Development of dual functional: Anticorrosive and hydrophobic sol-gel coatings on stainless steel
Çift fonksiyonlu: korozyon önleyici ve hidrofobik sol-jel kaplamaların paslanmaz çelik üzerinde geliştirilmesi
- Tez No: 960824
- Danışmanlar: PROF. DR. CANER DURUCAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Metalurji Mühendisliği, Metallurgical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 153
Özet
Sol-gel kaplamalar, ferritik AISI 430 paslanmaz çeliğin korozyon direncini artırmak ve yüzey fonksiyonlarını kontrol etmek amacıyla geliştirilmiştir. Paslanmaz çeliğin yüzeyinde koruyucu bir Cr₂O₃ katmanı bulunmasına rağmen, kompozisyonel eksiklikler ve bu katmanın zarar görmesi durumunda korozyon meydana gelebilir. Amaç hem korozyon direnci hem de hidrofobik özellikleri sağlayack çift fonksiyonlu camsı bir kaplama geliştirmektir. Bu amaçla silika bazlı kaplama solüsyonları formüle edilmiştir. Kaplama solüsyonları, tetraetilortosilikat (TEOS) kullanılarak hazırlanan saf cam silika veya organik olarak modifiye edilmiş silika-Ormosillerden oluşmaktadır; burada inorganik Si-O-Si ağı, farklı organik gruplarla modifiye edilmiştir. Bu, TEOS ile ilişkilendirilmiş metiltrietoksisilan (MTES), trimetoksisilan (TMSM), (3-glisidoksipropil)trimetoksisilan (GPTMS) ve aminopropiltrietoksisilan (APTES) içeren hibrit ikili kaplama solüsyonlarını kapsamaktadır. Kaplama formülasyonunun değerlendirilmesi ve üretim süreç parametrelerinin tanımlanması gerçekleştirilmiştir; örneğin kaplama katman sayısı, depozisyon sonrası işlemler (kurutma/kalsinasyon), kaplama solüsyonunun yaşlandırılması gibi işlemler uygulanmıştır. Kaplamalar, daldırma ile kaplama yöntemiyle uygulanmış ve çeşitli artçı işlemlerle tamamlanmıştır. Karakterizasyon yöntemleri arasında yüzey morfolojisi analizi için optik mikroskopi, daha ayrıntılı ve derinlemesine mikro yapısal inceleme için taramalı elektron mikroskobu, yüzey hidrofobikliğini değerlendirmek için temas açısı testleri ve oksidasyon direncini ve korozyon davranışını agresif bir ortamda değerlendirmek için yüksek sıcaklık oksidasyon testleri (800 °C, 10 gün) kullanılmıştır. Saf cam (TEOS kaynaklı) solüsyonları, mikro çatlaklı kaplamalarla sonuçlanmış ve kaplama tutunumu zayıf olmuştur. Ormosil (TEOS: organosilan) kaplamaları, özellikle Ormosil formülasyonundaki TEOS miktarı nispeten düşük olduğunda, iyileştirilmiş yüzey homojenliği ve çatlamasız kaplama oluşumu göstermiştir. Çatlak oluşumunun yalnızca solüsyonun kimyasıyla değil, aynı zamanda depozisyon sonrası dönemle de ilişkili olduğu bulunmuştur. Ormosil kaplamalarına, ara kurutmaya tabi tutulan çok katmanlı Ormosil kaplamalarda, geniş çatlaklar ve hatta kaplamanın kalkması gözlemlenmiştir. Kaplama katman sayısının, Ormosil kaplamalarının mikro yapısal ve fonksiyonel özelliklerini (hidrofobiklik ve yüksek sıcaklık oksidasyon direnci) doğrudan etkilemediği tespit edilmiştir. İncelenen tüm TEOS: Ormosil kombinasyonları arasında, MTES: TEOS formülasyonu, özel olarak 3:1 molar oranında en iyi çift fonksiyonlu performansı sergileyerek en yüksek hidrofobikliği (100°'den büyük temas açısı) ve en iyi oksidasyon/korozyon korumasını (sadece 0.02 mg/cm² ağırlık artışı) göstermiştir ve bu, onu çift fonksiyonlu koruyucu kaplama olarak etkinliğini ortaya koymuştur. Bu değerler, kaplamasız paslanmaz çelik için sırasıyla (65° ± 2°) ve 0.40 mg/cm²'den büyük olmuştur. Kaplamanın yüksek hidrofobikliği, depozisyon öncesinde kaplama solüsyonunun yaşlandırılma durumunun kontrol edilerek sağlanan hatasız ve benzersiz dokulu mikro yapıya atfedilmektedir.
Özet (Çeviri)
Sol-gel coatings have been developed to enhance the corrosion resistance and control surface function of ferritic AISI 430 stainless steel (SS). SS has an intrinsic protective Cr₂O₃ layer on the surface, but corrosion can occur due to compositional deficiencies and when this layer is damaged. The objective was to develop a dual-functional glassy coating, to improve both the corrosion resistance and hydrophobic properties of SS. Silica-based coating sols have been formulized for this purpose. Coating sols were either pure glassy silica prepared using tetraethyl orthosilicate (TEOS)- or organically modified silica-Ormosils, where inorganic Si-O-Si network was modified with different organic functions. These include hybrid binary coating sols with TEOS, associated with methyltriethoxysilane (MTES), trimethoxysilane(TMSM), (3-glycidyloxypropyl)trimethoxysilane (GPTMS), and aminopropyltriethoxysilane (APTES). Assessment of coating formulation and defining processing parameters; such as number of coating layers, post deposition treatments (drying/calcination), coating sol aging have been performed. The coatings were deposited by dip-coating, and further processed by various post treatments. The characterization methods employed included optical microscopy for surface morphology analysis, scanning electron microscopy for more detailed and in-depth microstructural examination, contact angle tests for assessing surface hydrophobicity, and high-temperature oxidation tests (800 °C, 10 days) to evaluate oxidation resistance and corrosion behavior in a modelling aggressive environment. Pure glassy (TEOS-derived) sols resulted in micro-cracked coatings, with poor coverage. Ormosils (TEOS: organosilane) coatings exhibited improved surface homogeneity and crack-free coating formation, especially when the TEOS amount in the Ormosil formulation was relatively low. Crack formation was found to be not only related with chemistry of the sol, but also affected by post deposition operations. Extensive hairline cracks and even lift-off of the coating was observed, in the case of multilayered Ormosil coatings subjected to intermediate natural drying. The number coating layers does not directly affect the microstructural and functional characteristics (hydrophobicity and high temperature oxidation resistance) of the Ormosil coatings. Among the all studied TEOS: Ormosil combinations MTES: TEOS formulation at a specific 3:1 molar ratio exhibited the best dual-functional performance, with the highest hydrophobicity (a contact angle higher than 100°) and best oxidation/corrosion protection (only 0.02 mg/cm² weight gain), demonstrating its effectiveness as a dual-functional protective coating. These values were, (65° ± 2°) and bigger than 0.40 mg/cm², respectively for bare SS. The high hydrophobicity of the coating is attributed to the defect free and unique textured microstructure, provided by controlling aging state of the coating sol prior to deposition.
Benzer Tezler
- Development of dual-functional bioactive hydrogels for nerve tissue damage
Sinir doku hasarı için çift fonksiyonlu biyoaktif hidrojellerin geliştirilmesi
İLEYNA SEVDE ÜVAK
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
BiyoteknolojiAcıbadem Mehmet Ali Aydınlar ÜniversitesiBiyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ÖZGÜL GÖK
- Chemical and structural characterization of selenium-incorporated hydroxyapatite
Selenyum-katkılanmış hidroksiapatitin kimyasal ve yapısal karakterızasyonu
BARIŞ ALKAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
Metalurji MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CANER DURUCAN
- Çok dallanmış polimerlerin İniferter yöntemiyle kontrollü olarak sentezi
Controlled synthesis of hyperbranched polymers by Iniferter method
SAMET GÜNER
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Polimer Bilim ve TeknolojisiBursa Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MUSTAFA ÇİFTÇİ
- Surface modification strategies for antimicrobial titanium ımplant materials with enhanced osteogenic activity
Titanyum implant malzemeleri için gelişmiş osteojenik aktiviteye sahip antimikrobiyal yüzey modifikasyon stratejilerinin geliştirilmesi
EMİNE AFRA DEMİRCİ
Doktora
İngilizce
2025
BiyoteknolojiYeditepe ÜniversitesiBiyoteknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GAMZE KÖSE
DOÇ. DR. SAKİP ÖNDER
- Çift-özlü şantuklu ipliklerin üretilmesi ve özelliklerinin incelenmesi
Production of dual-core slub yarns and investigation of their properties
MÜNEVVER ERTEK AVCI
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Tekstil ve Tekstil MühendisliğiErciyes ÜniversitesiTekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HÜSEYİN GAZİ TÜRKSOY