Valutazione delle prestazioni alla corrosione di rivestimenti in PTFE superidrofobico e nanosilice

Jun 03, 2023

Scientific Reports volume 12, numero articolo: 17059 (2022) Citare questo articolo

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La protezione dalla corrosione dei metalli è di fondamentale importanza in diversi settori industriali. Una delle tecniche emergenti per prevenire o ridurre gli effetti dannosi di questo fenomeno è applicare rivestimenti superidrofobici sulle superfici sensibili. In questo studio, la protezione dalla corrosione dell'acciaio viene studiata fabbricando rivestimenti superidrofobici, utilizzando un processo di elettrodeposizione in una fase del film ibrido di nanosilice e un processo di spruzzatura di politetrafluoroetilene (PTFE) sulla superficie dell'acciaio e anche la preparazione di rivestimenti micro/nanocompositi. Viene studiato il comportamento anticorrosivo della pellicola ibrida di nanosilice e del rivestimento in PTFE con due tipi di microparticelle tra cui polvere di Al2O3 e perle di vetro nello strato di primer e nello strato di rivestimento con e senza nanoparticelle di SiO2. I test di polarizzazione TOEFL e di spettroscopia di impedenza elettrochimica (EIS) vengono condotti su campioni di acciaio rivestito per esaminarne le prestazioni di corrosione in una soluzione di NaCl al 3,5% in peso a una temperatura di 25 °C. I risultati hanno mostrato che la combinazione di proprietà superidrofobiche e bassa conduttività migliora significativamente la resistenza alla corrosione. La valutazione dell’effetto dell’aggiunta di nanoparticelle di SiO2 allo strato di rivestimento nel rivestimento in PTFE ha dimostrato che le nanoparticelle migliorano la resistenza alla corrosione dei rivestimenti in PTFE sigillando alcuni difetti e pori nel rivestimento. Lo studio della resistenza alla corrosione dei rivestimenti ha dimostrato che la resistenza alla corrosione della pellicola di nanosilice è inferiore a quella dei rivestimenti in PTFE. Il miglior campione ottenuto in questo studio, vale a dire il rivestimento in PTFE con microparticelle di perle di vetro nello strato di primer e nanoparticelle di SiO2 nello strato di rivestimento, ha ridotto la velocità di corrosione di quasi 80 volte.

Il metallo è uno dei materiali principali nelle mani dell'uomo e il suo utilizzo in vari settori aumenta di giorno in giorno. Sono utilizzati in vari settori dell'industria come l'edilizia (edifici commerciali, abitazioni e strade), la difesa (armi da fuoco, munizioni, missili, carri armati e jet), i trasporti (marittimo, aerospaziale, automobilistico) e medico (protesi, chirurgia ricostruttiva e impianto biomedico)1. Le strutture e le apparecchiature metalliche sono suscettibili alla corrosione se esposte a condizioni ambientali avverse e all'umidità. La corrosione provoca la perdita di prestazioni e, in ultima analisi, la distruzione delle apparecchiature e delle strutture metalliche. Indagini condotte negli Stati Uniti mostrano che la corrosione dell’acciaio e di altri materiali metallici rappresenta circa il 4–5% del costo del prodotto interno lordo (PIL)2.

Per prevenire la corrosione sono stati utilizzati diversi metodi, i più importanti dei quali sono: protezione catodica e anodica, inibitori della corrosione e rivestimenti3,4,5,6,7,8. Ciascuno di questi metodi presenta vantaggi e svantaggi e può essere utilizzato da solo o in combinazione9. I rivestimenti sono generalmente sostanze utilizzate per creare una barriera tra l'ambiente corrosivo e la superficie del pezzo in questione e proteggere le parti metalliche da umidità, ossidazione e sostanze chimiche10. Per molto tempo la cromatura e la fosfatazione sono stati utilizzati come metodi comuni per proteggere la superficie dei metalli. Ma questi due metodi non sono rispettosi dell’ambiente. Oggi la tossicità e la cancerogenicità del cromo (VI) sono state dimostrate per gli esseri umani e l'inquinamento da fosforo è uno dei fattori importanti che contribuiscono all'eutrofizzazione dell'acqua11,12. L'uso di questi materiali per proteggere i metalli dalla corrosione è proibito in molti paesi. Molto lavoro è stato rivolto allo sviluppo di altri tipi di rivestimenti. Diversi tipi di materiali alternativi, basati sull’utilizzo di film di composti delle terre rare13,14, film derivati ​​da sol-gel15,16,17,18,19,20 e strati autoassemblati21,22, hanno dimostrato la loro capacità di proteggere da corrosione. Gli studi hanno anche dimostrato che i rivestimenti con conduttanza elettrica molto bassa come i rivestimenti non conduttori di Al2O3, TiO2, SiO2, i rivestimenti di ossidi misti di Al2O3, TiO2 e SiO2 sono molto efficaci nella protezione dalla corrosione23,24. L'uso di rivestimenti superidrofobici con angoli di contatto (CA) superiori a 150° e angoli di roll-off inferiori a 10° è un approccio interessante per prevenire la corrosione dei metalli ed è stato seguito in alcuni studi di ricerca25,26. Le gocce scivolano su queste superfici mentre si formano e si staccano dalla superficie. Pertanto, il tempo di contatto della goccia di fluido (acqua o qualsiasi fluido corrosivo come l'acido solforico) sulla superficie è notevolmente ridotto. Inoltre, a causa della rugosità delle nanostrutture sulla superficie e della presenza di aria intrappolata tra le cavità, il contatto del fluido con la superficie soggetta a corrosione è ridotto. A causa della presenza simultanea di questi due effetti (breve tempo di contatto e bassa area di contatto), la resistenza alla corrosione delle superfici metalliche ricoperte da rivestimenti superidrofobici aumenta più volte25,27,28,29. Questi rivestimenti prevengono la corrosione causata dalla penetrazione dell'elettrolita nel substrato metallico. I rivestimenti superidrofobici potrebbero essere fabbricati su molte superfici, in particolare sulle superfici dei metalli e delle loro leghe, come rame30,31,32, alluminio33,34,35, zinco36,37 e magnesio38,39.