Огромные потери, вызываемые процессами коррозии металлических конструкций, являются одной из важных проблем современного общества. Оценки показывают, что годовой ущерб, наносимый коррозией экономике, достигает 200 миллиардов евро в Европе и 270 миллиардов евро в США.

Несмотря на токсичность, хром 6 (шестивалентный хром) остается существенным компонентом аникоррозионных покрытий. С учетом экономического ущерба, а также проблем окружающей среды и здравоохранения, вызываемых хромом 6, у ученых имеется огромный стимул в разработке нового поколения защитных покрытий. Давно предполагается, что покрытия нового поколения не должны содержать токсичных элементов, быть экологически безопасными и, кроме того, быть «умными», например, проявлять свойства самовосстановления. Концепция «умных» покрытий, реагирующих на внешнее влияние (pH, изменение влажности, механические повреждения слоя и т.д.) и восстанавливающих сами себя, благодаря нанотехнологиям в настоящее время испытывает значительный подъем. Основной идеей надежного антикоррозионного покрытия является многослойная наноструктура с интегрированными и взаимодействующими компонентами.

Германские исследователи разработали новый метод многослойной антикоррозионной защиты, включающий в себя предварительную обработку поверхности ультразвуковым излучением и нанесение полиэлектролитов и ингибиторов. Покрытия нового типа имеют очень высокие антикоррозионные свойства, долговременную стабильность в агрессивных средах, не являются экологически вредными и просты и дешевы в изготовлении. Покрытие продемонстрировано в авиапромышленности, но имеет универсальное значение. Авторы разработки, ученые из Института Макса Планка (Max Planck Institute) в Потсдаме – доктор Дарья Андреева (Dr. Daria Andreeva) с соавторами опубликовали результаты работы в статье «Self-Healing Anticorrosion Coatings Based on pH-Sensitive Polyelectrolyte/Inhibitor Sandwichlike Nanostructures». См. журнал Advanced Materials (Volume 20 Issue 14, Pages 2789 – 2794).

Главным отличием новой разработки от существующих покрытий является много-уровневый подход к защите объекта, где защитные системы- «умные» слои- будут не только барьером для внешнего влияния, но и реагируют на изменения в собственной внутренней структуре, сочетая различные механизмы предохранения от повреждений и восстановления целостности покрытия. Ученые начали проект с предположения о том, что послойная (слой за слоем) технология нанесения покрытия может оказаться эффективным решением при изготовлении самовосстанавливающихся антикоррозионных покрытий. Послойная технология включает в себя поэтапную «сборку» на подложке в электростатическом поле объектов с противоположным зарядом- полиэлектролитов и ингибиторов или наночастиц- с нанометровой точностью и обеспечивает формирование мультифункционального покрытия.

21-дневный коррозионный тест в 0.1M NaCl растворе: изображения в сканирующем электронном микроскопе и фотографии чистого алюминиевого образца (верх) и алюминиевого образца, покрытого полиэлектролитным покрытием (низ)

Совершенно новым словом в предложенной технологии изготовления антикоррозионной системы является предварительная обработка подложки из алюминиевого сплава интенсивным ультразвуковым излучением в водяной ванне. Предварительная обработка поверхности способствует лучшей смачиваемости, адгезии и химической связке с полимерными слоями последующего многослойного покрытия. После обработки ультразвуком, на поверхности алюминиевого сплава получали однородные слои полиэлектролитов и ингибиторов общей толщиной 5–10 нм.

Нанометровые покрытия обеспечивали великолепную коррозионную стойкость (см. Рис) вследствие действия трех одновременно работающих механизмов: 1) пассивированию деградации металла при контролируемом нанесении ингибитора; 2) блокировке изменений в pH в коррозионной зоне благодаря слоям полиэлектролитов; 3) самозалечиванию дефектов пленки за счет подвижных полиэлектролитных составляющих в послойной конструкции.