Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Evaluation and Screening of Different Graphene based Coatings on Stainless Steel in Heated Saltwater
KTH, School of Chemical Science and Engineering (CHE).
2017 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesisAlternative title
Utvärdering och screening av olika grafenbaserade beläggningar på rostfritt stål i uppvärmd saltvatten (Swedish)
Abstract [en]

Heat exchangers are used to transfer heat between different media such as liquids and/or gases. There are different types of heat exchangers for various applications, and they are used in many industries. They are mainly made of metal and can be coated for protection or restricting contact between media and metal. 

The stainless steel used in this project is found in heat exchangers located in marine environments. In addition to high temperatures, the stainless steel has to endure both saltwater, growth of bacteria and algae on the surface, and constant motion. All this leads to increased corrosion and reduced lifetime for these marine devices. This project aims to avoid this degradation from occurring by developing a protective coating for the stainless steel.

The coating system is built up of 5 parts, pretreatment, primer, direct to metal (DTM) coating, anti- corrosion additive, and top coating. Most of the testing methods consisted of putting the coated metal in a heated saltwater bath at either 70 or 85°C for a period of time and then visually evaluating the results.

Sandblasting with Al2O3 and Fe2O3 as well as 15 s air plasma were pretreatments that reduced the corrosion resistance of the stainless steel. Different pretreatments of the stainless steel showed different roughness, but only the polished one with sandingpaper grit 600 had no visible reduction in corrosion resistance and was the smoothest of the samples. Use of primer, silanization through aminopropyl silane (APS) was visually shown to increase adherence and the durability of epoxy DTM coatings after exposure to heated salt water. Epoxy and 2 different types of fluoropolymers were applied as both DTM and top coating. The evaluation showed that the fluoropolymer needs a catalyst and worked best as a top layer. The anti-corrosion additives used in the epoxy were 2 different types of graphene with different grain size with and without coupling agents. The smaller graphene had also been oxidized. All coatings applied on primed stainless steel without the coupling agents were durable in 70°C for at least 7 days. Only the epoxy with the additive containing smaller grains of graphene and the top coating of fluoropolymer 1i with catalyst was durable in 85°C for at least 4 days.

This result shows that the final product of polished stainless steel, primed with APS, coated with epoxy containing smaller grains of oxidized graphene and top coated with a Fluoropolymer is the best of the studied systems for achieving durability of a stainless steel heat-exchanger for marine applications.

Abstract [sv]

Värmeväxlare används för att överföra värme mellan vätskor och/eller gaser. Det finns olika typer av värmeväxlare för olika tillämpningar, och de används i många branscher. De är huvudsakligen gjorda av metall och kan beläggas för att skydda eller begränsa kontakten mellan media och metall.

Det rostfria stålet som används i detta projekt behöver beläggas för att kunna användas i värmeväxlare placerade i marina miljöer. Förutom höga temperaturer måste den kunna uthärda både saltvatten, påväxt av bakterier och alger på ytan och konstant flödande vatten. Allt detta leder till ökad korrosion och minskad livslängd för dessa marina enheter. Projektet syftar till att undvika att denna nedbrytning uppstår genom att man utvecklar en skyddande beläggning för det rostfria stålet.

Beläggningen är uppbyggd av 5 delar, förbehandling, primer, direkt till metall (DTM) beläggning, anti- korrosionsadditiv och toppbeläggning. Ett första test var att ha den belagda metallen i ett uppvärmt saltvattenbad vid antingen 70 eller 85°C under omrörning en tidsperiod och sedan utvärderar resultatet visuellt, främst med avseende på adhesionen av beläggningen

Sandblästring med Al2O3 och Fe2O3 samt 15 s luftplasma var förbehandlingar som reducerade rostfritt stålets korrosionsbeständighet. Olika förbehandlingar av det rostfria stålet uppvisade annorlunda ytråhet, men endast den polerade med slippapper 600 var utan synlig minskning av korrosionsbeständigheten och var den slätaste av proverna. Användning av primer, silanisering med aminopropylsilan (APS) visade på ökad vidhäftning visuellt och hållbarhet hos epoxi DTMbeläggningar. Epoxi och 2 olika typer av fluorpolymerer applicerades som både DTM och toppbeläggning. Utvärderingen visade att fluoropolymeren behövde en katalysator och fungerade

bäst som ett topplager jämfört med epoxiden. De undersökta korrosionsskyddande additiven var 2 olika typer av grafen med olika storlek med och utan adhesionspromotor. Det mindre grafenen hade också oxiderats. Alla beläggningar applicerade på silaniserat rostfritt stål utan kopplingsmedel höll för 70°C 3% saltvatten i minst 7 dagar. Av de testade kombinationerna var det dock endast epoxiden med tillsatsen innehållande mindre och oxiderat grafen samt med toppbeläggningen av fluorpolymer-som höll för i 85°C 3% saltvatten i minst 4 dagar.

För att summera så är den bästa kombinationen för hållbara och skyddande ytskikt att använda polerat rostfritt stål, silaniserat med APS, belagt med epoxi innehållande oxiderat grafen och toppbelagt med en fluoropolymer.

Place, publisher, year, edition, pages
2017. , 31 p.
Keyword [en]
Graphene, Epoxy, stainless steel, Corrosion, Adhesion, Coatings, Direct to Metal, Top Coating, Saltbath, Marine environment, Durability, Flouropolymer, Additives, Crosslinker, Bisphenol A, Graphene oxide, Plasma Cleaning, Sonication, Heat exchangers, Silanization
National Category
Polymer Chemistry
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-214990OAI: oai:DiVA.org:kth-214990DiVA: diva2:1145293
External cooperation
RISE
Available from: 2017-09-28 Created: 2017-09-28 Last updated: 2017-09-28Bibliographically approved

Open Access in DiVA

No full text

By organisation
School of Chemical Science and Engineering (CHE)
Polymer Chemistry

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 30 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf