Caratterizzazione di acciai rivestiti con multistrato micro/nano

Scientific Reports volume 12, numero articolo: 19194 (2022) Citare questo articolo

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Questo lavoro ha studiato il confronto delle proprietà meccaniche e di resistenza barriera tra diverse strutture di tre rivestimenti polimerici multistrato su ciascun lato dei provini di acciaio. La resina epossidica riempita con particelle di allumina di dimensioni nanometriche (Al2O3) o 1% in peso, 2% in peso e 3% in peso rappresentava gli strati di rivestimento dell'acciaio su entrambi i lati. La resistenza alla barriera è stata eseguita immergendo i campioni di acciaio rivestito in una soluzione salina e in un mezzo di acido citrico. L'aggiunta di particelle di allumina (Al2O3) di dimensioni micron e nano ai rivestimenti epossidici ha migliorato la resistenza barriera, la trazione e la durezza in condizioni asciutte e umide rispetto al rivestimento epossidico puro. Ulteriori aumenti delle micro/nanoparticelle Al2O3 causano il deterioramento della resistenza alla trazione e della resistenza della barriera. L'acciaio rivestito con resina epossidica riempita con l'1% in peso di nanoparticelle di Al2O3 ha una resistenza alla trazione massima di 299,5 MPa e 280,9 MPa rispettivamente in condizioni asciutte e bagnate. Tuttavia, l'acciaio rivestito con resina epossidica riempita con l'1% in peso di microparticelle di Al2O3 ha una resistenza alla trazione di 296,5 MPa e 275,4 MPa rispettivamente in condizioni asciutte e bagnate. Sono state osservate buone proprietà con rivestimenti micro/nanocompositi graduali. L'acciaio rivestito con resina epossidica riempita con il 3% in peso di nanoparticelle di Al2O3 ha una durezza massima di 46 HV e 40 HV rispettivamente in condizioni asciutte e bagnate.

La corrosione del metallo è considerata uno dei problemi vitali per le strutture in acciaio quando queste sono soggette a corrosione1. L'acciaio ha un'elevata resistenza meccanica con una fabbricazione a basso costo. Di conseguenza, viene utilizzato nelle attrezzature di perforazione, nella costruzione navale e nelle condutture. Nei marines, la corrosione rappresenta il 30% dei guasti totali e quindi è necessario ripararli o sostituirli. In ambiente marino la corrosione dell'acciaio è influenzata dalla salinità e dall'alcalinità2. Successivamente, il rivestimento è stato eseguito sulle facce in acciaio per evitare la corrosione delle costruzioni in acciaio nuove o esistenti. La corrosione dell'acciaio ha attirato molti interessi di ricerca poiché è costosa, in particolare nei giacimenti petroliferi e negli ambienti marini3. Recentemente, sono stati utilizzati rivestimenti compositi polimerici per l'acciaio per ridurre la diffusione di ossigeno e umidità. Il rivestimento organico protettivo come rivestimento epossidico per metallo è caratterizzato dalla sua eccellente resistenza agli agenti atmosferici4. Il rivestimento epossidico protetto ha attirato grande attenzione negli ambienti umidi grazie alla sua ottima tenacità, durata e adesione ai substrati metallici1. Tuttavia, l'elevata densità di reticolazione e il comportamento barriera del rivestimento epossidico possono essere influenzati in modo indesiderato se esposto alla corrosione. L'indebolimento del rivestimento polimerico provoca la creazione di fori e difetti nella superficie del rivestimento epossidico. Durante l'esposizione a mezzi corrosivi, fori e difetti diventano più grandi in larghezza e profondità. I fori sono considerati percorsi conduttivi poiché l'elettrolita si diffonde nel rivestimento polimerico5. Inoltre, il rivestimento protettivo cede a causa della delaminazione, ovvero della separazione nell'interfaccia rivestimento polimerico/metallo6. Il deterioramento del rivestimento polimerico diminuisce le proprietà barriera e quindi le proprietà meccaniche del rivestimento polimerico5. Pertanto, è essenziale migliorare le proprietà della resina epossidica sostituendo la resina epossidica con rivestimenti compositi epossidici per soddisfare i requisiti delle applicazioni reali4.

I riempitivi inorganici incorporati nel rivestimento epossidico sono uno dei metodi per migliorare la caratterizzazione anticorrosiva dei rivestimenti polimerici organici. L'aggiunta di particelle di riempitivo più piccole di dimensioni micron o nano può migliorare le proprietà barriera del rivestimento polimerico introdotto. Dimensioni, morfologia, forma e percentuale in peso dei riempitivi influenzano notevolmente le caratteristiche intrinseche del composito2. Le nanoparticelle sono considerate una buona barriera all'acqua e quindi ostacolano efficacemente l'assorbimento dell'acqua migliorando la durata dei metalli2. Diversi nanomateriali sono coinvolti a vari livelli nell’industria alimentare con effetti sia positivi che negativi sulla salute umana. L'allumina può essere presente anche a causa della contaminazione o della migrazione da altri materiali a contatto con gli alimenti come macchinari, utensili e dispositivi7 per la lavorazione. I rivestimenti contenenti particelle Al2O3 hanno mostrato un miglioramento della resistenza ai graffi e all'abrasione rispetto a quella del rivestimento polimerico. Questo miglioramento della resistenza ai graffi e all'abrasione è attribuito all'indurimento per dispersione delle nanoparticelle Al2O3 nei rivestimenti polimerici8. È possibile ottenere un miglioramento dell’impatto ambientale utilizzando particelle di dimensioni nanometriche nel rivestimento polimerico ed eliminando la necessità di solventi tossici9. Le nanoparticelle incorporate nei rivestimenti polimerici sono ben note per le loro eccezionali proprietà fisiche, meccaniche e termiche10,11.