钢、铁表面缓蚀功能膜的研究

论文摘要

纳米粒子具有表面效应、体积效应、量子尺寸效应及宏观量子隧道效应，呈现出许多独特的物理、化学性质，具有广阔的应用前景。自组装技术是分子自发地在固体基底表面上形成有序分子膜的过程。这种通过化学键自发形成的分子膜均匀致密，排列有序，热力学稳定性高，能够防止腐蚀，减小摩擦，对金属表面具有很好的保护作用。将纳米粒子自组装为有序结构的研究已引起了人们的广泛关注。自组装纳米粒子膜既具有自组装膜的特点，又呈现出纳米材料的性质，具有独特的性能。 在化学镀液中加入纳米粒子，使纳米粒子与基质金属共沉积，可以得到纳米复合化学镀层。与普通镀层相比，纳米复合镀层的性能更为优良，诸如硬度、韧性、耐蚀性、耐磨性、抗高温氧化性等，对金属具有更好的保护作用。 钢铁是工业中广泛应用的金属，但钢铁在使用环境中易被腐蚀，研究防止钢铁腐蚀的有效方法，具有重要意义。目前，对金表面自组装分子膜的研究比较深入，但对钢铁的研究相对较少，主要是由于钢铁容易氧化，表面氧化膜的存在影响自组装过程。因此，选择合适的自组装物质，探索有效的自组装方法，在钢铁表面形成致密牢固的保护膜，实验测试自组装膜的缓蚀性能，理论探讨自组装膜对钢铁的缓蚀机理，有重要的科学意义和广泛的应用前景。 量子化学是研究缓蚀剂的分子结构与缓蚀性能关系的一种有效方法。借助量子化学，可以模拟缓蚀剂与金属的作用形式，计算吸附过程的能量变化，探讨缓蚀机理；还可以分析不同官能团对缓蚀性能的影响，为合成高效缓蚀剂提供理论支持。 本文的研究目的在于用自组装技术在铁表面制备具有优良缓蚀性能的薄膜，以及在钢铁表面进行化学镀镍，并且将用化学还原法制备的金纳米粒子应用于这两种表面处理技术中。利用电化学阻抗谱(EIS)，X射线

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• §1.1 纳米概述
• 1.1.1 纳米粒子的性质
• 1.1.2 纳米粒子的制备方法
• §1.2 分子自组装膜的研究进展
• 1.2.1 分子自组装体系及自组装机理
• 1.2.2 自组装分子膜的表征
• 1.2.3 自组装纳米粒子膜的研究进展
• 1.2.4 分子自组装技术在钢铁腐蚀与防护中的应用
• §1.3 纳米复合化学镀镍技术
• 1.3.1 化学镀镍研究进展
• 1.3.2 化学镀镍磷合金机理
• 1.3.3 纳米复合化学镀镍
• §1.4 量子化学在金属腐蚀与防护中的应用探讨
• §1.5 本文的研究目的及研究内容
• 参考文献
• 第二章 实验部分
• §2.1 实验材料
• §2.2 合成金纳米粒子溶液
• §2.3 自组装膜的制备
• §2.4 化学镀实验
• §2.5 测试和方法
• 2.5.1 电解池系统
• 2.5.2 电化学测试
• 2.5.3 扫描电子显微镜（SEM）
• 2.5.4 X射线光电子能谱（XPS）
• 2.5.5 透射电子显微镜（TEM）
• 2.5.6 示差扫描热量分析（DSC）
• 2.5.7 X射线衍射（XRD）
• 2.5.8 镀层孔隙率测试
• 2.5.9 化学镀层的热处理实验
• 2.5.10 显微硬度测试
• 2.5.11 盐水腐蚀实验
• 参考文献
• 第三章 金纳米粒子在铁表面自组装膜的研究
• §3.1 引言
• §3.2 金纳米粒子的制备和表征
• §3.3 制备金纳米粒子自组装膜
• §3.4 自组装膜的电化学阻抗谱研究
• §3.5 自组装膜的形貌分析
• §3.6 自组装膜的XPS测试
• §3.7 小结
• 参考文献
• 第四章 1-甲基-5-巯基-1,2,3,4-四氮唑在铁表面自组装膜的制备和表征
• §4.1 引言
• §4.2 1-甲基-5-巯基-1,2,3,4-四氮唑自组装膜的制备
• §4.3 1-甲基-5-巯基-1,2,3,4-四氮唑自组装膜的电化学阻抗谱研究
• §4.4 1-甲基-5-巯基-1,2,3,4-四氮唑自组装膜的成分分析
• §4.5 1-甲基-5-巯基-1,2,3,4-四氮唑自组装膜的量子化学研究
• §4.6 小结
• 参考文献
• 第五章 纳米复合化学镀Ni-P/Au的研究
• §5.1 引言
• §5.2 Ni-P/Au纳米复合化学镀层的制备
• 5.2.1 制备金纳米粒子
• 5.2.2 配制纳米复合化学镀液
• 5.2.3 镀件前处理
• §5.3 Ni-P/Au复合化学镀层的性能测试
• 5.3.1 孔隙率测试
• 5.3.2 DSC实验
• 5.3.3 XRD分析
• 5.3.4 金纳米粒子对镀层硬度的影响
• 5.3.5 镀层的形貌及成分分析
• 5.3.6 盐水浸泡腐蚀实验
• §5.4 小结
• 参考文献
• 第六章 量子化学方法探讨有机化合物对钢铁的缓蚀机理
• §6.1 引言
• §6.2 苯胺类化合物对钢铁的缓蚀机理探讨
• 6.2.1 DFT和HF两种方法的比较
• 6.2.2 探讨苯胺化合物对钢铁的缓蚀机理
• 6.2.3 苯胺化合物缓蚀效率与物理化学参数的相关性
• §6.3 吡啶和吡唑化合物对钢铁的缓蚀机理探讨
• 6.3.1 吡啶和吡唑化合物缓蚀效率与理论参数的关系
• 6.3.2 探讨吡啶和吡唑化合物对钢铁的缓蚀机理
• §6.4 小结
• 参考文献
• 本文的创新之处及以后工作设想
• 致谢
• 攻读博士学位期间发表的论文目录
• 作者简历
• 学位论文评阅及答辩情况表