Graphene nanoplates/ cellulose nanocrystales/epoxy nanocomposite coating on Al (2024) aircraft alloy for corrosion resistance
Korozyon direnci için Al (2024) uçak alaşimi üzerine grafen nanoplaklar/selüloz nanokristaliler/epoksi nanokompozit kaplama
- Tez No: 1018146
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ KHALED M N CHAHROUR
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Karabük Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu çalışma kapsamında, uçak yapısal sanayisinde kullanılan 2024 alüminyum alaşımı için tuzlu çevre koşullarında daha kaliteli ve geliştirilmiş korozyon direncine sahip bir kaplama geliştirilmiştir. Epoksi matrisli ve farklı oranlarda (%0.5, %2 ve %4 ağırlıkça) selüloz nanokristaller (CNCs) içeren bir kaplama hazırlanmıştır. Daha sonra bu kaplama grafen nanoplakalar (GNPs) ile güçlendirilmiştir. Elektrokimyasal Korozyon Performansı (ECP), Potansiyodinamik Polarizasyon Testleri (Tafel eğrileri) ve Elektrokimyasal Empedans Spektroskopisi (EIS eğrileri) ile değerlendirilmiştir. Kaplanmamış numunenin sonuçları, i_corr değerinin 4235.66 (nA/cm²) ve korozyon akım hızının 5.140 (mpy) olduğunu göstermiştir. EIS analizinde, yük transfer direnci Rct 576.7e-3 (Ω) olarak bulunmuş ve bu da yüksek bir korozyon oranına işaret etmiştir. Epoksi kaplama uygulandığında korozyon akım hızı azalmıştır. i_corr değeri 366.242 (nA/cm²), korozyon akım hızı ise 46.66e-3 (mpy) olarak ölçülmüştür. Rct değeri viii 293.2e-3 (Ω) olmuştur. Bu verilerden yola çıkarak, epoksiye %2 CNC ilavesi ideal oran olarak belirlenmiştir. Diğer oranlara kıyasla en yüksek direnç değerleri elde edilmiştir. Epoksi matrisine %2 CNC ilavesiyle birlikte i_corr değeri 3.885 (nA/cm²) ve korozyon akım hızı 4.733e-3 (mpy) olarak kaydedilmiştir. EIS analizinde, Rct değeri 2.463e6 (Ω) olarak bulunmuştur. Bu durum, CNC'lerin epoksi matrise ilavesinin 2024 alüminyum alaşımının korozyon direncini artırdığını göstermektedir. Daha sonra bu kaplama %0.5 oranında GNP ilavesiyle güçlendirilmiştir. Elde edilen sonuçlar, kaplama özelliklerinin iyileştiğini ve korozyon direncinin arttığını göstermiştir: i_corr değeri 1.213 (nA/cm²), korozyon akım hızı 1.475e-3 (mpy) ve Rct değeri 2.835e6 (Ω) olarak ölçülmüştür. Numuneler daha sonra %3.5 sodyum klorür (NaCl) çözeltisine 72 saat süreyle daldırılmıştır. Sadece epoksi ile kaplanmış numunede i_corr değeri 439.490 (nA/cm²), korozyon akım hızı 536.5e-3 (mpy), ve Rct değeri 170.5e-3 (Ω) olarak kaydedilmiştir. EP/CNCs ile kaplanan numunenin i_corr değeri 19.936 (nA/cm²), korozyon akım hızı 24.27e-3 (mpy) ve Rct değeri 331.0e3 (Ω) olmuştur. EP/CNCs/GNPs kaplı numunede ise i_corr değeri 9.968 (nA/cm²), korozyon akım hızı 12.13e-3 (mpy), ve Rct değeri 2.302e6 (Ω) olarak ölçülmüştür. Numuneler daha sonra 168 saat boyunca daldırılmıştır. Yalnızca epoksi ile kaplanmış numunede i_corr değeri 480.89 (nA/cm²), korozyon akım hızı 585.3e-3 (mpy), ve Rct değeri 1.800 e3 (Ω) olarak belirlenmiştir. EP/CNCs kaplı numunenin i_corr değeri 42.99 (nA/cm²), korozyon akım hızı 52.17e3 (mpy) ve Rct değeri 234.4e3 (Ω) olmuştur. EP/CNCs/GNPs kaplı numunenin ise i_corr değeri 22.26 (nA/cm²), korozyon akım hızı 27.09e-3 (mpy) ve Rct değeri 829.3e3 (Ω) olarak kaydedilmiştir. Bu sonuçlar, EP/CNCs/GNPs'den oluşan kaplamanın tuzlu ortam koşullarında daha uzun süreli korozyon direnci sağladığını göstermektedir. GNP'lerin, CNC'ler ile birlikte epoksi matris içinde kullanılması, kaplama yüzeyinde oluşabilecek kusur ve çatlakları iyileştirdiğini göstermektedir. Bu çalışmada nanokompozit kaplamaların morfolojik, yapısal ve mekanik özellikleri; taramalı elektron mikroskobu (SEM), Fourier dönüşümlü kızılötesi spektroskopisi (FTIR), mikrosertlik testi, termogravimetrik analiz (TGA) ve X-ışını kırınımı (XRD) ile değerlendirilmiştir.Elde edilen sonuçlar, %2 CNC ve %0.5 GNP içeren epoksi kaplamanın gelişmiş korozyon koruması sağladığını ve kaplamanın mekanik özelliklerini iyileştirdiğini göstermektedir. Bu araştırmanın temel amacı, uçak yapısal ix sanayisinde kullanılan 2024 alüminyum alaşımı için özellikle tuzlu çevre koşullarında uzun süreli yüksek korozyon koruması sağlayacak bir kaplama üretmek ve periyodik bakım ihtiyacını azaltmaktır.
Özet (Çeviri)
Through this study, improved corrosion-resistant coating was better quality was developed under saline environmental conditions for the 2024 aluminum alloy used in the aircraft structure industry. A coating was created consisting of an epoxy matrix with cellulose nanocrystals (CNCs) at different weight ratios of 0.5 wt%, 2 wt%, and 4 wt%. Then, the coating was reinforced with graphene nanoplates (GPNs). Electrochemical Corrosion Performance (ECP), such as Potentiodynamic Polarization Performance (Tefal Curves) and Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS Curves), was performed. The results of the uncoated sample showed an i_corr value of 4235.66 (nA/cm²) and a corrosion current rate of 5,140 (mpy). In the EIS analysis, the charge transfer value Rct was 576.7e-3 (Ω), indicating a high corrosion rate. The corrosion current rate decreased when the epoxy coating was applied. The i_corr value was 366.242 (nA/cm²), and the corrosion current rate was 46.66e-3 (mpy). The Rct v value in the EIS analysis was 293.2e-3 (Ω). From these results ideal for addition CNCs to the epoxy was determined to be 2 wt%. The highest resistance values were achieved compared to the other ratios. Adding 2 wt% CNCs to the epoxy matrix led to a significant increase in corrosion resistance, with the i_corr value being 3.885 (nA/cm²) and the corrosion current rate being 4.733e-3 mpy. In EIS analysis, the Rct value was recorded as 2.463e6 (Ω), which indicates that adding CNCs to the epoxy matrix increases the corrosion resistance of the 2024 aluminum alloy. After that, this coating was reinforced with GNPs at a rate of 0.5 wt%. The results indicated an improvement in the coating properties and an increase in corrosion resistance, as the i_corr value was 1.213 (nA/cm²), the corrosion current rate was 1.475e-3 (mpy), and Rct value was recorded as 2.835e6 (Ω), After that, the samples were immersed in a 3.5% sodium chloride solution (NaCl) for 72 Hours. The i_corr value was 439.490 (nA/cm²), the corrosion current rate was 536.5e-3 (mpy), and Rct value was recorded as 170.5-3 (Ω), for the sample coated in epoxy only. The EP/CNCs-coated sample had an i_corr value of 19.936(nA/cm²), a corrosion current rate of 24.27e-3 (mpy), and Rct value was recorded as 331.0e3 (Ω). The EP/CNCs/GNPs-coated sample had an i_corr value of 9.968 (nA/cm²), a corrosion current rate of 12.13e-3 (mpy), and Rct value was recorded as 2.302e6 (Ω). After that, the samples were immersed for 168 Hours. The i_corr value of the epoxy-only sample was 480.89 (nA/cm²), a corrosion current rate of 585.3e-³ (mpy), and Rct value was recorded as 1.8e 3 (Ω). The EP/CNCs-coated sample had an i_corr value of 42.99 (nA/cm²), a corrosion current rate of 52.17e-³ (mpy), and Rct value was recorded as 234.4e3 (Ω). The EP/CNCs/GNPs-coated sample had an i_corr value of 22.26 (nA/cm²), a corrosion current rate of 27.09e-3 (mpy), and Rct value was recorded as 829.3e3 (Ω). This indicates that the coating composed of EP/CNCs/GNPs is more resistant to corrosion for a longer period under saline environmental conditions. This indicates that the addition of GNPs to CNCs within the epoxy matrix heals the defects and cracks that occur on the coating surface. In this study, the morphological, structural, and mechanical properties of nanocomposite coatings were evaluated by scanning electron microscopy (SEM), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), X-ray diffraction analysis (XRD), thermogravimetric analysis (TGA), and microhardness testing. The results of this study show that the coating composed of EP/2 wt% CNCs/0.5 wt% GNPs provides enhanced corrosion protection and improves the mechanical properties of the coating. The main objective of this vi research is to create a coating that provides high corrosion protection for a long period, especially under salty environmental conditions, for the 2024 aluminum alloy used in the aircraft structure industry, and to reduce its need for periodic maintenance.
Benzer Tezler
- Synthesis of poly(methyl methacrylate) reinforced by graphene nanoplates
Grafen nano plakalar ile güçlendirilmiş poli(metil metakrilat) sentezi
ELİF KOCAÇINAR
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiNanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NİLGÜN BAYDOĞAN
- Titanyum diborür ve grafen nano plaka takviyeli silisyum karbür seramiklerinin spark plazma sinterleme yöntemi ile üretimi ve karakterizasyonu
Production and characterization of titanium diboride and graphene nanoplates (GNP) reinforced silicon carbide ceramics prepared by spark plasma sintering
BÜŞRA ÖZKAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Seramik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FİLİZ ŞAHİN
- Titanate nanotubes combined with graphene-based materials as a novel anode material for lithium-ion batteries
Lityum-iyon pilleri için özgün anot malzemesi olarak grafen temelli malzemelerle birleştirilmiş titanat nanotupler
ANAGULI ABULIZI
Yüksek Lisans
İngilizce
2016
Mühendislik BilimleriSabancı ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SELMİYE ALKAN GÜRSEL
DOÇ. DR. DR. ALP YÜRÜM
- Ni kaplı grafen nanoplakalar ile takviyelendirilmiş Al kompozitlerin üretimi ve karakterizasyonu
Production and characterization of Al composites reinforced with Ni coated graphen nanoplates
İREM KOCASÜLEYMAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Makine MühendisliğiKastamonu ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ARİF UZUN
- Esnek yapılı süperkapasitörler için karbon kumaş bazlı grafen ve MnO2 katkılı kompozit elektrotların üretimi ve elektrokimyasal özelliklerinin incelenmesi
Production of carbon fabric-based graphene and MnO2 doded composite electrodes for flexible supercapacitors and examination of their electrochemical properties
TUĞÇE RÜMEYSA ER
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Metalurji MühendisliğiKarabük ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SAFA POLAT