2024铝合金表面PEDOT涂层的电化学制备及耐腐蚀性能

发布时间：2021-08-20 13:42

　　分别采用循环伏安法和恒电流法在2024铝合金基底上电沉积聚3,4-乙烯二氧噻吩（PEDOT）涂层,考察在3种电解质溶液（高氯酸锂（LiClO₄）和十二烷基硫酸钠（SDS）水溶液,邻苯二甲酸氢钠（C₈H₅NaO₄）和SDS水溶液,六氟磷酸四丁铵（TBAPF₆）乙腈溶液）中聚合3,4-乙烯二氧噻吩（EDOT）对PEDOT涂层生长和形貌的影响。通过电偶腐蚀、电化学阻抗谱（EIS）和扫描振动电极技术（SVET）研究PEDOT涂层与铝合金基底之间的相互作用。结果表明,TBAPF6不仅对基底具有钝化和缓蚀作用,而且能够显著降低EDOT的氧化电位。恒电流法制备的涂层表面呈球状团聚且完整致密。电偶腐蚀和EIS结果表明,PEDOT涂层阻隔了腐蚀介质并使基底钝化,其阻值在DHS溶液（3.5 g/L （NH₄）₂SO₂+0.5 g/L NaCl）中浸泡3 d后达到最大。SVET结果表明,破损的PEDOT涂层能够促进表面电荷离域,避免电... 

【文章来源】：金属学报. 2020,56(11)北大核心EISCICSCD

【文章页数】：10 页

【部分图文】：

在不同电解质溶液中电聚合EDOT制备聚3,4-乙烯二氧噻吩(PEDOT)涂层的循环伏安曲线及涂层宏观形貌

图2a2为在溶液2中，采用4 m A/cm2恒电流密度电聚合EDOT制备PEDOT的恒电流曲线。电位在100 s后上升至4 V，是由于基底表面PEDOT生长所引起。逐渐生成的PEDOT填补了氧化膜击穿处。基底表面涂层生成过程是聚合物PEDOT与铝合金阳极腐蚀之间相互竞争的过程[20]，若铝合金的腐蚀速率大于PEDOT的生成速率，则PEDOT无法及时填补新生成的腐蚀坑，使其无法在基底上稳定生长。然而，较正的电位会导致大量氧化物产生，从而阻止形成连续的聚合物PEDOT涂层。宏观照片(图2b2)显示，在该电解质溶液中制备的PEDOT涂层较为完整，基本覆盖基底表面。SEM像(图3a和b)显示，虽然涂层表面大部分被覆盖，但还存在空缺部位。PEDOT涂层表面形貌呈花椰菜状，少量呈花瓣状形貌。涂层微观结构存在大量由基底腐蚀所引起的孔隙[21]。在溶液3中，因采用0.3 m A/cm2电流密度聚合无法击穿基底表面氧化膜，故增大电流密度至20 m A/cm2。从图2a3可知，电压在0.07 s迅速达到最大2.19 V,100 s后基底表面基本被PEDOT完全覆盖。聚合开始时初始线性电位增加表明在2024铝合金上形成了金属氧化层[22]，随后金属氧化层在PEDOT的形成过程中破裂，因此电位开始下降。从宏观照片(图2b3)可以明显看出在溶液3中制备的PEDOT涂层表面状态最佳。SEM像(图3c和d)显示涂层平整致密，呈团聚球状形貌。

比较3种电解质溶液中电聚合EDOT制备PEDOT涂层的宏观照片可以看出，溶液3中制备的涂层最为完整致密，且在较大电流密度下具有较低电位。PEDOT成球状团聚在基底表面，形成紧密的分子聚集体，这会降低涂层内部孔隙率，提高阻隔性，防止O2和H2O进入涂层传输，使涂层抗腐蚀能力显著提高。在溶液2中虽然也能制备出较为完整的PEDOT涂层，但由于金属氧化作用，涂层微观形貌显示内部仍然存在较多孔隙。EDOT进行聚合反应的同时，还伴随着金属氧化和钝化过程，它们与PEDOT涂层的生成形成竞争。因为瞬时大电流密度能击破氧化膜，强电流有利于EDOT单体的氧化和聚合，并改善具有双分子性质的自由基阳离子间的偶联反应[23,24]，所以采用恒电流法制备PEDOT涂层，能够减少基底溶解，避免由循环伏安还原过程所引起的PEDOT数量减少和阳离子插入。因此，PEDOT涂层的最佳制备条件为采用恒电流法，在TBAPF6乙腈溶液中，以20 m A/cm2电流密度聚合EDOT 100 s。2.2 铝合金表面PEDOT涂层的耐腐蚀性能


本文编号：3353604