镁锂合金表面微弧氧化自修复及有机膦酸修饰复合涂层的耐蚀性研究

发布时间：2020-05-09 15:13

【摘要】：微弧氧化技术通过在阀金属(如钛、镁、铝等)上原位生长出与金属基体结合牢固、结构致密、具有优异耐蚀、耐摩擦磨损、耐高温和电绝缘性能的陶瓷膜层,是目前镁锂合金腐蚀与防护领域的常用技术之一,但是微弧氧化膜层是由许多微纳米尺寸的多孔构成,多孔结构的存在导致腐蚀介质更易渗入到金属基体,所以开发微弧氧化复合处理技术是目前微弧氧化技术的重点研究方向。本论文以镁锂合金为研究对象,采用不同的处理方法在镁锂合金微弧氧化膜上制备了耐蚀性能良好的复合涂层。使用XRD、EDS、SEM和FT-IR等分析测试技术对不同膜层的组成成分、形貌结构等进行表征,通过静态接触角、动电位极化曲线和电化学阻抗谱等性能评价测试手段对复合涂层的润湿性能、耐蚀性能进行探讨。采用微弧氧化技术和化学转化复合处理技术,在镁锂合金基体上制备了微弧氧化/锡酸盐转化复合涂层。通过表征测试观察到复合涂层表面由大量白色的锡酸镁晶体堆叠而成。通过电化学性能测试,微弧氧化/锡酸盐转化复合涂层的耐腐蚀性能优于微弧氧化膜,均提高了镁锂合金基体的耐蚀性,阻抗模值分别是镁锂合金基体的100倍和30倍。通过长期浸泡实验。通过浸泡不同时间的膜层的形貌变化和电化学测试的变化说明锡酸盐转化膜在模拟海水中有优异的自修复性能,膜层的自修复性能是因为锡酸镁晶体的溶解再沉淀,样品在浸泡33天后阻抗模值仍能达到5000?cm~2。通过将两亲性有机膦酸十二烷基膦酸自组装到微弧氧化/锡酸盐转化复合涂层表面制备超疏复合涂层。通过FT-IR测试,对比合成的十二烷基膦酸和组装十二烷基膦酸的膜层的特征峰的改变,证明十二烷基膦酸以P-O-Me键合的方式组装到基材表面。优化自组装膦酸层的工艺技术条件,自组装溶剂极性越高,膜层表面自组装分子的覆盖率越大,膜层的耐蚀性最好;组装时间为24h时膜层的自腐蚀电流密度最小,静态接触角最大,证明膜层的疏水性越高,耐蚀性越好。采用接触角和电化学测试对膜层的润湿性和耐蚀性进行评价,结果表明,超疏复合涂层在不同pH溶液体系中的静态接触角均大于130°,自组装层有良好的化学稳定性;超疏复合涂层的阻抗模值是镁锂合金基体的40倍,达到700000?cm~2,耐腐蚀性能有大幅度提升,因为超疏水表面有效地阻隔了腐蚀液和金属基底的直接接触。通过一周的浸泡实验,超疏复合涂层的阻抗模值降为30000?cm~2,仍然高于微弧氧化/锡酸盐转化复合涂层未经腐蚀的阻抗模值。通过层层自组装法成功地在两亲性有机膦酸的基团尾端接入芳香环,制备微弧氧化/自组装复合涂层。第一层是通过自组装技术将11-羟基十一烷基膦酸原位结合在微弧氧化膜上,然后通过酯化反应在羟基末端接枝吡啶环,研究尾端带有吡啶环的膜层对自组装层的浸润性能及耐蚀性能的影响,探讨有机膦酸在基底上的键合方式。结果表明:有机膦酸在金属基底上以P-O-Me结合,自组装膜高度有序排列,自组装膜层对中性和弱酸碱性液滴的接触角高于150°,表现为超疏水性。对自组装膜层进行电化学测试,结果表明自组装膜在腐蚀介质中有优异的耐蚀性能,耐蚀能力大大高于微弧氧化膜自身性能。对比自组装十二烷基膦酸的复合涂层,端基为吡啶环的膜层可以通过π-π共轭作用提高自组装分子的致密排列,耐蚀性高于以分子间范德华力结合的自组装十二烷基膦酸膜,阻抗模值是烷基链膜层的10倍。
【图文】：

科学技术不断发展，材料的质量逐渐成为生产上功能材料选用的关键发展潜力巨大、符合绿色可持续发展战略的镁合金因其较轻的重量、的比强度、优异的电导/热导性能和铸造性能[1]，在一众材料中脱颖而航空、航天、军事、汽车、3D 电子等领域已被大面积使用[2]。锂是表金属，在金属腐蚀防护上表现出优异的耐腐蚀性能，但其高昂的价格用。为了挖掘锂金属的潜在研究应用市场，研究者们将锂元素和镁元二元合金。镁锂合金一般含有 14～16%质量比的锂，其比重在 1.4～镁合金的 1.8，，密度略高于塑料，是 1.35～1.65g/cm3，只占镁合金密度的合金的阻尼是一般铝合金的十几倍，可以能吸收化解电冲击力，减震锂合金还在屏蔽电磁干扰领域有突出表现。镁锂合金是目前最轻的金的特色就是可常温塑性加工成型，用于工业大量生产，也可铸造成型，具有良好的导热、导电、延展性，符合世界对结构材料轻量化、减持续发展要求，在航空、汽车、3D 产品、电极材料和生物材料具有值[3-5]。

哈尔滨工程大学硕士学位论文膜的形成机制的生长过程根据放电情况主要分为四个阶段：微弧氧化过程曲线即槽压曲线如图 1.2 所示。无火花阶段（普通阳极氧化阶段），电极体系符合 Faraday 定满足欧姆定律，金属开始逐渐溶解，在表面上形成一层钝化或合金失去金属光泽。电压升高，钝化膜变厚，随着气体的孔结构，电阻增大，绝缘性变强，电压随处理时间的延长了击穿电压 VB与电解液电导率 γ 之间的关系VB=aB+bBlg1/γ 锂合金的化学性质非常活泼，不容易被钝化，所以在微弧氧很是必要。
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG174.4

【参考文献】

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本文编号：2656334