Corrosion inhibition study on Fe-Zn and AA2024-CFRP galvanic couples

Abstract

While the galvanic joints of Zn and Fe are industrially widespread, the AA2024 and CFRP are widely used together nowadays mostly in aeronautical industry due to their light weight and good mechanical properties. It is also clear that the corrosion problems arise when these materials are galvanically coupled and the corrosion of less noble structural material occurs. Current measures for the protection of the AA2024, especially when galvanically activated, are inefficient or expensive. Therefore novel protection strategies are under development with a significant industrial demand. The main objective of this work was to seek and design new corrosion inhibition strategies for industrially relevant dissimilar material systems where the galvanic combinations occur, such as Zn + Fe and AA2024 + CFRP. The selection of inhibitors contained the single inhibitor systems as well as some dedicated potentially synergistic mixtures. It has found that the corrosion impact on specific galvanic systems can be successfully inhibited by using specially designed and dedicated combinations of corrosion inhibitors based on the synergistic cooperation of their different corrosion inhibition mechanisms. A range of electrochemical techniques such as EIS and ZRA together with a full analysis and modelling of data were systematically used in order to evaluate the corrosion properties for all selected circumstances.

Embora pares galvanicos de Zn e Fe sejam industrialmente comuns, os de AA2024 e CFRP são utilizados hoje em dia principalmente na indústria aeronáutica, devido à sua baixa densidade e boas propriedades mecânicas. É também evidente que os problemas de corrosão surgem quando estes materiais estão galvanicamente acoplados e a corrosão do material estrutural menos nobre ocorre. Medidas atuais para a proteção do AA2024, especialmente quando ativado galvanicamente, são ineficientes ou caras. Portanto, estratégias de proteção novas estão em desenvolvimento com uma demanda industrial significativa. O principal objetivo deste trabalho foi o de procurar e desenvolver novas estratégias de inibição de corrosão para sistemas de materiais diferentes industrialmente relevantes, onde ocorrem pares galvânicos, tais como Zn + Fe e AA2024 + CFRP. A selecção de inibidores utilizada, contem sistemas de inibidores individuais, bem como algumas misturas potencialmente sinérgéticas. Foi demonstrado que a corrosão em sistemas galvânicos especificos, pode ser inibida com sucesso, usando combinações especialmente concebidas de inibidores de corrosão dedicados com base na cooperação sinérgica dos seus diferentes mecanismos de inibição da corrosão. Uma gama de técnicas eletroquímicas, como EIS e ZRA juntamente com a completa análise e modelação de dados, foram usadas sistematicamente, a fim de avaliar as propriedades de corrosão para todas as circunstâncias selecionadas.

Galvanische Verbindungen aus Fe und Zn finden in einem breiten Anwendungsspektrum industriellen Einsatz. Demgegenüber werden Paarungen aus AA2024 und CFK aufgrund ihrer geringen Dichte und der guten mechanischen Eigenschaften derzeit hauptsächlich in der Luft- und Raumfahrt eingesetzt. Das elektrochemische Gefälle zwischen beiden Werkstoffen führt zu einer ausgeprägten Korrosionsproblematik, wobei der unedlere Strukturwerkstoff angegriffen wird. Herkömmliche technische Maßnahmen zum Schutz des AA2024 vor Korrosion, insbesondere in elektrisch leitfähigen Umgebungen, sind leider entweder ineffizient oder aber zu kostenintensiv. Die enorme Nachfrage von Seiten der Industrie führt dazu, dass aktuell verstärkt an alternativen Korrosionsschutz-Strategien geforscht wird. Das Hauptziel dieser Arbeit bestand darin, neue Korrosionsinhibitions-Strategien aufzuzeigen und zu untersuchen, um zukünftig auch den industriellen Einsatz galvanisch heikler Paarungen etwa aus Zn und Fe oder aus AA2024 und CFK zu fördern. Bei der Auswahl der Inhibitoren wurden sowohl einzelne Inhibitorsysteme als auch ausgesuchte potentiell synergetische Mischungen berücksichtigt. Es wurde herausgefunden, dass das Korrosionsrisiko spezifischer galvanischer Werkstoffpaarungen mittels geeigneter Inhibitoren erfolgreich gemindert werden konnte. Dazu wurden spezielle Kombinationen aus Inhibitorsystemen verwendet, deren Inhibitionsmechanismen sich untereinander synergetisch ergänzten. Mit Hilfe einer große Bandbreite an elektrochemischen Untersuchungsmethoden wie EIS und ZRA sowie einer fundierten Datenanalyse und Modellierung konnte das jeweilige Korrosionsverhalten für alle untersuchten Umgebungsbedingungen eingehend untersucht und bewertet werden.