Защита меди от коррозии супергидрофобизацией ее поверхности

Медь и её сплавы широко применяются в промышленности благодаря высокой электропроводности, теплопроводности и пластичности. Однако в некоторых нейтральных средах медь подвергается коррозии, что ухудшает её функциональные свойства и сокращает срок службы. Перспективным методом защиты является создание супергидрофобных (СГФ) покрытий, поэтому нами исследовано формирование СГФ-покрытий на меди с использованием алкилмалоновых кислот (АМК) в качестве экологически безопасных гидрофобизаторов. Поверхность меди предварительно структурировали методом лазерной абляции для создания полимодальной шероховатости, после чего модифицировали растворами АМК с длиной алкила C₁₃ и C₁₆. Полученные покрытия демонстрировали СГФ свойства с краевыми углами смачивания (Θ_c), сопоставимыми с покрытиями на основе стеариновой кислоты (C₁₇). Дополнительная отмывка в изопропаноле с ультразвуковой обработкой увеличивала Θ_c для АМК, но не влияла на стеариновую кислоту (CK). Испытания в условиях конденсации влаги и в хлоридных растворах подтвердили высокую защитную эффективность покрытий на основе АМК C16, близкую к СК. Установлено, что повышение температуры раствора гидрофобизатора до 60°C или добавление малых концентраций ингибиторов коррозии (например, 0,1 ммоль/л 1,2,3-бензотриазола) увеличивает стабильность СГФ-покрытий. Результаты показывают, что алкилмалоновые кислоты могут служить эффективной и экологичной альтернативой традиционным гидрофобизаторам меди.

1. A. Igual Munoz, J. Garcia Anton, J.L. Guinon and V. Perez Herranz, Comparison of inorganic inhibitors of copper, nickel and copper–nickels in aqueous lithium bromide solution, Electrochim. Acta, 2004, 50, 957 – 966. doi: 10.1016/j.electacta.2004.07.048

2. Ю.И. Кузнецов и Л.П. Казанский, Физико-химические аспекты защиты металлов ингибиторами коррозии класса азолов, Успехи химии, 2008, 77, 227 – 241. doi: 10.1070/RC2008v077n03ABEH003753

3. M. Finšgar and I. Milošev, Inhibition of copper corrosion by 1,2,3-benzotriazole: A review, Corros. Sci., 2010, 52, no. 9, 2737–2749. doi: 10.1016/j.corsci.2010.05.002

4. M.M. Antonijevic and M.B. Petrovic, Copper Corrosion Inhibitors. A review, Int. J. Electrochem.Sci., 2008, 3, no. 1, 1–28. doi: 10.1016/S1452-3981(23)15441-1

5. G. Zerjav and I. Milosev, Carboxylic Acids as Corrosion Inhibitors for Cu, Zn and Brasses in Simulated Urban Rain, Int. J. Electrochem.Sci., 2014, 9, no. 5, 2696–2715. doi: 10.1016/S1452-3981(23)07957-9

6. T. Onda, S. Shibuichi, N. Satoh and K. Tsujii, Super-Water-Repellent Fractal Surfaces, Langmuir, 1996, 12, no. 9, 2125 – 2127. doi: 10.1021/la950418o

7. Y. Tian, H. Li, M. Wang, C. Yang, Z. Yang and X. Liu, Insights into the stability of fluorinated super-hydrophobic coating in different corrosive solutions, Prog. Org. Coat., 2021, 151, 106043. doi: 10.1016/j.porgcoat.2020.106043

8. L.B. Boinovich and A.M. Emelyanenko, Hydrophobic materials and coatings: principles of design, properties and applications, Russ. Chem. Rev., 2008, 77, no. 7, 583–600. doi: 10.1070/RC2008v077n07ABEH003775

9. D.K. Vairavel, S. Mahadevan and V. Madeshwaren, Enhanced corrosion resistance of copper for agricultural equipment using superhydrophobic stearic acid coatings, Matéria (Rio J.). Laboratório de Hidrogênio, Coppe Universidade Federal do Rio de Janeiro, em cooperação com a Associação Brasileira do Hidrogênio, ABH2, 2025, 30, e20240647. doi: 10.1590/1517-7076-RMAT-2024-0647

10. И.А. Кузнецов и Д.Б. Вершок, О защите меди дикарбоновыми кислотами, Коррозия: защита материалов и методы исследований, 2024, 2, no. 2, 122–136. doi: 10.61852/2949-3412-2024-2-2-122-136

11. M.O. Agafonkina, I.A. Kuznetsov, N.P. Andreeva and Yu.I. Kuznetsov, Copper protection with sodium salts of lower dicarboxylic acids in neutral aqueous solution, Int. J. Corros. Scale Inhib., 2020, 9, no. 3, 1000 – 1013. doi: 10.17675/2305-6894-2020-9-3-13

12. Z. He, Z. Zhang and J. He, CuO/Cu based superhydrophobic and self-cleaning surfaces, Scr. Mater., 2016, 118, 60–64. doi: 10.1016/j.scriptamat.2016.03.015

13. F. Xiao, S. Yuan, B. Liang, G. Li, S.O. Pehkonenc and T. Zhang, Superhydrophobic CuO nanoneedle-covered copper surfaces for anticorrosion, J. Mater. Chem. A, 2015, 3, no. 8, 4374–4388. doi: 10.1039/C4TA05730A

14. Q. bao Zhang, D. Xu, T.F. Hung and K. Zhang, Facile synthesis, growth mechanism and reversible superhydrophobic and superhydrophilic properties of non-flaking CuO nanowires grown from porous copper substrates, Nanotechnology, 2013, 24, no. 6, 065602. doi: 10.1088/0957-4484/24/6/065602

15. А.А. Михайлов, Ю.М. Панченко и Ю.И. Кузнецов, Атмосферная коррозия и защита металлов. Изд-во Першина Р.В., Тамбов, 2016. 555 с.

16. K. Popova and T. Prošek, Corrosion Monitoring in Atmospheric Conditions: A Review, Metals, 2022, 12, 171. doi: 10.3390/met12020171

17. I. Odnevall and C. Leygraf, Atmospheric Corrosion of Copper in a Rural Atmosphere, J. Electrochem. Soc., 1995, 142, 3682. doi: 10.1149/1.2048399

18. S.M.A. Mousavi and R. Pitchumani, A study of corrosion on electrodeposited superhydrophobic copper surfaces, Corros. Sci., 2021, 186, 109420. doi: 10.1016/j.corsci.2021.109420