다층 마이크로/나노를 라이닝한 강철의 특성

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 19194(2022) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

이 연구에서는 강철 쿠폰의 각 면에 있는 3개의 다층 고분자 코팅의 서로 다른 구조 간의 기계적 및 장벽 저항 특성을 비교하는 것을 연구했습니다. 1wt%, 2wt%, 3wt% 마이크론 또는 나노 크기의 알루미나(Al2O3) 입자로 채워진 에폭시는 양면의 강철 코팅층을 나타냅니다. 코팅된 강철 시편을 염용액과 구연산 매질에 담그어 배리어 저항성을 수행했습니다. 마이크론 및 나노 크기의 알루미나(Al2O3) 입자를 에폭시 코팅에 첨가하면 순수 에폭시 코팅에 비해 건조 및 습윤 조건에서 차단 저항, 인장 및 경도가 향상되었습니다. Al2O3 마이크로/나노 입자가 추가로 증가하면 인장 강도와 장벽 저항이 저하됩니다. 1wt% Al2O3 나노입자로 채워진 에폭시로 라이닝된 강철은 건조 및 습윤 조건에서 각각 최대 인장 강도가 299.5MPa 및 280.9MPa입니다. 그러나 1wt% Al2O3 미립자로 충전된 에폭시 라이닝 강철은 건식 및 습윤 조건에서 각각 296.5MPa 및 275.4MPa의 인장 강도를 나타냅니다. 단계적으로 등급이 매겨진 마이크로/나노복합체 코팅에서는 우수한 특성이 관찰되었습니다. 3wt% Al2O3 나노입자로 채워진 에폭시 라이닝 강철은 건조 조건과 습윤 조건에서 각각 최대 경도가 46HV와 40HV입니다.

금속 부식은 철 구조물이 부식될 때 발생하는 철 구조물의 중요한 문제 중 하나로 간주됩니다1. 강철은 저비용으로 제작할 수 있어 기계적 강도가 높습니다. 결과적으로 시추 장비, 조선 및 파이프라인에 활용됩니다. 해병대에서는 부식으로 인해 전체 고장의 30%가 발생하므로 수리하거나 부품을 교체해야 합니다. 해양 환경에서 강철의 부식은 염분과 알칼리도의 영향을 받습니다2. 그 후, 신규 또는 기존 강철 구조물의 부식을 방지하기 위해 강철 표면에 코팅을 수행했습니다. 강철의 부식은 특히 유전 및 해양 환경에서 비용이 많이 들기 때문에 많은 연구 관심을 끌었습니다3. 최근에는 산소와 수분의 확산을 줄이기 위해 강철에 고분자 복합 라이너를 사용했습니다. 금속에 대한 에폭시 코팅으로서의 보호 유기 코팅은 우수한 내후성을 특징으로 합니다4. 보호된 에폭시 코팅은 매우 우수한 인성, 내구성 및 금속 기판에 대한 접착력으로 인해 습한 환경에서 큰 주목을 받았습니다1. 그러나 에폭시 코팅의 높은 가교 밀도와 장벽 거동은 부식에 노출되면 바람직하지 않은 영향을 받을 수 있습니다. 폴리머 코팅이 약해지면 구멍이 생기고 에폭시 코팅 표면에 결함이 발생합니다. 부식성 매체에 노출되면 구멍과 결함의 폭과 깊이가 더 커집니다. 전해질이 고분자 코팅5에서 확산됨에 따라 구멍은 전도성 경로로 간주됩니다. 더욱이, 보호 코팅은 고분자 코팅/금속 계면6에서 분리되는 박리의 원인으로 인해 실패합니다. 고분자 코팅의 열화는 차단 특성을 감소시켜 고분자 코팅의 기계적 특성을 저하시킵니다5. 따라서 실제 적용 요구 사항을 충족하려면 에폭시를 에폭시 복합 코팅으로 대체하여 에폭시 수지의 특성을 향상시키는 것이 필수적입니다4.

에폭시 코팅에 내장된 무기 필러는 유기 고분자 코팅의 부식 방지 특성을 향상시키는 방법 중 하나입니다. 마이크론 또는 나노 크기의 더 작은 필러 입자를 추가하면 도입된 폴리머 코팅의 차단 특성이 향상될 수 있습니다. 필러의 크기, 형태, 모양 및 중량 비율은 복합레진의 본질적인 특성에 큰 영향을 미칩니다2. 나노입자는 우수한 수분 장벽으로 간주되어 수분 흡수를 효과적으로 방해하여 금속의 수명을 향상시킵니다2. 다양한 나노물질은 식품 산업의 다양한 수준에서 인간 건강에 긍정적인 영향과 부정적인 영향을 미치고 있습니다. 알루미나는 가공 기계, 기구, 장치 등 기타 식품 접촉 물질의 오염이나 이동으로 인해 존재할 수도 있습니다7. Al2O3 입자를 함유한 코팅은 폴리머 코팅에 비해 긁힘 및 내마모성이 향상된 것으로 나타났습니다. 스크래치 및 내마모성의 이러한 향상은 폴리머 코팅에 있는 Al2O3 나노입자의 분산 경화에 기인합니다8. 고분자 코팅에 나노 크기의 미립자를 활용하고 독성 용매에 대한 요구 사항을 제거하면 환경에 미치는 영향을 높일 수 있습니다9. 고분자 코팅에 내장된 나노입자는 뛰어난 물리적, 기계적 및 열적 특성으로 잘 알려져 있습니다10,11.