NANO2021-Nanoteknologi og nye materiale

Dagens krombaserte korrosjonsbeskyttelsesløsninger ønskes erstattet av mer miljøvennlige alternativer. Utgangspunktet for CORR-PROOF var å kombinere grafenoksid (GO) og polyhedral oligomeric silsesquioxan (POSS), eller modifikasjoner av en eller begge, for å danne et korrosjonsbeskyttende belegg uten nærvær av krom. I prosjektet fant vi at heftegenskapene mellom GO og Al 2024 T3, samt funksjonalisert GO (APTES-GO) og Al T-2024, ikke er tilstrekkelige til at hverken GO eller APTES-GO kan benyttes alene på Al 2024 T3. Heftegenskapene kan bedres ved å først belegge Al-overflaten med aminfunksjonalisert POSS (amin-POSS), og deretter å deponere den (amin)POSS-belagte overflaten med GO eller APTES-GO. Til tross for de lovende initielle resultatene fant vi dessverre etter hvert ut at heftegenskapene ved bruk av amin-POSS ikke var tilstrekkelig gode uansett valg av GO. Vi måtte derfor utvikle en bedre matrise. Ved bruk at sol-gel-teknologi lyktes vi med å fremstille og deponere et belegg hvor GO og APTES-GO inngår som en komponent, samtidig som det er god heft mot Al 2024 T3. Det viste seg at det er avgjørende at GO og APTES-GO er inkorporert i det nye anti-korrosjonsbelegget fordi da dannes det et GO-inneholdende belegg som samtidig hefter godt mot Al T-2024. Dersom GO eller APTES-GO deponeres på toppen av sol-gel belegget, oppnås ingen heft mellom GO, APTES-GO og sol-gel belegget. Det nyutviklede belegget kan best beskrives som et multikomponent ett-lagsbelegg. Det nye belegget inneholder ikke POSS, ei heller modifikasjoner av POSS. Helse og miljøaspekter (RRI) knyttet til det nye belegget ble analysert. Vi identifiserte kjemikaliene og løsningsmidlene som har den laveste miljøpåvirkningen når de benyttes innen innlagring og oksidering under beleggingsprosessen. Risikovurderingene ble utført med EcoOnline, og er basert på kjemikalienes egenskaper og anvendelsesområde. Sitronsyre (2-hydroksypropan-1,2,3-trikarbosylsyre) viser lavest risiko for innlagring, mens kaliumferrat (K2FeO4) viser lavest risiko i oksidasjonstrinnet. Vi har fremstilt representativt støv fra det nye belegget. Støvet ble karakterisert og den noen miljørelaterte egenskaper evaluert. Prosjektets industrielle relevans ble demonstrert ved å belegge flydeler levert av prosjektpartneren Turkish Aerospace. Vi benyttet spray coating for å belegge delene fordi det muliggjorde å belegge deler med kompleks geometri i kombinasjon med et minimum av utgangsløsning. Andre deponeringsmetoder var enten ikke i stand til å belegge delene pga geometrien, f.eks. spin coating og bar coating, eller de krevde store bad med mye væske, f.eks. dip coating.

SINTEFs medarbeidere økte sin faglige kompetanse innen alle prosjektets vitenskapelige aktiviteter, for eksempel grafenoksid, funksjonalisert grafenoksid, polyhedral oligomeric silsesquioxan (POSS), sol-gel, belegg og beleggingsteknologi, anti-korrosjon, karakterisering, osv. I tillegg utvidet SINTEF Ocean sin RRI-kunnskap om de nevnte forbindelsene og teknologiene. Både den spesifikke og generiske kompetansehevingen vil komme til nytte i SINTEFs og SINTEF Oceans fremtidige aktiviteter. Både for SINTEF og SINTEF Ocean ble det internasjonale nettverket utvidet med to tyrkiske samarbeidspartnere som vi ikke har samarbeidet med tidligere.

European companies are about to abandon widely used corrosion-protective treatments containing hazardous substances such as Cr6+ according to REACH regulations of EU. The aim of CORR-PROOF Project is to develop a novel concept involving anti-corrosive coating formulations with low environmental impacts to European industry, beginning with the aerospace industry. The focus will be on developing corrosion-resistant coatings for aluminium aircraft components by combining (i) graphene derivatives with high barrier properties, (ii) derivatives of POSS for adhesion and self-healing, (iii) environmentally low impact material and solvents, and (iv) by implementing responsible research and innovation (RRI) by conducting HSE impact assessments in a ‘safe by design’ approach. A transnational consortium including a nanotechnology-based SME, two well-known research institutes and a leading aerospace corporation came together to realize the objectives and come closer to commercialize the technology.