Wpływ stężenia BRJI na właściwości ochronne powłok silanowych na bazie winylotrójmetoksysilanu wytworzonych na stalach X20Cr13 i 41Cr4

• Autorzy: Kucharczyk Aleksandra , Adamczyk Lidia

Identyfikatory

DOI

10.15199/40.2022.3.2

Warianty tytułu

EN

The influence of BRJI concentration on the protective properties of vinyltrimetoxysilane-based coatings made on X20Cr13 and 41Cr4 steels

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W niniejszej pracy zbadano właściwości ochronne powłok silanowych na bazie winylotrójmetoksysilanu VTMS i niejonowego środka powierzchniowo - czynnego BRJI. Jako rozpuszczalnik organosilanu i surfaktantu zastosowano etanol, natomiast kwas octowy zastosowano w celu ustalenia środowiska kwasowego (pH roztworów między 3−4). Powłoki naniesiono na próbki stali nierdzewnej X20Cr13 oraz stali stopowej konstrukcyjnej 41Cr4 metodą zanurzeniową w procesie sol-gel przy użyciu różnych stężeń surfaktantu. Otrzymane powłoki scharakteryzowano pod względem odporności korozyjnej, przyczepności do podłoża stalowego oraz grubości. Badania korozyjne przeprowadzono w kwaśnych środowiskach siarczanowych o pH = 2 bez lub z jonami Cl-. Zastosowanie związków powierzchnio–czynnych ma za zadanie zwiększenie stopnia zdyspergowania silanu w roztworze modyfikującym, celem poprawy efektywności procesu osadzania.

EN

In this study, the protective properties of silane coatings based on VTMS vinyltrimethoxysilane and BRJI non-ionic surfactant were investigated. Ethanol was used as the solvent for organosilane and surfactant, while acetic acid was used to adjust the acidic environment (pH of the solutions between 3-4). The coatings were applied to samples of X20Cr13 stainless steel and 41Cr4 structural alloy steel by dip method in the sol-gel process using various surfactant concentrations. The obtained coatings were characterized in terms of corrosion resistance, adhesion to the steel substrate and thickness. Corrosion tests were carried out in acidic sulphate media with pH = 2 without or with Cl- ions. The purpose of the use of surfactants is to increase the degree of silane dispersion in the modifying solution in order to improve the efficiency of the deposition process.

Słowa kluczowe

PL

winylotrójmetoksysilan; BRJI; odporność korozyjna stali stopowych; powłoki silanowe; stal nierdzewna

EN

vinyltrimethoxysilane; BRJI; corrosion resistance of alloy steels; silane coatings; stainless steel

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Ochrona przed Korozją
• Rocznik: 2022
• Tom: nr 3
• Strony: 83--87
• Opis fizyczny: Bibliogr. 47 poz., tab., rys., wykr.

Twórcy

autor

Kucharczyk Aleksandra

• Politechnika Częstochowska, Wydział Inżynierii Produkcji i Technologii Materiałów, Katedra Inżynierii Materiałowej

• https://orcid.org/0000-0001-6489-972X

autor

Adamczyk Lidia

• Politechnika Częstochowska, Wydział Inżynierii Produkcji i Technologii Materiałów, Katedra Inżynierii Materiałowej

• https://orcid.org/0000-0003-4811-5387

Bibliografia

• [1] Staub F., J. Adamczyk, Ł. Cieślakowska, J. Gubała, A. Maciejny. 1994. Metaloznawstwo. Katowice: Śląskie Wydawnictwo Techniczne. str. 440.
• [2] Kaliszewski E., St. Czyżowicz. 2002. Podstawowe wiadomości o stalach odpornych na korozję.
• [3] Dzhabbarov S.N., E.I. Pryakhin, A.A. Germanov. 2018. “Research Regarding Heat Treatment Influence on Properties of Chromic Steel 40H GOST 4543- 71(DIN 41Cr4, Gb 40Cr, ASTM 5140) with Quenching in Polymer Solution with Purpose of Matching Tubing Pipes Which Used in Oil and Gas Extraction.” Solid State Phenomena. Trans Tech Publications, Ltd.
• [4] Iwanow J., J. Senatorski, J. Tacikowski. 2006.„Comparison investigations of wear and corrosion resistance of impregnatem nitride layers on carbon and alloyed steel”. Mechanika 61 (5).
• [5] Siegel F., U. Klug, R. Kling, A. Ostendorf. 2009. „Extensive micro-structuring of metals using picosecond pulses-ablation behavior and industrial relevance”. Journal of Laser Micro / Nanoengineering 4 (2): 104-110.
• [6] Guidoni G., A. Dudek, S. Patsias, M. Anglada. 2005. “Fracture behaviour of thermal barrier coatings after high temperature exposure in air”. Materials Science and engineering: A 397 (1–2): 209-214
• [7] Nitkiewicz Z. , R. Włodarczyk, A. Dudek. 2011.„Corrosion analysis of sintered material used for low-temperature fuel cell plates”. Archives of Metallurgy and Materials (1).
• [8] Dudek A. 2011. “Investigations of microstructure and properties in bioceramic coatings used in medicine”. Archives of Metallurgy and Materials 56 (1).
• [9] Rouzmeh S.S., R. Naderi, M. Mahdavian. 2017. “Steel surface treatment with free different acid solutions and its effect on the protective properties of the subsequent silane coating”. Progress in Organic Coatings 112: 133-140.
• [10] Pantoja M., B. Diaz-Benito, F. Velasco, J. Abenojar, J.C. del Real. 2000. “Analysis of hydrolysis of γ-methacryloxypropyltrimethoxysilane and its influence on the formation of silane coatings on 6063 aluminium alloy”. Applied Surface Science 255: 6386-6390.
• [11] Jeyaram R., A. Elango, T. Siva, A. Ayeshamariam, K. Kaviyarasu. 2020. “Corrosion protection of silane based coatings on mild steel in an aggressive chloride ion environment”. Surfaces and Interfaces 18: 100423.
• [12] Park S.K., K.D. Kim, H.T. Kim. 2002. “Preparation of silica nanoparticles: de- termination of the optimal synthesis conditions for small and uniform particles”. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects 197 (1-3): 7-17.
• [13] Kim K.D., H.T. Kim. 2002. “Formation of silica nanoparticles by hydrolysis of TEOS using a mixed semi-batch/batch method”. Journal of Sol Gel Science and Technology 25: 183-189.
• [14] Bogush G.H., C.F. Zukoski. 1998. “Preparation of monodisperse silica particles: Control of size and mass fraction”. Journal of Non-Crystalline Solids 104 (1): 95-106.
• [15] Hamera P. 2007. „Powłoki nowej generacji na metal. Technologia zol-żel na bazie silanów”. Ochrona przed Korozją 50 (9): 355-358.
• [16] Chęcmanowski J., B. Szczygieł. 2010. „Właściwości ochronne powłok ceramicznych wytworzonych metodą zol-żel w środowisku płynów fizjologicznych”. Ochrona przed Korozją 53 (4-5): 201-205.
• [17] Grobelny M., M. Kalisz, B. Dytkowicz. 2011. „Zastosowanie powłok tlenkowych typu SiO2 w celu zwiększenia odpronosci korozyjnej stopu magnezu AZ91”. Ochrona przed Korozją 54 (6): 264-266.
• [18] Guglielmi M., G. Carturan. 1988. „Precursors for sol-gel preparations”. Journal of Non-Crystalline Solids 100 (1-3): 16-30.
• [19] Kucharczyk A., Adamczyk L., Miecznikowski K. 2021. „The Influence of the Type of Electrolyte in the Modyfying Solution on the Protective Properties of Vinyltrimethoxysilane/Ethanol-Based Coatings Formed on Stainless Steel X20Cr13”. Materials 14 (20): 6209.
• [20] Akhtar S., A. Matin, A. Kumar, A. Ibrahim, T. Laoui. 2018. „Enhancement of anticorrosion property of 304 stainless steel using silane coatings”. Applied Surface Science 440: 1286-1297.
• [21] Brinkerand C.J., G.W. Scherer. 1990. Sol-Gel Science. San Diego: Academic- Press.
• [22] Brinker C.J., K.D. Keefer, D.W. Schaeffer, C.S. Ashley. 1982. „Sol-gel transition in simple silicates”. Journal of Non-Crystalline Solids 48 (1): 47-64.
• [23] Kucharczyk A., L. Adamczyk. 2020. „Wpływ stężenia składników w procesie osadzania zanurzeniowego na własności ochronne powłok sianowych wytworzonych na stali nierdzewnej”. Ochrona przed Korozją 63 (10): 327-331.
• [24] Plueddemann E.P. 1991. Nature of adhesion through silane coupling agents. 330. Silane Coupling Agents. Springer: Boston. str. 115-152.
• [25] Kierat O., A. Dudek, L. Adamczyk. 2020. „Zależność właściwości ochronnych powłok sianowych wytworzonych na tytanie Grade 2 i Ti6Al4V od stężenia składnika- winylotrójmetoksysilanu (VTMS)”. Ochrona przed Korozją 63 (11): 364-368.
• [26] Mittal K.L. 2007. Silanes and Other Coupling Agents. CRC Press Vol. 4.
• [27] Bengtsson M., K. Oksman. 2006. „The use of silane technology in crosslinking polyethylene/wood flour composites”. Composites Part A: applied science and manufacturing 37 (5): 752-765.
• [28] Chattopadhyay D.K., D.C. Webster. 2009.„Hybrid coatings from novel silane-modified glycidil carbamate resins and amine crosslinkers”. Progress in Organic Coatings 66 (1): 73-85.
• [29] Esfandeh M., S.M. Mirabedini, S. Pazokifard, M. Tari. 2007. „Study of silicone coating adhesion to an epoxy undercoat using silane compounds: Effect of silane type and application metod”. Colloids and Surfaces A: Physiochemical and Engineering Aspects 302 (1-3): 11-16.
• [30] Alibakishi E., E. Ghasemi, M. Mahdavian, B. Ramezanzadeh. 2017. „Fabrication and characterization of layered double hydroxide/silane nanocomposite coatings for protection of mild steel”. Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers 80: 924-934.
• [31] Walker P. 1991. Organosilanes as adhesion promoters. Journal of Adhesion Science and Technology 5: 279-305.
• [32] Ebelmen H. 1847. „Sur l’hyralite artificielle et l’hydrophane”. CR Hebd Seances Acad Sci 25: 854-856.
• [33] Porter M.R. 2013. Handbook of surfactants. Springer.
• [34] Farn R.J., ed. 2008. Chemistry and technology of surfactants. John Wiley & Sons.
• [35] Adamczyk L., A. Dudek. 2019. „The influence of components concentration in the electrodeposition process on the protective properties of 3,4-ethyl- enedioxythiophene (EDOT) with 4-(pyrrole-1-yl) benzoil acid (PYBA), poly- oxyethylene-10-laurylether (BRIJ) and lithium perchlorate”. Conference: METAL 2019. Czech Republic: Brno.
• [36] Kikuchi S., T. Saeki, M. Ishida, K. Tabata, K. Ohta. 2010. „Sol-Gel transition of acid silica produced by a Y-shaped reaktor”. Nihon Reoroji Gakkaishi 38 (4), 209-214.
• [37] Klein L.C. ed. 1988. Sol-gel technology for thin films, fibers, preforms, electronics and specialty shapes. William Andrew.
• [38] Rapp M.V., S.H. DonaldsonJr., M.A. Gebbie, Y. Gizaw, P. Koenig, Y. Roiter, J.N. Israelchvili. 2015.„Effects of surfactants and polyelectrolytes on the interaction between a negatively charged surface and a superhydrophobic polymer surface”. Langmuir 31 (29): 8013–8021.
• [39] Ferrari M., F. Ravera. 2010. „Surfactants and wetting at superhydrophobic surfaces: Water solutions and non-aqueous liquids”. Advances in Colloid Interface Science 161 (1-2): 22-28.
• [40] Wang F., Z.Z. Jia, S.J. Luo, S.F. Fu, L. Wang, X.S. Shi, R.B. Guo. 2015. „Effects of different anionic surfactants on methane hydrate formation”. Chemical Engineering Science 137: 896–903.
• [41] Gaikwad D.S., K.A. Undale, D.B. Patil, D.M. Pore, A.A. Kamble. 2018. „Triton X-100 stabilized Pd nanoparticles and their catalytic application in one-pot sequential Heck and Hiyama coupling in water”. Research on Chemical Inter- mediates 44: 265-275.
• [42] Zhang X., R. Cai, J.Y. Wang, F. Liu, L.Y. Wu. 2015. „Easy-to-clean multifunction- al coatings by sol-gel processing for polimer substrates”. Journal of Sol-Gel Science and Technology 75: 17-24.
• [43] Mohammadi R., J. Wassink, A. Amirfazli. 2004. „Effect of surfactants on wet- ting of super - hydrophobic surfaces”. Langmuir 20 (22): 9657–9662.
• [44] Milne A., J. Elliott, A. Amirfazli. 2015.„Contact angles of surfactant solutions on heterogeneous surfaces”. Physical Chemistry Chemical Physics 17 (8): 5574–5585.
• [45] Samadianfard R., D. Seifzadeh, A. Habib-Yangjeh. 2021. „Sol-gel coating filled with SDS-stabilized fullerene nanoparticles for active corrosion protection on the magnesium Allom”. Surface and Coatings Technology 419: 127292.
• [46] Ahangarani S., N. Lari, A. Shanaghi. 2017. „Influence of TEOS concentration and TRITON additive on the nanostructure silica sol-gel anti-reflective coatings”. International Journal of Materials and Product Technology 55 (4): 319-330.
• [47] Wojciechowski J., K. Szubert, R. Peipmann, M. Fritz, U. Schmidt, A. Bund, G. Lota. 2016. “Anti-corrosive properties of silane coatings deposited on anodised aluminium”. Electrochimica Acta 220 (1-10).

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023).