Correlation of electrochemical behavior and nanoscale interfacial processes in TiZr-pretreated polyester coil-coatings: Role of an adhesion promoter revealed by EIS and in situ ATR-FTIR

Keskeiset havainnot

• TiZr-esikäsiteltyjen järjestelmien metalli–polymeerirajapintaa tutkittiin monimittakaavaisella lähestymistavalla.
• Kuumasinkittyjen teräslevyjen polyesteripinnoitteita tutkittiin EIS-menetelmällä ja pohjamaalattuja sinkkipintoja in situ ATR-FTIR -menetelmällä.
• Adheesion edistäjää sisältävässä TiZr-järjestelmässä rajapintaan kertyi vähemmän vettä ja Zn(OH)2:ta muodostui vähemmän.
• Adheesion edistäjä tasoitti titaanin jakautumista ja paransi rajapinnan stabiilisuutta.

Tiivistelmä

Rajapintaveden vaikutusta tartuntaominaisuuksiin tutkittiin kelapinnoitetulla kuumasinkityllä teräksellä, joka oli esikäsitelty TiZr-pohjaisilla konversiokerroksilla joko adheesion edistäjän kanssa tai ilman sitä. Polymeeripinnoitteena käytettiin polyesteri–melamiinijärjestelmää. Laboratoriossa valmistettuja sinkkimallipintoja käytettiin metalli–polymeerirajapinnan in situ -spektroskooppiseen tutkimukseen. Makroskooppisen sähkökemiallisen käyttäytymisen ja nanomittakaavan rajapintaprosessien yhteyttä selvitettiin monimittakaavaisella lähestymistavalla, jossa yhdistettiin sähkökemiallinen impedanssispektroskopia (EIS), pyyhkäisyelektronimikroskopia ja energiadispersiivinen röntgenspektroskopia (SEM-EDS), elektronimikroanalyysi (EPMA), röntgenfluoresenssi (XRF) sekä in situ ATR-FTIR -spektroskopia Kretschmann-geometriassa.

Veden imeytymisen määräksi arvioitiin 0,5–0,8 tilavuusprosenttia riippumatta pinnan esikäsittelystä tai pintamaalin olemassaolosta. Pintamaali muodosti tehokkaan suojakerroksen esikäsittelystä riippumatta. Eroja havaittiin, kun käytössä oli pelkkä pohjamaali. EIS-analyysi osoitti tartunnan heikkenemisen ja/tai korroosion käynnistyvän aikaisemmin ilman adheesion edistäjää. In situ ATR-FTIR -analyysi ja infrapunaspektrien optiset simuloinnit osoittivat TiZr-järjestelmässä suurempaa nestemäisen kaltaisen veden kertymistä rajapintaan sekä Zn(OH)2-yhdisteiden varhaista muodostumista.

Pinta-analyysien perusteella adheesion edistäjä johti tasaisempaan titaanin jakautumiseen ja vähensi titaanista köyhiä alueita. Tulokset osoittivat, että adheesion edistäjä paransi pinnoitteen suorituskykyä vakauttamalla metalli–polymeerirajapintaa ja rajoittamalla veden kertymistä rajapintaan. Työssä kehitettiin luotettava monimittakaavainen menetelmä kelapinnoitettujen järjestelmien rajapintaprosessien tutkimiseen.

Avainsanat

• TiZr-konversiokerrokset
• Orgaaninen adheesion edistäjä
• EIS
• In situ ATR-FTIR
• SEM-EDS
• Peittynyt rajapinta