حفاظت از خوردگی با استفاده از پوشش های آلی: آنچه می دانیم و آنچه می خواهیم بدانیم

2- آنچه که می­دانیم

پوشش­های رنگی با توجه به فراهم کردن عامل سدکننده بین زیرآیند و محیط بیرونی و به طور ایده آل مقاومت بالا در برابر جابجایی یون­ها، به عنوان ابزاری با کارایی بالا درنظرگرفته شده ­اند. در کنار این ویژگی ها فرض شده است که عملکرد خوب، وابسته به چسبندگی خوب مستقیما به سطح فلز و یا توسط آستر(زیرلایه) به زیرآیند فلزی است. به منظور پی بردن به ارتباط این سازوکارهای احتمالی، تعدادی از سوالات مهم باید پاسخ داده شوند. به عنوان مثال آیا می­توان ناهمگونی (نقص) در پوشش­های رنگی را اندازه گیری کرد و اینکه اینها چه تاثیری بر روی عملکرد پوشش دارند؟ در چه مقیاس­های طولی، ناهمگونی در پوشش وجود دارد؟ تاثیر این ناهمگونی بر زیرآیند چیست؟ و این سوال که چرا پوشش­های آلی دچار شکست می­شوند همچنان سوال اصلی است. شکست ممکن است حاصل یک و یا چند مورد زیر باشد: نقص های ذاتی (درونی)، آسیب پذیری در محل اجرا و یا آلودگی سطح تحت پوشش. با این وجود، اکثرا خوردگی به صورت ناگهانی و در مناطق دست نخورده اتفاق می­افتد. رویکردهای مختلفی برای این سوالات توسط افراد مختلف وجود دارد.

سازوکارهای احتمالی عنوان شده توسط این افراد شامل مقاومت­های یونی و الکترونیکی پوشش­­ها، چسبندگی پوشش به زیرآیند و مسیرهای نفوذی منجر به شکست، می­شود.

2.1- مهاجرت یون­ها

مطابق با نظریه Mayne جابه­ جایی یون­ها در پوشش­های آلی، آهسته و با سرعت محدودی است. بسته به طبیعت پلیمر، بار باید توسط آنیون یا کاتیون و یا هر دو حرکت داده شود. ورق فولادی تمیز و بدون زنگ و پوشش داده شده با 25 میکرون لاک شفاف پلی استایرن را در نظر بگیرید. (شکل 1.a) پس از گذشت چند هفته از ماندن آن در محیط، رسوب قرمز- قهوه­ای روی سطح لاک مشاهده شده و تاول­هایی حاوی مایع شفاف ممکن است در زیر لایه مشاهده شود (شکل1.b). برای ادامه واکنش الکتروشیمیایی، انتقال الکتریکی باید انجام شود. انتقال الکتریکی در الکترولیت، یونی و در زیرآیند الکتریکی است. بنابراین چطور انتقال الکتریکی در پلیمر انجام می­شود؟ (شکل 1.c) ظاهر رسوب­های قرمز- قهوه­ای روی سطح نشان می­دهد که یون Fe ²⁺  باید از زیرآیند به پلیمر مهاجرت کند (شکل 1.d). رشد تاول زیر فیلم نشان می­دهد که اکسیژن و آب باید از الکترولیت به پلیمر مهاجرت کنند (شکل 1).

[EasyDNNGallery|25034|Width|200|Height|200|position||resizecrop|False|lightbox|False|title|False|description|False|redirection|False|LinkText||]

شکل1-مشاهدات تجربی خوردگی زیر فیلم-a) پوشش اعمال شده بر روی زیرآیند تمیز (b قرار گرفتن در الکترولیت در چند هفته c)انتقال بار بین الکترولیت و زیرآیند d)مهاجرت یون از زیرآیند e)مهاجرت آب و اکسیژن

2.2-سدگری در برابر عوامل محیطی

Mayne در سال1950 اشاره کرد که نرخ معمول خوردگی mg cm⁻²y⁻¹ 70 فولاد، به mg cm⁻²y⁻¹11 آب و mg cm⁻²y⁻¹30 اکسیژن نیاز دارد و این نفوذ به راحتی در بسیاری از پلیمرهای شفاف بدست می ­آید. این مشاهدات بر مبنای فرضیه مهاجرت یونی است که در بالا اشاره شد. در پوشش­های حاوی رنگدانه، مشخصا رنگدانه­ های لایه­ای مناسب، می­تواند از حرکت آب و سایر گونه­ها جلوگیری کند (شکل 2). برای مثال در پوشش­های کامپوزیتی نانورس، زنجیرهای پلیمری بین صفحات رس متراکم تقویت می­شوند و لایه برداری منجر به جدایش کامل این صفحات برای تشکیل ساختاری کاملا به هم پیچیده می­شود. Deflorian و همکاران تا 80% کاهش سرعت نفوذ اکسیژن و 88% کاهش سرعت نفوذ آب را برای پوشش­های کامپوزیتی حاوی نانو رس در مقایسه با اپوکسی بدون این مواد گزارش کردند. با این حال شواهد حاکی از آن است که حتی برای صفحات ریز توزیع شده، کاهش سرعت نفوذ برای خوردگی زیرآیند در طولانی مدت ناکافی است و حتی بهترین سدها، خوردگی ناشی از آلودگی در زیر پوشش را متوقف نخواهد کرد.

شکل2- خواص سدکنندگی رنگدانه هایی با اشکال مشخص: رنگدانه های کروی نفوذ آسان تر آب را به همراه دارد در حالی که رنگدانه های لایه ای مسیر پیچیده ای را برای نفوذ ایجاد می کنند.

2.3- ناهمگونی پوشش
کاری که توسط Mayne و همکارانش بر روی پوشش های جدا شده (فیلم های آزاد) انجام شد، نشان داد که سیستم های شبکه ای شده از جمله آلکیدهای پنتا آرتیریتول روغن بزرک، فنل فرمالدهید و اپوکسی پلی آمید رفتار الکتریکی ناهمگونی در مقیاس طولی یکصدم متری از خود نشان دادند. بنابراین به هنگام غوطه وری در محلول الکترولیت در مدت زمان کوتاه حدود 10 دقیقه؛ بعضی از نواحی فیلم یافت شدند که دارای رسانایی متناسب با محلول است.( یعنی رسانایی مستقیم – نواحی D ) نواحی D مقاومت نسبتاً کمی دارد حدود 106–108Ω cm−2 . بر عکس در نواحی دیگر فیلم رسانایی نسبت عکس با محلول خارجی دارد ( یعنی رسانایی معکوس- نواحی I). این نواحی مقاومت بیشتری داشتند .109–1011Ω cm−2 فیلم ها می توانند از نظر درصد نواحی فیلم شامل ناحیه D و مقاومت¬های مربوطه نواحی I  و D تعریف شوند. اینها پارامترهای قابل تولیدی برای نوع خاصی از پوشش با ضخامت خاص می¬باشند. اعتقاد بر این است که جذب آب در داخل فیلم رسانایی بخش I را کنترل کرده در حالیکه جذب یون در فیلم رسانایی نوع D را. 

به خوبی می دانیم که در محل اجرا، مقاومت پوشش های آلی و فیلم های پلیمری در طول زمان با توجه به عوامل محیطی کاهش می یابد. این موضوع اساس فرضیهNguyen  است و بیانگر این است که جذب آب توسط پوشش، غیر یکنواخت است و در نواحی آبدوست کمتر شبکه¬ای شده، متراکم تر است( نواحی D ). تنش های محیطی سبب رشد این نواحی از لحاظ اندازه شده و این مسیر اجازه خوردگی زیر فیلم را ایجاد می¬کند تا تاول زدن و درنهایت شکست پوشش را ایجاد کند. 
اخیرا با وجود پیشرفت هایی در زمینه ریز پراش ها مثل آنالیزهای مادون قرمز با استفاده از میکروسکوپ نیروی اتمی می¬توان تصاویر شیمیایی را در مقیاس نانو داشت. چنین کاری نشان می دهد که جذب آب در اپوکسی فنولیک، سیستم پوششی ای با ناهمگونی زیاد است و با نواحی واکنش نداده اپوکسی مرتبط است و فرض شده که با اختلافات موضعی در دانسیته شبکه ای و حجم آزاد شبکه پلیمری ارتباط دارد (شکل 3).

(ادامه دارد …)

متن کامل این مقاله را در شماره 188ام دوماهنامه پوشرنگ از گروه مجلات بسپار که در اردیبهشت ماه منتشر شده است بخوانید.