Ανάπτυξη αντιδιαβρωτικών κεραμικών επικαλύψεων με χρήση του οξειδίου του γραφενίου ως κύριου αναστολέα διάβρωσης - Οικονόμου, Γεώργιος (Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών, 2018)
Το κράμα αλουμινίου ΑΑ2024-Τ3 χρησιμοποιείται ευρέως σε πολλές εφαρμογές, ιδίως στην αεροναυπηγική, καθώς πληροί τον επιθυμητό συνδυασμό υψηλών μηχανικών αντοχών και χαμηλού βάρους. Το μειονέκτημα του κράματος αυτού είναι ότι είναι επιρρεπές στη διάβρωση, καθώς στο πρόβλημα αυτό συμβάλλουν καθοριστικά η παρουσία των κραματικών στοιχείων στην επιφάνειά του αλλά και η ελλιπής προστασία που παρέχεται από τη λεπτή στρώση αλούμινας. Η αντιδιαβρωτική συμπεριφορά μπορεί να ενισχυθεί με την εφαρμογή προστατευτικών επικαλύψεων στην επιφάνεια του κράματος αλουμινίου, όμως μέχρι τώρα η πλειοψηφία των επικαλύψεων αυτών περιέχει εξασθενές χρώμιο, το οποίο είναι επιβλαβές για την υγεία και το περιβάλλον. Στην παρούσα μεταπτυχιακή εργασία, γίνεται προσπάθεια αντικατάστασης των επικίνδυνων αυτών επικαλύψεων με φιλικότερες για τον άνθρωπο και το περιβάλλον. Στο πλαίσιο αυτό, αναπτύχθηκαν δυο κύριες κατηγορίες επικαλύψεων. Η πρώτη κατηγορία βασίζεται στη δημιουργία υβριδικών ανόργανων-οργανικών κεραμικών επικαλύψεων, με τη χρήση κατάλληλων πρόδρομων υλικών (αλκοξείδια πυριτίου) που αντιδρούν μεταξύ τους εντός υδατικού αιωρήματος βάσει της τεχνικής sol-gel (υδρόλυση-συμπύκνωση), διαμορφώνοντας ένα δίκτυο νανοσωματιδίων που διασταυρώνεται, εν τέλει, με τη χρήση διασυνδετικών μορίων. Η δεύτερη κατηγορία βασίζεται στην ανάπτυξη υβριδικών οργανικών-ανόργανων πολυμερικών επικαλύψεων (σε βασικό και όξινο περιβάλλον), όπου αρχικά επιδιώκεται η αντίδραση των αμινο-ομάδων του διασυνδετικού μορίου και των εποξυ-ομάδων του οργανικά τροποποιημένου αλκοξειδίου του πυριτίου, για τη δημιουργία ελαστικότερων μορίων που θα φέρουν στη δομή τους ταυτόχρονα τόσο αμινο-ομάδες όσο και υδροξυλο-ομάδες, ενώ μετέπειτα ακολουθεί η τεχνική sol-gel για τις αντιδράσεις τόσο μεταξύ τους, όσο και με το μεταλλικό υπόστρωμα. Σε όλες αυτές τις κατηγορίες, έγινε προσθήκη φύλλων οξειδίου του γραφενίου ως αναστολέας διάβρωσης για την περαιτέρω βελτίωση της αντιδιαβρωτικής συμπεριφοράς των επικαλύψεων. Η προετοιμασία των δοκιμίων αλουμινίου και η εφαρμογή των επικαλύψεων με ψεκασμό στην επιφάνεια αυτών έγιναν σε βιομηχανικές συνθήκες. Επίσης, μέρος των επικαλυμμένων δοκιμίων επικαλύφθηκε επιπλέον με αστάρι που χρησιμοποιείται στην αεροναυπηγική, με σκοπό τον μετέπειτα έλεγχο της συμβατότητας μεταξύ ασταριού και αντιδιαβρωτικής επικάλυψης. Για τον έλεγχο της αντοχής των αντιδιαβρωτικών επικαλύψεων στη διάβρωση, χρησιμοποιήθηκαν οι μέθοδοι της αλατονέφωσης (Salt spray Test) και της Ποτενσιοδυναμικής πόλωσης (PDS). Για τον έλεγχο της χημικής δομής των επικαλύψεων αυτών χρησιμοποιήθηκε η Φασματοσκοπία Υπερύθρων (FT-IR) – Φασματοσκοπία Υπερύθρων με τη τεχνική της Αποσβένουσας Ολικής Ανάκλασης (ATR), ενώ η μορφολογία, η ποιότητα και η τοπογραφία των επιφανειών μελετήθηκε με τη βοήθεια της Οπτικής Μικροσκοπίας, της 3D Οπτικής Μικροσκοπίας, του Ηλεκτρονικού Μικροσκοπίου Σάρωσης (SEM) και του Μικροσκοπίου Ατομικής Δύναμης (AFM). Η υδροφιλία των επιφανειών ερευνήθηκε με τη χρήση γωνιομέτρου γωνίας επαφής. Τέλος, για τα συστήματα επικαλύψεων «αντιδιαβρωτική επικάλυψη/αστάρι» χρησιμοποιήθηκαν τεχνικές ελέγχου πρόσφυσης (Dry Tape Test, Pull off Test, Bend Test), με σκοπό τη διερεύνηση της συμβατότητας μεταξύ των δύο αυτών επικαλύψεων. Αφού πραγματοποιηθούν οι παραπάνω έλεγχοι, ακολουθεί μια οικονομική αποτίμηση των επικαλύψεων αυτών, βάσει σύγκρισης μεταξύ τιμής πρώτων υλών και τελικής απόδοσης στην αντιδιαβρωτική προστασία. Εν κατακλείδι, σχεδόν όλες οι αντιδιαβρωτικές επικαλύψεις ενισχύουν την αντοχή σε διάβρωση του κράματος αλουμινίου, ενώ η συμβατότητα με το αστάρι επιτυγχάνεται περισσότερο στη δεύτερη κατηγορία επικαλύψεων. Η ενίσχυση της αντιδιαβρωτικής προστασίας από την προσθήκη του οξειδίου του γραφενίου εξαρτάται κυρίως από την επιτυχία της διασποράς του εντός του πλέγματος της επικάλυψης.