RU2744336C1 - Водная суспензия, содержащая органосилан, ингибитор коррозии и промотор поликонденсации, и способ получения защитных пленок на поверхности вольфрама и покрытий на его основе из водной суспензии, содержащей органосилан, ингибитор коррозии и промотор поликонденсации - Google Patents

Водная суспензия, содержащая органосилан, ингибитор коррозии и промотор поликонденсации, и способ получения защитных пленок на поверхности вольфрама и покрытий на его основе из водной суспензии, содержащей органосилан, ингибитор коррозии и промотор поликонденсации Download PDF

Info

Publication number
RU2744336C1
RU2744336C1 RU2020121574A RU2020121574A RU2744336C1 RU 2744336 C1 RU2744336 C1 RU 2744336C1 RU 2020121574 A RU2020121574 A RU 2020121574A RU 2020121574 A RU2020121574 A RU 2020121574A RU 2744336 C1 RU2744336 C1 RU 2744336C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
tungsten
coatings
corrosion inhibitor
siloxane
corrosion
Prior art date
Application number
RU2020121574A
Other languages
English (en)
Inventor
Наталья Андреевна Гладких
Владимир Владимирович Душик
Андрей Александрович Шапаренков
Алексей Викторович Шапагин
Юрий Борисович Макарычев
Александр Владимирович Гордеев
Андрей Игоревич Маршаков
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина Российской академии наук (ИФХЭ РАН)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина Российской академии наук (ИФХЭ РАН) filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина Российской академии наук (ИФХЭ РАН)
Priority to RU2020121574A priority Critical patent/RU2744336C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2744336C1 publication Critical patent/RU2744336C1/ru

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23F—NON-MECHANICAL REMOVAL OF METALLIC MATERIAL FROM SURFACE; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL; MULTI-STEP PROCESSES FOR SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL INVOLVING AT LEAST ONE PROCESS PROVIDED FOR IN CLASS C23 AND AT LEAST ONE PROCESS COVERED BY SUBCLASS C21D OR C22F OR CLASS C25
    • C23F11/00—Inhibiting corrosion of metallic material by applying inhibitors to the surface in danger of corrosion or adding them to the corrosive agent
    • C23F11/08—Inhibiting corrosion of metallic material by applying inhibitors to the surface in danger of corrosion or adding them to the corrosive agent in other liquids
    • C23F11/10—Inhibiting corrosion of metallic material by applying inhibitors to the surface in danger of corrosion or adding them to the corrosive agent in other liquids using organic inhibitors
    • C23F11/167—Phosphorus-containing compounds
    • C23F11/1676—Phosphonic acids
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D13/00—Electrophoretic coating characterised by the process
    • C25D13/04—Electrophoretic coating characterised by the process with organic material

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Paints Or Removers (AREA)
  • Preventing Corrosion Or Incrustation Of Metals (AREA)

Abstract

Группа изобретений относится к области поверхностных пленок для временной консервации поверхности вольфрама и покрытий на его основе в коррозионно-агрессивных атмосферах. Для получения защитной пленки на поверхности вольфрама или на поверхности покрытий на основе вольфрама используют водную суспензию, содержащую органосилан в виде метакрилоксипропилтриметоксисилана от 0,05 до 0,3 М, ингибитор коррозии в виде 1,2,3-бензотриазола 0,01 М, и промотор поликонденсации, в качестве которого используют оксиэтилидендифосфоновую кислоту 0,02 М. Суспензия имеет pH в диапазоне 2-2,5. Суспензию подвергают ультразвуковой обработке. Проводят катафорезное осаждение путем пропускания через суспензию постоянного электрического тока в диапазоне от 0,2 до 5 А в течение 5 мин с формированием на поверхности вольфрама и покрытий на его основе силоксановых слоев. После чего с поверхности сформированных силоксановых слоев удаляют излишки силоксана, проводят полимеризацию силоксановых слоев при температуре 105÷120°С в течение 30 мин. Изобретения позволяют увеличить скорость формирования защитных слоев на поверхности вольфрама и покрытий на его основе, повысить их антикоррозионные свойства. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Description

Изобретение относится к водной композиции, а именно, к получению водных суспензий, содержащих органосилан, ингибитор коррозии и промотор поликонденсации по средствам ультразвуковой обработки. Подобным же образом, изобретение относится к способу нанесения катафорезного покрытия на металлическую поверхность, точнее, на поверхность вольфрама и покрытий на его основе. Более конкретно, изобретение относится к области поверхностных пленок для временной консервации поверхности металла, а конкретно, вольфрама и покрытий на его основе, в коррозионно-агрессивных атмосферах.
Согласно литературным данным вольфрам и покрытия на его основе являются весьма перспективным износостойким и антикоррозионным материалом, который может быть использован для защиты важных узлов агрегатов ракетной, химической, нефтегазовой промышленностей и т.д. [Yu. V. Lakhotkin, S.A. Aleksandrov, Yu. N. Zhuk. Alloyed tungsten produced by chemical vapour deposition. Patent EP 1838896. WO 2006/040545 A2. April 20. 2006; Yu. V. Lakhotkin, V. P. Kuzmin, N. V. Rozhanskii. The corrosion behavior of hard W-C system chemical vapor deposition layers in HCl and H2S aqueous solutions // Protection of Metals and Physical Chemistry of Surfaces, 2016. Vol. 52. No. 7. P. 1153 – 1156]. Вольфрам обладает высокой коррозионной стойкостью в кислых средах рН 2 – 5, что обусловлено формированием защитного оксидного слоя (WO3, W2O5) на металлической поверхности при контакте с агрессивной атмосферой. Однако, в нейтральных и щелочных средах (рН>6) коррозионное сопротивление вольфрама уменьшается. В этих условиях происходит ионизация вольфрама в форме кислотного остатка вольфрамовой кислоты, что приводит к активному растворению металла. Таким образом, вольфрам и покрытия на его основе нуждаются в дополнительной защите, в частности, в рН–нейтральных атмосферных условиях (рН 5.5 – 7.5). В качестве дополнительных мер защиты можно использовать хроматные покрытия, однако данные покрытия являются токсичными, их использовать в качестве дополнительной и временной защиты вольфрама и покрытий на его основе нельзя [W. J. Van Ooij, T. Child Protecting metals with silane coupling agents // Chemtech, 1998. Vol. 28. No. 2. P. 26 – 35; K. Moriguchi, S. Utagawa Silane: chemistry, applications, and performance // Published by Nova Science Publishers, Inc. New York, 2013. P. 87 - 111]. В последние годы, в борьбе с коррозией используются новые методы модификации металлической поверхности, основанные на применении экологически чистых веществ, к которым относятся кремнийорганические соединения, в частности, органосиланы. Органосиланы не встречаются в природе, в основном их синтезируют из диоксида кремния. Общая формула органосиланов имеет следующий вид: RnSi(OEt)4-n, где R – представляет собой органофункциональную группу, a OЕt – гидролизуемую групппу типа метокси (–OCH3), этокси (–OC2H5) или ацетокси (–OCOCH3). Органосиланы способны ингибировать коррозионные процессы, происходящие на металлической поверхности в результате хемосорбции и последующей поликонденсации [E. P. Plueddenmann Silane coupling agents // 2nd edition, New York: Plenum Press, 1991. 181 p.; N. Gladkikh, Y. Makarychev, M. Maleeva, M. Petrunin, L. Maksaeva, A. Rybkina, A Marshakov, Y. Kuznetsov. Synthesis of thin organic layers containing silane coupling agents and azole on the surface of mild steel. Synergism of inhibitors for corrosion protection of underground pipelines // Progress in Organic Coatings, 2019. Vol. 132. P. 481 – 489]. Этот процесс состоит их нескольких стадий: в результате гидролиза органосиланов сначала образуются силанолы по реакции (1), затем силанолы хемосорбируются на металле по реакции (2), далее, происходит формирование пленки за счет поликонденсации силоксановых групп по реакции (3).
Образование связи Si
Figure 00000001
OH
Figure 00000002
 (1)
Образование связи Si
Figure 00000001
O
Figure 00000001
Ме
Figure 00000003
 (2)
Образование связи Si
Figure 00000001
O
Figure 00000001
Si
Figure 00000004
Figure 00000005
 (3)
Не смотря на то, что органосиланы тормозят коррозионные процессы на металле, их защитное действие намного ниже, по сравнению с ингибиторами коррозии [Ya. G. Avdeev, M. V. Tyurina, Yu. I. Kuznetsov. Protection of low-carbon steel in phosphoric acid solutionsby mixtures of a substituted triazole with sulfur-containing compounds // International Journal of Corrosion and Scale Inhibition, 2014. Vol. 3. P. 246 – 253; J. G. Haasnoot. Mononuclear, oligonuclear and polynuclear metal coordination compounds with 1,2,4-triazole derivatives as ligands // Coordination Chemistry Reviews, 2000. Vol. 200 – 202. P. 131 – 185]. В этой связи целесообразно использовать ингибиторную композицию, которая состоит из молекул органосилана и ингибитора коррозии. В настоящее время известно большое количество эффективных ингибиторов коррозии в рН–нейтральных средах [ISO 8044:2015. Corrosion of metals and alloys. Basic terms and definitions // 25. 08. 2015 – P. 86; Yu. I. Kuznetsov. Organic inhibitors of corrosion of metals, New York and London: Plenum Press, 1996. 283 р.]. Так, ингибиторы коррозии окислительного типа (хроматы, молибдаты, вольфраматы и т.д.) обладают хорошими защитными свойствами по отношению ко многим конструкционным металлам в широком диапазоне рН. Однако, как было написано ранее, хроматы – токсичны, их применение исключено. Вольфраматы и молибдаты возможно использовать в качестве ингибиторов коррозии, так как они имеют химическую структуру, сходную с хроматами, однако, они не столь эффективны, как хроматы и обладают высокой стоимостью, что резко ограничивает возможность их применения [Yu. I. Kuznetsov. Physicochemical aspects of the inhibition of metal corrosion in aqueous solution // Russian Chemisrty Review, 2004. Vol. 73. No. 1. P. 79 – 93]. Кроме того, при подборе ингибиторов необходимо учитывать не только их стоимость, доступность, среду эксплуатации, но и сродство ингибитора с другими составляющими ингибиторной композиции [N. Gladkikh, Y. Makarychev, M. Maleeva, M. Petrunin, L. Maksaeva, A. Rybkina, A Marshakov, Y. Kuznetsov. Synthesis of thin organic layers containing silane coupling agents and azole on the surface of mild steel. Synergism of inhibitors for corrosion protection of underground pipelines // Progress in Organic Coatings, 2019. Vol. 132. P. 481 – 489]. Так, ингибиторы окислительного типа можно заменить ингибиторами адсорбционного типа. Адсорбция ингибитора приводит к формированию защитных слоев на металлической поверхности, что определяется зарядом адсорбирующихся частиц, а также их способностью образовывать химические связи с поверхностью металла или продуктами его взаимодействия с компонентами агрессивной среды (оксидно/гидроксидный слой). Гетероциклические органические соединения широко используются для защиты металлов от коррозии, за счет их способности хемосорбироваться на металле и образовывать труднорастворимые наноразмерные защитные пленки. Ингибитор коррозии адсорбционного типа 1,2,3-бензотриазол (БТА) является одним из наиболее дешевых, доступным и исследованным гетероциклическим ингибитором, который широко применяется для защиты металлов [Yu. I. Kuznetsov. Triazoles as a class of multifunctional corrosion inhibitors. A review. Part I. 1,2,3-Benzotriazole and it’s derivatives. Copper, zinc and their alloys // International Journal of Corrosion and Scale Inhibition, 2018. Vol. 7. P. 271–307; L. P. Kazanskii, I. A. Selyaninov. XPES of 1,2,3-benzotriazole nanolayers formed on iron surface // Protection of Metals and Physical Chemistry of Surfaces, 2010, Vol. 46. No. 7. P. 797 – 804]. Поскольку, молекула БТА является слабой NH-кислотой, то она способна вступать в реакцию гидролитической поликонденсации с силанольными группами по реакции 4:
Образование связи Si
Figure 00000001
N
Figure 00000006
 (4)
Таким образом, образующиеся силоксано-азольные фрагменты, способны обеспечивать дополнительную сшивку поверхностных адсорбированных молекул, тем самым, увеличивая степень полимеризации и, как следствие, плотность поверхностных слоев.
Наиболее близким аналогом заявляемого изобретения является использование защитных антикоррозионных хроматных покрытий [G. Lu., G. Zangari. Investigations of the effect of chromate conversion coatings on the corrosion resistance of Ni-based alloys // Electrochimica Acta, 2004. Vol. 49. No. 9–10. P. 1461 – 1473; Z. Mekhalif, J. Delhalle. Investigation of the protective action of chromate coatings on hot-dip galvanized steel: role of wetting agents // Corrosion Science, 2005. Vol. 47. No. 3. P. 547 – 566], однако, как уже было написано ранее, по причине токсичности, их применение исключено.
Техническим результатом является увеличение скорости формирования защитных слоев на поверхности вольфрама и покрытий на его основе, повышение их антикоррозионных свойств, что делает возможным использовать данный способ нанесения пленки для временной консервации металлических изделий из вольфрама и покрытий на его основе (защиты металлической поверхности от атмосферной коррозии).
Технический результат достигается тем, что водная суспензия содержит органосилан, ингибитор коррозии и промотор поликонденсации, в следующих пропорциях:
- метакрилоксипропилтриметоксисилан, концентрацией от 0.05 до 0.3 М;
- 1,2,3-бензотриазол, концентрацией 0.01 М;
- оксиэтилидендифосфоновую кислоту, концентрацией 0.02 М.
Способ получения защитных пленок на поверхности вольфрама и покрытий на его основе из водной суспензии, содержащей органосилан, ингибитор коррозии и промотор поликонденсации, включает:
- ультразвуковую обработку водной суспензии, состоящей из органосилана, ингибитора коррозии и промотора поликонденсации;
- формирование силоксановых слоев на поверхности вольфрама и покрытий на его основе методом катафорезного осаждения, заключающимся в пропускании постоянного электрического тока в диапазоне от 0.2 до 5 А через полученную водную суспензию в течение 5 минут;
- удаление излишков силоксана;
- полимеризацию силоксановых слоев на поверхности вольфрама и покрытий на его основе при температуре 105÷120°С в течение 30 минут.
При этом ультразвуковую обработку водной суспензии, состоящей из органосилана, ингибитора коррозии и промотора поликонденсации осуществляют в течение 15÷60 минут.
При этом удаление излишков силоксана осуществляют с помощью центрифугирования или путем промывки в спирте.
Сущность группы изобретений поясняется дальнейшим описанием и фигурами, на которых показано:
Фиг. 1А – структурная формула метакрилоксипропилтриметоксисилана
Фиг. 1В – структурная формула 1,2,3-бензотриазола
Фиг. 1С – структурная формула оксиэтилидендифосфоновой кислоты
Фиг. 2 – схема ячейки для катафорезного осаждения, где приняты следующие обозначения:
1 – источник постоянного тока;
2 – аноды из нержавеющей стали;
3 – катод (изделие из вольфрама);
4 – держатель электродов;
5 – водная суспензия содержащая органосилан, ингибитор коррозии и промотор поликонденсации.
Обычно органосиланы используют в виде раствора, преимущественно водного. В этой связи, в данной работе в качестве растворителя предлагается использовать воду. При взаимодействии органосилана с водным раствором, начинается гидролиз первого вещества. Полнота реакции гидролиза органосилана зависит от рН среды и времени выдержки в водном растворе. Согласно данным работы [F D. Osterholtz, E. R. Pohl. Kinetics of the hydrolysis and condensation of organofunctional alkoxysilanes: a review // Journal of Adhesion Science and Technology, 1992. Vol. 6. P. 127 – 149] при диапазоне рН от 2 до 4 происходит полный гидролиз молекул органосилана. Обычно, для установления рН среды, в водный раствор органосилана добавляют кислоты (карбоновые, фосфоновые и т.д.) [N. Gladkikh, Yu. Makarychev, A. Chirkunov, A. Shapagin, M. Petrunin, L. Maksaeva, M. Maleeva, T. Yurasova, A. Marshakov. Formation of polymer-like anticorrosive films based on organosilanes with benzotriazole, carboxylic and phosphonic acids. Protection of copper and steel against atmospheric corrosion // Progress in Organic Coatings, 2020. Vol. 141. P. 1 – 10]. Кроме того, многоосновные фосфоновые или карбоновые кислоты являются кислотными катализаторами реакции гидролитической конденсации при полимеризации органосиланолов. В связи с этим, в качестве промотора поликонденсации в данной работе предложено использовать оксиэтилидендифосфоновую кислоту (ОЭДФ). ОЭДФ – многоосновная кислота, которая способна к созданию полимерных пленок на металлах при взаимодействии с органосиланами. Кроме этого, ОЭДФ – эффективный ингибитор коррозии металла в водных растворах [N. Gladkikh, Yu. Makarychev, A. Chirkunov, A. Shapagin, M. Petrunin, L. Maksaeva, M. Maleeva, T. Yurasova, A. Marshakov. Formation of polymer-like anticorrosive films based on organosilanes with benzotriazole, carboxylic and phosphonic acids. Protection of copper and steel against atmospheric corrosion // Progress in Organic Coatings, 2020. Vol. 141. P. 1 – 10]. Для ускорения гидролиза органосилана целесообразно, помимо регулировки рН раствора, применять дополнительную обработку. В данном случае для ускорения гидролиза предлагается подвергать водную суспензию ультразвуковой обработке. Длительность ультразвуковой обработки определяется концентрацией органосилана. Таким образом, перед формированием пленки на поверхности вольфрама и покрытий на его основе, необходимо приготовить водную суспензию, состоящую из органосилана, ингибитора коррозии и промотора поликонденсации. На фиг.1 представлены структурные формулы используемых веществ в данном изобретении. В качестве органосилана предложено использовать метакрилоксипропилтриметоксисилан (А). Данный органосилан имеет длинную цепь, а также в его строении присутствует метакриловая группа, что делает его более эффективным модификатором поверхности и сшивающим агентом, по сравнению с другими органосиланами (метоксисилан, винилтриметоксисилан). В качестве ингибитора адсорбционного типа используется 1,2,3-бензотриазол (В), а в качестве промотора поликонденсации – оксиэтилидендифосфоновая кислота (С). Полученную водную суспензию, состоящую из органосилана, ингибитора коррозии и промотора поликонденсации, необходимо подвергнуть ультразвуковой обработке. Следовательно, в настоящем изобретении предлагается, перед формированием поверхностной пленки на поверхности вольфрама и покрытий на его основе, выполнить следующие действия.
Приготовить водную суспензию, включающую:
- метакрилоксипропилтриметоксисилан, концентрацией 0.05, 0.1, 0.2 и 0.3 М;
- 1,2,3-бензотриазол, концентрацией 0.01 М;
- оксиэтилидендифосфоновую кислоту, концентрацией 0.02 М.
Важно, чтобы значение рН, полученной суспензии, варьировалось в диапазоне 2÷2.5.
Подвергнуть, приготовленную водную суспензию, ультразвуковой обработке:
- 60 минут при концентрации органосилана 0.05 М;
- 35 минут при концентрации органосилана 0.1 М;
- 15 минут при концентрации органосилана 0.2 и 0.3 М.
Традиционным методом нанесения покрытий/пленок является метод окунания образца в раствор, содержащий ингибиторную композицию [A. Ulman. Formation and structure of self-assembled monolayers // Chemical Reviews, 1996. Vol. 96. P. 1533 – 1534; Yu. I. Kuznetsov. Organic inhibitors of corrosion of metals, New York and London: Plenum Press, 1996. 283 р.]. Однако, данный метод имеет недостатки, самый главный минус – защитные свойства покрытия варьируются временем выдержки образца в растворе (сплошность покрытия, равномерность, адгезионные свойства и т.д.) [N. Gladkikh, Yu. Makarychev, A. Chirkunov, A. Shapagin, M. Petrunin, L. Maksaeva, M. Maleeva, T. Yurasova, A. Marshakov. Formation of polymer-like anticorrosive films based on organosilanes with benzotriazole, carboxylic and phosphonic acids. Protection of copper and steel against atmospheric corrosion // Progress in Organic Coatings, 2020. Vol. 141. P. 1 – 10]. Альтернативным методом получения более качественного покрытия/пленки, является электроосаждение – нанесение покрытия/пленки под действием постоянного электрического поля. В результате чего, заряженные частицы мигрируют и осаждаются на поверхности противоположно заряженного электрода [O. O. Van der Biest, L. J. Vandeperre. Electrophoretic deposition of materials // Annual Review of Material Science, 1999. Vol. 29. P. 327 – 352]. Электроосаждение бывает либо катодным (катафорезное осаждение), либо анодным (электрофоретическое осаждение) [A. R. Boccaccini, J. H. Dickerson. Electrophoretic deposition: fundamentals and applications // Journal of Physical Chemistry B, 2013. Vol. 117. P. 1501 – 1501; L. Besra, M. Liu. A review on fundamentals and applications of electrophoretic deposition (EPD) // Progress in Materials Science, 2007. Vol. 52. P. 1 – 61]. С помощью электроосаждения возможно нанесение водных полимерных дисперсий на металлические подложки изделий любой конфигурации. Покрытия/пленки, которые получаются данным методом, обладают высокой адгезионной прочностью. Кроме того, сформировавшиеся покрытия/пленки являются более плотными по сравнению с покрытиями/пленками, получаемыми окунанием [N. Babaei, H. Yeganeh, R. Gharibi. Anticorrosive and self-healing waterborne poly(urethane-triazole) coatings made through a combination of click polymerization and cathodic electrophoretic deposition // European Polymer Journal, 2019. Vol. 112. P. 636 – 647]. Обзор современной научной литературы показал, что метод электроосаждения, в суспензиях, содержащих органосилан, используется либо при нанесении покрытий уже предварительно обработанных органосиланом, либо при нанесении золь-гелевых покрытий на металл. В случае предварительной силанизации, органосилан используется в качестве промежуточного слоя, между металлической подложкой и основным покрытием, для улучшения адгезионных свойств основного покрытия [E. Chng, A. Watson, V. Suresh, T. Fujiwara, J. Bumgardner, R. Gopalakrishnan. Adhesion of electrosprayed chitosan coatings using silane surface chemistry // Thin Solid Films, 2019. Vol. 692. P. 1 – 10; L. Abele, A. K. J
Figure 00000007
ger, W. Schulz, S. Ruck, H. Riegel, T. S
Figure 00000008
rgel, J. Albrecht. Superoleophobic surfaces via functionalization of electrophoretic deposited SiO2 spheres on smart aluminum substrates // Applied Surface Science, 2019. Vol. 490. P. 56 – 60; L. Wua, J. Т. Zhang, J. Hua, J. Q. Zhang. Improved corrosion performance of electrophoretic coatings by silane addition // Corrosion Science, 2012. Vol. 56. P. 58 – 66; R. Zhu, J. Zhang, C. Chang, S. Gao, N. Ni. Effect of silane and zirconia on the thermal property of cathodic electrophoretic coating on AZ31 magnesium alloy // Journal of Magnesium and Alloys, 2013. Vol. 1. P. 235 – 241]. В случае золь-гелей, растворы обычно содержат одно или несколько металлоорганических соединений, например соединения циркония, алюминия или титана, один или несколько органосиланов, а в качестве катализаторов используются кислоты, основания, гликоли и т.д. [Y. Castro, M. Aparicio, R. Moreno, A. Duran. Silica-zirconia sol–gel coatings obtained by different synthesis routes // Journal of Sol-Gel Science and Technology, 2005. Vol. 35. P. 41 – 50; Y. Castro, B. Ferrari, R. Moreno, A. Duraґn Coatings produced by electrophoretic deposition from nano-particulate silica sol–gel suspensions // Surface and Coatings Technology, 2004. Vol. 182. P. 199 – 203]. Добавление органосиланов приводит к образованию более плотных частиц, а сами золи становятся более вязкими, что, в результате дальнейшего электроосаждения, позволяет получить практически бездефектные покрытия. Таким образом, в настоящем изобретении с помощью метода катафорезного осаждения предлагается сформировать на поверхности вольфрама и покрытий на его основе, защитную пленку из водной суспензии, предварительно подвергшейся ультразвуковой обработке, содержащей метакрилоксипропилтриметоксисилан, 1,2,3-бензотриазол и оксиэтилидендифосфоновую кислоту. На фиг. 2 представлена схема ячейки для катафорезного осаждения. В зависимости от размеров вольфрамовых изделий рекомендуются следующие рабочие плотности токов:
Если размеры изделия из вольфрама составляют от 4 до 5 см2, то плотность тока, подаваемого на изделие, варьируется в диапазоне 0.2÷1.0 А. Если размеры изделия составляют от 20 до 28 см2, то плотность тока, подаваемого на изделие, варьируется в диапазоне 1.0÷5.0 А.
От подаваемого значения плотности тока завит толщина образующейся пленки, т.е. при необходимости получения более толстого покрытия, необходимо увеличить плотность тока. Данные интервалы подаваемого значения плотности тока выбраны с учетом свойств образующейся пленки (дефектности, равномерности, адгезионной прочности).
Оптимальная продолжительность катафореза составляет 5 минут.
Увеличение длительности катафореза способствует увеличению количества осажденных силоксановых групп, что усложняет процесс дальнейшей поликонденсации. В результате, в пленке фиксируется дефекты, в некоторых местах она даже отслаивается. Уменьшение длительности катафореза (меньше, чем 5 минут) приводит к формированию на образце островковой пленки. Таким образом, экспериментально установлено, что оптимальное время катафореза составляет 5 минут. За это время хемосорбируется необходимое количество силоксановых групп для дальнейшего формирования сплошной пленки.
После катафореза изделие необходимо подвергнуть либо центрифугированию, либо промывке в спирте. Центрифугирование или промывка в спирте изделия приводит к удалению излишек силоксановых групп, которые способны образовать в пленке дефекты в виде пузырьков.
Заключительным этапом осуществляют полимеризацию силоксановых слоев на поверхности вольфрама и покрытий на его основе при температуре 105÷120°С в течение 30 минут.
Таким образом осуществление заявленной группы изобретений позволяет увеличить скорость формирования защитных слоев на поверхности вольфрама и покрытий на его основе, повысить их антикоррозионные свойства, что делает возможным использовать данный способ нанесения пленки для временной консервации металлических изделий из вольфрама и покрытий на его основе (защиты металлической поверхности от атмосферной коррозии).

Claims (9)

1. Водная суспензия для получения защитной пленки на поверхности вольфрама или на поверхности покрытий на основе вольфрама, содержащая органосилан в виде метакрилоксипропилтриметоксисилана и ингибитор коррозии в виде 1,2,3-бензотриазола, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит промотор поликонденсации, в качестве которого используют оксиэтилидендифосфоновую кислоту, при следующих концентрациях:
метакрилоксипропилтриметоксисилан от 0,05 до 0,3 М,
1,2,3-бензотриазол 0,01 М,
оксиэтилидендифосфоновая кислота 0,02 М,
и имеет pH в диапазоне 2-2,5.
2. Способ получения защитной пленки на поверхности вольфрама или на поверхности покрытий на его основе из водной суспензии, отличающийся тем, что используют водную суспензию по п.1, которую подвергают ультразвуковой обработке, проводят катафорезное осаждение путем пропускания через упомянутую водную суспензию постоянного электрического тока в диапазоне от 0,2 до 5 А в течение 5 мин с формированием на поверхности вольфрама и покрытий на его основе силоксановых слоев, после чего с поверхности сформированных силоксановых слоев удаляют излишки силоксана, проводят полимеризацию силоксановых слоев при температуре 105÷120°С в течение 30 мин.
3. Способ по п.2, отличающийся тем, что ультразвуковую обработку водной суспензии осуществляют в течение 15÷60 мин.
4. Способ по п.2, отличающийся тем, что удаление излишков силоксана осуществляют с помощью центрифугирования.
5. Способ по п.2, отличающийся тем, что удаление излишков силоксана осуществляют путем промывки в спирте.
RU2020121574A 2020-06-29 2020-06-29 Водная суспензия, содержащая органосилан, ингибитор коррозии и промотор поликонденсации, и способ получения защитных пленок на поверхности вольфрама и покрытий на его основе из водной суспензии, содержащей органосилан, ингибитор коррозии и промотор поликонденсации RU2744336C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020121574A RU2744336C1 (ru) 2020-06-29 2020-06-29 Водная суспензия, содержащая органосилан, ингибитор коррозии и промотор поликонденсации, и способ получения защитных пленок на поверхности вольфрама и покрытий на его основе из водной суспензии, содержащей органосилан, ингибитор коррозии и промотор поликонденсации

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020121574A RU2744336C1 (ru) 2020-06-29 2020-06-29 Водная суспензия, содержащая органосилан, ингибитор коррозии и промотор поликонденсации, и способ получения защитных пленок на поверхности вольфрама и покрытий на его основе из водной суспензии, содержащей органосилан, ингибитор коррозии и промотор поликонденсации

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2744336C1 true RU2744336C1 (ru) 2021-03-05

Family

ID=74857563

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020121574A RU2744336C1 (ru) 2020-06-29 2020-06-29 Водная суспензия, содержащая органосилан, ингибитор коррозии и промотор поликонденсации, и способ получения защитных пленок на поверхности вольфрама и покрытий на его основе из водной суспензии, содержащей органосилан, ингибитор коррозии и промотор поликонденсации

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2744336C1 (ru)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115161643A (zh) * 2022-06-28 2022-10-11 哈尔滨工业大学(深圳)(哈尔滨工业大学深圳科技创新研究院) 一种含有苯并三氮唑的纳米硅缓蚀剂及其制备方法
RU2812428C1 (ru) * 2023-09-13 2024-01-30 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина Российской академии наук (ИФХЭ РАН) Водный раствор ингибиторной композиции для формирования антикоррозионной ингибированной полимерной пленки на поверхности изделий из низкоуглеродистой стали и способ его применения для формирования антикоррозионной ингибированной полимерной пленки

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2442811C2 (ru) * 2007-04-19 2012-02-20 Акцо Нобель Коатингс Интернэшнл Б.В. Композиция для покрытия металлических подложек
US20160145443A1 (en) * 2014-11-26 2016-05-26 The Boeing Company Corrosion-inhibiting sol-gel coating systems and methods
RU2673849C2 (ru) * 2013-07-10 2018-11-30 Шеметалл Гмбх Способ нанесения покрытий на металлические поверхности субстратов и покрытые данным способом изделия
RU2710814C2 (ru) * 2013-03-16 2020-01-14 Прк-Десото Интернэшнл, Инк. Золь-гель композиции, ингибирующие коррозию

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2442811C2 (ru) * 2007-04-19 2012-02-20 Акцо Нобель Коатингс Интернэшнл Б.В. Композиция для покрытия металлических подложек
RU2710814C2 (ru) * 2013-03-16 2020-01-14 Прк-Десото Интернэшнл, Инк. Золь-гель композиции, ингибирующие коррозию
RU2673849C2 (ru) * 2013-07-10 2018-11-30 Шеметалл Гмбх Способ нанесения покрытий на металлические поверхности субстратов и покрытые данным способом изделия
US20160145443A1 (en) * 2014-11-26 2016-05-26 The Boeing Company Corrosion-inhibiting sol-gel coating systems and methods

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115161643A (zh) * 2022-06-28 2022-10-11 哈尔滨工业大学(深圳)(哈尔滨工业大学深圳科技创新研究院) 一种含有苯并三氮唑的纳米硅缓蚀剂及其制备方法
CN115161643B (zh) * 2022-06-28 2023-09-05 哈尔滨工业大学(深圳)(哈尔滨工业大学深圳科技创新研究院) 一种含有苯并三氮唑的纳米硅缓蚀剂及其制备方法
RU2812428C1 (ru) * 2023-09-13 2024-01-30 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина Российской академии наук (ИФХЭ РАН) Водный раствор ингибиторной композиции для формирования антикоррозионной ингибированной полимерной пленки на поверхности изделий из низкоуглеродистой стали и способ его применения для формирования антикоррозионной ингибированной полимерной пленки

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Jiang et al. Silane-incorporated epoxy coatings on aluminum alloy (AA2024). Part 1: Improved corrosion performance
Gladkikh et al. Synthesis of thin organic layers containing silane coupling agents and azole on the surface of mild steel. Synergism of inhibitors for corrosion protection of underground pipelines
Palanivel et al. Nanoparticle-filled silane films as chromate replacements for aluminum alloys
Zhang et al. Electrochemically generated sol–gel films as inhibitor containers of superhydrophobic surfaces for the active corrosion protection of metals
Romano et al. Silane sol–gel film as pretreatment for improvement of barrier properties and filiform corrosion resistance of 6016 aluminium alloy covered by cataphoretic coating
Galio et al. Inhibitor-doped sol–gel coatings for corrosion protection of magnesium alloy AZ31
Cabral et al. A comparative study on the corrosion resistance of AA2024-T3 substrates pre-treated with different silane solutions: Composition of the films formed
Shchukin et al. Layer‐by‐layer assembled nanocontainers for self‐healing corrosion protection
Lamaka et al. Novel hybrid sol–gel coatings for corrosion protection of AZ31B magnesium alloy
Dalmoro et al. A synergistic combination of tetraethylorthosilicate and multiphosphonic acid offers excellent corrosion protection to AA1100 aluminum alloy
Nezamdoust et al. Application of novel sol–gel composites on magnesium alloy
Hu et al. Effects of electrodeposition potential on the corrosion properties of bis-1, 2-[triethoxysilyl] ethane films on aluminum alloy
Tianlan et al. Rare earth and silane as chromate replacers for corrosion protection on galvanized steel
Liu et al. Electrodeposited silica films post-treated with organosilane coupling agent as the pretreatment layers of organic coating system
US20070054056A1 (en) Composition for coating metals to protect against corrosion
Petrunin et al. The use of organosilanes to inhibit metal corrosion. A review
BRPI0708467B1 (pt) Composição para tratamento de superfície de metal, método de tratamento de superfície de metal, e material de metal
US10550478B2 (en) Chromium-free conversion coating
Dalmoro et al. Corrosion behavior of AA2024-T3 alloy treated with phosphonate-containing TEOS
Gladkikh et al. Formation of polymer-like anticorrosive films based on organosilanes with benzotriazole, carboxylic and phosphonic acids. Protection of copper and steel against atmospheric corrosion
RU2744336C1 (ru) Водная суспензия, содержащая органосилан, ингибитор коррозии и промотор поликонденсации, и способ получения защитных пленок на поверхности вольфрама и покрытий на его основе из водной суспензии, содержащей органосилан, ингибитор коррозии и промотор поликонденсации
WO2006120390A2 (en) Organic-inorganic hybrid coatings
US6749945B2 (en) Advanced composite ormosil coatings
Petrunin et al. The directional formation and protective effect of self-assembling vinyl siloxane nanolayers on copper surface
Xavier Evaluation of anticorrosion properties of epoxy-silane hybrid nanocomposite coating on AA6082 aluminum alloy

Legal Events

Date Code Title Description
TC4A Change in inventorship

Effective date: 20211005