Évaluation des performances en corrosion des revêtements superhydrophobes en PTFE et en nanosilice

Rapports scientifiques volume 12, Numéro d'article : 17059 (2022) Citer cet article

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La protection contre la corrosion des métaux revêt une importance capitale dans différents secteurs industriels. L'une des techniques émergentes pour prévenir ou réduire les effets néfastes de ce phénomène consiste à appliquer des revêtements superhydrophobes sur les surfaces sensibles. Dans cette étude, la protection contre la corrosion de l'acier est étudiée en fabriquant des revêtements superhydrophobes, en utilisant un processus d'électrodéposition en une étape d'un film hybride de nanosilice et un processus de pulvérisation de polytétrafluoroéthylène (PTFE) sur la surface de l'acier ainsi que la préparation de revêtements micro/nano-composites. Le comportement anticorrosion du film hybride de nanosilice et du revêtement PTFE avec deux types de microparticules, dont la poudre d'Al2O3 et les billes de verre dans la couche d'apprêt, et la couche de finition avec et sans nanoparticules de SiO2, est étudié. Des tests de polarisation TOEFL et de spectroscopie d'impédance électrochimique (EIS) sont effectués sur des échantillons d'acier revêtus pour examiner leurs performances en matière de corrosion dans une solution de NaCl à 3,5 % en poids à une température de 25 °C. Les résultats ont montré que la combinaison de propriétés superhydrophobes et d’une faible conductivité améliore considérablement la résistance à la corrosion. L'évaluation de l'effet de l'ajout de nanoparticules de SiO2 à la couche de recouvrement du revêtement PTFE a montré que les nanoparticules améliorent la résistance à la corrosion des revêtements PTFE en scellant certains défauts et pores du revêtement. L'étude de la résistance à la corrosion des revêtements a montré que la résistance à la corrosion du film de nanosilice est inférieure à celle des revêtements PTFE. Le meilleur échantillon obtenu dans cette étude, à savoir le revêtement PTFE avec des microparticules de billes de verre dans la couche primaire et des nanoparticules de SiO2 dans la couche de finition, a réduit le taux de corrosion de près de 80 fois.

Le métal est l’un des principaux matériaux entre les mains de l’homme et son utilisation dans diverses industries augmente de jour en jour. Ils sont utilisés dans divers secteurs de l'industrie tels que la construction (bâtiments commerciaux, logements et routes), la défense (armes à feu, munitions, missiles, chars et avions à réaction), les transports (marine, aérospatiale, automobile) et le médical (prothèses, chirurgie reconstructive et implant biomédical)1. Les structures et équipements métalliques sont sensibles à la corrosion lorsqu’ils sont exposés à des conditions environnementales défavorables et à l’humidité. La corrosion entraîne une perte de performances et à terme la destruction des équipements et des structures métalliques. Des enquêtes réalisées aux États-Unis montrent que la corrosion des aciers et autres matériaux métalliques représente environ 4 à 5 % du coût du produit intérieur brut (PIB)2.

Différentes méthodes ont été utilisées pour prévenir la corrosion, dont les plus importantes sont : la protection cathodique et anodique, les inhibiteurs de corrosion et les revêtements3,4,5,6,7,8. Chacune de ces méthodes présente ses avantages et ses inconvénients et peut être utilisée seule ou en combinaison9. Les revêtements sont généralement des substances utilisées pour créer une barrière entre l'environnement corrosif et la surface de la pièce en question et protéger les pièces métalliques de l'humidité, de l'oxydation et des produits chimiques10. Depuis longtemps, la chromatation et la phosphatation sont utilisées comme méthodes courantes pour protéger la surface des métaux. Mais ces deux méthodes ne sont pas respectueuses de l’environnement. La toxicité et la cancérogénicité du chrome (VI) ont aujourd’hui été prouvées pour l’homme, et la pollution par le phosphore est l’un des facteurs importants contribuant à l’eutrophisation de l’eau11,12. L'utilisation de ces matériaux pour protéger les métaux contre la corrosion est interdite dans de nombreux pays. De nombreux travaux ont été orientés vers le développement d'autres types de revêtements. Différents types de matériaux alternatifs, basés sur l'utilisation de films de composés de terres rares13,14, de films dérivés sol-gel15,16,17,18,19,20 et de couches auto-assemblées21,22, ont montré leur capacité à protéger contre corrosion. Des études ont également montré que les revêtements à très faible conductance électrique, tels que les revêtements non conducteurs d'Al2O3, TiO2, SiO2, les revêtements d'oxydes mixtes d'Al2O3, TiO2 et SiO2, sont très efficaces pour protéger contre la corrosion23,24. L'utilisation de revêtements superhydrophobes avec des angles de contact (CA) supérieurs à 150° et des angles de roll-off inférieurs à 10° est une approche intéressante pour prévenir la corrosion des métaux et a été suivie dans certaines études de recherche25,26. Les gouttes glissent sur ces surfaces au fur et à mesure de leur formation et se détachent de la surface. Par conséquent, le temps de contact de la goutte de fluide (eau ou tout fluide corrosif tel que l'acide sulfurique) sur la surface est considérablement réduit. De plus, en raison de la rugosité des nanostructures en surface et de la présence d'air emprisonné entre les cavités, le contact du fluide avec la surface sujette à la corrosion est réduit. En raison de la présence simultanée de ces deux effets (temps de contact court et faible surface de contact), la résistance à la corrosion des surfaces métalliques recouvertes de revêtements superhydrophobes augmente plusieurs fois25,27,28,29. Ces revêtements empêchent la corrosion provoquée par la pénétration de l'électrolyte dans le substrat métallique. Des revêtements superhydrophobes pourraient être fabriqués sur de nombreuses surfaces, en particulier sur les surfaces des métaux et de leurs alliages, tels que le cuivre30,31,32, l'aluminium33,34,35, le zinc36,37 et le magnésium38,39.