Кремний и органика помогли защитить металл от коррозии

Ученые разработали водоотталкивающие материалы на основе кремнийорганического соединения: несколько его слоев препятствовали проникновению влаги к алюминиевой пластине при погружении ее в воду на месяц. Разработку можно использовать в качестве защитного покрытия в авиа- и машиностроении. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Materials.

Вода часто выступает одной из главных причин разрушения и износа различных контактирующих с ней материалов. После долгого взаимодействия с влагой металлические покрытия начинают подвергаться коррозии, которую удается остановить или хотя бы замедлить только на ранних этапах. Если же не предпринять меры вовремя, поврежденную деталь будет необходимо заменить, а это приводит к экономическим издержкам. В худшем случае может произойти разрушение механизма и, если при этом с ним будут работать люди, возникают риски для их жизни и здоровья.

Крайне важно создавать защитные покрытия, которые не только не пропускают воду, но и отталкивают ее. На сегодняшний день существует большое количество средств, например спреев, которыми можно обработать любую поверхность, после чего жидкость сквозь пленку не проникнет, но этот подход работает, пока защита не смылась и ее слой однороден.

Российские ученые из Института автоматики и процессов управления ДВО РАН (Владивосток), Томского государственного университета (Томск) и Дальневосточного федерального университета (Владивосток) вместе с зарубежными коллегами разработали материал, который самостоятельно отталкивает воду и не требует дополнительной обработки спреями, благодаря чему может служить покрытием для деталей авиационной, автомобильной и многих других видов техники. В качестве основы специалисты использовали алюминиевые пластины, поскольку именно данный материал часто применяется в производстве самолетов и автомобилей. Образцы покрыли специальным кремнийорганическим соединением, и именно этот компонент должен был препятствовать проникновению воды в структуру поверхности. Он формирует на алюминии своего рода пленку, собирающую воду в капли, которые легко скатываются.

Авторы создали три экспериментальных образца на основе алюминиевых пластин, покрытых кремнийорганическим составом. Отличие между ними заключалось лишь в количестве защитных слоев и продолжительности их нанесения. Каждый образец испытали на долговременную устойчивость к влаге, в течение месяца наблюдая за признаками коррозии погруженных в воду пластин. Выяснилось, что влага проникла сквозь все варианты покрытия, кроме одного, который состоял из нескольких слоев.

«Есть много сфер деятельности человека, где крайне необходимы гидрофобные и коррозиестойкие материалы, например, в авиа- и машиностроении или в медицине при изготовлении имплантатов. Наше исследование дает толчок дальнейшему внедрению предложенного покрытия в практику, так как вода, попадая на его поверхность, не проникает внутрь, что защищает металл от коррозии, а значит, решение работает. В дальнейшем необходимо провести эксперименты с нашим покрытием, нанесенным на поверхности металлов с разным типом шероховатости — от микро- до наноуровня. Предварительное создание наноструктурированной поверхности металла, например, с использованием методов гальвано-химической обработки или фемтосекундного лазерного текстурирования, должно многократно увеличить водоотталкивающие характеристики покрытия, а также повысить его механическую прочность и стойкость», — рассказывает руководитель проекта по гранту РНФ Алексей Жижченко, кандидат физико-математических наук, сотрудник ИАПУ ДВО РАН и ДВФУ.