Reducing Water and Chloride Penetration Through Silicate Treatments for Concrete as a Mean to Control Corrosion Kinetics

There are currently many types of protective materials for reinforced concrete structures and the influence of these materials in the chloride diffusion coefficient and water penetration still needs more research. The aim of this work is to analyze the contributions regarding the typical three surface concrete protection systems (coatings, linings and pore blockers) and discusses the results of three pore blockers (sodium silicate) tested in this work. To this end, certain tests were used: one involving permeability mechanism (low pressure-immersion absorption), one involving capillary water absorption, and the last, a migration test used to estimate the effective chloride diffusion coefficient in saturated condition. Results indicated reduction in chloride diffusion coefficients and capillary water absorption, therefore, restrictions to water penetration from external environmental. As a consequence, a reduction of the corrosion kinetics and a control of the chloride ingress are expected.

Wear and corrosion resistance of pack chromised carbon steel

Pack chromising treatment is an environmentally friendly alternative to hard chromium to form wear and corrosion resistant surface layers. In this work, samples of AISI 1060 steel were pack chromised for 6 and 9 h at 1000 and 1050 degrees C using different activator concentrations. Wear tests were performed in dry conditions and corrosion tests in natural sea water for the pack chromised samples and hard chromium. Pack chromising yielded the formation of layers with high chromium concentrations, high hardness and wear resistance. Increasing activator concentration causes no significant change on the morphology and thickness of the layers. The layers produced at 1050 degrees C yielded only a (Cr,Fe)(2)N1-x phase, and those obtained at 1000 degrees C are composed of a carbide mixture with (Cr,Fe)(2)N1-x. The sample treated at 1050 degrees C for 9 h resulted in an optimum condition by means of better wear resistance and corrosion properties, which were close to that exhibited by the hard chrome, indicating that pack chromising is a promising alternative.

Evaluation of corrosion resistance and cytotoxicity of electrodeposited gold on various types of intermediate layers

Gold plated surfaces are widely applied in several technical and decorative fields. The two main issues regarding the discussion on the field of precious metal coatings concern the increase in the use of thinner gold layers and 'Ni free' substrates. In order to ensure the quality of the final products, the effects of the plated surfaces on their performance require thorough and accurate research. In this paper, the corrosion resistance of gold plated nickel, copper and bronze was investigated by electrochemical methods specifically potentiodynamic polarisation and electrochemical impedance spectroscopy in phosphate buffered saline. The cytotoxicity of the gold plated substrates was also evaluated and compared. The results showed that the substrate related to the best corrosion resistance and cytotoxicity among the tested ones was bronze, and the one with the lowest performance was nickel.

Effects of chemical composition on the corrosion of dental alloys

The aim of this study was to determine the effect of the oral environment on the corrosion of dental alloys with different compositions, using electrochemical methods. The corrosion rates were obtained from the current-potential curves and electrochemical impedance spectroscopy (EIS). The effect of artificial saliva on the corrosion of dental alloys was dependent on alloy composition. Dissolution of the ions occurred in all tested dental alloys and the results were strongly dependent on the general alloy composition. Regarding the alloys containing nickel, the Ni-Cr and Ni-Cr-Ti alloys released 0.62 mg/L of Ni on average, while the Co-Cr dental alloy released ions between 0.01 and 0.03 mg/L of Co and Cr, respectively.The open-circuit potential stabilized at a higher level with lower deviation (standard deviation: Ni-Cr-6Ti = 32 mV/SCE and Co-Cr = 54 mV/SCE). The potenciodynamic curves of the dental alloys showed that the Ni-based dental alloy with >70 wt% of Ni had a similar curve and the Co-Cr dental alloy showed a low current density and hence a high resistance to corrosion compared with the Ni-based dental alloys. Some changes in microstructure were observed and this fact influenced the corrosion behavior for the alloys. The lower corrosion resistance also led to greater release of nickel ions to the medium. The quantity of Co ions released from the Co-Cr-Mo alloy was relatively small in the solutions. In addition, the quantity of Cr ions released into the artificial saliva from the Co-Cr alloy was lower than Cr release from the Ni-based dental alloys.

Modeling random corrosion processes via polynomial chaos expansion

Polynomial Chaos Expansion (PCE) is widely recognized as a flexible tool to represent different types of random variables/processes. However, applications to real, experimental data are still limited. In this article, PCE is used to represent the random time-evolution of metal corrosion growth in marine environments. The PCE coefficients are determined in order to represent data of 45 corrosion coupons tested by Jeffrey and Melchers (2001) at Taylors Beach, Australia. Accuracy of the representation and possibilities for model extrapolation are considered in the study. Results show that reasonably accurate smooth representations of the corrosion process can be obtained. The representation is not better because a smooth model is used to represent non-smooth corrosion data. Random corrosion leads to time-variant reliability problems, due to resistance degradation over time. Time variant reliability problems are not trivial to solve, especially under random process loading. Two example problems are solved herein, showing how the developed PCE representations can be employed in reliability analysis of structures subject to marine corrosion. Monte Carlo Simulation is used to solve the resulting time-variant reliability problems. However, an accurate and more computationally efficient solution is also presented.

Atmospheric corrosion of quaternary bronzes (Cu-Sn-Zn-Pb): laboratory tests (accelerated ageing in wet & dry conditions)and field studies (the Bottego monument in Parma, Italy).

The interactions between outdoor bronzes and the environment, which lead to bronze corrosion, require a better understanding in order to design effective conservation strategies in the Cultural Heritage field. In the present work, investigations on real patinas of the outdoor monument to Vittorio Bottego (Parma, Italy) and laboratory studies on accelerated corrosion testing of inhibited (by silane-based films, with and without ceria nanoparticles) and non-inhibited quaternary bronzes are reported and discussed. In particular, a wet&dry ageing method was used both for testing the efficiency of the inhibitor and for patinating bronze coupons before applying the inhibitor. A wide range of spectroscopic techniques has been used, for characterizing the core metal (SEM+EDS, XRF, AAS), the corroded surfaces (SEM+EDS, portable XRF, micro-Raman, ATR-IR, Py-GC-MS) and the ageing solutions (AAS). The main conclusions were: 1. The investigations on the Bottego monument confirmed the differentiation of the corrosion products as a function of the exposure geometry, already observed in previous works, further highlighting the need to take into account the different surface features when selecting conservation procedures such as the application of inhibitors (i.e. the relative Sn enrichment in unsheltered areas requires inhibitors which effectively interact not only with Cu but also with Sn). 2. The ageing (pre-patination) cycle on coupons was able to reproduce the relative Sn enrichment that actually happens in real patinated surfaces, making the bronze specimens representative of the real support for bronze inhibitors. 3. The non-toxic silane-based inhibitors display a good protective efficiency towards pre-patinated surfaces, differently from other widely used inhibitors such as benzotriazole (BTA) and its derivatives. 4. The 3-mercapto-propyl-trimethoxy-silane (PropS-SH) additivated with CeO2 nanoparticles generally offered a better corrosion protection than PropS-SH.

Polymer controlled mineralization of zinc phosphate hydrates and applications in corrosion protection, catalysis and biomedicine

ZUSAMMENFASSUNG Die Tauglichkeit von Hybridmaterialien auf der Basis von Zinkphosphathydrat-Zementen zum Einsatz als korrosionshemmende anorganische Pigmente oder zur prothetischen und konservierenden Knochen- und Zahntherapie wird weltweit empirisch seit den neunziger Jahren intensiv erforscht. In der vorliegenden Arbeit wurden zuerst Referenzproben, d.h. alpha-und beta-Hopeite (Abk. a-,b-ZPT) dank eines hydrothermalen Kristallisationsverfahrens in wässerigem Milieu bei 20°C und 90°C hergestellt. Die Kristallstruktur beider Polymorphe des Zinkphosphattetrahydrats Zn3(PO4)2  4 H2O wurde komplett bestimmt. Einkristall-strukturanalyse zeigt, daß der Hauptunterschied zwischen der alpha-und beta-Form des Zinkphosphattetrahydrats in zwei verschiedenen Anordnungen der Wasserstoffbrücken liegt. Die entsprechenden drei- und zweidimensionalen Anordnungen der Wasserstoffbrücken der a-und b-ZPT induzieren jeweils unterschiedliches thermisches Verhalten beim Aufwärmen. Während die alpha-Form ihr Kristallwasser in zwei definierten Stufen verliert, erzeugt die beta-Form instabile Dehydratationsprodukt. Dieses entspricht zwei unabhängigen, aber nebeneinander ablaufenden Dehydratationsmechanismen: (i) bei niedrigen Heizraten einen zweidimensionalen Johnson-Mehl-Avrami (JMA) Mechanismus auf der (011) Ebene, der einerseits bevorzugt an Kristallkanten stattfindet und anderseits von existierenden Kristalldefekten auf Oberflächen gesteuert wird; (ii) bei hohen Heizraten einem zweidimensionalen Diffusionsmechanismus (D2), der zuerst auf der (101) Ebene und dann auf der (110) Ebene erfolgt. Durch die Betrachtung der ZPT Dehydratation als irreversibele heterogene Festkörperstufenreaktion wurde dank eines „ähnlichen Endprodukt“-Protokolls das Dehydratationsphasendiagramm aufgestellt. Es beschreibt die möglichen Zusammenhänge zwischen den verschiedenen Hydratationszuständen und weist auf die Existenz eines Übergangszustandes um 170°C (d.h. Reaktion b-ZPT  a-ZPT) hin. Daneben wurde auch ein gezieltes chemisches Ätzverfahren mit verdünnten H3PO4- und NH3 Lösungen angewendet, um die ersten Stufe des Herauslösens von Zinkphosphat genau zu untersuchen. Allerdings zeigen alpha- und beta-Hopeite charakteristische hexagonale und kubische Ätzgruben, die sich unter kristallographischer Kontrolle verbreitern. Eine zuverlässige Beschreibung der Oberfächenchemie und Topologie konnte nur durch AFM und FFM Experimente erfolgen. Gleichzeitig konnte in dieser Weise die Oberflächendefektdichte und-verteilung und die Volumenauflösungsrate von a-ZPT und b-ZPT bestimmt werden. Auf einem zweiten Weg wurde eine innovative Strategie zur Herstellung von basischen Zinkphosphatpigmenten erster und zweiter Generation (d.h. NaZnPO4  1H2O und Na2ZnPO4(OH)  2H2O) mit dem Einsatz von einerseits oberflächenmodifizierten Polystyrolatices (z.B. produziert durch ein Miniemulsionspolymerisationsverfahren) und anderseits von Dendrimeren auf der Basis von Polyamidoamid (PAMAM) beschritten. Die erhaltene Zeolithstruktur (ZPO) hat in Abhängigkeit von steigendem Natrium und Wassergehalt unterschiedliche kontrollierte Morphologie: hexagonal, würfelförmig, herzförmig, sechsarmige Sterne, lanzettenförmige Dendrite, usw. Zur quantitativen Evaluierung des Polymereinbaus in der Kristallstruktur wurden carboxylierte fluoreszenzmarkierte Latices eingesetzt. Es zeigt sich, daß Polymeradditive nicht nur das Wachstum bis zu 8 µm.min-1 reduzierten. Trotzdem scheint es auch als starker Nukleationsbeschleuniger zu wirken. Dank der Koordinationschemie (d.h. Bildung eines sechszentrigen Komplexes L-COO-Zn-PO4*H2O mit Ligandenaustausch) konnten zwei einfache Mechanismen zur Wirkung von Latexpartikeln bei der ZPO Kristallisation aufgezeigt werden: (i) ein Intrakorona- und (ii) ein Extrakorona-Keimbildungsmechanismus. Weiterhin wurde die Effizienz eines Kurzzeit- und Langzeitkorrosionschutzes durch maßgeschneiderte ZPO/ZPT Pigmente und kontrollierte Freisetzung von Phosphationen in zwei Näherungen des Auslösungsgleichgewichts abgeschätzt: (i) durch eine Auswaschungs-methode (thermodynamischer Prozess) und (ii) durch eine pH-Impulsmethode (kinetischer Prozess. Besonders deutlich wird der Ausflösungs-Fällungsmechanismus (d.h. der Metamorphismus). Die wesentliche Rolle den Natriumionen bei der Korrosionshemmung wird durch ein passendes zusammensetzungsabhängiges Auflösungsmodell (ZAAM) beschrieben, das mit dem Befund des Salzsprühteste und der Feuchtigkeitskammertests konsistent ist. Schließlich zeigt diese Arbeit das herausragende Potential funktionalisierter Latices (Polymer) bei der kontrollierten Mineralisation zur Herstellung maßgeschneiderter Zinkphosphat Materialien. Solche Hybridmaterialien werden dringend in der Entwicklung umweltfreundlicher Korrosionsschutzpigmente sowie in der Dentalmedizin benötigt.

Identification and dissolution behavior of the secondary uranium minerals in the corrosion products of Depleted Uranium (DU) ammunition formed in soils

In der vorliegenden Studie wurden verschiedene Techniken eingesetzt um drei Proben (4, 7, and 8) die aus denrnKorrosionsprodukten von aus dem Kosovo Krieg stammenden Munitionskugeln, bestehend aus abgereichertem Uranrn(Depleted Uranium - DU), zu untersuchen. Als erstes Verfahren wurde die Raman-Spektroskopie eingesetzt. Hierbeirnzeigte sichin den Proben, charakterisiert durch einen Doppelpeak, die Anwesenheit von Schoepitrn(UO2)8O2(OH)12(H2O)12. Der erste und zweite Peakzeigte sich im Spektralbereich von 840,3-842,5 cm-1rnbeziehungsweise 853,6-855,8 cm-1. Diese Werte stimmen mit den Literaturwerten für Raman-Peaks für Schoepitrnüberein. Des Weiteren wurde bei dieser Untersuchungsmethode Becquerelite Ca(UO2)6O4(OH)6(H2O)8 mit einemrnPeak im Bereich zwischen 829 to 836 cm-1 gefunden. Aufgrund des Fehlens des Becquerelitespektrums in derrnSpektralbibliothek wurde eine in der Natur vorkommende Variante analysiert und deren Peak bei 829 cm-1 bestimmt,rnwas mit den Ergebnissen in den Proben korrespondiert. Mittels Röntgenbeugung (X-Ray Diffraction, XRD) zeigtenrnsich in allen Proben ähnliche Spektren. Das lässt darauf schließen, dass das pulverisierte Material in allen Probenrndas gleiche ist. Hierbei zeigte sich eine sehr gute Übereinstimmung mit Schoepit und/oder meta-rnSchoepit(UO2)8O2(OH)12(H2O)10, sowie Becquerelite. Weiterhin war weder Autunit, Sabugalit noch Uranylphosphatrnanwesend, was die Ergebnisse einer anderen Studie, durchgeführt an denselben Proben, wiederlegt. DiernAnwesenheit von P, C oder Ca im Probenmaterial konnte ausgeschlossen werden. Im Falle von Calciumkann diesrnmit der Anwesenheit von Uran erklärt werden, welches aufgrund seines Atomradius bevorzugt in Becquerelite (1:6)rneingebaut wird. Die beiden Hauptpeaks für Uran lagen im Falle von U 4f 7/2 bei 382.0 eV und im Falle von U 4f 5/2rnbei 392 eV. Diese Werte mit den Literaturwerten für Schoepit und meta-Schoepitüberein. Die Ergebnissernelektronenmikroskopischen Untersuchung zeigen U, O, Ca, Ti als dominante Komponenten in allen Messungen.rnElemente wie Si, Al, Fe, S, Na, und C wurden ebenfalls detektiert; allerdings kann nicht ausgeschlossen werden,rndass diese Elemente aus dem Boden in der unmittelbaren Umgebung der Munitionsgeschosse stammen. Gold wurdernebenfalls gemessen, was aber auf die Goldarmierung in den Probenaufbereitungsbehältern zurückgeführt werdenrnkann. Die Elektronenmikroskopie zeigte außerdem einige Stellen in denen elementares Uran und Bodenmineralernsowie sekundäre Uranminerale auftraten. Die Elementübersicht zeigt einen direkten Zusammenhang zwischen U andrnCa und gleichzeitig keine Korrelation zwischen U und Si, oder Mg. Auf der anderen Seite zeigte sich aber einrnZusammenhang zwischen Si und Al da beide Konstituenten von Bodenmineralen darstellen. Eine mit Hilfe derrnElektronenstrahlmikroanalyse durchgeführte quantitative Analyse zeigte den Massenanteil von Uran bei ca. 78 - 80%,rnwas mit den 78,2% and 79,47% für Becquerelite beziehungsweise Schoepit aufgrund ihrer Summenformelrnkorrespondiert. Zusätzlich zeigt sich für Calcium ein Massenanteil von 2% was mit dem Wert in Becquerelite (2.19%)rnrecht gut übereinstimmt. Der Massenanteil von Ti lag in einigen Fällen bei 0,77%, was auf eine noch nicht korrodierternDU-Legierung zurückzuführen ist. Ein Lösungsexperiment wurde weiterhin durchgeführt, wobei eine 0,01 M NaClO4-rnLösung zum Einsatz kam in der die verbliebene Probensubstanz der Korrosionsprodukte gelöst wurde;rnNatriumperchlorate wurde hierbei genutzt um die Ionenstärke bei 0,01 zu halten. Um Verunreinigungen durchrnatmosphärisches CO2 zu vermeiden wurden die im Versuch für die drei Hauptproben genutzten 15 Probenbehälterrnmit Stickstoffgas gespült. Eine Modelkalkulation für den beschriebenen Versuchsaufbau wurde mit Visual MINTEQrnv.3.0 für die mittels vorgenannten Analysemethoden beschriebenen Mineralphasen im pH-Bereich von 6 – 10 imrnFalle von Becquerelite, und Schoepit berechnet. Die modellierten Lösungskurven wurden unter An- und Abwesenheitrnvon atmosphärischem CO2 kalkuliert. Nach dem Ende des Lösungsexperiments (Dauer ca. 6 Monate) zeigten diernKonzentrationen des gelösten Urans, gemessen mittels ICP-OES, gute Übereinstimmung mit den modelliertenrnSchoepit und Becquerelite Kurven. Auf Grund des ähnlichen Löslichkeitverhaltens war es nicht möglich zwichen denrnbeiden Mineralen zu unterscheiden. Schoepit kontrolliert im sauren Bereich die Löslichkeit des Urans, währendrnbecquerelit im basichen am wenigsten gelöst wird. Des Weiteren bleibt festzuhalten, dass ein Anteil an CO2 in diernverschlossenen Probenbehälter eingedrungen ist, was sich mit der Vorhersage der Modeldaten deckt. Die Löslichkeitrnvon Uran in der Lösung als Funktion des pH-Wertes zeigte die niedrigsten Konzentrationen im Falle einer Zunahmerndes pH-Wertes von 5 auf 7 (ungefähr 5,1 x 10-6 mol/l) und einer Zunahme des pH-Wertes auf 8 (ungefähr 1,5 x 10-6rnmol/l bei). Oberhalb dieses Bereichs resultiert jeder weitere Anstieg des pH-Wertes in einer Zunahme gelösten Uransrnin der Lösung. Der ph-Wert der Lösung wie auch deren pCO2-Wert kontrollieren hier die Menge des gelösten Urans.rnAuf der anderen Seite zeigten im Falle von Becquerelite die Ca-Konzentrationen höhere Werte als erwartet, wobeirnwahrscheinlich auf eine Vermischung der Proben mit Bodensubstanz zurückgeführt werden kann. Abschließendrnwurde, unter Berücksichtigung der oben genannten Ergebnisse, eine Fallstudie aus Basrah (Irak) diskutiert, wo inrnzwei militärischen Konflikten Uranmunition in zwei Regionen unter verschiedenen Umweltbedingungen eingesetztrnwurden.

Stimuli-responsive materials for self-healing in corrosion protection

The corrosion of metallic materials is a crucial issue on an economical and ecological scale. Corrosion protection becomes then necessarily needed. The main focus of the thesis is to develop stimuli-responsive nanocontainers for self-healing in corrosion protection. A nanocontainer is efficient if distinct payloads can be selectively released via different stimuli because unwanted and unspecific release can be avoided. For anti-corrosion, the wanted nanocontainer is the one able to release its self-healing agents or corrosion inhibitors upon change of pH- or/and redox-potential due to the variation of these two signals at the corroded sites. Conducting polymers such as polyaniline (PANI) were chosen for building the shell of capsules due to their important characteristics of being both pH- and redox responsive.

Corrosion Characteristics And Mechanical Properties Of Aluminum Coatings Applied By The Cold Spray Process

Aluminum coatings were applied to 2024-T3 and 7075-T6 aluminum alloys via the Cold Spray process. The coatings were applied to substrateswith various surface preparation and Cold Spray carrier gas combinations. Some samples were coated with an additional sealant with and without a chromate conversion layer. An exhaustive corrosion analysis was then performed which utilized a number of long termand accelerated tests in order to characterize the corrosion protection of the coatings.

Slow Strain Rate Testing and Stress Corrosion Cracking of Ultra-Fine Grained and Conventional Al-Mg Alloy

Stress corrosion cracking susceptibility was investigated for an ultra-fine grained (UFG) AI-7.5Mg alloy and a conventional 5083 H111 alloy in natural seawater using slow strain rate testing (SSRT) at very slow strain rates between 1E(-5) s(-1), 1E(-6) s(-1) and 1E(-7) s(-1). The UFG Al-7.5Mg alloy was produced by cryomilling, while the 5083 H111 alloy is considered as a wrought manufactured product. The response of tensile properties to strain rate was analyzed and compared. Negative strain rate sensitivity was observed for both materials in terms of the elongation to failure. However, the UFG alloy displayed strain rate sensitivity in relation to strength while the conventional alloy was relatively strain rate insensitive. The mechanical behavior of the conventional 5083 alloy was attributed to dynamic strain aging (DSA) and delayed pit propagation while the performance of the UFG alloy was related to a diffusion-mediated stress relaxation mechanism that successfully delayed crack initiation events, counteracted by exfoliation and pitting which enhanced crack initiation. (C) 2014 Elsevier B.V. All rights reserved.

The Corrosion Resistance of Iron-Tin Compacts as Produced by Powder Metallurgy

The art of Powder Metallurgy deals with the preparation of metal powders and their utilization. As a more pertinent definition, the following has been suggest­ed: "Powder Metallurgy is the art of producing metal powders and shaped objects from individual, mixed, or alloyed metal powders, with or without the inclusion of non-metallic consti­tuents".

Corrosion Testing of Iron-Tin Alloys by the Salt Spray Method

The purpose of this study was to determine the rela­tive rate of corrosion of iron-tin alloys containing low percentages of tin. Since in the world today, a great deal of work is being done to develop large tin deposits and new methods devised to treat these ores, it is possible that the metal will become abundant and will obtain a more important position in the metal industry.