ایجاد پوشش اپوکسی اصلاح شده با نانوحامل کربنی و چارچوب کامپوزیتی جهت محافظت از خوردگی حفره‌ای در سازه های هوافضایی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسنده

استادیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه پدافند هوایی خاتم الانبیاء(ص)، تهران، ایران

چکیده
خوردگی حفره‌ای به‌عنوان یکی از مخرب‌ترین انواع تخریب موضعی فلزات، تهدیدی جدی در سازه‌های هوافضایی به‌ویژه در حضور یون‌های کلرید به شمار می‌رود. پوشش‌های اپوکسی رایج، در برابر نفوذ عوامل خورنده و آسیب‌های مکانیکی دوام محدودی دارند. هدف این پژوهش، ساخت و ارزیابی پوشش اپوکسی اصلاح‌شده با نانوکامپوزیت هیبریدی اکسیدگرافن کاهش‌یافته و چارچوب فلزی ـ آلی زئولیتی به‌منظور افزایش مقاومت در برابر خوردگی حفره‌ای و ارتقای خاصیت خودترمیمی است. نانوکامپوزیت هیبریدی با روش رشد درجا سنتز و به درون ماتریس اپوکسی افزوده شد. پوشش‌های تهیه‌شده بر سطح فولاد اعمال و پس از پخت، با آزمون‌های شیمیایی و ریزساختاری بررسی شدند. عملکرد خوردگی نیز از طریق آزمون‌های الکتروشیمیایی، پاشش نمکی، جدایش کاتدی و چسبندگی ارزیابی گردید. نتایج نشان داد پوشش حاوی اکسیدگرافن کاهش‌یافته و زئولیت فلزی بالاترین مقاومت الکتروشیمیایی و بازده حفاظتی را ارائه داده است. این پوشش در آزمون‌های زمان‌دار افزایش پایدار مقاومت را نشان داد و در نواحی خراش، لایه‌ای یکنواخت و متراکم تشکیل شد که از پیشروی خوردگی جلوگیری نمود. عملکرد هم‌افزای ایجاد سد فیزیکی توسط اکسیدگرافن و رهایش کنترل‌شده یون روی و مولکول‌های ایمیدازول منجر به مهار واکنش‌های آندی و کاتدی و کاهش چشمگیر نرخ خوردگی گردید. پوشش نوین بر پایه اکسیدگرافن کاهش‌یافته و چارچوب فلزی ـ آلی با ایجاد سازوکارهای سدکنندگی و بازدارندگی فعال، حفاظت پایدار و طولانی‌مدتی در برابر خوردگی حفره‌ای فراهم می‌کند. این رویکرد می‌تواند به‌عنوان پایه‌ای برای توسعه پوشش‌های هوشمند و خودترمیم‌شونده نسل آینده مطرح شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Development of a Modified Epoxy Coating with a Carbon Nanocarrier and Composite Framework for Protecting against Pitting Corrosion in Aerospace Structures

نویسنده English

Gholamreza Faghani
Assistant professor, Department of Mechanical Engineering, Khatam-Ol-Anbia (PBU) University, Tehran, Iran
چکیده English

Pitting corrosion is one of the most destructive forms of localized metal degradation and poses a serious threat in aerospace structures, particularly in the presence of chloride ions. Conventional epoxy coatings have limited durability against aggressive agents and mechanical damage. The aim of this study was to develop and evaluate an epoxy coating modified with a hybrid nanocomposite of reduced graphene oxide and zeolitic imidazolate framework in order to enhance resistance to pitting corrosion and improve self-healing ability. The hybrid nanocomposite was synthesized through an in-situ growth method and incorporated into the epoxy matrix. The prepared coatings were applied on steel substrates and cured, then analyzed using chemical and microstructural techniques. Their corrosion performance was assessed by electrochemical tests, salt spray exposure, cathodic delamination, and adhesion evaluation. The results showed that the coating containing reduced graphene oxide and the zeolitic framework exhibited the highest electrochemical resistance and protective efficiency. In time-dependent tests, this coating demonstrated a continuous increase in resistance, while in scratched areas it formed a compact and uniform protective layer that effectively prevented corrosion propagation. The synergistic action of the graphene barrier effect and controlled release of zinc ions and imidazole molecules contributed to inhibiting anodic and cathodic reactions, thereby reducing the corrosion rate significantly. The novel epoxy coating reinforced with reduced graphene oxide and metal–organic framework provided long-term and stable protection against pitting corrosion by combining barrier and active inhibition mechanisms. This approach offers a promising pathway for the development of smart and self-healing next-generation coatings.

کلیدواژه‌ها English

Pitting corrosion
Epoxy coating
Reduced graphene oxide
Metal&‌ndash
organic framework
Self-healing
]1[ فغانی، غلامرضا، انواع خوردگی­ و روش­های کنترل و بازرسی آن در صنایع هوایی، انتشارات دانشگاه پدافند هوایی خاتم الانبیاء(ص)، چاپ اول، 1403، 70-69.
 [2] Tan YMike, Revie RWinston. Heterogeneous Electrode Processes and Localized Corrosion. 2024.
[3] Pourbaix M, Staehle RW. Introduction to Corrosion. In: Lectures on Electrochemical Corrosion. Boston, MA: Springer US; 1973, 1-22.
[4]Gibson G. Epoxy Resins. Brydson’s Plastics Materials: Eighth Edition. 2017;773–97.
[5]Jin FL, Li X, Park SJ. Synthesis and application of epoxy resins: A review. Journal of Industrial and Engineering Chemistry. 2015;29:1–11.
[6] Parhizkar N, Ramezanzadeh B, Shahrabi T. Corrosion protection and adhesion properties of the epoxy coating applied on the steel substrate pre-treated by a sol-gel based silane coating filled with amino and isocyanate silane functionalized graphene oxide nanosheets. Appl Surf Sci. 2018;439:45–59.
[7] Park S, An J, Potts JR, Velamakanni A, Murali S, Ruoff RS. Hydrazine-reduction of graphite- and graphene oxide. Carbon N Y. 2011;49(9):3019–23.
[8] Kumar SSA, Bashir S, Ramesh K, Ramesh S. New perspectives on Graphene/Graphene oxide based polymer nanocomposites for corrosion applications: The relevance of the Graphene/Polymer barrier coatings. Prog Org Coat. 2021;154:106215.
[9] Kumar SSA, Bashir S, Ramesh K, Ramesh S. New perspectives on Graphene/Graphene oxide based polymer nanocomposites for corrosion applications: The relevance of the Graphene/Polymer barrier coatings. Prog Org Coat. 2021;154:106215.
[10] Saliba D, Ammar M, Rammal M, Al-Ghoul M, Hmadeh M. Crystal Growth of ZIF-8, ZIF-67, and Their Mixed-Metal Derivatives. J Am Chem Soc. 2023;140(5):1812–23.
[11] Wang L, Liu C, Bai Z, Huang Y, Liu X. Superhydrophobic ZIF-8/PEN films with ultralow dielectric constant and outstanding mechanical properties. Compos Sci Technol. 2022;225:109498.
[12] Tanaka S, Fujita K, Miyake Y, Miyamoto M, Hasegawa Y, Makino T, et al. Adsorption and Diffusion Phenomena in Crystal Size Engineered ZIF-8 MOF. Journal of Physical Chemistry C. 2025;119(51):28430–9.
[13] Yang H, Wang N, Wang L, Liu HX, An QF, Ji S. Vacuum-assisted assembly of ZIF-8@GO composite membranes on ceramic tube with enhanced organic solvent nanofiltration performance. J Memb Sci. 2018 Jan 1;545:158–66.
[14] Zhang Y, Jia Y, Li M, reports LHS, 2018 undefined. Influence of the 2-methylimidazole/zinc nitrate hexahydrate molar ratio on the synthesis of zeolitic imidazolate framework-8 crystals at room temperature. nature.comY Zhang, Y Jia, M Li, L HouScientific reports, 2025;1–8.
[15] Rathnayake RMNM, Wijayasinghe HWMAC, Pitawala HMTGA, Yoshimura M, Huang HH. Synthesis of graphene oxide and reduced graphene oxide by needle platy natural vein graphite. Appl Surf Sci, 2025;393:309–15.
[16] Ramezanzadeh M, Asghari M, Ramezanzadeh B, Bahlakeh G. Fabrication of an efficient system for Zn ions removal from industrial wastewater based on graphene oxide nanosheets decorated with highly crystalline polyaniline nanofibers (GO-PANI): Experimental and ab initio quantum mechanics approaches. Chemical Engineering Journal. 2018;337:385–97.
[17] Yang H, Wang N, Wang L, Liu HX, An QF, Ji S. Vacuum-assisted assembly of ZIF-8@GO composite membranes on ceramic tube with enhanced organic solvent nanofiltration performance. J Memb Sci. 2018;545:158–66.
[18] Wang J, Wang Y, Hu H, Yang Q, Cai J. From metal–organic frameworks to porous carbon materials: recent progress and prospects from energy and environmental perspectives. Nanoscale. 2025.12(7):4238–68.
[19] Ferrari A, Interpretation of Raman spectra of disordered and amorphous carbon. APSAC Ferrari, J RobertsonPhysical review B, 2025;61(20):14095–107.
[20] Burton AW, Ong K, Rea T, Chan IY. On the estimation of average crystallite size of zeolites from the Scherrer equation: A critical evaluation of its application to zeolites with one-dimensional pore systems. Microporous and Mesoporous Materials. 2009 Jan 1;117(1–2):75–90.
[21] Keshmiri N, Najmi P, Ramezanzadeh M, Ramezanzadeh B. Designing an eco-friendly lanthanide-based metal organic framework (MOF) assembled graphene-oxide with superior active anti-corrosion performance in epoxy composite. J Clean Prod. 2021 Oct 15;319:128732.
[22] Zheludkevich ML, Shchukin DG, Yasakau KA, Möhwald H, Ferreira MGS. Anticorrosion coatings with self-healing effect based on nanocontainers impregnated with corrosion inhibitor. Chemistry of Materials. 2022;19(3):402–11.
]23[ فغانی، غلامرضا، بررسی رفتار خوردگی پوشش­های چندلایه Ti/TiN ایجاد شده به روش کندوپاش مگنترونی خلأ بالا بر روی آلیاژ آلومینیم 7075، فصلنامه علمی پژوهشی دفاع هوافضایی، 2(1)، 1402: 14-1.
[24] Najmi P, Keshmiri N, Ramezanzadeh M, Ramezanzadeh B, Arjmand M. Porous 2D Ti3C2 MXene nanosheets sandwiched between imine-based covalent organic frameworks (COFs) for excellent corrosion protective coatings. Chemical Engineering Journal. 2023;456:141001.
[25] Mostafatabar AH, Bahlakeh G, Ramezanzadeh B. Novel bi-functional RGO-HPSE-Zn@epoxy nanocomposite with superior corrosion protection potency. Journal of Industrial and Engineering Chemistry. 2022 Apr 25;108:28–46.
 [26] Moradi, S. A. H., Askari, H. R., Rahimi, M., Salimi, M., & Amirabadi, E. A. (2013). Changes in transmission spectrum, losses and reflection of electromagnetic waves by radar thin film of metallic silver nanoparticles. International Science and Investigation journal, 2(5), 53-59.
[27] Majid Amirzade , Nader Ghobadi*, Seyed Ali hosseini Moradi, M. (2023). Synthesis of Mn2V2O7 hollow microsphere as a high performance electrode material for supercapacitors. Iranian Journal of Ceramic Science & Engineering, 11(4), 35-45.
[28] Shirpay, , Bagheri Mohagheghi, Study of the effect of chemical reduction agent on the synthesis and structural properties of WO3-TeO2 and MoO3-TeO2 two-dimensional compounds.. Iranian Journal of Crystallography and Mineralogy, 2022; 30(1): 179-188. doi: 10.52547/ijcm.30.1.179
دوره 4، شماره 2
تابستان 1404
صفحه 130-146

  • تاریخ دریافت 05 تیر 1404
  • تاریخ بازنگری 01 مرداد 1404
  • تاریخ پذیرش 02 آبان 1404