镁合金表面LDH改性MAO复合材料涂层的表征及其缓蚀性能研究
镁合金被应用于减少能源消耗的轻质工程系统当中，同时镁合金还在生物可降解材料及电池领域得到广泛应用。近年来，镁合金越来越收到人们的关注，作为轻质材料在数十年来被广泛应用于汽车、航空航天、运动设备、生物植入物以及航空等领域。然而镁合金耐蚀性、成形性较差，蠕变强度较低等缺点，限制了其广泛应用。采用微弧氧化（MAO）、聚合物涂层、化学转化涂层等高稳定性的涂层，是解决镁合金耐蚀性较差的有效方法之一。在这些改性方法中，转化膜作为一种值得注意的表面处理方法能够有效提升镁合金的防腐性能。层状双氢氧化物（LDH）结构作为具有广泛应用前景的镁合金有效涂层之一，能够与2D材料（rGO）进行复合应用于镁合金/MAO预处理样品。同时，LDH涂层的性能会受到制备参数，金属阳离子价态（二价、三价、四价）、pH值、前体溶液和阳离子摩尔比的影响。在这一方面，高效且环保的LDH涂层（负载/不负载rGO纳米片混合物），应用于MAO预处理的AZ31镁合金上，能够有效密封其微裂纹和空隙，有效减缓腐蚀速度。然而，工业中镁合金表面MAO的预处理，需要大量昂贵且复杂的设备。同时，还需要通过复杂、耗时的步骤实现密封。因此，通过控制影响生长过程的关键参数（即使用稀土元素作为阳离子、制备溶液的pH值和阳离子的摩尔比）来提高LDH涂层的抗腐蚀性能，避免复杂的MAO预处理过程，直接在镁合金上涂覆LDH涂层具有重要意义。 在本研究的第二部分中，首次采用共沉淀和水热法在AZ31基底上成功制备了由Mg2+和Ce3+组成的致密LDH涂层。为研究Ce离子浓度对AZ31基底上涂层性能的影响，采用了不同浓度的Ce离子合成了LDHs，并研究了其耐蚀性能。此外，在研究的第三部分中，利用不同的Ce和Zn阳离子的摩尔比和pH值来制备前驱体溶液。因此，通过沉淀和水热复合的方法在AZ31镁合金表面成功制备了包括Zn2+和Ce3+/4+阳离子的环境友好且智能的LDH涂层。 采用TEM，SEM、EDS、XRD、XPS和FT-IR技术对涂层成分、形态、结构和疏水性进行了全面研究。此外，还研究了涂层在3.5wt.%NaCl溶液中的耐蚀性能和自愈合性能。 结果表明，rGO片材与Zn-AlLDH片材的组合可有效改善MAO预处理AZ31镁合金的亲水性、耐蚀性能（在3.5wt.%NaCl溶液中iCorr=5nA/cm2）和长期降解性能。此外，证明了具有两种不同类型（根据铈的浓度）结构的致密涂层可以直接在AZ31镁合金上成功制备。Mg/Ce摩尔比为3:1的含铈LDH涂层能够有效改善AZ31镁合金的耐腐蚀性能。优化涂层样品在3.5wt.%NaCl溶液中的腐蚀电流密度为5.12×10-8A/cm2。控制镁合金表面LDH涂层生长的关键参数，表明含铈离子的增强LDH涂层几乎可以保护镁合金防止其降解和腐蚀，且能够有效保护改性MAO涂层。上述结果表明，当Zn/Ce比为2,前体溶液的pH值约为11时，制备的LDH涂层具有合适的形貌、致密结构、疏水性和腐蚀电流密度（icorr=1.29×10-8A/cm2）。作为一种经济高效的涂层，在最佳条件下制备的LDH涂层是MAO和有毒涂料的潜在替代品。
MAO复合材料涂层;镁合金;LDH改性;缓蚀性能
北京化工大学
博士
材料科学与工程
赵景茂
2022
中文
TG174.4
2022-11-02（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）