Felületanalitikai módszerek alkalmazása undecenil-foszfonsav alapú korróziógátló rétegek jellemzésére
Surface Analytical Characterization of Undecenylphosphonic Acid-Based Corrosion Inhibitor Layers
Keywords:
self-assembled monolayer, undecenyl phosphonic acid, corrosion protection, γ-irradiation, stainless steel, pitting corrosion, /, önszerveződött réteg, undecenil-foszfonsav, korrózióvédelem, γ-besugárzás, rozsdamentes acél, lyukkorrózióAbstract
Surface Analytical Characterization of Undecenylphosphonic Acid-Based Corrosion Inhibitor Layers The objective of this research was to investigate the corrosion inhibition properties of self-assembled monolayers (SAMs) based on undecenylphosphonic acid on various metallic substrates (1.0330 mild steel, 1.4541, 1.4571, and 1.4841 stainless steels). Post-treatment modification of the nanolayers via thermal annealing (50°C, 5 hours) and γ-irradiation (60Co, 20 kGy) significantly enhanced corrosion resistance, primarily through polymerization of the terminal double bonds. Among the characterization techniques employed, Fourier-transform infrared spectroscopy (FT-IR) confirmed the chemisorption of the phosphono head group onto the metal oxide surface and the conformational ordering of the hydrophobic alkyl chains. X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) verified the beneficial effect of surface-segregated alloying elements (Cr, Ni, Mo, Mn) on monolayer formation. Atomic force microscopy (AFM) utilizing 2D and 3D topographical imaging along with cross-sectional line profile analysis revealed modifications in surface morphology and a reduction in surface roughness parameters upon nanolayer deposition. Contact angle goniometry documented the enhancement of surface hydrophobicity, particularly for post-treated coatings. Corrosion inhibition efficiency was quantified by inductively coupled plasma optical emission spectrometry (ICP-OES), demonstrating an order-of-magnitude reduction in metal ion leaching, particularly for iron. Correlation analysis between PREN (Pitting Resistance Equivalent Number) values and metal dissolution rates confirmed that γ-irradiated nanolayers deposited on higher chromium-content alloys provide superior protection against pitting corrosion.
Kivonat
A kutatás célja undecenil-foszfonsav alapú önszerveződött molekuláris rétegek korróziógátló tulajdonságainak vizsgálata volt különböző fémfelületeken (1.0330 szerkezeti acél, 1.4541, 1.4571 és 1.4841 rozsdamentes acélok). A nanorétegek módosítása hőkezeléssel (50°C, 5 óra) és γ-besugárzással (60Co, 20 kGy) jelentősen javította a korróziós ellenállást, elsősorban a kettős kötések polimerizációja révén. A jellemzési módszerek között az infravörös spektroszkópia (FT-IR) bizonyította a foszfono fejcsoport és a fémoxidfelület közötti kémiai kötést, valamint a hidrofób láncok rendezettségét. A röntgen-fotoelektron spektroszkópia (XPS) igazolta az ötvözőelemek (Cr, Ni, Mo, Mn) felszíni jelenlétének pozitív hatását a rétegképződésre. Az atomi erőmikroszkópia (AFM) 2D és 3D felvételekkel, valamint metszeti analízissel kimutatta a felszíni morfológia változását és a durvasági tényezők csökkenését a nanorétegek hatására. A peremszög mérések a hidrofób tulajdonságok fokozódását dokumentálták, különösen az utókezelt rétegek esetében. A korróziógátló hatékonyságot induktív csatolású plazma optikai emissziós spektrometriával (ICP-OES) számszerűsítették, amely kimutatta a fémionok (különösen vas) kioldódásának nagyságrendi csökkenését. A PREN (lyukkorrózió-ellenállás egyenértékszám) értékek és a fémkioldódás közötti összefüggés vizsgálata igazolta, hogy a nagyobb krómtartalmú ötvözetek felületén kialakított γ-besugárzott nanorétegek kiemelkedően hatékony védelmet nyújtanak a lyukkorrózió ellen.
References
Telegdi, J., Rigó, T., Kiss, É. Mono- and multilayer adsorption of long chain amphiphiles on metals, Prog. Colloid Polym. Sci. 125 (2004) 96–103.
Telegdi, J., Románszki, L., Al-Khatib, F., Juhász, E., Pfeifer, É. Corrosion control by self-assembled molecular films, in: Developments in Corrosion Protection (M. Aliofkhazraei Ed.), InTech, 2014, 135–168.
Ulman, A. Formation and structure of self-assembled monolayers, Chem. Rev. 96(4) (1996) 1533–1554.
Love, J.C., Estroff, L.A., Kriebel, J.K., Nuzzo, R.G., Whitesides, G.M. Self-assembled monolayers of thiolates on metals as a form of nanotechnology, Chem. Rev. 105(4) (2005) 1103–1170.
Queffélec, C., Petit, M., Janvier, P., Knight, D.A., Bujoli, B. Surface modification using phosphonic acids and esters, Chem. Rev. 112(7) (2012) 3777–3807.
Guerreiro, Y.A., Gorlich, M.J., Schneider, M. Phosphonic acid self-assembled monolayers on aluminium: a review, Surf. Sci. Rep. 78(4) (2023) 100605.
Pfeifer, É.K., Telegdi, J. Improved hydrophobicity for better corrosion control by special self-assembled molecular coatings, Int. J. Corros. Scale Inhib. 11(3) (2022) 1041–1062.
Pfeifer, É.K., Mink, J., Gyurika, I.G., Telegdi, J. Effect of heat treatment on the structure of self-assembled undecenyl phosphonic acid layers developed on different stainless steel surfaces, Hungarian J. Ind. Chem. 51(2) (2023) 7–14.
Bagheri Gh., M., Hosseini, S.M.A., Amiri, M. Corrosion inhibition by self-assembled monolayers of alkylphosphonates on mild steel in phosphoric acid, Anti-Corros. Methods Mater. 66(1) (2019) 90–96.
Hoque, E., DeRose, J.A., Hoffmann, P., Mathieu, H.J., Bhushan, B., Cichomski, M. Phosphonate self-assembled monolayers on aluminum surfaces, J. Chem. Phys. 124(17) (2006) 174710.
Olsson, C.-O.A., Landolt, D. Passive films on stainless steels—chemistry, structure and growth, Electrochim. Acta 48(9) (2003) 1093–1104.
Hutter, J.L., Bechhoefer, J. Calibration of atomic-force microscope tips, Rev. Sci. Instrum. 64(7) (1993) 1868–1873.
Lorenz, K., Bauer, T. Pitting resistance equivalent number as a measure for pitting corrosion resistance of stainless steels, Mater. Corros. 72(1-2) (2021) 68–82.
Pfeifer, É.K., Trif, L., Petrik, P., Mink, J., Gyurika, I.G., Telegdi, J. Influence of gamma radiation on selfassembled molecular layers developed on different metals, Surf. Coat. Technol. 489 (2024) 131092.
Downloads
Published
Issue
Section
License
Copyright (c) 2026 Nemzetközi Gépészeti Konferencia – OGÉT
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
