-hőmérsékleti, nagy-nyomású és sugárzási kihívásai szintén fokozott figyelmet igényelnek.

A tengeri légköri korróziót elsősorban a nedves légköri körülmények között képződő vékony folyadékfilmek okozzák, és leginkább a forró és párás tengerparti régiókban fordul elő. Ha magas-hőmérsékletű, magas páratartalmú tengeri légkörben savas szennyező anyagok vagy sórészecskék vannak jelen, a korrózió tovább gyorsul. Az ilyen környezetek fémes felületek korróziójához vezethetnek,{4}}például a tengeri légkörnek kitett könnyűfegyver-tárak helyi korróziójához. A védőbevonatok meghibásodását is okozhatják, például a bevonat elöregedését, a film alatti-korróziót, hólyagosodást és leválást a lőszer tárolása során. Ezenkívül a nem-fémes anyagok, például a gumi és a műanyagok ilyen körülmények között deformálódhatnak, megrepedhetnek, megrepedhetnek, megduzzadhatnak és penészedhetnek.

A felületi bevonatvédelem jelenleg az egyik legszélesebb körben alkalmazott és leghatékonyabb{0}}korróziógátló technológia a katonai felszereléseknél. A védőbevonatok tervezésénél és kiválasztásánál teljes mértékben figyelembe kell venni a különböző berendezéstípusok sajátos működési környezetét, és a funkcionális bevonatrendszereket a tényleges követelményeknek megfelelően kell kialakítani. Például kimutatták, hogy a magnéziumötvözetek mikro-íves oxidációja bipoláris impulzusvezérléssel jelentősen javítja a bevonat korrózióval szembeni ellenállását.

Tanulmányok kimutatták, hogy a 316 literes rozsdamentes acélra egyenáramú magnetronos porlasztással felvitt, különböző modulációs periódusú többrétegű Cr/GLC bevonatok jelentősen javítják a súrlódási és kopási teljesítményt mesterséges tengervízben. A tengervíznek gyakran kitett hajószerkezeteknél általában ívpermettel-permetezett cink- vagy alumíniumbevonatot alkalmaznak, hogy kiváló tengervíz-korrózióállóságot biztosítsanak. A tengervízben előforduló mikrobiális adhézió és korrózió kezelésére a hajóépítő ipar intelligens bevonatokat fogadott el, amelyek lerakódás- és antibakteriális funkcióval rendelkeznek. A hagyományos felületbevonási technológiákon túlmenően más megközelítések -mint például az amorf ötvözetből készült, elektromentes bevonatok és a nanorészecskés kompozit bevonatok- is jelentős alkalmazási lehetőséget mutattak.

A grafén-alapú bevonatok és az öngyógyuló A kutatások kimutatták, hogy a grafén bevonatok jelentősen javíthatják az oxidációval szembeni ellenállást a hagyományos Cu/Ni szubsztrátumokhoz képest. A grafénbevonatokkal kapcsolatos tanulmányok elsősorban a szerves és szervetlen bevonatrendszerekre összpontosítanak. A korai munka bemutatta a grafénbevonatok előállítására szolgáló módszereket, amelyek közbenső közegként polimetil-metakrilátot használnak, ami lényegesen megnövelt korrózióállóságot eredményezett.

A grafént a meglévő bevonatok módosítására is használták. Például a vízbázisú epoxibevonatokhoz grafén hozzáadása javítja a bevonat általános teljesítményét a hagyományos epoxi korróziógátló{1}}bevonatokhoz képest. A szervetlen bevonatok területén egyre nagyobb figyelem irányul a grafén módosítására. A kutatások azt mutatják, hogy grafén hozzáadása a szervetlen korróziógátló bevonatokhoz akár 1200 órás sópermetezési ellenállást is elérhet, mindössze 100–150 mg/dm² bevonattömeg mellett, ami jelentős javulást mutat a korrózióvédelem terén. A fémes króm grafénre cserélése a Dacromet bevonatokban szintén jó korrózióállóságot eredményezett, miközben jobb környezetbarátságot kínál.

Az öngyógyuló-korróziógátló bevonatok az intelligens védőbevonatok egy feltörekvő osztályát képviselik, amelyek bizonyos körülmények között képesek helyreállítani a korrózióállóságot a sérülés után. A meglévő öngyógyító bevonatokat általában autonóm és nem{4}}önálló rendszerekre osztják. Az autonóm-öngyógyuló bevonatok általában kapszulázott film-képző anyagokra vagy korróziógátlókra támaszkodnak a sérült területek helyreállításához. A kutatások kimutatták, hogy a határfelületi polimerizációs mechanizmusok -például az izocianátok és a víz közötti reakciók{10}}hatékonyan pótolhatják a hibákat a bevonat károsodása után. Más vizsgálatok megerősítették, hogy a korróziógátló anyagok, például a dodecilamin alkidgyanta bevonatokba való beépítése jelentősen csökkentheti a korróziót.

A nem-önálló öngyógyító-bevonatok külső ingerekre, például hőmérsékletre vagy fényre támaszkodnak a javítómechanizmusok elindításához. Például ultraibolya-fénnyel-indukált kationos polimerizációs rendszereket fejlesztettek ki, amelyek lehetővé teszik a bevonat UV-sugárzás hatására történő javítását.