超疏水表面在镁合金上制备及其抗腐蚀研究
随着随着工业和城市的快速发展，各种金属工程材料的需求越来越大。镁合金凭借其密度低、比强度、比刚度高、电磁屏蔽能力强、减震性能好、铸造性能、切削加工性能优良等一系列优点被誉为“21世纪绿色环保工程材料”之一，广泛应用于航天航空工业、飞机制造、摩托制造等领域。然而，镁合金电极电位极低，表面容易氧化并发生严重的腐蚀，在潮湿的含有腐蚀介质的环境中腐蚀会更加严重，这种极差的耐蚀能力限制了镁合金的广泛应用。因此，寻找一种简单、低成本、易实施的方法对镁合金表面进行表面改性，提高镁合金在各种环境中耐蚀能力刻不容缓。近年来，荷叶效应盛行，即水接触角(CA)大于150°，滚动角(SA)小于10°的材料表面。这种材料被称之为超疏水材料，由于其独特的性能和特殊的功能受到广大研究者的广泛关注，例如憎水性、自清洁性、抗冰性和抗腐蚀性。在潮湿的环境中，空气湿度很大，水蒸气很容易在材料表面液化并溶解空气中的CO2、SO2、SO3等气体分子，形成一层电解质膜层，加速材料在这种环境中的腐蚀;在腐蚀溶液中，腐蚀溶液能够直接和样品表面接触并能通过表面的缺陷或缝隙渗透到内部，发生强烈的腐蚀，大大缩短了材料的使用寿命和应用范围。然而超疏水表面由于其表面结构粗糙，具有大量的空腔结构，这种结构能够有效地捕获和存储空气，在样品表面形成一层稳定的、连续的空气膜层。当样品暴露在腐蚀溶液中时，这层空气膜层能够稳定的存在于样品表面和腐蚀溶液之间，有效阻断腐蚀溶液同样品的直接接触。从而保护基体免于腐蚀溶液的腐蚀破坏，达到保护基体的目的。因此，在镁合金表面制备一层超疏水膜层能够有效的提高镁合金的耐蚀能力。 本研究主要内容包括：⑴基于锡酸镁自愈机理制备超疏水膜层。采用化学转化膜的方法成功在镁合金表面制备出具有立方体结构的锡酸镁膜层。在中性3.5wt.％ NaCl溶液中研究了锡酸镁膜层的自愈过程，采用SEM成像手段跟踪观察不同自愈时间后膜层的表面微观形貌变化。电化学腐蚀测试表明，4h自愈后的膜层具有最好的抗腐蚀能力。在此基础上提出了溶解-再沉积自愈机理，并在4h自愈后的膜层表面制备出了超疏水膜层，接触角为157.8°，进一步提高了镁合金的耐蚀能力。其中，经3000 mL酸雨冲刷后膜层仍具有超疏水性，在pH=2.5模拟酸雨溶液中对基体仍具有腐蚀保护功能。⑵基于相分离技术制备超疏水PVC膜层。在该研究中，采用相分离技术制备出超疏水PVC膜层。采用SEM成像技术以及接触角测试技术对非溶剂乙醇的添加量对膜层结构和疏水性能的影响进行研究。首次将超疏水PVC膜层应用到AZ91D镁合金表面。研究结果表明，所制备的超疏水PVC膜层在镁合金表面表现出良好的耐腐蚀能力，在酸、碱、盐等腐蚀性溶液中表现出稳定的耐蚀能力和超疏水能力，对AZ91D镁合金起到了很好的腐蚀保护作用。这种工艺制作方法简单、易操作、成本低，未使用特殊和复杂的仪器。这种方法可用于大面积制备超疏水膜层，从而达到对基体材料的腐蚀保护功能。
镁合金材料;防腐涂层;超疏水界面;荷叶效应
西南大学
硕士
无机化学
李青
2015
中文
TG146.22;TG174.46
78
2015-11-02（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）