اثر چسبندگی فلزی و مقاومت خوردگی رزین های پایه آب استایرن اکریلیک بر روی سطح فلزی – بخش 2
2-خوردگی فولاد و سازوکارهای محافظتی
یک طرح‌واره‌ی ساده‌شده از خوردگی فولاد در شکل (3) ارائه شده‌است. به‌منظور آغاز و رشد فرآیند خوردگی، شرایط ویژه‌ای مورد نیاز خواهد بود: الف) یک آند، ب) یک کاتد، پ) اکسیژن (و یا انواع ساده‌ی دیگر مانند دی‌اکسید کربن)، ت) آب (برای جریان یونی) و ث) الکترولیت‌ها (مانند کلرید سدیم که منجر به‌تسریع فرآیند خوردگی خواهد شد). علاوه‌بر این، برای زیرآیند فولادی نیاز خواهد بود تا مقدار pH کم‌تر از 5/9 باشد. زیرا یک لایه‌ی غیرفعال (passive) نازک اکسیدی در بالاتر از این pH تشکیل خواهد شد که از خوردگی بیش‌تر جلوگیری می‌کند. حذف هر کدام از این اجزاء می‌تواند به‌مهار فرآیند خوردگی بیانجامد. به‌منظور جلوگیری از خوردگی با استفاده از پوشش‌های آلی و بدون درنظرگرفتن پیگمنت‌های ضدخوردگی و یا کوچک‌مولکول‌های بازدارنده‌های خوردگی، چندین سازوکار قادر به‌جلوگیری از خوردگی وجود دارد:
الف) جلوگیری از نفوذ آب و یا اکسیژن به‌فیلم پوششی: این سازوکارها در مجموع مربوط به‌ویژگی‌های سدکنندگی هستند.
ب) حذف آب از سطح و یا جلوگیری از تشکیل آند/کاتد از طریق خواص چسبندگی تر قوی پوشش
پ) جلوگیری از جریان الکترولیت از طریق مقاومت فیلم که عموماً به‌روش طیف‌سنجی امپدانس الکتروشیمیایی (EIS) اندازه‌گیری می‌شود.
شکل (3): طرح‌واره‌ی ساده‌شده خوردگی فولاد
1-2-مروری بر متون
تلاش‌ها به‌منظور توضیح نقش پوشش‌های آلی در جلوگیری از خوردگی به‌دهه‌های گذشته برمی‌گردد. مخالفت‌های قابل‌توجهی در ارتباط با سازوکارهای اولیه‌ی جلوگیری از خوردگی با استفاده از پوشش‌ها وجود داشت و مطالعات گوناگون نتیجه می‌گرفتند که هر کدام از سه جزء ویژگی‌های سدکنندگی، خواص چسبندگی و یا امپدانس، عامل محدودکننده برای این فرآیند خواهد بود. به‌نظر می‌رسید که خواص سدکنندگی در طول تاریخ نقش اساسی دارد. مِینی (Mayne) و همکارانش نخستین چالشگران در این حوزه بودند. آن‌ها کارهای تحقیقاتی فراوانی را در اواخر دهه‌ی 1940 میلادی بر سازوکارهای محافظت در برابر خوردگی در پوشش‌ها انجام دادند. نتایج بدست‌آمده از کار آن‌ها نشان می‌داد که نرخ نفوذ اجزای مورد نیاز برای رخ‌دادن خوردگی (مانند آب و اکسیژن) که در همه‌جا و از یک تا چندین مرتبه‌ی بزرگی، وابسته به‌شیمی آن است و به‌عنوان یک عامل محدودکننده در کنترل فرآیند خوردگی نقش خواهد داشت. در عوض، مِین استدلال کرد که پوشش‌ها یک سد با مقاومت بالا را برای جریان‌یافتن الکترولیت فراهم کرده و از تشکیل یک سل گالوانیک کامل جلوگیری می‌کنند. این موارد با استفاده از اندازه‌گیری‌های طیف‌سنجی امپدانس الکتروشیمیایی (که ارتباط خوبی با نتایج آزمون تسریع‌یافته‌ی خوردگی فولاد غوطه‌ورشده در محلول آبی نمک را نشان می‌داد) مورد تأیید قرار گرفت.
نتایج مشابه به‌صورت مستقل در سال 1948 میلادی توسط باکان (Bacon) و همکارانش مشاهده شدند. آن‌ها یک مطالعه‌ی مشروح طیف‌سنجی امپدانس الکتروشیمیایی را برای 300 سامانه‌ی پوششی با شیمی‌های گوناگون انجام دادند و به‌یک قانون کلی اشاره کردند که حفظ یک امپدانس بالاتر از یک‌میلیون اُهم به‌منظور دستیابی به‌مقاومت خوب خوردگی مورد نیاز خواهد بود. دیگر محققین که با یافته‌های در ارتباط با خواص سدکنندگی بدست‌آمده توسط مِین و دیگران مخالف بودند، مطالعات دیگری را انجام دادند که در آن‌ها، انتقال اکسیژن در پوشش به‌عنوان عامل محدودکننده‌ی سرعت در مقاومت خوردگی پیشنهاد شده بود. مدل‌های پیچیده‌ی دیگری نیز توسط فانک (Funke) پیشنهاد شد و در آن فرض شده که ترکیبی از جلوگیری از انتقال اکسیژن و افت چسبندگی از طریق حمله‌ی آب، فرآیند خوردگی را پیش خواهد برد.
دیگر محققین نتیجه‌گیری کردند که چسبندگی تحت شرایط اشباع و یا چسبندگی تر (در تضاد با چسبندگی خشک) چه به‌تنهایی و چه همراه با خواص سدکنندگی، اهمیت اولیه را در جلوگیری از خوردگی خواهد داشت. ترکیبی از تلاش‌های این محققین و بسیاری دیگر، ثابت می‌کند که درک فرآیند خوردگی و نیز کنترل آن از طریق پوشش‌های آلی بسیار پیچیده و دشوار خواهد بود. کارهای تحقیقاتی اخیر دیگری تمایل دارند تا طیف‌سنجی امپدانس الکتروشیمیایی را به‌عنوان یک ابزار استاندارد برای پیش‌گویی نشان دهند. یک مطالعه‌ی عمیق در بررسی نظری طیف‌سنجی امپدانس الکتروشیمیایی به‌عنوان یک روش انجام‌شده برای پوشش‌ها توسط وَن‌وِستینگ (van Westing) فراهم آورده شده است. با این وجود، چسبندگی و خواص سدکنندگی همچنان به‌عنوان یک جزء قابل‌توجه در خوردگی محسوب می‌شوند.
در تلاش برای مقایسه‌ی مدل‌های گوناگون مقاومت خوردگی که توسط محققین مختلف بدست آمده‌اند، مسائل متعدد بالقوه‌ای به‌وجود می‌آید. مطالعات ذکر شده و دیگر مطالعات در این حوزه، لزوماً مطابق با شیمی رزین، فرمولاسیون، نوع فلز، آمادگی سطحی، روش تسریع‌یافته‌ی خوردگی، روش‌های تحلیلی و غیره نیستند. اما می‌توانند منجر به‌تلاش‌هایی برای دستیابی به‌یک نظریهی واحد در ارتباط با محافظت در برابر خوردگی از طریق پوشش‌های آلی شوند. دغدغه‌ی ما در درجه‌ی اول به‌عنوان یک منبع تأمین رزین، توسعه و مطالعه بر رزین‌های استایرن-اکریلیک آب‌پایه خواهد بود. سامانه‌های استایرن-اکریلیک تک‌جزئی نسبتاً قطبی، رفتار متفاوتی را به‌عنوان مثال در خواص سدکنندگی نسبت به‌اپوکسی‌های با میزان شبکه‌شوندگی بالا، لاستیک‌های کلرینه‌شده و یا پلی‌اولفین‌های نیمه‌بلوری نشان می‌دهند. به‌منظور توسعه‌ی استایرن-اکریلیک‌ها با مقاومت خوردگی بهینه با رعایت تعادل مورد نیاز در دیگر خواص آن‌ها، یک مطالعه‌ی متمرکز به‌منظور تفکیک ارتباط ساختار/خواص برای یک شیمی مجزای آن‌ها مورد نیاز خواهد بود.
به‌منظور انجام مقایسه‌ی بهتر میان آزمایش‌ها و نتیجه‌گیری خاص برای هر کدام از شیمی‌ها، مطالعه‌ی حاضر بر مقاومت خوردگی رزین‌های استایرن-اکریلیک آب‌پایه با آزمون‌های مه نمکی استاندارد ASTM B117 برای زیرآیند فولاد نورد سرد تمرکز می‌کند. به‌طور مشخص، زیرآیندهای فولاد نورد سرد مورد ارزیابی از سری‌های R پنل‌های Q خواهند بود که تمیز شده‌اند و آماده‌سازی سطحی دیگری نیز پیش از اعمال پوشش صورت نگرفته است.
مترجم: مهدیار یافتیان
بخوانید: اثر چسبندگی فلزی و مقاومت خوردگی رزین های پایه آب استایرن اکریلیک بر روی سطح فلزی- بخش 1
مرجع
Bulick, A. S., LeFever, C. R., Frazee, G. R., Jin, K., & Mellott, M. L. Metal adhesion and corrosion resistance in waterborne, styrenated acrylic direct to metal (DTM) resins.
