基于镁铝层状双金属氢氧化物的镁合金自修复涂层的研究
发布时间：2021-07-05 13:18
镁合金因优异的性能,如质量轻、比强度高、散热好等,具有巨大潜力应用于化工、运输、航空航天等领域。但镁合金有化学活性高,耐腐蚀性差的缺点。在镁合金表面构建合理且优异的涂层能够极大的提高镁合金的防腐蚀能力。本文中主要应用镁铝层状双氢氧化物（MgAl-LDH）的特殊结构和离子交换性能作为研究提高镁合金防腐蚀能力的方法,具体研究内容包括以下三部分:（1）研究反应物添加顺序对Mg合金表面原位生长MgAl-LDH涂层性能的影响。X射线衍射图谱（XRD）、傅立叶变换红外光谱（FT-IR）结果、扫描电子显微镜（SEM）和电化学测试表征表明MgAl-LDH涂层的表面形貌和耐蚀性与药品添加顺序有关。其中第一种（MgAl-LDH/FS1）和第三种（MgAl-LDH/FS3）添加顺序生成的涂层防腐能力相对较好。采用在8-喹啉醇（8HQ）溶液中浸泡的方式对MgAl-LDH/FS1和MgAl-LDH/FS3进行改性。8HQ缓蚀剂层有效吸附在MgAl-LDH层,使涂层具有明显的疏水能力,增加其物理阻隔效果。当涂层出现缺陷时8HQ-能达到良好的缓蚀效果,与空白MgAl-LDH涂层相比,复合涂层的耐腐蚀性能明显增强。（...
【文章来源】：西华师范大学四川省
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
所示线0、2、4和6是可溶性离子活度的对数，a、b先分别显示了水及其分解产物氢和氧的稳定条件，忽略氢化物的形成[9]
第1章前言5如图1-2中所示，当涂层发生损坏时，涂层中的纳米容器经微区域环境改变刺激，释放出缓蚀剂，在缺陷表面发生反应，生成物最终填充损坏处，修复涂层，达到长期保护的效果。而非自主修复是由外界光或热的刺激引发，导致涂层发生化学反应或者物理反应，最终生成键或者分子链转移等，最终修复涂层。大部分自修复涂层都由内侧涂层和外侧涂层组成的多层体系。如Qing-SongYao[23]等在镁合金表面沉积LDH后用甲基三甲基硅烷和硝酸铈采用浸渍的方式改性内侧涂层。得到的涂层不仅抗腐蚀离子侵入的能力强，而且涂层破坏后能修复破损处，阻止进一步腐蚀。还可以在以上提过的几种常用涂层的基础上做一些改性工作，使原本普通的物理阻隔涂层具有自修复能力。在各种自修复涂层中最有前途之一的是智能涂层，即涂层中添加物因外界条件改变如pH、温度、磁场和特殊离子浓度等，再释放出缓蚀剂的刺激响应能力，这样的涂层具有智能自修复能力。掺入载有缓蚀剂的纳米容器的智能涂层系统的缓蚀机理总结如下：（1）由于侵蚀性离子的局部侵蚀而产生缺陷，从而导致环境因素（例如局部pH）的变化；（2）外部环境的变化导致缓蚀剂从纳米载体中释放；并且（3）释放的缓蚀剂防止缺陷破坏处进一步腐蚀[24-30]。图1-2添加有刺激响应纳米颗粒的环氧树脂涂层的自修复机理[31]。Figure1-2Self-healingmechanismofepoxyresincoatingwithstimulus-responsivenanoparticles.层状双金属氢氧化物（LDH）作为一种阴离子黏土，也称为类水滑石化合物，因其独特的结构与性能而得到广泛的应用。天然水滑石最早于1842年在瑞典发现，100年后Feitknecht能人工合成[32]。在过去的十年中，LDH在工业上广泛应用，并引起了科学家们的研究兴趣。LDH的结构如图1-3所示[33]，为层
第1章前言6CO32等阴离子，但金属骨架对不同离子的吸附性不同，所以层间阴离子种类可多变且能离子交换。图1-3M2+M3+LDH结构示意图，Cl、NO3和CO32离子嵌入水镁石状结构中[33]。Figure1-3SchematicdiagramofthestructureofM2+M3+LDH,andCl,NO3andCO32anionsareembeddedinthebrucite-likestructure.在合成的过程中，常有水分子嵌入氢氧化物层间。金属阳离子的大孝所带电荷和比例，阴离子所带电荷和取向以及结晶水的相对量都会影响LDH的晶体结构参数、键强度和阴离子交换能力。由于良好的离子交换性[34,35]，它能用作腐蚀防护涂层，以模仿传统铬转化膜的自修复行为。因LDH的金属离子层对于不同阴离子有不同的亲和力，因此侵蚀性离子会被捕获到中间层，同时嵌入的阴离子会释放出来并起缓蚀剂的作用，从而提高了LDH涂层的防腐性能[35,36]。释放出的阴离子可能会与Mg合金氧化反应产生的Mg2+发生反应，形成致密且稳定的沉积物，进而填充腐蚀产生的缺陷部位，修复缺陷并降低环境的侵蚀，表现出自我修复能力[37,38]。在合金上制备LDH涂层常用的方法有以下几种：（1）原位生长法。涂层通过化学键与金属表面牢固粘附。原位生长技术简单通用，是一种有前途的替代方法。如王[39]等人，在硝酸铵水溶液中通过水热处理在镁合金表面合成了MgAl-LDH涂层，电化学测试表面生成的涂层具有明显的防腐能力。改变反应过程中的处理时间和pH值，可以调节LDH颗粒的大小和涂层的厚度。（2）共沉淀法。共沉淀是制备LDH常用的方法之一，该方法可以精确控制LDH的化学组成，并且具有很高的反应活性。可溶性金属盐溶液与碱性溶液反应，生成非晶态的LDH，然后在一定温度和压强下结晶，形成涂层。该方法使用的碱
【参考文献】：
期刊论文
[1]镁资源、镁质化工材料现状与前景[J]. 刘爽. 化工管理. 2019(36)
[2]AZ31镁合金Ni-P/NiO耐腐蚀超疏水表面的制备及其性能研究[J]. 张海永,曹京宜,冯亚菲,王梓名,陈蓉蓉,景晓燕,王君. 腐蚀科学与防护技术. 2019(04)
[3]生物可降解医用镁合金应用于骨缺损修复中的研究展望[J]. 崔云霞,李保胜,韩春雨,付齐月,李尊泰,齐晓爽,张慧彦,孟维艳. 现代口腔医学杂志. 2019(01)
[4]医用镁合金:成分、组织及腐蚀[J]. 曾荣昌,崔蓝月,柯伟. 金属学报. 2018(09)
[5]镁合金锌系磷酸盐化学转化膜的研究[J]. 邵忠财,戴诗行,魏守强. 表面技术. 2018(04)
[6]AZ31镁合金表面铈掺杂锌钙磷酸盐化学转化膜的腐蚀性能（英文）[J]. 曾荣昌,胡艳,张芬,黄原定,王振林,李硕琦,韩恩厚. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2016(02)
本文编号：3266141
【文章来源】：西华师范大学四川省
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
所示线0、2、4和6是可溶性离子活度的对数，a、b先分别显示了水及其分解产物氢和氧的稳定条件，忽略氢化物的形成[9]
第1章前言5如图1-2中所示，当涂层发生损坏时，涂层中的纳米容器经微区域环境改变刺激，释放出缓蚀剂，在缺陷表面发生反应，生成物最终填充损坏处，修复涂层，达到长期保护的效果。而非自主修复是由外界光或热的刺激引发，导致涂层发生化学反应或者物理反应，最终生成键或者分子链转移等，最终修复涂层。大部分自修复涂层都由内侧涂层和外侧涂层组成的多层体系。如Qing-SongYao[23]等在镁合金表面沉积LDH后用甲基三甲基硅烷和硝酸铈采用浸渍的方式改性内侧涂层。得到的涂层不仅抗腐蚀离子侵入的能力强，而且涂层破坏后能修复破损处，阻止进一步腐蚀。还可以在以上提过的几种常用涂层的基础上做一些改性工作，使原本普通的物理阻隔涂层具有自修复能力。在各种自修复涂层中最有前途之一的是智能涂层，即涂层中添加物因外界条件改变如pH、温度、磁场和特殊离子浓度等，再释放出缓蚀剂的刺激响应能力，这样的涂层具有智能自修复能力。掺入载有缓蚀剂的纳米容器的智能涂层系统的缓蚀机理总结如下：（1）由于侵蚀性离子的局部侵蚀而产生缺陷，从而导致环境因素（例如局部pH）的变化；（2）外部环境的变化导致缓蚀剂从纳米载体中释放；并且（3）释放的缓蚀剂防止缺陷破坏处进一步腐蚀[24-30]。图1-2添加有刺激响应纳米颗粒的环氧树脂涂层的自修复机理[31]。Figure1-2Self-healingmechanismofepoxyresincoatingwithstimulus-responsivenanoparticles.层状双金属氢氧化物（LDH）作为一种阴离子黏土，也称为类水滑石化合物，因其独特的结构与性能而得到广泛的应用。天然水滑石最早于1842年在瑞典发现，100年后Feitknecht能人工合成[32]。在过去的十年中，LDH在工业上广泛应用，并引起了科学家们的研究兴趣。LDH的结构如图1-3所示[33]，为层
第1章前言6CO32等阴离子，但金属骨架对不同离子的吸附性不同，所以层间阴离子种类可多变且能离子交换。图1-3M2+M3+LDH结构示意图，Cl、NO3和CO32离子嵌入水镁石状结构中[33]。Figure1-3SchematicdiagramofthestructureofM2+M3+LDH,andCl,NO3andCO32anionsareembeddedinthebrucite-likestructure.在合成的过程中，常有水分子嵌入氢氧化物层间。金属阳离子的大孝所带电荷和比例，阴离子所带电荷和取向以及结晶水的相对量都会影响LDH的晶体结构参数、键强度和阴离子交换能力。由于良好的离子交换性[34,35]，它能用作腐蚀防护涂层，以模仿传统铬转化膜的自修复行为。因LDH的金属离子层对于不同阴离子有不同的亲和力，因此侵蚀性离子会被捕获到中间层，同时嵌入的阴离子会释放出来并起缓蚀剂的作用，从而提高了LDH涂层的防腐性能[35,36]。释放出的阴离子可能会与Mg合金氧化反应产生的Mg2+发生反应，形成致密且稳定的沉积物，进而填充腐蚀产生的缺陷部位，修复缺陷并降低环境的侵蚀，表现出自我修复能力[37,38]。在合金上制备LDH涂层常用的方法有以下几种：（1）原位生长法。涂层通过化学键与金属表面牢固粘附。原位生长技术简单通用，是一种有前途的替代方法。如王[39]等人，在硝酸铵水溶液中通过水热处理在镁合金表面合成了MgAl-LDH涂层，电化学测试表面生成的涂层具有明显的防腐能力。改变反应过程中的处理时间和pH值，可以调节LDH颗粒的大小和涂层的厚度。（2）共沉淀法。共沉淀是制备LDH常用的方法之一，该方法可以精确控制LDH的化学组成，并且具有很高的反应活性。可溶性金属盐溶液与碱性溶液反应，生成非晶态的LDH，然后在一定温度和压强下结晶，形成涂层。该方法使用的碱
【参考文献】：
期刊论文
[1]镁资源、镁质化工材料现状与前景[J]. 刘爽. 化工管理. 2019(36)
[2]AZ31镁合金Ni-P/NiO耐腐蚀超疏水表面的制备及其性能研究[J]. 张海永,曹京宜,冯亚菲,王梓名,陈蓉蓉,景晓燕,王君. 腐蚀科学与防护技术. 2019(04)
[3]生物可降解医用镁合金应用于骨缺损修复中的研究展望[J]. 崔云霞,李保胜,韩春雨,付齐月,李尊泰,齐晓爽,张慧彦,孟维艳. 现代口腔医学杂志. 2019(01)
[4]医用镁合金:成分、组织及腐蚀[J]. 曾荣昌,崔蓝月,柯伟. 金属学报. 2018(09)
[5]镁合金锌系磷酸盐化学转化膜的研究[J]. 邵忠财,戴诗行,魏守强. 表面技术. 2018(04)
[6]AZ31镁合金表面铈掺杂锌钙磷酸盐化学转化膜的腐蚀性能（英文）[J]. 曾荣昌,胡艳,张芬,黄原定,王振林,李硕琦,韩恩厚. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2016(02)
本文编号：3266141
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