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
Long-term corrosion protection by a thin nano-composite coating
KTH, School of Chemical Science and Engineering (CHE), Chemistry, Surface and Corrosion Science. SP Technical Research Institute of Sweden.
Show others and affiliations
2015 (English)In: Applied Surface Science, ISSN 0169-4332, E-ISSN 1873-5584Article in journal (Refereed) Published
Abstract [en]

We report and discuss the corrosion protective properties of a thin nano-composite coating system consisting of an 11 μm thick polyester acrylate (PEA) basecoat, covered by an approximately 1 - 2 μm thick layer of TiO2 nanoparticles carrying a 0.05 μm thick hexamethyl disiloxane (HMDSO) top coat. The corrosion protective properties were evaluated on carbon steel substrates immersed in 3 wt% NaCl solution by open circuit potential (OCP) and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) measurements. The protective properties of each layer, and of each pair of layers, were also evaluated to gain further understanding of the long term protective properties offered by the nano-composite coating. The full coating system showed excellent corrosion protective properties in the corrosive environment of 3 wt% NaCl-solution for an extended period of 100 days, during which the coating impedance, at the lower frequency limit (0.01 Hz), remained above 108 Ωcm2. We suggest that the excellent corrosion protective properties of the complete coating system is due to a combination of i) good adhesion and stability of the PEA basecoat, ii) the surface roughness and the elongated diffusion path provided by the addition of TiO2 nanoparticles, and iii) the low surface energy provided by the HMDSO top coat.

Place, publisher, year, edition, pages
Elsevier, 2015.
Keyword [en]
Liquid flame spray, corrosion, corrosion protection, carbon steel, plasma coating, impedance spectroscopy
National Category
Condensed Matter Physics
Research subject
Chemistry
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-175402DOI: 10.1016/j.apsusc.2015.09.238ISI: 000366219700131Scopus ID: 2-s2.0-84957029673OAI: oai:DiVA.org:kth-175402DiVA: diva2:860818
Note

QC 20160115

Available from: 2015-10-14 Created: 2015-10-14 Last updated: 2017-12-01Bibliographically approved
In thesis
1. Hydrophobic and superhydrophobic coatings for corrosion protection of steel
Open this publication in new window or tab >>Hydrophobic and superhydrophobic coatings for corrosion protection of steel
2015 (English)Doctoral thesis, comprehensive summary (Other academic)
Abstract [en]

Since metals in general, and steels in particular, are vital construction materials in our modern society, the corrosion protection of said materials is of great importance, both to ensure safety and to reduce costs associated to corrosion. Previously, chromium (VI) and other harmful substances were effectively used to provide corrosion protection to steel, but since their use was heavily regulated around year 2000, no coating has yet been developed that, in a fully satisfactory manner, replaces their corrosion protective properties.In this thesis, the use of hydrophobic and superhydrophobic surface coatings as part of corrosion protective coating systems has been studied. Since the corrosion mechanism relies on the presence of water to take place, the use of a superhydrophobic coating to retard the penetration of water to an underlying metal surface is intuitive. The evaluation of corrosion protective properties of the hydrophobic and superhydrophobic surfaces was performed using mainly contact angle measurements and electrochemical measurements in severely corrosive 3 wt% NaCl water solution.First, the differences in corrosion protection achieved when employing different hydrophobic wetting states were investigated using a model alkyl ketene dimer wax system. It was found that superhydrophobicity in the Lotus state is superior to the other states, when considering fairly short immersion times of less than ten days. This is due to the continuous air film that can form between such a superhydrophobic surface and the electrolyte, which can retard the transport of electrolyte containing corrosive ions to the metal surface to the point where the electrical circuit is broken. Since corrosion cannot occur unless an electrical current is flowing, this is a very efficient way of suppressing corrosion.An air layer on an immersed superhydrophobic surface is, however, not stable over long time, and to investigate long-term corrosion protection using hydrophobic coatings a polydimethylsiloxane formulation containing hydrophobic silica nanoparticles was developed. This system showed enhancement in corrosion protective properties with increasing particles loads, up until the point where the particle load instead causes the coating to crack (at 40 wt%). The conclusion is that the hydrophobicity of the matrix and filler, in combination with the elongatedivdiffusion path supplied by the addition of particles, enhanced the corrosion protection of the underlying substrate.To further understand how hydrophobicity and particle addition affect the corrosion protective properties of a coating a three layer composite coating system was developed. Using this coating system, consisting of a polyester acrylate base coating, covered by TiO2 particles (with diameter < 100 nm) and finally coated with a thin hexamethyl disiloxane coating, it was found that both hydrophobicity and particles are needed to reach a great enhancement in corrosion protective properties also for this system.

Abstract [sv]

Eftersom metaller, och då särskilt stål, är viktigta konstruktionsmaterial i vårt moderna samhälle är korrosionsskydd av stor betydelse, både för att garantera säkerhet och för att minska kostnader som uppkommer i samband med korrosion. Tidigare har sexvärt krom och andra skadliga ämnen använts för att på ett effektivt sätt skydda stål från korrosion, men efter att deras användning kraftigt reglerades runt år 2000 har ännu ingen beläggning utvecklats som helt kan ersätta krombeläggningarna med avseende på funktion.I denna avhandling har hydrofoba och superhydrofoba ytbeläggningar och deras möjliga applikation som en del av ett korrosionsskyddande beläggningssystem studerats. Eftersom korrosionsmekanismen är beroende av närvaron av vatten, är användandet av en superhydrofob beläggning för att fördröja transporten av vatten till den underliggande metallytan intuitiv. De korrosionsskyddande egenskaperna hos superhydrofoba ytbeläggningar utvärderades här främst med hjälp av kontaktvinkelmätningar och elektrokemisk utvärdering i korrosiv lösning bestående av 3 vikts% NaCl i vatten.Först undersöktes skillnaden i korrosionsskydd som uppnås vid användandet av ytbeläggningar med olika hydrofoba vätningsregimer med hjälp av ett modellsystem bestående av ett alkylketendimer vax. Det konstaterades att superhydrofobicitet i Lotusregimen är överlägset bättre än de andra hydrofoba vätningsregimerna, i alla fall när man ser till relativt korta exponeringstider, typiskt mindre än tio dagar. Detta beror på att den kontinuerliga luftfilm som kan bildas på en sådan typ av superhydrofob yta kan minska transporten av elektrolyt (som innehåller korrosiva joner) till metallytan till den grad att den elektriska kretsen bryts. Eftersom korrosion inte kan ske utan en sluten elektrisk krets är detta ett mycket effektivt sätt att förhindra korrosion från att ske.Ett luftskikt på en superhydrofob yta nedsänkt i vatten är dock inte stabilt under lång tid. För att undersöka möjligheten till korrosionsskydd under längre tid med hjälp av hydrofoba beläggningar utvecklades en hydrofob ytbeläggning bestående av polydimetylsiloxan och hydrofoba nanopartiklar av kiseldioxid. Detta system visade en förbättring av korrosionsskyddet vid ökat partikelinnehåll upp till den koncentration (40 wt%) där i stället sprickbildning i ytbeläggningen observerades. Från detta system kunde slutsatsen dras att matrisens och partiklarnasvihydrofobicitet i kombination med den längre diffusionsvägen som partiklarna orsakade förbättrade korrosionsskyddet av den underliggande metallen.För att ytterligare förstå hur hydrofobicitet och partikeltillsatser påverkar en ytbeläggnings korrosionsskyddande egenskaper har dessutom ett treskikts kompositbeläggningssystem utvecklats. Genom att använda detta beläggningssystem, som består av en basbeläggning av polyesterakrylat, ett lager TiO2-partiklar (med en diameter på <100 nm) slutligen belagt med ett tunt ytskikt bestående av hexametyldisiloxan så kunde slutsatsen dras att både en hydrofob matris och partiklar behövs för att nå en markant förbättring av ytbeläggningens korrosionsskyddande egenskaper.

Place, publisher, year, edition, pages
Stockholm: KTH Royal Institute of Technology, 2015. xvi, 57 p.
Series
TRITA-CHE-Report, ISSN 1654-1081 ; 2015:54
Keyword
Superhydrophobic coating, hydrophobic coating, corrosion protection, contact angles, electrochemical measurements, surface characterization
National Category
Engineering and Technology
Research subject
Chemistry
Identifiers
urn:nbn:se:kth:diva-175405 (URN)978-91-7595-703-6 (ISBN)
Public defence
2015-11-06, F3, Lindstedsvägen 26, KTH, Stockholm, 10:00 (English)
Opponent
Supervisors
Funder
Swedish Foundation for Strategic Research , 2005:0073/13
Note

QC 20151015

Available from: 2015-10-15 Created: 2015-10-14 Last updated: 2015-10-15Bibliographically approved

Open Access in DiVA

No full text

Other links

Publisher's full textScopus

Authority records BETA

Pan, Jinshan

Search in DiVA

By author/editor
Ejenstam, LinaPan, JinshanSwerin, AgneClaesson, Per M.
By organisation
Surface and Corrosion Science
In the same journal
Applied Surface Science
Condensed Matter Physics

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar

doi
urn-nbn

Altmetric score

doi
urn-nbn
Total: 203 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