低碳钢表面硅烷膜制备及防腐蚀性能研究

发布时间：2017-03-27 06:15

  本文关键词：低碳钢表面硅烷膜制备及防腐蚀性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：低碳钢因易于加工锻造而被广泛用于制作各种建筑构件、强度不高的机械零部件等,作为一种常用金属材料,低碳钢在工业环境中极易受到腐蚀,传统金属防腐处理领域中存在诸多问题,其中环保问题尤其突出。因此,探寻新的清洁的处理方法以替代传统的铬酸盐化与磷化处理技术成为各国目前研究的热点。在现有研发的诸多新型方法中,硅烷偶联剂处理技术以其清洁无污染、耐腐蚀性能好及与基材和漆膜粘结牢固等优点成为最有希望取代传统处理工艺的方法之一。本文以低碳钢为金属基材,以乙醇-水溶液为水解体系,以极化测试结果为指标,通过正交实验法确定了低碳钢表面制备的γ-APS(3-氨丙基三乙氧基硅烷)、γ-GPS(3-环氧丙氧丙基三甲氧基硅烷)硅烷膜的最佳水解工艺条件。其中γ-APS硅烷膜的最佳水解工艺条件为:硅烷体积分数为7%,水解温度为25oC,溶液pH=10,醇水比为30/65(v/v)。γ-GPS的最佳水解条件为:水解温度为25oC,硅烷体积分数为8%,醇水比为65/30(v/v),溶液pH=3。在γ-GPS浸涂固化中主要考察了固化温度、固化时间对硅烷膜耐腐蚀性能的影响,电化学交流阻抗测试结果表明90oC的固化温度下及固化时间为1 h时得到的γ-GPS硅烷膜耐腐蚀性能最优。通过极化测试对比研究了γ-GPS、γ-APS分别在最佳水解条件下的膜防腐蚀性能,以腐蚀电流作为首要指标的分析结果表明:两种硅烷膜都能使低碳钢的耐腐蚀性能大大提高,但疏水性的γ-GPS硅烷膜效果更显著。硅烷水解溶液的电导率以及红外谱图测试结果表明:硅烷水解平衡意味着硅烷水解成硅醇以及它们之间缩聚反应的平衡。硅烷水解平衡时溶液电导率变化基本稳定,溶液硅醇摩尔浓度值最高,是浸涂固化硅烷膜的最佳时间点。为进一步提高硅烷膜的防腐性能,本文还制备了BTSPA(双(3-(三甲氧基硅基)丙基)胺)、BTSE(双-(三乙氧基硅烷基)乙烷)、γ-APS的复合膜。通过极化测试讨论了水解时间对制备的该复合膜的防腐性能影响,得出该混合硅烷水解溶液的最佳水解时间为9 h。通过以K_2SO_4为电解质的交流阻抗测试研究了固化温度、固化时间对低碳钢表面复合硅烷膜的膜层性能影响,最终得出固化温度为90oC、固化时间为2 h的条件下制备的有机硅烷膜对腐蚀介质的抗渗性能最优。
【关键词】：硅烷膜 低碳钢 防腐蚀性能 水解
【学位授予单位】：长春工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG174.4
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 文献综述8-16
• 1.1 金属表面防护传统工艺8
• 1.2 有机硅烷偶联剂在金属表面防护处理中的应用8
• 1.3 硅烷偶联剂概述8-10
• 1.4 硅烷偶联剂在金属材料表面的作用机理10-12
• 1.4.1 金属表面的处理10
• 1.4.2 硅烷偶联剂的水解机理10-11
• 1.4.3 硅烷水解液在金属表面的成膜机理11-12
• 1.5 有机硅烷防护膜国内外研究现状12-15
• 1.5.1 单纯的硅烷膜制备12-13
• 1.5.2 有机硅烷防护膜的改性13-15
• 1.6 本课题的研究意义及内容15-16
• 第二章 实验内容与方法16-21
• 2.1 实验材料及仪器16-17
• 2.1.1 实验药品16
• 2.1.2 主要实验仪器16-17
• 2.2 实验内容17-18
• 2.2.1 硅烷水解溶液的制备17
• 2.2.2 样品准备17-18
• 2.3 实验方法18-21
• 2.3.1 正交实验18
• 2.3.2 主要测试方法18-21
• 第三章 实验结果与讨论21-47
• 3.1 γ-GPS水解与成膜工艺21-31
• 3.1.1 γ-GPS水解液电导率结果分析21
• 3.1.2 γ-GPS水解液红外测试结果分析21-23
• 3.1.3 γ-GPS正交水解实验结果分析23-28
• 3.1.4 γ-GPS固化实验结果分析28-31
• 3.2 γ-APS水解与成膜工艺31-37
• 3.2.1 γ-APS水解液红外测试结果分析31-32
• 3.2.2 γ-APS正交实验结果分析32-37
• 3.3 γ-APS、γ-GPS最佳水解条件下硅烷膜极化测试对比37
• 3.4 混合硅烷的水解与成膜工艺37-47
• 3.4.1 混合硅烷水解液电导率结果分析37-38
• 3.4.2 混合硅烷溶液红外吸收光谱分析38-40
• 3.4.3 混合硅烷膜极化测试分析40-41
• 3.4.4 混合硅烷膜交流阻抗谱分析41-47
• 第四章 结论47-48
• 致谢48-49
• 参考文献49-56
• 作者简介56
• 攻读硕士学位期间研究成果56

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