Cf/Mg复合材料表面Sol-gel膜的制备和表征

论文摘要

为提高Cf/Mg复合材料的耐蚀性能,本文对Cf/Mg复合材料表面Sol-gel法成膜和其前处理工艺进行了研究,利用正交优化试验确定了前处理酸洗工艺和Sol-gel法成膜工艺的有关参数。利用扫描电子显微镜（SEM）和能谱测试（EDS）分析了Sol-gel膜的微观组织形貌及膜厚;采用X射线光电子能谱仪（XPS）、X射线衍射（XRD）和透射电子显微镜（TEM）分析了Sol-gel膜的成份、组成及结构;用Tafel极化曲线及电化学阻抗谱（EIS）研究了Cf/Mg复合材料表面Sol-gel膜的腐蚀行为和耐蚀特性。微观组织分析表明:最佳成膜工艺形成的表面Sol-gel膜致密并且完全覆盖了复合材料表面,膜层厚度约为2.5μm。Sol-gel膜主要由纳米级的铈氢氧化物、氧化物及少量MgCeO3组成。Sol-gel稀土膜层为纳米微晶结构,并且含有非晶成分。结合力测试表明Sol-gel膜和Cf/Mg复合材料之间有良好的结合力。电化学测试表明,成膜后Cf/Mg复合材料材料的腐蚀电位升高了100mV,腐蚀电流下降了一个数量级;成膜后Cf/Mg复合材料的低频阻抗值提高了两个数量级。Sol-gel膜能够阻止和延缓外界腐蚀介质对Cf/Mg复合材料的侵蚀,具有一定的保护作用。Cf/Mg复合材料表面Sol-gel稀土（Ce）膜的成膜机理是:酸洗处理后Cf/Mg复合材料表面含氧活性基团增多,促进了化学吸附及物理吸附作用,在材料表面形成吸附层;膜层干燥时,吸附层中的有机成分逐渐分解,稀土膜层逐渐形成。Sol-gel膜的耐蚀特性的研究发现,膜层的腐蚀是从点蚀开始,并且点蚀的敏感区是碳纤维富集区域。从EIS解析可知,覆膜后复合材料的腐蚀过程中,首先在膜层上发生了点蚀,表面膜层发生局部腐蚀破坏,但是复合材料腐蚀状况得到了改善,其耐蚀性得到了较大的提高。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景和意义
• 1.2 镁基复合材料的腐蚀特点
• 1.2.1 镁合金及其腐蚀特性
• 1.2.2 增强体及其对复合材料耐蚀性的影响
• 1.2.3 界面及其对复合材料耐蚀性的影响
• 1.3 表面耐蚀膜的研究进展
• 1.3.1 表面化学转化膜
• 1.3.2 阳极氧化处理
• 1.3.3 激光表面处理
• 1.3.4 表面Sol-gel 法
• 1.4 Sol-gel 耐蚀膜的国内外研究进展
• 1.4.1 Sol-gel 法涂膜工艺
• 1.4.2 Sol-gel 耐蚀膜的分类及特点
• 1.5 本文的主要研究内容
• 第2章 试验材料与试验方法
• 2.1 试验材料
• 2.1.1 Cf/Mg 复合材料
• 2.1.2 化学试剂
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 成膜工艺研究方法
• 2.2.2 显微组织及膜厚
• 2.3 膜层成分和结构
• 2.3.1 膜层结合力测试
• 2.3.2 膜层耐蚀性能测试
• 第3章 Sol-gel 法成膜工艺的研究
• 3.1 前处理工艺
• 3.1.1 除油工艺的研究
• 3.1.2 酸洗工艺的研究
• 3.2 膜层成分优化
• 3.2.1 试剂的选择
• 3.2.2 膜层成分的确定
• 3.3 工艺参数优化
• 3.3.1 工艺参数的探讨
• 3.3.2 成膜工艺的正交实验设计
• 3.3.3 热分析确定干燥温度
• 3.3.4 其他影响因素
• 3.4 本章小结
• 第4章 膜层微观结构和性能
• 4.1 膜层微观结构
• 4.1.1 膜层显微组织及膜厚
• 4.1.2 膜层成分和结构
• 4.2 膜层性能测试
• 4.2.1 膜层结合力测试
• 4.2.2 膜层耐蚀性评测
• 4.3 本章小结
• 第5章 成膜机理和耐蚀特性
• 5.1 膜层的成膜机理
• f/Mg 表面'>5.1.1 酸洗后C_f/Mg 表面
• 5.1.2 干燥过程反应机理
• 5.2 膜层的耐蚀特性
• 5.2.1 腐蚀形貌及成分分析
• 5.2.2 交流阻抗谱解析
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢