水滑石纳米容器有机涂层及分等级结构转化膜的腐蚀行为研究

论文摘要

镁合金具有密度低、比强度高和硬度高等优良的物理及机械性能,可以作为一些轻量化工程应用的理想结构材料。但镁合金极易被腐蚀,使其应用环境受到限制,从而制约了镁合金的广泛推广。最简单的避免镁合金被腐蚀的方法就是在镁合金上覆盖薄膜,阻止镁合金基体与腐蚀环境的接触。本论文通过有机涂层、化学转化、表面修饰等手段在镁合金表面构筑了不同的薄膜,再利用电化学测试手段研究了覆盖了膜层的镁合金和未覆盖膜层的镁合金在3.5% NaCl溶液中的腐蚀行为。通过对比发现覆盖了膜层的镁合金的耐腐蚀性能有较大的提高,期待通过这样的手段解决镁合金的腐蚀问题,扩大镁合金的应用范围。主要有以下研究内容：1、以水滑石作为储存缓蚀剂WO42-的纳米容器,把该装载了缓蚀剂的纳米容器作为颜料掺杂到环氧树脂中,涂覆到经过前处理的镁合金表面。通过缓释实验,讨论了水滑石纳米容器对缓蚀剂的释放能力以及缓蚀剂的缓蚀机理。ICP、极化曲线、SEM结果表明释放出缓蚀剂的溶液自腐蚀电流下降了两个数量级,展示了良好的缓蚀性能。通过交流阻抗测试评价纯的环氧树脂涂层和含有水滑石粉末的环氧树脂涂层对镁合金基体腐蚀保护能力。通过SEM、EDS、极化曲线分析结果表明,含有水滑石粉末的涂层经过40天浸泡测试,涂层失效后仍然具有较好的耐腐蚀性是因为缓蚀剂抑制腐蚀的缘故。对水滑石纳米容器在涂层中的腐蚀保护机理进行了探讨。含有水滑石粉末的涂层不管是在涂层失效前还是失效后都具有较好的耐腐蚀性。2、以水滑石浆液作为转化液在镁合金表面通过原位生长法形成复合转化膜,通过XRD、SEM、EDS等表征方法分析了转化膜的表面形貌和成分。通过讨论不同反应时间转化膜成分来研究了转化膜的形成机理。通过测量转化膜的极化曲线和交流阻抗来评价膜层的耐蚀性,经过化学转化处理后的镁合金基体的耐腐蚀性能有一定的提高。转化膜为白色,微观形貌为片状结构,主要成分是水滑石与水菱镁矿。镁合金表面覆盖的转化膜不仅可以提高镁合金的腐蚀保护能力,还可以作为前处理手段来提高镁合金基体与有机涂层的结合力。3、以水滑石浆液作为转化液在镁合金表面通过原位水热结晶法构筑了具有分等级结构的复合转化膜。转化膜既有提高镁合金耐腐蚀性能的作用,还能增加了镁合金表面的粗糙度,这为构筑疏水表面提供条件。对粗糙表面进行低表面能修饰,得到了具有分等级结构的疏水表面。通过SEM、XRD、FT-IR等手段分析了疏水表面的微观形貌和成分。通过测量转化膜的极化曲线和交流阻抗来评价疏水表面的耐蚀性。疏水表面具有分等级结构的凸起,凸起为片状结构,相邻凸起之间也为微米级的片状结构。根据实验对比,初步提出了花状凸起的形成机理。疏水表面的耐腐蚀性能有明显的提高,自腐蚀电流下降了三个数量级。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.1.1 镁合金腐蚀机理
• 1.1.2 镁合金腐蚀保护
• 1.2 有机涂层
• 1.2.1 有机涂层的作用
• 1.2.2 缓蚀剂
• 1.2.3 纳米容器
• 1.2.4 水滑石简介
• 1.3 化学转化
• 1.3.1 化学转化的作用
• 1.3.2 常用的化学转化法
• 1.3.3 水滑石转化膜在腐蚀保护中的应用
• 1.4 超疏水表面
• 1.4.1 荷叶效应
• 1.4.2 超疏水表面的构筑方法
• 1.4.3 超疏水在腐蚀保护中的应用
• 1.5 论文选题的目的和意义
• 1.6 论文研究的主要内容
• 第2章 实验材料及表征方法
• 2.1 实验试剂及实验仪器
• 2.1.1 实验试剂
• 2.1.2 实验仪器
• 2.2 表征方法
• 2.2.1 X射线粉末衍射仪（XRD）
• 2.2.2 傅立叶变换红外光谱（FT-IR）
• 2.2.3 透射电子显微镜（TEM）
• 2.2.4 扫描电子显微镜-能谱仪（SEM-EDS）
• 2.2.5 等离子体电感耦合光谱仪（ICP）
• 2.2.6 悬滴法表面张力仪及接触角仪（CA）
• 2.2.7 电化学工作站
• 第3章 装载了钨酸盐的水滑石纳米容器的制备及其活性防腐涂层的腐蚀行为研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验方法
• 3.2.1 材料的合成
• 3.2.2 离子交换性能研究
• 3.2.3 涂层的制备
• 3.3 实验结果与讨论
• 3.3.1 结构表征
• 3.3.2 形貌表征
• 3.3.3 离子交换性能分析
• 3.3.4 涂层性能分析
• 3.3.5 涂层的防腐机理
• 3.4 本章小结
• 第4章 原位生长具有分等级结构的转化膜对改良镁合金的耐蚀性的行为研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验方法
• 4.3 实验结果与讨论
• 4.3.1 结构分析
• 4.3.2 形貌分析
• 4.3.3 腐蚀行为研究
• 4.3.4 腐蚀保护机理
• 4.4 本章小结
• 第5章 具有分等级结构的疏水表面对镁合金的腐蚀行为研究
• 5.1 引言
• 5.2 实验方法
• 5.3 实验结果与讨论
• 5.3.1 结构分析
• 5.3.2 形貌分析
• 5.3.3 疏水性测试
• 5.3.4 腐蚀行为研究
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间所发表论文
• 致谢