corrosionprotectionПрактика противокоррозионной защитыTheory and Practice of Corrosion Protection1998-57382658-6797Association "CARTEC"10.31615/j.corros.prot.2024.114.4-1corrosionprotection-135Research ArticleМАТЕРИАЛЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПРОТИВОКОРРОЗИОННОЙ ЗАЩИТЫMATERIALS AND EQUIPMENT FOR CORROSION PROTECTIONПротивокоррозионные Zr-содержащие золь-гель покрытия на алюминиевом сплаве АМг6Anticorrosive Zr-containing Sol-gel Сoatings on AA5056 Aluminum AlloyШломаО. А.ShlomaO. A.

 Шлома Оксана Александровна - аспирант

 125047, г. Москва, Миусская площадь, д. 9

 Oksana A. Shloma - graduate student

9, Miusskaya square, Moscow, 125047

АбрашовА. А.AbrashovA. A.

 Абрашов Алексей Александрович - к.т.н., доцент

 125047, г. Москва, Миусская площадь, д. 9

Alexey A. Abrashov - Ph.D. in Technical Sciences, associate Professor

9, Miusskaya square, Moscow, 125047

abrashov.a.a@muctr.ruГавриловаН. Н.GavrilovaN. N.

 Гаврилова Наталья Николаевна - д.х.н., доцент

 125047, г. Москва, Миусская площадь, д. 9

 Natalia N. Gavrilova, Doctor of Chemistry, associate Professor 

9, Miusskaya square, Moscow, 125047

ЖилинаО. В.ZhilinaO. V.

 Жилина Ольга Викторовна - к.х.н., доцент

 125047, г. Москва, Миусская площадь, д. 9

Olga V. Zhilina - Ph.D. in Chemistry, associate Professor

9, Miusskaya square, Moscow, 125047

ГригорянН. С.GrigoryanN. S.

 Григорян Неля Сетраковна - к.х.н., доцент

 125047, г. Москва, Миусская площадь, д. 9

Nelya S. Grigoryan - Ph.D. in Chemistry, associate Professor

9, Miusskaya square, Moscow, 125047

НовиковЕ. В.NovikovE. V.

 Новиков Егор Владимирович - студент

 125047, г. Москва, Миусская площадь, д. 9

 Egor V. Novikov - student

9, Miusskaya square, Moscow, 125047

Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева (РХТУ)РоссияDmitry Mendeleev University of Chemical Тесhnоlоgy of Russia (MUCTR)Russian FederationРоссийский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева (РХТУ)РоссияDmitry Mendeleev University of Chemical Тесhnоlоgy of RussiaRussian Federation202426122024294617Copyright © Шлома О.А., Абрашов А.А., Гаврилова Н.Н., Жилина О.В., Григорян Н.С., Новиков Е.В., 20242024Шлома О.А., Абрашов А.А., Гаврилова Н.Н., Жилина О.В., Григорян Н.С., Новиков Е.В.Shloma O.A., Abrashov A.A., Gavrilova N.N., Zhilina O.V., Grigoryan N.S., Novikov E.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.corrosion-protection.ru/jour/article/view/135

Из-за высокой токсичности растворов хроматирования, в состав которых входят высокотоксичные соединения шестивалентного хрома, и формирующихся в них конверсионных покрытий, в большинстве стран приняты законы, ограничивающие или полностью запрещающие использование соединений Cr(VI) в продукции машиностроения и электроники. Настоящая публикация посвящена разработке процесса нанесения защитного золь-гель цирконийсодержащего покрытия на поверхность алюминиевого сплава АМг6. Проведена оптимизация параметров процесса для осаждения функционального золь-гель покрытия, исследованы физико-химические и механические свойства покрытия, которое могло бы стать альтернативой токсичным хроматным покрытиям. В процессе работы было установлено, что Zr-содержащее золь-гель покрытие сопоставимо по стойкости к истиранию с хроматными пленками. Результаты поляризационных измерений показали, что нанесение многослойного золь-гель покрытия улучшает его защитную способность. Увеличение защитной способности также подтверждено экспозицией в камере соляного тумана. Время до появления первых признаков коррозии составляет 435 ч.

Due to the high toxicity of chromating solutions, which include highly toxic hexavalent chromium compounds, and the conversion coatings formed in them, laws have been adopted in most countries restricting or completely prohibiting the use of Cr(VI) compounds in mechanical engineering and electronics products. This publication is devoted to the development of the process of applying a protective sol-gel zirconiumcontaining coating to the surface of the aluminum alloy AA5056. The optimization of the process parameters for the deposition of a functional sol-gel coating was carried out, the physicochemical and mechanical properties of the coating, which could become an alternative to toxic chromate coatings, were investigated. During the work, it was found that the Zr-containing sol-gel coating is comparable in abrasion resistance to chromate films. The results of polarization measurements showed that the application of a multilayer sol-gel coating improves its protective ability. The increase in protective ability is also confirmed by exposure in the salt mist chamber. The time until the first signs of corrosion appear is 435 hours.

золь-гель покрытияизносостойкостьZr-содержащие покрытиязащита от коррозииметод погруженияsol-gel coatingswear resistanceZr-containing coatingscorrosion protectiondip-coatingReferencesKendig M.W., Buchheit R.G. Corrosion Inhibition of Aluminium and Aluminum Al loys by Soluble Chromates, Chromate Coat ings, and Chromate-Free Coatings // Corro sion. − 2003. − Vol. 59, No 5. − P. 379-399. doi:10.5006/1.3277570Kendig, M. W., Buchheit, R. G. (2003). Corrosion Inhibition of Aluminium and Alumi num Alloys by Soluble Chromates, Chromate Coatings, and Chromate-Free Coatings. Cor rosion, 59(5), 379-399. doi:10.5006/1.3277570Gheytani S., Liang Y., Jing Y., Xu J. Q., et al. Chromate conversion coated aluminium as a light-weight and corrosion-resistant curg rent collector for aqueous lithium-ion batteries // Journal of Materials Chemistry A. − 2016. − Vol. 4, No 2 − P. 395-399.Gheytani, S., Liang, Y., Jing, Y., Xu, J. Q., et al. (2016). Chromate conversion coated aluminium as a light-weight and corrosion-re sistant current collector for aqueous lithium-ion batteries. Journal of Materials Chemistry A.,4(2), 395-399.Илларионова А.А. Алюминиевые спла вы и их термообработка при использовании в строительных конструкциях // XVIII меж дународная научно-техническая Уральская школа-семинар металловедов-молодых ученых. − Екатеринбург, 2017. − № 18. − С. 302-305.Ilarionova, A. A. (2017). Aluminum alloys and their heat treatment when used in build ing structures. XVIII International scientific and technical Ural School-seminar of metallolo gists-young scientists, Yekaterinburg, 18, 302 305. (in Russ.)Zhao J., Xia L., Sehgal A., Lu D. Effects of chromate conversion coatings on corrosion of aluminium alloy 2024-T3 // Surface and Coat ings Technology. − 2001. − Vol. 140, No 1 − P. 51-57. doi:10.1016/S0257-8972(01)01003-9Zhao, J., Xia, L., Sehgal, A., Lu, D. (2001). Effects of chromate conversion coat ings on corrosion of aluminium alloy 2024-T3. Surface and Coatings Technology, 140(1), 51 57. doi:10.1016/S0257-8972(01)01003-9Hughes A.E., Taylor R.J. Chromate Conversion Coatings on 2024 Al Alloy // Sur face and Interface Analysis: An Internation al Journal devoted to the development and application of techniques for the analysis of surfaces, interfaces and thin films. − 1997. − Vol. 25, No 4. − P. 223-234. doi:10.1002/(SICI)1096-9918(199704)25:4<223::AIDSIA225>3.0.CO;2-DHughes, A. E., Taylor, R. J. (1997). Chromate Conversion Coatings on 2024 Al Alloy, Surface and Interface Analysis: An International Journal devoted to the de velopment and application of techniques for the analysis of surfaces, interfaces and thin f ilms, 25(4), 223-234. doi:10.1002/(SICI)1096-9918(199704)25:4<223::AIDSIA225>3.0.CO;2-DGralak E., Szczepańska J., Winiarska K., Tylus W., Winiarski J. The effect of hexafluoro zirconic acid concentration on the formation and corrosion resistance of trivalent chromium conversion coatings on AlSi12 Cu1 (Fe) cast alloy // Journal home page for Materials Today Com munications. − 2024. − Vol. 38. − P. 108409. https://doi.org/10.1016/j.mtcomm.2024.108409Gralak, E., Szczepańska, J., Winiarska, K., Tylus, W., Winiarski, J. (2024). The effect of hexafluorozirconic acid concentration on the formation and corrosion resistance of trivalent chromium conversion coatings on AlSi12 Cu1 (Fe) cast alloy. Journal home page for Materials To day Communications, 38, 108409. https://doi.org/10.1016/j.mtcomm.2024.108409Verdalet-Guardiola X., Saillard R., Fori B., Duluard S., Blanc C. Comparative analysis of the anticorrosive properties of trivalent chro mium conversion coatings formed on 2024-T3 and 2024-T351 aluminium alloys // Corrosion Science. − 2020. − Vol. 167. − P. 108508. https://doi.org/10.1016/j.corsci.2020.108508Verdalet-Guardiola, X., Saillard, R., Fori, B., Duluard, S., Blanc C. (2020). Comparative analysis of the anticorrosive properties of tri valent chromium conversion coatings formed on 2024-T3 and 2024-T351 aluminium alloys. Corrosion Science, 167, 108508. https://doi.org/10.1016/j.corsci.2020.108508Лушина М.В., Паршин С.Г. Инноваци онные технологии антикоррозионной защи ты изделий из алюминиевых сплавов // Мор ской вестник. − 2011. − № 1(37). − С. 113-115.Lushina, M. V., Parshin, S. G. (2011). In novative technologies for anti-corrosion protec tion of aluminum alloy products. Marine Bulle tin, 1(37), 113-115. (in Russ.)Kendig M.W., Buchheit R.G. Corro sion Inhibition of Aluminum and Aluminum Alloys by Soluble Chromates, Chromate Coatings, and Chromate-Free Coatings // Cor rosion. − 2003. − Vol. 59, No 5. − P. 379-399. doi:10.5006/1.3277570Kendig, M. W., Buchheit, R. G. (2003). Corrosion Inhibition of Aluminum and Alumi num Alloys by Soluble Chromates, Chromate Coatings, and Chromate-Free Coating. Corro sion, 59(5), 379-399. doi:10.5006/1.3277570Jeevahan J., Chandrasekaran M., Jo seph B.G., Durairaj R.B., Mageshwaran G. Superhydrophobic surfaces: a review on fun damentals, applications, and challenges // Journal of Coatings Technology and Research. − 2018. − Vol. 15. − P. 231-250. doi:10.1007/s11998-017-0011-xJeevahan, J., Chandrasekaran, M., Jo seph, B.G., Durairaj, R.B., Mageshwaran, G. (2018). Superhydrophobic surfaces: a review on fundamentals, applications, and challenges. Journal of Coatings Technology and Research, 15, 231-250. doi:10.1007/s11998-017-0011-xKuznetsov Y.I., Semiletov A.M., Chirku nov A.A., Arkhipushkin I.A., Kazanskii L.P. Protecting aluminum from atmospheric corro sion via surface hydrophobization with stearic acid and trialkoxysilanes // Russian Journal of Physical Chemistry A. − 2018. − Vol. 92, No 4. − P. 621-629.Kuznetsov, Y. I., Semiletov, A. M., Chirku nov, A. A., Arkhipushkin, I. A., Kazanskii, L. P. (2018). Protecting aluminum from atmospher ic corrosion via surface hydrophobization with stearic acid and trialkoxysilanes. Russian Journal of Physical Chemistry A, 92(4), 621-629.Abrashov A., Grigoryan N., Korshak Y., Vagramyan T., Grafov O., Mezhuev Y. Regular ities of the Formation of a Green Superhydro phobic Protective Coating on an Aluminum Al loy after Surface Modification with Stearic Acid Solutions // Metals. − 2021. − Vol. 11, No 11. − P. 1718. https://doi.org/10.3390/met11111718Abrashov, A., Grigoryan, N., Korshak, Y., Vagramyan, T., Grafov, O., Mezhuev, Y. (2021). Regularities of the Formation of a Green Superhydrophobic Protective Coating on an Aluminum Alloy after Surface Modifica tion with Stearic Acid Solutions. Metals, 11, 1718. https://doi.org/10.3390/met11111718Dehghanghadikolaei A., Ansary J., Ghoreishi R. Sol-gel process applications: A mini-review // Proceedings of the Nature Re search Society. − 2018. − Vol. 2, No 1. − P. 02008-02029.Dehghanghadikolaei, A., Ansary J., Ghoreishi R. (2018). Sol-gel process applica tions: A mini-review. Proceedings of the Nature Research Society, 2(1), 02008-02029.Zand R. Z., Verbeken K., Flexer V., Adriaens A. Effects of ceria nanoparticle con centrations on the morphology and corrosion resistance of cerium–silane hybrid coatings on electro-galvanized steel substrates // Materials Chemistry and Physics. − 2014. − Vol. 145, No 3. − P. 450-460.Zand, R. Z., Verbeken, K., Flexer, V., Adriaens, A. (2014). Effects of ceria nanoparticle concentrations on the morphology and corrosion resistance of cerium–silane hybrid coatings on electro-galvanized steel substrates. Materials Chemistry and Physics, 145(3), 450-460.Васькевич В. В., Гайшун В. Е., Ко валенко Д. Л., Сидский В. В. Защитные зо ль-гель покрытия с гидрофобными свой ствами // Проблемы физики, математики и техники. − 2011. − № 3(8). − С. 15-19.Vaskevich, V. V., Gaishun, V. E., Kova lenko, D. L., Sidsky, V. V. (2011). Protective sol gel coatings with hydrophobic properties. Prob lems of physics, mathematics and technology, 3(8), 15-19. (in Russ.)Гришина Е.П., Кудрякова Н.О., Ра менская Л.М. Применение золь-гель мето да для нанесения оксидно-алюминиевого покрытия на низколегированную сталь // Гальванотехника и обработка поверхности. − 2019. − Т. 27, № 2. − С. 59-68.Grishina, E. P., Kudryakova, N. O., Ramenskaya, L. M. (2019). Application of the sol-gel method for applying an aluminum oxide coating to low-alloy steel. Electroplating and surface treatment, 27(2), 59-68. (in Russ.)Guglielmi. M. Sol-Gel Coatings on Met als // Journal of Sol-Gel Science and Technolo gy. − 1997. − Vol. 8. − P. 443-449.Guglielmi, M. (1997). Sol-Gel Coatings on Metals. Journal of Sol-Gel Science and Technology, 8, 443-449.Nofz M. Alumina Thin Films // Hand book of Sol-Gel Science and Technology. − 2018. − P. 765-808.Nofz, M. (2018). Alumina Thin Films. Handbook of Sol-Gel Science and Technology, 765-808.Dervin S., Pillai S.C. An Introduction to Sol-Gel Processing for Aerogels // Sol-Gel Ma terials for Energy, Environment and Electronic Applications. − 2017. − P. 1-22.Dervin, S., Pillai, S. C. (2017). An In troduction to Sol-Gel Processing for Aerogel. Sol-Gel Materials for Energy, Environment and Electronic Applications, 1-22.Wang D., Bierwagen G.P. Sol-gel coatings on metals for corrosion protection // Progress in Organic Coatings. − 2009. − Vol. 64 − P. 327-338.Wang, D., Bierwagen, G. P. (2009). Sol gel coatings on metals for corrosion protection. Progress in Organic Coatings, 64, 327-338.Agafonov A.V., Vinogradov A.V. Sol-gel synthesis, preparation and characterization of photoactive TiO2 with ultrasound treatment // Journal of sol-gel science and technology. − 2009. − Vol. 49, No 2. − P. 180-185.Agafonov, A. V., Vinogradov, A. V. (2009). Sol-gel synthesis, preparation and characterization of photoactive TiO2 with ul trasound treatment. Journal of sol-gel science and technology, 49(2), 180-185.Xia W., Li N., Deng B., Zheng R. et al. Corrosion behavior of a sol-gel ZrO2 pore-seal ing film prepared on a micro-arc oxidized alu minum alloy // Ceramics International. − 2019. − Vol. 45, No 8. − P. 11062-11067.Xia, W., Li, N., Deng, B., Zheng, R. et al. (2019). Corrosion behavior of a sol-gel ZrO2 pore-sealing film prepared on a micro-arc oxi dized aluminum alloy. Ceramics International, 45(8), 11062-11067.Abrashov A.A., Sundukova A.V., Zhilina O.V., Gavrilova N.N., Shloma O.A. Protective cerium-containing sol-gel coatings on hot-dip galvanized steel // International Journal of Coro rosion and Scale Inhibition. − 2023. − Vol. 12, No. 3. − P. 878-887.Abrashov, A. A., Sundukova, A. V., Zhilina, O. V., Gavrilova, N. N., Shloma, O. A. (2023). Protective cerium-containing sol-gel coatings on hot-dip galvanized steel. Interna tional Journal of Corrosion and Scale Inhibi tion, 12(3), 878-887.Kaszuba M., McKnight D., Connah M., McNeil-Watson F. Measurement of particle siz es in the subnanometer range using dynamic light scattering . Springer Science, 2007.Kaszuba, M., McKnight, D., Connah, M., McNeil-Watson, F. (2007). Measurement of particle sizes in the subnanometer range by dynamic light scattering. Springer Science.ГОСТ 9.302-88. Единая система за щиты от коррозии и старения. Покрытия металлические и неметаллические неорга нические. Методы контроля. − Москва: Из дательство стандартов, 1990. − 40 с.GOST 9.302-88. (1990). Metal and non-metal inorganic coatings. Control meth ods. (in Russ.)Roeseler A., Korte E. Infrared Spectro scopic Ellipsometry // Handbook of Vubrational Spectroscopy. − 2006. − P. 1065-1090.Roeseler, A., Korte, E. (2006). Infra red Spectroscopic Ellipsometry. Handbook of Vubrational Spectroscopy, 1065-1090.Швец В.А., Спесивцев Е.В., Рыхлиц кий С.В., Михайлов Н.Н. Эллипсометрия – прецизионный метод контроля тонкопле ночных структур с субнанометровым раз решением // Российские нанотехнологии. − 2009. − Т. 4, № 3-4. − C. 72-84.Shvets, V. A., Spesivtsev, E. V., Rykhlit sky, S. V., Mikhailov, N. N. (2009). Ellipsometry is a precision method for monitoring thin–film structures with subnanometer resolution. Rus sian nanotechnology, 4(3-4), 72-84. (in Russ.)Laha P., Schram T., Terryn H. Use of spectroscopic ellipsometry to study Zr/Ti films on Al // Surface and Interface Analysis: An In ternational Journal devoted to the development and application of techniques for the analysis of surfaces, interfaces and thin films. − 2002. − Vol. 34, No 1. − P. 677-680.Laha, P., Schram, T., Terryn, H. (2002). Use of spectroscopic ellipsometry to study Zr/ Ti films on Al. Surface and Interface Analysis: An International Journal devoted to the devel opment and application of techniques for the analysis of surfaces, interfaces and thin films, 34(1), 677-680.ASTM F735-2022 Standard Test MethS od for Abrasion Resistance of Transparent Plasc tics and Coatings Using the Oscillating Sand Method, 2022.ASTM F735-2022. Standard Test Methn od for Abrasion Resistance of Transparent Plasc tics and Coatings Using the Oscillating Sand Method. 2022.Шалдаев В.С., Малофеева А.Н., Давыдов А.Д. Определение скорости кор розии молибдена, рения и их сплавов в растворе хлорида натрия методом тафе левской экстраполяции // Электрохимия. − 2014. − Т. 50, № 10. − С. 1106-1110.Shaldaev, V. S., Malofeeva, A. N., Davydov, A. D. (2014). Determination of the corrosion rate of molybdenum, rhenium and their alloys in sodium chloride solution by Taf elian extrapolation. Electrochemistry, 50(10), 1106-1110. (in Russ.)McCafferty E. Validation of corrosion rates measured by the Tafel extrapolation method // Corrosion Science. − 2005. − Vol. 47. − Р. 3202-3215. https://doi.org/10.1016/j.corsci.2005.05.046McCafferty, E. (2005). Validation of cor rosion rates measured by the Tafel extrapolation method. Corrosion Science, 47, 3202-3215.ASTM B117-19 Standard Practice for Operating Salt Spray (Fog) Apparatus, 2019.ASTM B117-19. Standard Practice for Operating Salt Spray (Fog) Apparatus. 2019.Checmanowski J. G., Szczygieł B. Ef fect of a ZrO2 coating deposited by the sol- gel method on the resistance of FeCrAl alloy in high-temperature oxidation conditions // Ma terials Chemistry and Physics. − 2013. − Vol. 139, No 2-3. − P. 944-952.Checmanowski, J. G., Szczygieł, B. (2013). Effect of a ZrO2 coating deposited by the sol-gel method on the resistance of FeCrAl alloy in high-temperature oxidation conditions. Materials Chemistry and Physics, 139(2-3), 944-952.Евстропьев С. К., Никоноров Н. В. Жидкостные методы получения оптических наноматериалов. Учеб. пособие. – СПб: Университет ИТМО, 2018.Evstropyev, S. K., Nikonorov, N. V. (2018). Liquid methods for obtaining optical nanomaterials. Study guide. Saint Petersburg: ITMO University. (in Russ.)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.