刘素云:海洋环境用Al合金表面多功能耐蚀聚苯胺复合涂层的研制论文

刘素云:海洋环境用Al合金表面多功能耐蚀聚苯胺复合涂层的研制论文

本文主要研究内容

作者刘素云(2019)在《海洋环境用Al合金表面多功能耐蚀聚苯胺复合涂层的研制》一文中研究指出:本文主要研究对象为一种专门为海洋环境下Al合金设计的磺基水杨酸掺杂聚苯胺环氧(PANI-SSA/epoxy)涂层。针对Al合金易发生氧化反应的特性,选择一种性能稳定且能够钝化金属的磺基水杨酸掺杂态聚苯胺(PANI-SSA)作为功能填料与海洋环境中应用最广泛的环氧树脂(epoxy resin)结合,制备出PANI-SSA/epoxy涂层。将其涂覆在海洋环境中常用的耐蚀5083 Al合金上,以期在实现有机涂层屏蔽性能的同时,利用PANI-SSA的钝化能力促进涂层/Al合金界面处形成氧化膜,实现对Al合金的多重高效防护。通过电化学阻抗原位监测技术(EIS)、扫描电镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、透射电镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)等分析技术系统地研究了涂层下Al合金表面PANI-SSA诱导氧化膜的特征,并探讨PANI-SSA添加量对涂层防护性能的影响规律,据此设计出两种具有建设性的PANI-SSA/epoxy涂层制备方法:N-烷基化改性PANI-SSA制备PANI-SSA/epoxy涂层和制备rGO-PANI-SSA/epoxy复合涂层。首先,在Al合金表面制备PANI-SSA/epoxy涂层,详细研究经服役后在PANI-SSA诱导下形成的5083 Al合金表面氧化膜的成分、微观结构信息,并结合涂层服役行为详细阐明PANI-SSA在防腐涂层中的作用。结果表明:PANI-SSA/epoxy涂层促使Al合金表面生成越来越厚的氧化膜,150天后厚度可达300 nm。PANI-SSA诱导生成的Al合金氧化膜连续、完整致密且具有团簇状纳米晶结构;主要由Al2O3、磺基水杨酸合Al内层和A12O3、Al(OH)3、磺基水杨酸合A1混合物外层构成的两层结构组成。浸泡1 50天后,PANI-SSA/epoxy涂层的低频阻抗模值高达1.23×109Q.cm2,有机涂层仍能够有效的保护Al合金。涂层下Al合金表面生成的氧化膜使Al合金的耐蚀性能提高一个数量级。氧化物膜中Al2O3与PANI之间形成O-N化学键合,基体Al与磺基水杨酸形成Al-O化学键合,Al(OH)3与磺基水杨酸形成氢键,增大了涂层与金属的结合力,增强了涂层对Al基体金属的防护作用。其次,制备不同添加量的PANI-SSA/epoxy涂层,并通过结合吸水率、表面形貌、附着力、强韧性和EIS测试等方法探讨不同添加量下PANI-SSA/epoxy涂层的物理性能及防护性能,探讨PANI-SSA的作用规律并确定其在环氧涂层中的最佳添加量,揭示PANI-S SA/epoxy涂层防护性能的最大影响因素。结果表明:PANI-SSA添加量会在很大程度上影响涂层屏蔽性能导致防护性不同,添加量过低(0.1%、1%)或过高(4%、6%、8%)都会导致涂层内的缺陷增加,屏蔽性能下降,导致涂层下Al合金发生严重腐蚀。PANI-SSA添加量为2%时,其分子中的仲胺基团能够参与环氧树脂的固化过程,增大涂层的强度、韧性和附着力,并且涂层下Al合金表面生成完整氧化膜。结合PANI-SSA/epoxy涂层的各项性能测试(电化学性能、致密性、附着力、强韧性),PANI-SSA在环氧树脂中的最佳添加量为2%。采用C5H11Br和C12H25Br两种溴代烷烃在极性溶剂IPA和DMF中分别对PANI-SSA进行N-烷基化改性,确定PANI-SSA的N-烷基化改性工艺并阐明改性后涂层性能。结果表明:C12H25Br在DMF中改性后的PANI-SSA的N-烷基化程度最高,可达39.9%。N-烷基化改性后,长链烷烃接枝到PANI-SSA链上,能够提高PANI-SSA在环氧树脂/二甲苯溶液中的分散稳定性和与环氧树脂的相容性。N-烷基化改性后涂层表面和内部的团聚缺陷减少,降低涂层吸水速率和饱和吸水率,提高涂层致密性和防护性能。C12H25Br在DMF中改性的PANI-SSA添加到涂层后其的防护性能最佳,改性后PANI-SSA/epoxy涂层的防护性能提高两个数量级。最后,揭示了rGO的作用机制并制备了rGO-PANI-SSA/epoxy复合涂层。结果表明:rGO的导电性增强了PANI-SSA对Al合金的钝化作用,促进Al合金表面氧化膜的形成。添加0.2%的rGO后,rGO-PANI-SSA/epoxy复合涂层的防护性能最佳。纳米rGO填料在PANI-S SA/epoxy涂层中均匀分散,并与复合涂层基料树脂之间结合良好,减少涂层的缺陷。片层状rGO在复合涂层中形成迷宫效应,抑制腐蚀介质(H2O、O2、C1-等)的扩散,全面提升涂层防护效果。

Abstract

ben wen zhu yao yan jiu dui xiang wei yi chong zhuan men wei hai xiang huan jing xia Alge jin she ji de huang ji shui yang suan can za ju ben an huan yang (PANI-SSA/epoxy)tu ceng 。zhen dui Alge jin yi fa sheng yang hua fan ying de te xing ,shua ze yi chong xing neng wen ding ju neng gou dun hua jin shu de huang ji shui yang suan can za tai ju ben an (PANI-SSA)zuo wei gong neng tian liao yu hai xiang huan jing zhong ying yong zui an fan de huan yang shu zhi (epoxy resin)jie ge ,zhi bei chu PANI-SSA/epoxytu ceng 。jiang ji tu fu zai hai xiang huan jing zhong chang yong de nai shi 5083 Alge jin shang ,yi ji zai shi xian you ji tu ceng bing bi xing neng de tong shi ,li yong PANI-SSAde dun hua neng li cu jin tu ceng /Alge jin jie mian chu xing cheng yang hua mo ,shi xian dui Alge jin de duo chong gao xiao fang hu 。tong guo dian hua xue zu kang yuan wei jian ce ji shu (EIS)、sao miao dian jing (SEM)、yuan zi li xian wei jing (AFM)、tou she dian jing (TEM)、Xshe xian guang dian zi neng pu (XPS)deng fen xi ji shu ji tong de yan jiu le tu ceng xia Alge jin biao mian PANI-SSAyou dao yang hua mo de te zheng ,bing tan tao PANI-SSAtian jia liang dui tu ceng fang hu xing neng de ying xiang gui lv ,ju ci she ji chu liang chong ju you jian she xing de PANI-SSA/epoxytu ceng zhi bei fang fa :N-wan ji hua gai xing PANI-SSAzhi bei PANI-SSA/epoxytu ceng he zhi bei rGO-PANI-SSA/epoxyfu ge tu ceng 。shou xian ,zai Alge jin biao mian zhi bei PANI-SSA/epoxytu ceng ,xiang xi yan jiu jing fu yi hou zai PANI-SSAyou dao xia xing cheng de 5083 Alge jin biao mian yang hua mo de cheng fen 、wei guan jie gou xin xi ,bing jie ge tu ceng fu yi hang wei xiang xi chan ming PANI-SSAzai fang fu tu ceng zhong de zuo yong 。jie guo biao ming :PANI-SSA/epoxytu ceng cu shi Alge jin biao mian sheng cheng yue lai yue hou de yang hua mo ,150tian hou hou du ke da 300 nm。PANI-SSAyou dao sheng cheng de Alge jin yang hua mo lian xu 、wan zheng zhi mi ju ju you tuan cu zhuang na mi jing jie gou ;zhu yao you Al2O3、huang ji shui yang suan ge Alnei ceng he A12O3、Al(OH)3、huang ji shui yang suan ge A1hun ge wu wai ceng gou cheng de liang ceng jie gou zu cheng 。jin pao 1 50tian hou ,PANI-SSA/epoxytu ceng de di pin zu kang mo zhi gao da 1.23×109Q.cm2,you ji tu ceng reng neng gou you xiao de bao hu Alge jin 。tu ceng xia Alge jin biao mian sheng cheng de yang hua mo shi Alge jin de nai shi xing neng di gao yi ge shu liang ji 。yang hua wu mo zhong Al2O3yu PANIzhi jian xing cheng O-Nhua xue jian ge ,ji ti Alyu huang ji shui yang suan xing cheng Al-Ohua xue jian ge ,Al(OH)3yu huang ji shui yang suan xing cheng qing jian ,zeng da le tu ceng yu jin shu de jie ge li ,zeng jiang le tu ceng dui Alji ti jin shu de fang hu zuo yong 。ji ci ,zhi bei bu tong tian jia liang de PANI-SSA/epoxytu ceng ,bing tong guo jie ge xi shui lv 、biao mian xing mao 、fu zhao li 、jiang ren xing he EISce shi deng fang fa tan tao bu tong tian jia liang xia PANI-SSA/epoxytu ceng de wu li xing neng ji fang hu xing neng ,tan tao PANI-SSAde zuo yong gui lv bing que ding ji zai huan yang tu ceng zhong de zui jia tian jia liang ,jie shi PANI-S SA/epoxytu ceng fang hu xing neng de zui da ying xiang yin su 。jie guo biao ming :PANI-SSAtian jia liang hui zai hen da cheng du shang ying xiang tu ceng bing bi xing neng dao zhi fang hu xing bu tong ,tian jia liang guo di (0.1%、1%)huo guo gao (4%、6%、8%)dou hui dao zhi tu ceng nei de que xian zeng jia ,bing bi xing neng xia jiang ,dao zhi tu ceng xia Alge jin fa sheng yan chong fu shi 。PANI-SSAtian jia liang wei 2%shi ,ji fen zi zhong de zhong an ji tuan neng gou can yu huan yang shu zhi de gu hua guo cheng ,zeng da tu ceng de jiang du 、ren xing he fu zhao li ,bing ju tu ceng xia Alge jin biao mian sheng cheng wan zheng yang hua mo 。jie ge PANI-SSA/epoxytu ceng de ge xiang xing neng ce shi (dian hua xue xing neng 、zhi mi xing 、fu zhao li 、jiang ren xing ),PANI-SSAzai huan yang shu zhi zhong de zui jia tian jia liang wei 2%。cai yong C5H11Brhe C12H25Brliang chong xiu dai wan ting zai ji xing rong ji IPAhe DMFzhong fen bie dui PANI-SSAjin hang N-wan ji hua gai xing ,que ding PANI-SSAde N-wan ji hua gai xing gong yi bing chan ming gai xing hou tu ceng xing neng 。jie guo biao ming :C12H25Brzai DMFzhong gai xing hou de PANI-SSAde N-wan ji hua cheng du zui gao ,ke da 39.9%。N-wan ji hua gai xing hou ,chang lian wan ting jie zhi dao PANI-SSAlian shang ,neng gou di gao PANI-SSAzai huan yang shu zhi /er jia ben rong ye zhong de fen san wen ding xing he yu huan yang shu zhi de xiang rong xing 。N-wan ji hua gai xing hou tu ceng biao mian he nei bu de tuan ju que xian jian shao ,jiang di tu ceng xi shui su lv he bao he xi shui lv ,di gao tu ceng zhi mi xing he fang hu xing neng 。C12H25Brzai DMFzhong gai xing de PANI-SSAtian jia dao tu ceng hou ji de fang hu xing neng zui jia ,gai xing hou PANI-SSA/epoxytu ceng de fang hu xing neng di gao liang ge shu liang ji 。zui hou ,jie shi le rGOde zuo yong ji zhi bing zhi bei le rGO-PANI-SSA/epoxyfu ge tu ceng 。jie guo biao ming :rGOde dao dian xing zeng jiang le PANI-SSAdui Alge jin de dun hua zuo yong ,cu jin Alge jin biao mian yang hua mo de xing cheng 。tian jia 0.2%de rGOhou ,rGO-PANI-SSA/epoxyfu ge tu ceng de fang hu xing neng zui jia 。na mi rGOtian liao zai PANI-S SA/epoxytu ceng zhong jun yun fen san ,bing yu fu ge tu ceng ji liao shu zhi zhi jian jie ge liang hao ,jian shao tu ceng de que xian 。pian ceng zhuang rGOzai fu ge tu ceng zhong xing cheng mi gong xiao ying ,yi zhi fu shi jie zhi (H2O、O2、C1-deng )de kuo san ,quan mian di sheng tu ceng fang hu xiao guo 。

论文参考文献

  • [1].镁锂合金表面硅烷复合耐蚀膜层的制备及性能研究[D]. 高晓辉.哈尔滨工程大学2017
  • [2].不锈钢表面纳米复合防护多层涂层的研究[D]. 吉内德(Syed Junaid Ali).南京大学2015
  • [3].不锈钢表面高性能纳米防护涂层研究[D]. 陆洪彬.南京大学2011
  • 读者推荐
  • [1].氧化石墨烯/漆酚基纳米复合涂料的研制与性能表征[D]. 张磊.西北农林科技大学2018
  • [2].改性石墨烯基环氧复合涂层耐蚀行为机理研究[D]. 叶育伟.北京科技大学2019
  • [3].油田集输管线腐蚀机理及防护涂层研究[D]. 李平.哈尔滨工程大学2019
  • [4].环氧树脂基复合材料增强及防老化性能研究[D]. 翟哲.西安理工大学2018
  • [5].钢基材表面冷涂锌涂层的防腐蚀性能和机理研究[D]. 徐龙.中国科学技术大学2019
  • [6].基于纳米容器自修复防腐涂层的制备及其性能研究[D]. 刘雪辉.山东大学2019
  • [7].丙烯酸酯—环氧树脂核壳乳液及石墨烯复合涂料的制备与防腐性能研究[D]. 朱科.陕西科技大学2018
  • [8].钛纳米聚合物防腐功能涂层制备及防护机理研究[D]. 王博.重庆大学2017
  • [9].二维材料/聚合物复合涂层的防腐性能研究[D]. 孙文.大连理工大学2016
  • [10].海洋工程防腐涂层/碳钢体系的力学化学行为研究[D]. 杨宏启.大连理工大学2017
  • 论文详细介绍

    论文作者分别是来自中国科学技术大学的刘素云,发表于刊物中国科学技术大学2019-07-12论文,是一篇关于聚苯胺论文,有机涂层论文,合金论文,钝化论文,改性论文,中国科学技术大学2019-07-12论文的文章。本文可供学术参考使用,各位学者可以免费参考阅读下载,文章观点不代表本站观点,资料来自中国科学技术大学2019-07-12论文网站,若本站收录的文献无意侵犯了您的著作版权,请联系我们删除。

    标签:;  ;  ;  ;  ;  ;  

    刘素云:海洋环境用Al合金表面多功能耐蚀聚苯胺复合涂层的研制论文
    下载Doc文档

    猜你喜欢