Электрохимический синтез полимерных нанокомпозитных покрытий на стали с высокими антикоррозионными свойствами

Проект Министерства образования и науки Республики Казахстан
ИРН: AP15473133

Актуальность проекта: Одной из интересующих проблем в металлургической промышленности является защита от коррозии. Для поддержания металлоконструкций в безопасном состоянии важно знать механизм коррозии, факторы, влияющие на коррозию металла, взаимодействие металлов с окружающей средой, содержание металлов в различных средах. Для защиты металлов от коррозии используется несколько методов. В последние годы одной из важнейших отраслей в электрохимии является получение покрытий из проводящих полимеров на поверхности металла. Преимущество полимерных, сополимерных и нанокомпозитных полимерных покрытий перед красками заключается в том, что они не содержат токсичных веществ, вредных для окружающей среды. Кроме того, полимерные, сополимерные и нанокомпозитные полимерные покрытия действуют как физический и электронный барьер на поверхности металла. Адсорбция нанокомпозитных полимерных покрытий на активные участки поверхности металлического покрытия тормозит процесс растворения металла и приводит к образованию однородного защитного покрытия. Несмотря на непрерывные исследования в этой области в течение последних лет, количество статей, описывающих механизм электрополимеризации, очень мало, и даже нет исследований, показывающих электрополимеризацию полианизидина. Поэтому в данной работе, помимо получения полимерных покрытий и изучения их антикоррозионных свойств, рассматривается механизм процесса электрополимеризации, будет изучаться кинетика адсорбции полимерных нанокомпозитов на металлической поверхности. В свою очередь, эти исследования позволят получить фундаментальные результаты в области коррозии.

Цель проекта: Электрохимическая полимеризация полимерных нанокомпозитных покрытий РОА оксида металла, определение оптимальных условий синтеза и исследование антикоррозионных свойств полученных покрытий.

Задачи проекта

1. Синтез РОА, POA/металл оксиды покрытий электрохимическим методом на поверхности мягкой стали.

2. Исследование антикоррозионных свойств полученных покрытий методом линейной вольтамперомерии и методом EIS. Расчет потенциала коррозии (Екорр, мВ), плотности тока (јкорр, A*см2), защитного эффекта (Z, %), скорости коррозии (R, мм/год) в разное время выдержки. Определение электрохимической электрической схемы соответствующей системе.

3. Определение механизма образования РОА / металла оксид полимер нанокомпозита.

4. Исследование кинетики адсорбции полимерных нанокомпозитов РОА / оксида металла на металлической поверхности.

Основные члены проекта

Бахытжан Елдана – научный сотрудник, преподаватель КазНУ имени аль-Фараби.

ResearcherID: AAS-4650-2020 ORCID: 0000-0002-3217-5927 Scopus Author ID: 57221333561

Аргимбаева Акмарал – ВНС, ассоц. профессор КазНУ имени аль-Фараби.

Используемые методы

В связи со сложностью синтеза в методе химической полимеризации и невозможностью контроля толщины получаемых покрытий в данной исследовательской работе получены нанокомпозитные покрытия из полимера РОА/оксид металла методом электрохимической полимеризации. Способ имеет следующие преимущества: простой синтез, появление покрытия на металлической подложке и полимеризация происходит параллельно, контролируется толщина снимаемого покрытия. Электрохимический синтез осуществляется методом циклической вольтамперометрии.

Если существует достаточно количественная информация об электрохимических процессах, можно использовать теорию смешанного потенциала для прогнозирования скорости коррозии. Для исследования электрохимической коррозии применяют метод линейной вольтамперометрии. Принимая кривые поляризации и используя аппроксимации Тафеля и Батлера-Фольмера, вычисляются такие параметры, как скорость коррозии, плотность тока коррозии и защитный эффект. Кроме того, для полного изучения коррозионных свойств извлекаемых покрытий используется импедансный спектроскопический метод (EIS). EIS использует сигналы меньшего периода для измерения электрохимической реакции, которую можно проанализировать, чтобы получить информацию о механизмах разрушения и коррозии поверхности электрода и кинетике коррозии.  С помощью этого метода составляется электрохимическая электрическая схема. В этом методе вычисляются следующие основные составляющие параметры электрической электрохимической схемы: Rp-сопротивление поляризации, Cdl-емкость двойного слоя, RCT – сопротивление переноса заряда, RD – диффузионное сопротивление, а RS – сопротивление раствора.

Морфологические свойства покрытий, получаемых в ходе проекта, определяются методом сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) и энергодисперсным рентгеновским анализом (EDAX). EDAX будет использоваться для определения внедрения оксидов металлов в полимерную матрицу.

ResearcherID: AAQ-3743-2020 ORCID: 0000-0002-2467-8241 Scopus Author ID: 56436828200

Ожидаемые результаты

- Будет оптимизирован синтез нанокомпозитных покрытий POA, POA/оксид металла электрохимическим методом.

- Антикоррозионные свойства нанокомпозитных покрытий POA/оксид металла изучены методом поляризации в 3,5% NaCl и кислых средах. Будет рассчитан потенциал коррозии (Ecorr, МВ), плотность тока (jcorr, а*см2), защитный эффект (Z, %), скорость коррозии (R, мм/год).

- Будет изучена кинетика адсорбции полимерных нанокомпозитов POA/оксид металла на металлических поверхностях.

--не менее 2 (двух) статей в журналах из первых трех квартилей по импакт-фактору в базе данных Web of Science или имеющих процентиль по CiteScore в базе данных Scopus не менее 50.

либо

- не менее 5 (пяти) статей и(или) обзоров в рецензируемых зарубежных и(или) отечественных изданиях, рекомендованных КОКСОН;