无机及有机材料复合膜对碳钢腐蚀行为的影响

论文摘要

随着人类对海洋开发利用的逐步深入和规模不断扩大,海洋腐蚀给国民经济造成的重大损失日益增加。海洋腐蚀不仅缩短了海洋工程结构的使用寿命,大大增加维护维修的费用,而且还直接影响这些设施或设备的使用安全,甚至会造成灾难性事故,从而带来巨大的经济损失。因此,研究海水中金属的腐蚀与防护具有重要的应用意义和经济价值。本文主要应用恒电位电解方法制备了两种无机粒子/聚电解质复合膜（氧化锌（ZnO）/聚二烯丙基二甲基氯化铵（PDDA）复合膜和ZnO/壳聚糖（CS）复合膜）及一种无机粒子/金属复合膜（锌（Zn）/二氧化硅（SiO2）复合膜）。应用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、傅里叶转换红外光谱（FT-IR）等方法对复合膜的相关性质进行了研究,并应用极化曲线、交流阻抗等方法对复合膜耐蚀性进行研究。主要结论如下:1、采用吸附方法在碳钢表面制备了PDDA薄膜,极化曲线结果表明在2 g L-1的PDDA溶液中吸附1 h制得的膜层具有较好的耐蚀效果。SEM结果表明与空白样品相比,表面吸附PDDA膜的碳钢样品在氯化钠（NaCl）溶液中浸泡2 h后未有腐蚀产物生成。这表明PDDA在碳钢防腐领域有一定应用价值。2、采用恒电位电解法在碳钢表面制备了ZnO薄膜,系统研究了硝酸锌（Zn（NO3）2）溶液的温度、浓度、沉积电位、搅速等因素对所成膜耐蚀性的影响。结果表明,与其它条件相比,当Zn（NO3）2溶液温度为50 oC、浓度为5 mM、沉积电位为-1.2 V、搅速为200 r min-1时,在碳钢表面制得的膜层具有最佳耐蚀性。3、采用恒电位电解法在碳钢表面制备了ZnO/PDDA复合膜。极化曲线结果表明与所选用其他条件相比当溶液中PDDA浓度为2 g L-1时制得的复合膜最有最佳耐蚀性。XRD结果表面产物中有ZnO存在;FT-IR结果表明复合膜中有PDDA存在。SEM结果表明与ZnO膜相比,ZnO/PDDA复合膜表面变得更加致密。4、采用恒电位电解法在碳钢表面制备制备了ZnO/CS复合膜。极化曲线结果表明与所选用其他条件相比当溶液中CS浓度为0.6 g L-1时制得的复合膜最有最佳耐蚀性。XRD结果表面产物中有ZnO的存在;FT-IR结果表明复合膜中有CS存在。SEM结果表明与ZnO膜相比,ZnO/CS复合膜表面更加平滑,这是由CS良好成膜性决定的。5、通过电解Zn（NO3）2和正硅酸乙酯（TEOS）混合溶液的方法在碳钢表面制备了Zn/SiO2复合膜。极化曲线结果与所选用其他条件相比表明当溶液中TEOS浓度为0.012 M时制得的复合膜最有最佳耐蚀性。SEM结果表明随着TEOS加入,制得的膜层逐渐变平滑,当TEOS为0.012 M时复合膜表面最致密。XRD结果表明未加TEOS时,产物为ZnO;当TEOS浓度为0.012 M时,产物为Zn和SiO2。电化学交流阻抗结果表明随着浸泡时间延长,阻抗先逐渐减小,这是由于电解质不断进入,且未在膜层表面形成腐蚀产物层造成的;当浸泡时间超过120 h后,阻抗值逐渐增大,说明膜层表面有腐蚀产物聚集。通过对阻抗谱进行电路拟合发现,膜层在NaCl溶液中浸泡时间超过120 h后膜电阻和电荷转移电阻均增大。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景与研究意义
• 1.2 海水腐蚀与防护
• 1.2.1 海水环境金属的腐蚀机理
• 1.2.2 海水腐蚀防护方法
• 1.3 复合材料
• 1.3.1 无机/聚电解质复合膜
• 1.3.1.1 聚电解质
• 1.3.1.2 聚合物-金属离子配合物
• 1.3.1.3 强聚电解质/无机粒子复合膜
• 1.3.1.4 弱聚电解质-无机粒子复合膜
• 1.3.2 无机粒子/金属复合膜
• 1.3.2.1 影响复合电沉积的因素
• 1.3.2.2 复合电沉积的反应机理
• 1.4 无机/聚电解质复合膜及无机/金属复合膜在金属防腐中的应用
• 1.4.1 无机/聚电解质复合膜在金属防腐中的应用
• 1.4.2 无机粒子/金属复合膜的应用
• 1.4.3 无机/金属复合涂层在金属防腐中的应用
• 1.5 常用的腐蚀研究方法
• 1.5.1 极化曲线测量
• 1.5.2 电化学阻抗谱
• 1.6 本论文的工作内容和意义
• 参考文献
• 第二章 PDDA 薄膜对碳钢腐蚀行为影响研究
• 2.1 前言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验材料
• 2.2.2 实验方法
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 PDDA 浓度及吸附时间对薄膜耐蚀性的影响
• 2.3.2 SEM测定
• 2.4 小结
• 参考文献
• 第三章 ZnO/PDDA 复合膜的制备及其对碳钢腐蚀行为影响的研究
• 3.1 前言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验材料
• 3.2.2 实验方法
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 不同条件下制备ZnO 膜及其极化曲线表征
• 3.3.2 ZnO/PDDA 复合膜的制备及其耐腐蚀性研究
• 3.3.3 ZnO 和 ZnO/PDDA 膜的表征
• 3.3.4 ZnO、ZnO/PDDA 膜的影响因素
• 3.4 小结
• 参考文献
• 第四章 ZnO/壳聚糖复合膜的制备及对碳钢腐蚀行为影响研究
• 4.1 前言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验材料
• 4.2.2 实验方法
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 ZnO/CS 膜的制备及耐蚀性评估
• 4.3.2 ZnO/CS 膜的表征
• 4.3.3 复合膜成膜机制及耐蚀机理
• 4.4 小结
• 参考文献
• 2复合膜及对碳钢腐蚀行为影响研究'>第五章 电沉积制备Zn/Si0₂复合膜及对碳钢腐蚀行为影响研究
• 5.1 前言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 实验材料
• 5.2.2 实验方法
• 5.3 结果与讨论
• 2膜的制备及极化曲线研究'>5.3.1 Zn/Si0₂膜的制备及极化曲线研究
• 2膜的表征'>5.3.2 Zn/Si0₂膜的表征
• 2膜的EIS'>5.3.3 Zn/Si0₂膜的EIS
• 2复合膜成膜机制及耐蚀性'>5.3.4 Zn/Si0₂复合膜成膜机制及耐蚀性
• 5.4 小结
• 参考文献
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 本工作主要创新之处
• 6.3 对今后工作的建议与展望
• 博士期间发表论文与专利及所获奖励
• 致谢