Гибридные покрытия с эффектом самозалечивания на поверхности функциональных материалов

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

В статье представлен обзор достижений в области создания самовосстанавливающихся гибридных покрытий, используемых для защиты функциональных материалов при их эксплуатации в коррозионно-активных средах. Самовосстанавливающиеся (самозалечивающиеся) покрытия вызывают большой интерес благодаря их способности подавлять коррозию, которая является серьезной проблемой практически во всех отраслях промышленности. Разработка таких smart-покрытий, обладающих функцией активной антикоррозионной защиты и самовосстановления, необходима для долговременной работы металлических конструкций в агрессивных химических средах. При повреждении самовосстанавливающегося покрытия в коррозионной среде происходит формирование нового защитного слоя на поверхности дефекта и функциональные характеристики изделия восстанавливаются. Автономные механизмы восстановления защитных свойств антикоррозионных слоев реализуются благодаря внедрению ингибиторов коррозии в матрицу покрытия.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. С. Гнеденков

Институт химии ДВО РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: asg17@mail.com
ORCID iD: 0000-0002-9822-7849

профессор РАН, доктор химических наук, главный научный сотрудник

Россия, Владивосток

С. Л. Синебрюхов

Институт химии ДВО РАН

Email: sls@ich.dvo.ru

член-корреспондент РАН, доктор химических наук, доцент, заместитель директора

Россия, Владивосток

В. С. Марченко

Институт химии ДВО РАН

Email: filonina.vs@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-9544-3597

младший научный сотрудник

Россия, Владивосток

А. Д. Номеровский

Институт химии ДВО РАН

Email: nomerovskii.ad@outlook.com
ORCID iD: 0000-0002-3118-5971

младший научный сотрудник

Россия, Владивосток

Я. И. Кононенко

Институт химии ДВО РАН

Email: yana1996i@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-2299-9009

младший научный сотрудник

Россия, Владивосток

В. И. Сергиенко

Институт химии ДВО РАН

Email: referent@ich.dvo.ru
ORCID iD: 0000-0002-0547-5545

академик РАН, доктор химических наук, профессор, научный руководитель организации

Россия, Владивосток

С. В. Гнеденков

Институт химии ДВО РАН

Email: svg21@hotmail.com
ORCID iD: 0000-0003-1576-8680

член-корреспондент РАН, доктор химических наук, профессор, директор

Россия, Владивосток

Список литературы

  1. Физико-химические основы локальной гетерогенной коррозии магниевых и алюминиевых сплавов. физико-химические основы локальной гетерогенной коррозии магниевых и алюминиевых сплавов / А.С. Гнеденков, С.Л. Синебрюхов, В.С. Филонина, В.И. Сергиенко, С.В. Гнеденков. М.: ТЕХНОСФЕРА, 2022.424 с.
  2. Shang W., Wu F., Wang Y., Rabiei Baboukani A., Wen Y., Jiang J. Corrosion resistance of micro-arc oxidation/graphene oxide composite coatings on magnesium alloys // ACS Omega. 2020.Vol. 5 (13). P. 7262–7270.
  3. Gnedenkov A.S., Sinebryukhov S.L., Filonina V.S., Gnedenkov S.V. Hydroxyapatite-containing PEO-coating design for biodegradable Mg-0.8Ca alloy: Formation and corrosion behaviour // Journal of Magnesium and Alloys. 2021. Vol. 11(12). P. 4468–4484.
  4. Feng J., Pan Y., Yang M., Fernandez C., Chen X., Peng Q. A lactoglobulin-composite self-healing coating for Mg alloys // ACS Applied Bio Materials. 2021. Vol. 4(9).P. 6843–6852.
  5. Cui X.J., Ning C.M., Zhang G.A., Shang L.L., Zhong L.P., Zhang Y.J. Properties of polydimethylsiloxane hydrophobic modified duplex microarc oxidation/diamond-like carbon coatings on AZ31B Mg alloy // Journal of Magnesium and Alloys. 2021. Vol. 9(4). P. 1285–1296.
  6. Wang X., Jing C., Chen Y., Wang X., Zhao G., Zhang X.Active corrosion protection of super-hydrophobic corrosion inhibitor intercalated Mg–Al layered double hydroxide coating on AZ31 magnesium alloy // Journal of Magnesium and Alloys. 2020. Vol. 8(1). P. 291–300.
  7. Gnedenkov A.S., Sinebryukhov S.L., Filonina V.S., Ustinov A.Y., Sukhoverkhov S.V., Gnedenkov S.V. New polycaprolactone-containing self-healing coating design for enhance corrosion resistance of the magnesium and its alloys // Polymers. 2023. Vol. 15(1). P. 202.
  8. Das A.K. Effect of rare earth oxide additive in coating deposited by laser cladding: A review // Materials Today: Proceedings. 2022. Vol. 52. P. 1558–1564.
  9. Bouali A.C., Serdechnova M., Blawert C., Tedim J., Ferreira M.G.S., Zheludkevich M.L.Layered double hydroxides (LDHs) as functional materials for the corrosion protection of aluminum alloys: A review // Applied Materials Today. 2020. Vol. 21. P. 100857.
  10. Gnedenkov A.S., Filonina V.S., Sinebryukhov S.L., Gnedenkov S.V. A superior corrosion protection of Mg alloy via smart nontoxic hybrid inhibitor-containing coatings // Molecules. 2023.Vol. 28(6). P. 2538.
  11. Fattah-alhosseini A.,Chaharmahali R., Babaei K. Effect of particles addition to solution of plasma electrolytic oxidation (PEO) on the properties of PEO coatings formed on magnesium and its alloys: A review // Journal of Magnesium and Alloys. 2020. Vol. 8 (3). P. 799–818.
  12. Gnedenkov A.S., Sinebryukhov S.L., Filonina V.S., Plekhova N.G., Gnedenkov S.V.Smart composite antibacterial coatings with active corrosion protection of magnesium alloys // Journal of Magnesium and Alloys. 2022. Vol. 10(12). P. 3589–3611.
  13. Gnedenkov A.S., Lamaka S.V., Sinebryukhov S.L., Mashtalyar D.V., Egorkin V.S., Imshinetskiy I.M.Control of the Mg alloy biodegradation via PEO and polymer-containing coatings // Corrosion Science. 2021. Vol. 182. P. 109254.
  14. Daavari M., Conde A., Atapour M., HosseinpourRokni M., Mora Sánchez H., Mohedano M.In vitro corrosion-assisted cracking of AZ31B Mg alloy with a hybrid PEO+MWCNTs/PCL coating // Surfaces and Interfaces. 2023. Vol. 42. P. 103446.
  15. Kaseem M., Dikici B., Dafali A., Fattah-alhosseini A. Self-assembly of coumarin molecules on plasma electrolyzed layer for optimizing the electrochemical performance of AZ31 Mg alloy // Journal of Magnesium and Alloys. 2023. Vol. 11(5). P. 1618–1628.
  16. Umoren S.A.,Abdullahi M.T., Solomon M.M. An overview on the use of corrosion inhibitors for the corrosion control of Mg and its alloys in diverse media // Journal of Materials Research and Technology. 2022. Vol. 20. P. 2060–2093.
  17. Guo X.-P., Song G.-L., Hu J.-Y., Huang D.-B. Corrosion inhibition of magnesium (Mg) alloys // Corrosion Prevention of Magnesium Alloys. 2013. P. 61–84.
  18. Lamaka S.V., Vaghefinazari B., Mei D., Petrauskas R.P., Höche D., Zheludkevich M.L. Comprehensive screening of Mg corrosion inhibitors // Corrosion Science. 2017.Vol. 128.P. 224–240.
  19. Al-Amiery A.A.,Isahak W.N.R.W., Al-Azzawi W.K. Corrosion inhibitors: Natural and synthetic organic inhibitors // Lubricants. 2023. Vol. 11(4). P. 174.
  20. Jamshidipour Z., Toorani M., Aliofkhazraei M., Mahdavian M.Reducing damage extent of epoxy coating on magnesium substrate by Zr-enhanced PEO coating as an effective pretreatment // Journal of Magnesium and Alloys. 2023. Vol. 11 (2). P. 641–656.
  21. Adsul S.H., Bagale U.D., Sonawane S.H., Subasri R. Release rate kinetics of corrosion inhibitor loaded halloysite nanotube-based anticorrosion coatings on magnesium alloy AZ91D // Journal of Magnesium and Alloys. 2021. Vol. 9(1). P. 202–215.
  22. Williams G.,McMurray H.N., Grace R. Inhibition of magnesium localised corrosion in chloride containing electrolyte // Electrochimica Acta.2010. Vol. 55(27). P. 7824–7833.
  23. Feng Z., Hurley B., Li J., Buchheit R. Corrosion inhibition study of aqueous vanadate on Mg alloy AZ31 // Journal of the Electrochemical Society.2018. Vol. 165(2). P. C94–C102.
  24. Kharitonov D.S., Zimowska M., Ryl J., Zieliński A., Osipenko M.A., Adamiec J., et al. Aqueous molybdate provides effective corrosion inhibition of WE43 magnesium alloy in sodium chloride solutions // Corrosion Science.2021. Vol. 190. P. 109664.
  25. Cui Z., Ge F., Lin Y., Wang L., Lei L., Tian H., et al. Corrosion behavior of AZ31 magnesium alloy in the chloride solution containing ammonium nitrate // Electrochimica Acta.2018. Vol. 278. P. 421–437.
  26. Williams G.,GraceR., Woods R.M. Inhibition of the localized corrosion of Mg alloy AZ31 in chloride containing electrolyte // Corrosion.2015. Vol. 71(2). P. 184–198.
  27. Correa P.S.,MalfattiC.F., Azambuja D.S. Corrosion behavior study of AZ91 magnesium alloy coated with methyltriethoxysilane doped with cerium ions // Progress in Organic Coatings.2011. Vol. 72 (4). P. 739–747.
  28. Anjum M.J., Zhao J.-M., Asl V.Z., Malik M.U., Yasin G., Khan W.Q. Green corrosion inhibitors intercalated Mg:Al layered double hydroxide coatings to protect Mg alloy // Rare Metals.2021. Vol. 40 (8). P. 2254–2265.
  29. Song H., Xu Z., Benabou L., Yin Z., Guan H., Yan H., et al. Sodium dodecyl sulfate (SDS) as an effective corrosion inhibitor for Mg-8Li-3Al alloy in aqueous NaCl: A combined experimental and theoretical investigation // Journal of Magnesium and Alloys.2023. Vol. 11 (1). P. 287–300.
  30. Hossain A.M.S., Méndez-Arriaga J.M., Xia C., Xie J., Gómez-Ruiz S. Metal complexes with ONS donor Schiff bases. A review // Polyhedron.2022. Vol. 217. P. 115692.
  31. Ali A., Pervaiz M., Saeed Z., Younas U., Bashir R., Ullah S., et al. Synthesis and biological evaluation of 4-dimethylaminobenzaldehyde derivatives of Schiff bases metal complexes: A review // Inorganic Chemistry Communications.2022. Vol. 145. P. 109903.
  32. Liu R., Liu Y., Yong Q., Xie Z.-H., Wu L., Zhong C.-J. Highly corrosion-resistant ZIF-8-integrated micro-arc oxidation coating on Mg alloy // Surface and Coatings Technology.2023. Vol. 463. P. 129505.
  33. He X., Chiu C., Esmacher M.J., Liang H. Nanostructured photocatalytic coatings for corrosion protection and surface repair // Surface and Coatings Technology. 2013. Vol. 237. P. 320–327.
  34. Galio A.F., Lamaka S. V., Zheludkevich M.L., Dick L.F.P., Müller I.L., Ferreira M.G.S. Inhibitor-doped sol-gel coatings for corrosion protection of magnesium alloy AZ31 // Surface and Coatings Technology. 2010. Vol. 204 (9–10). P. 1479–1486.
  35. Cicileo G.P., Rosales B.M., Varela F.E., Vilche J.R. Inhibitory action of 8-hydroxyquinoline on the copper corrosion process // Corrosion Science.1998. Vol. 40 (11). P. 1915–1926.
  36. Lamaka S.V., Knörnschild G., Snihirova D.V., Taryba M.G., Zheludkevich M.L., Ferreira M.G.S. Complex anticorrosion coating for ZK30 magnesium alloy // Electrochimica Acta. 2009. Vol. 55 (1). P. 131–141.
  37. Gao H., Li Q., Dai Y., Luo F., Zhang H.X. High efficiency corrosion inhibitor 8-hydroxyquinoline and its synergistic effect with sodium dodecylbenzenesulphonate on AZ91D magnesium alloy // Corrosion Science. 2010. Vol. 52 (5). P. 1603–1609.
  38. Huang D., Hu J., Song G.L., Guo X. Inhibition effect of inorganic and organic inhibitors on the corrosion of Mg-10Gd-3Y-0.5Zr alloy in an ethylene glycol solution at ambient and elevated temperatures // Electrochimica Acta. 2011. Vol. 56 (27). P. 10166–10178.
  39. Zhang R.F., Zhang S.F., Yang N., Yao L.J., He F.X., Zhou Y.P., et al. Influence of 8-hydroxyquinoline on properties of anodic coatings obtained by micro arc oxidation on AZ91 magnesium alloys // Journal of Alloys and Compounds.2012. Vol. 539. P. 249–255.
  40. Sun M., Yerokhin A., Bychkova M.Y., Shtansky D.V., Levashov E.A., Matthews A. Self-healing plasma electrolytic oxidation coatings doped with benzotriazole loaded halloysite nanotubes on AM50 magnesium alloy // Corrosion Science. 2016. Vol. 111. P. 753–769.
  41. Gnedenkov A.S., Sinebryukhov S.L., Filonina V.S., Ustinov A.Y., Gnedenkov S.V. Hybrid coatings for active protection against corrosion of Mg and its alloys // Polymers. 2023. Vol. 15 (14). P. 3035.
  42. Snihirova D., Lamaka S.V., Taryba M., Salak A.N., Kallip S., Zheludkevich M.L., et al. Hydroxyapatite microparticles as feedback-active reservoirs of corrosion inhibitors // ACS Applied Materials & Interfaces. 2010. Vol. 2 (11).P . 3011–3022.
  43. Zheludkevich M. Self-healing anticorrosion coatings // Self-healing materials: Fundamentals, design strategies, and applications.Weinheim, Germany: John Wiley and Sons, 2009. P. 101–139.
  44. Taryba M., Lamaka S.V., Snihirova D., Ferreira M.G.S., Montemor M.F., Wijting W.K., et al. The combined use of scanning vibrating electrode technique and micro-potentiometry to assess the self-repair processes in defects on “smart” coatings applied to galvanized steel // Electrochimica Acta. 2011. Vol. 56 (12). P. 4475–4488.
  45. Wang X., Li L., Xie Z.-H., Yu G. Duplex coating combining layered double hydroxide and 8-quinolinol layers on Mg alloy for corrosion protection // Electrochimica Acta. 2018. Vol. 283. P. 1845–1857.
  46. Gnedenkov A.S., Sinebryukhov S.L., Nomerovskii A.D., Filonina V.S., Ustinov A.Y., Gnedenkov S.V. Design of self-healing PEO-based protective layers containing in-situ grown LDH loaded with inhibitor on the MA8 magnesium alloy // Journal of Magnesium and Alloys.2023. Vol. 11 (10). P. 3688–3709.
  47. Lv Y., Zhang Y., Meng X., Dong Z., Zhang X. Construction of a PEO/Mg–Mn LDH composite coating on Mg–Ag–Mn alloy for enhanced corrosion resistance and antibacterial potential // Ceramics International. 2023. Vol. 49 (22). P. 35632–35643.
  48. Kaseem M.,Ko Y.G. Formation of flower-like structures for optimizing the corrosion resistance of Mg alloy // Materials Letters. 2018. Vol. 221. P. 196–200.
  49. Al.Zoubi W.,Ko Y.G. Self-assembly of hierarchical N-heterocycles-inorganic materials into three-dimensional structure for superior corrosion protection // Chemical Engineering Journal. 2019. Vol. 356. P. 850–856.
  50. Al Zoubi W., Kim M.J., Yoon D.K., Salih Al-Hamdani A.A., Kim Y.G., Ko Y.G. Effect of organic compounds and rough inorganic layer formed by plasma electrolytic oxidation on photocatalytic performance // Journal of Alloys and Compounds.2020. Vol. 823. P. 153787.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Механизм коррозионной деградации и защитного действия покрытий на сплаве магния AM50 в растворе NaCl: (а) базовое ПЭО-покрытие, (б) ПЭО+ГНТ – ПЭО + галлуазитные нанотрубки, (в) ПЭО+ГНТ+BTA – ПЭО + галлуазитные нанотрубки + бензотриазол[40]

Скачать (195KB)
Метаданные
3. Рис. 2. СЭМ-изображения микрочастиц гидроксиапатита (HAP), обработанных ингибиторами: (а) La3+, (б) Ce3+, (в) cалицилальдоксим (Sal), (г) 8-оксихинолин (8HQ) [42]

Скачать (164KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Схема подавления коррозионного процесса за счет действия ингибитора, находящегося в составе защитного покрытия [43]

Скачать (112KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Механизм коррозионной деградации магниевого сплава с ПЭО-СДГ(BTA)-покрытием (а) и базовым ПЭО-покрытием (б). I – в покрытии возникает дефект (а, б); II –инициация коррозионного процесса, приводящая к растворению магниевой матрицы (а, б); диффузия BTA в дефектную зону с возможным образованием Mg(BTA-Н)2 (а); III – молекулы BTA и слой Mg(BTA-Н)2 ингибируют процесс коррозии, в результате чего образуется кристаллический Mg(OH)2 (а); рыхлые продукты Mg(OH)2 образуются в зоне дефекта базового ПЭО-покрытия (б) [46]

Скачать (153KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Механизм активной защиты от коррозии магниевого сплава МА8 с покрытием, содержащим полимер и ингибитор, в момент разрушения защитного слоя [12]

Скачать (242KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024