Противокоррозионные Zr-содержащие золь-гель покрытия на алюминиевом сплаве АМг6

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.

1. Kendig 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:10.5006/1.3277570

2. Gheytani 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.

3. 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.

4. 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)01003-9

5. Hughes 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-D

6. Gralak 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.2024.108409

7. Verdalet-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.2020.108508

8. Лушина М.В., Паршин С.Г. Инноваци онные технологии антикоррозионной защи ты изделий из алюминиевых сплавов // Мор ской вестник. − 2011. − № 1(37). − С. 113-115.

9. 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:10.5006/1.3277570

10. Jeevahan 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-x

11. Kuznetsov 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.

12. 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/met11111718

13. Dehghanghadikolaei 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.

14. 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.

15. 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.

16. 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.

17. Guglielmi. M. Sol-Gel Coatings on Met als // Journal of Sol-Gel Science and Technolo gy. − 1997. − Vol. 8. − P. 443-449.

18. Nofz M. Alumina Thin Films // Hand book of Sol-Gel Science and Technology. − 2018. − P. 765-808.

19. 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.

20. Wang D., Bierwagen G.P. Sol-gel coatings on metals for corrosion protection // Progress in Organic Coatings. − 2009. − Vol. 64 − P. 327-338.

21. 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.

22. 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.

23. 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.

24. 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.

25. 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.

26. Roeseler A., Korte E. Infrared Spectro scopic Ellipsometry // Handbook of Vubrational Spectroscopy. − 2006. − P. 1065-1090.

27. 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.

28. 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.

29. ASTM F735-2022 Standard Test MethS od for Abrasion Resistance of Transparent Plasc tics and Coatings Using the Oscillating Sand Method, 2022.

30. 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.

31. 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.2005.05.046

32. ASTM B117-19 Standard Practice for Operating Salt Spray (Fog) Apparatus, 2019.

33. 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.

34. Евстропьев С. К., Никоноров Н. В. Жидкостные методы получения оптических наноматериалов. Учеб. пособие. – СПб: Университет ИТМО, 2018.