Synthesis of epoxy/ZrO2/GO nanocomposite coating as corrosion inhibitor for stainless-steel alloy
Paslanmaz çelik alaşımı için korozyon inhibitörü olarak epoksi/ZrO2/GO nanokompozit kaplamanın sentezi
- Tez No: 947856
- 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: 129
Özet
Bu çalışma, geliştirilmiş korozyon önleyici özelliklere sahip bir epoksi/zirkonyum oksit (ZrO₂) nanokompozit kaplama üretmeyi ve bu kaplamanın alaşımların ömrünü uzatmadaki etkinliğini değerlendirmeyi amaçlamaktadır. Çalışmada, söz konusu nanokompozitin çelik alaşımlar üzerindeki korozyonu engelleme performansı elektrokimyasal testler aracılığıyla değerlendirilmiştir. Nanokompozitin yapısal özellikleri, morfolojik yapısı ve kimyasal bileşenleri detaylı olarak incelenmiş; bu bileşenlerin korozyon inhibitörü olarak nasıl davrandığı anlaşılmaya çalışılmıştır. Epoksi bazlı kompozit kaplamaların, ZrO₂ nanoparçacıkları ve grafen oksit (GO) nano-yaprakları ile güçlendirilmesi üzerine odaklanılmıştır. Temel amaç, bu nanokompozit kaplamaların zorlu çevre koşullarında gösterdiği termal, mekanik ve elektrokimyasal özelliklerin değerlendirilmesidir. Termogravimetrik analiz (TGA), mikrosertlik testi, taramalı elektron mikroskobu (SEM), enerji dağılımlı X-ışını spektroskopisi (EDX), Fourier dönüşümlü kızılötesi spektroskopisi (FTIR) ve X-ışını difraksiyonu (XRD) gibi ileri seviye karakterizasyon teknikleri kullanılmıştır. Bu yöntemler sayesinde kaplamaların yapısı, kimyasal etkileşimleri ve performansı hakkında kapsamlı veriler elde edilmiştir. ZrO₂ ve GO'nun epoksi matrise homojen bir şekilde dağılması amacıyla ultrasonik difüzyon, mekanik karıştırma ve spin-coating teknikleri bir arada kullanılmıştır. SEM görüntüleri, ZrO₂ nanoparçacıklarının küresel yapıda ve matrise düzgün bir şekilde dağıldığını doğrulamıştır. GO'nun eklenmesiyle yüzey morfolojisinde kırışık ve katmanlı yapılar gözlemlenmiş; bu durum, GO ile ZrO₂ arasında başarılı bir etkileşim olduğunu ve bu etkileşimin kaplamanın bariyer özelliklerini artırdığını göstermektedir. TGA sonuçları, kompozit kaplamaların termal dayanımında önemli artışlar olduğunu ortaya koymuştur. Saf epoksi yaklaşık %97 kütle kaybı yaşarken, ZrO₂/epoksi ve GO/ZrO₂/epoksi kompozitleri sırasıyla %5,6 ve %6,8 artık kütle ile 800 °C'de daha kararlı bir termal profil sunmuştur. Bu bulgular, ZrO₂ ve GO katkılarının epoksi matrisin termal stabilitesini artırdığını göstermektedir. Mikrosertlik testleri, ZrO₂ ve GO katkılarının kaplamanın mekanik özelliklerini belirgin şekilde artırdığını ortaya koymuştur. GO/ZrO₂/epoksi hibrit kompoziti en yüksek mikrosertlik değerlerini göstermiştir. Bu artış, ZrO₂'nin mekanik sağlamlığı ile GO'nun yük taşıma kapasitesini artırıcı etkisinin bir kombinasyonu olarak değerlendirilmiştir. Bu tür mekanik dayanım artışı, yüksek aşınma ve gerilime maruz kalan uygulamalarda oldukça önemlidir. Korozyon direncini değerlendirmek üzere yapılan potansiyodinamik polarizasyon (PDP) ve elektrokimyasal empedans spektroskopisi (EIS) testleri, kaplamaların korozif ortamlardaki performansını ortaya koymuştur. Kaplanmamış çelik yüksek bir korozyon akım yoğunluğu (Icorr = 18.500 nA/cm²) ve 898,93 mpy korozyon hızı göstermiştir. Buna karşılık, ZrO₂/epoksi ve GO/ZrO₂/epoksi kaplamalar çok daha düşük korozyon değerleri sergilemiştir. En yüksek koruma, GO/ZrO₂/epoksi hibrit kompozitinde gözlemlenmiş; bu kaplama, GO'nun geçirimsiz yapısı ve ZrO₂'nin mekanik katkısıyla çift yönlü bir bariyer etkisi sunmuştur (Icorr = 16,8 nA/cm²; korozyon hızı = 0,81 mpy). 72 saatlik korozif ortama maruziyetin ardından dahi bu kaplama düşük bir korozyon akımı (24,7 nA/cm²) ve 1,26 mpy korozyon hızı ile yüksek performans göstermeye devam etmiştir. Sonuç olarak, ZrO₂ nanoparçacıkları ve GO nano-yapraklarının epoksi kaplamalara dahil edilmesinin önemli iyileştirmeler sağladığı belirlenmiştir. Bu katkılar, kaplamaların termal dayanımını, mekanik mukavemetini ve korozyon direncini artırmakta olup; GO/ZrO₂/epoksi hibrit kompoziti, zorlu çevre koşullarında kullanılabilecek etkili bir koruyucu kaplama adayı hâline getirmiştir. Elde edilen bulgular, nanodolguların polimer esaslı kaplamaların performansını artırmadaki önemini vurgulamaktadır.
Özet (Çeviri)
This study aims to fabricate an epoxy/zirconium oxide nanocomposite with enhanced corrosion inhibition properties and test its ability to extend the alloy's life. The efficiency of the nanocomposite in inhibiting corrosion on steel alloys is then evaluated through electrochemical tests. The structural properties of the nanocomposite, its shapes, and its constituent chemicals are further investigated to understand how they behave as corrosion inhibitors. This study focused on the performance of epoxy-based composite coatings reinforced with zirconium oxide (ZrO₂) nanoparticles and graphene oxide (GO) nanosheets. The primary objective was to evaluate the thermal, mechanical, and electrochemical properties of these nanocomposite coatings, which were designed to offer superior protection in harsh environments. Various advanced techniques were employed to characterize the coatings, including thermogravimetric analysis (TGA), microhardness testing, scanning electron microscopy (SEM), energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), and X-ray diffraction (XRD). These methods provided valuable insights into the structure, chemical interactions, and performance of the coatings. The incorporation of zirconium oxide (ZrO₂) and graphene oxide (GO) into the epoxy matrix was facilitated. To achieve even distribution of the nanoparticles, a combination of ultrasonic diffusion, mechanical stirring, and spin coating techniques was employed. This careful preparation ensured optimal dispersion, which is crucial for achieving consistent performance in the final coatings. SEM images confirmed the uniform distribution of ZrO₂ nanoparticles, which were spherical in shape and welldispersed within the epoxy matrix. The addition of GO further enhanced the coating's surface features, showing crumpled and layered structures that suggested successful interaction between GO and ZrO₂, thereby improving the overall barrier properties of the coating. Thermogravimetric analysis (TGA) revealed significant improvements in the thermal stability of the composite coatings compared to pure epoxy. While pure epoxy showed a mass loss of approximately 97% during thermal degradation, the ZrO₂/epoxy and GO/ZrO₂/epoxy composites displayed a more stable thermal profile, with residual masses of 5.6% and 6.8% at 800°C, respectively. These findings suggest that the incorporation of ZrO₂ and GO enhances the thermal stability of the epoxy matrix, making it more resilient to high temperatures. Mechanical testing via microhardness evaluations demonstrated a significant increase in hardness with the inclusion of ZrO₂ and GO in the epoxy coatings. The GO/ZrO₂/epoxy hybrid composite showed the highest microhardness, indicating that the combination of ZrO₂'s mechanical reinforcement and GO's properties contributed to improved load-bearing capacity and wear resistance. This enhancement in mechanical strength is essential for applications where the coating must endure significant stress and abrasion. Electrochemical corrosion tests, including potentiodynamic polarization (PDP) and electrochemical impedance spectroscopy (EIS), assessed the coatings' ability to resist degradation in corrosive environments. Uncoated steel exhibited severe corrosion with a high corrosion current density (Icorr) of 18,500 nA/cm² and a corrosion rate of 898.93 mpy. In contrast, the epoxy-based coatings, particularly the ZrO₂/epoxy and GO/ZrO₂/epoxy composites, demonstrated much improved corrosion resistance. Among these, the GO/ZrO₂/epoxy hybrid provided the best protection, with an Icorr of 16.8 nA/cm² and a corrosion rate of 0.81 mpy, due to the dual-action barrier effects of GO's impermeable structure and ZrO₂'s mechanical reinforcement. After 72 hours of exposure to a corrosive environment, the GO/ZrO₂/epoxy composite maintained a low corrosion current density of 24.7 nA/cm² and a corrosion rate of 1.26 mpy, confirming its long-term protective capability. In conclusion, the study highlights the significant improvements achieved by incorporating ZrO₂ nanoparticles and GO nanosheets into epoxy coatings. These enhancements, which include improved thermal stability, mechanical strength, and corrosion resistance, make the GO/ZrO₂/epoxy hybrid composite a promising candidate for protective coatings in demanding applications. The results underline the importance of nanofillers in enhancing the properties of polymer-based coatings, particularly in environments where durability and resistance to corrosion are critical.
Benzer Tezler
- Silika ve karbon nanotüp ile güçlendirilmiş epoksi nanokompozit sentezi, karakterizasyonu ve deney tasarım teknikleri ile incelenmesi
Synthesis of epoxy nanocomposite reinforced silica and carbon nanotube, characterization and investigation with experimental design techniques
İNCİ YAŞAROĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
KimyaBursa Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. YUNUS KAYA
DR. ÖĞR. ÜYESİ ÖMÜR ARAS
- Çeşitli polifonksiyonel gruplu modifiye polistirenler ile epoksi reçinelerin sentezi ve bunlardaki ultrases hızlarının ölçülmesi
Synthesis of various modified polystyrenes with multifunctional group and epoxy resins and measuring their ultrasound velocities
İMRAN ORAL
Doktora
Türkçe
2011
Fizik ve Fizik MühendisliğiSelçuk ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. HATİCE GÜZEL
- Querticol ve amino-querticollerin sentezi: Singlet oksijen en reaksiyonunun uygulanması
Synthesis of querticols and amino-querticols: The application of ene-reaction of singlet oxygen
MEHMET SERDAR GÜLTEKİN
- Azometin içeren epoksi reçinelerin sentezi ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of epoxy resin containing azomethine
MURAT GÜL
Doktora
Türkçe
2010
Polimer Bilim ve TeknolojisiÇanakkale Onsekiz Mart ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İSMET KAYA
- Synthesis of networks and interpenetrating networks of maleated castor oil and epoxy resins
Maleinize edilmiş hint yağı ve epoksi reçineler ile ağ yapı ve geçişimli ağ yapı sentezi
MERVE SEÇKİN ALTUNCU
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
KimyaBoğaziçi ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
DR. EDİZ TAYLAN
PROF. DR. SELİM KÜSEFOĞLU