带锈青铜表面超疏水薄膜的制备及防腐性能研究
发布时间：2021-10-08 08:07
目的研究带Cu2O锈青铜表面超疏水薄膜的制备工艺及其防腐性能。方法采用直接浸泡法,在带氧化亚铜锈层青铜试片表面制备了超疏水薄膜,通过单因素实验分别考察了正十二硫醇-十四酸混合溶液配比以及浸泡时间对超疏水膜层构建及耐蚀性能的影响,并采用接触角测试、电化学方法及表面分析手段对膜层性质、结构及稳定性进行了评价。结果正十二硫醇和十四酸的疏水长链成功组装到带Cu2O锈青铜表面。混合溶液含5.0 nmol/L的正十二硫醇和1.0 nmol/L的十四酸,浸泡时间为1 h,是超疏水薄膜的最佳制备条件,此时表面接触角为157.2°,缓蚀效率高达97.21%。同时,电化学阻抗谱结果显示,电荷转移电阻相较于超疏水处理前增大了2个数量级,表明该膜层具有良好的耐蚀性能。该膜层在大气模拟液中浸泡30 d后,缓蚀效率仍有96.56%,说明其稳定性优异。结论带Cu2O锈青铜表面构建的超疏水薄膜能够有效提高其耐腐蚀性和疏水性。
【文章来源】：表面技术. 2020,49(11)北大核心EICSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
不同青铜表面接触角Fig.1Contactangleofdifferentbronzesurfaces:a)barebronze;b)bronzewithCu2O;c)super-hydrophobicbronze
ソ遣饬拷峁?喾??对比图2c与图2b可知，超疏水处理未明显改变带Cu2O锈青铜表面形貌。图2d为扫描电镜下超疏水带Cu2O锈青铜放大5000倍的视图，可以观察到在原有的Cu2O晶体间有较小晶体颗粒的存在，其大小约为0.5μm，这两种不同大小的晶体所共同形成的微纳米结构，进一步增强了青铜表面粗糙度；同时晶体排列不规则使得表面存有直径不一的气穴结构，这有利于捕获大量空气[20]，并能将对基体有侵蚀作用的物质捕获在微纳米结构层内[21]。2.3超疏水表面成分分析超疏水带Cu2O锈青铜表面的FTIR图如图3所示，3446.41cm1和3355.16cm1处出现的较宽峰，是由Cu—OH伸缩振动产生的；2918.48cm1和2848.16cm1分别为—CH2的反对称和对称伸缩振动峰[22]；1469.74cm1为—COO的对称伸缩振动峰[23]。由此分析得知，带Cu2O锈青铜经正十二硫醇-十四酸溶液浸泡后，混合溶液中的疏水长链成功修饰到其表面。图3超疏水带Cu2O锈青铜表面的FTIR图Fig.3FTIRspectrumofsuper-hydrophobicbronzewithCu2O2.4超疏水表面耐腐蚀性能分析2.4.1正十二硫醇-十四酸溶液配比的影响空白和超疏水带Cu2O锈青铜在大气模拟液中的电化学测试结果如图4所示。图4a显示，带Cu2O锈青铜的Nyquist图中包含1个较小的容抗弧和1个较长的扩散尾弧（韦伯阻抗）。高频区内的容抗弧说明青铜基体表面的Cu2O锈层可起到一定的防腐蚀作用，中低频区内的韦伯阻抗反映了溶解氧的阴极扩图4不同青铜的电化学阻抗谱Fig.4EISfordifferentbronzesurfaces:a)NyquistplotsforbronzewithCu2O;b)BodeplotsforbronzewithCu2O;c)Nyquistplotsforsuper-hydrophobicbronzewithCu2Opreparedwithdiffe
?姿?刺?ㄍ?a）；图1不同青铜表面接触角Fig.1Contactangleofdifferentbronzesurfaces:a)barebronze;b)bronzewithCu2O;c)super-hydrophobicbronzewithCu2O液滴在带Cu2O锈青铜表面呈现出优弧弓形，为疏水状态（图1b）。物体表面粗糙度的变化对于表面疏水性有一定的影响[17]，Cu2O锈的生成使青铜表面粗糙度增大，从而降低了青铜表面的浸润性。经超疏水处理后的带Cu2O锈青铜表面接触角为157.2°，呈现出超疏水状态（图1c），说明其表面形成了超疏水薄膜。2.2超疏水表面微观结构分析图2a为无锈青铜表面的扫描电镜图，在图中可以清晰地看到砂纸打磨后留下的印记[18]，同时还可以观察到线形划痕周围区域较为平滑。图2b是制得的带Cu2O锈青铜在扫描电镜下呈现出的图像，其表面密集分布了形状、尺寸相近的颗粒状物质，与梁攀等[19]图2不同青铜表面SEM形貌Fig.2SEMimagesofdifferentbronzesurfaces:a)barebronze;b)bronzewithCu2O;c)super-hydrophobicbronzewithCu2O;d)enlargedimageofsuper-hydrophobicbronzewithCu2O
【参考文献】：
期刊论文
[1]KCC-1/PVDF超疏水与超滑表面的制备及其性能研究[J]. 曹京宜,张海永,杨文静,陈蓉蓉,刘婧媛,王君. 表面技术. 2020(06)
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[3]铜基超疏水表面的制备及防腐蚀特性[J]. 蒋翔,田蒙蒙,雷瑜,李瞳. 华南理工大学学报(自然科学版). 2020(04)
[4]抽水蓄能机组过流表面超疏水涂层的制备及其阻垢防腐性能研究[J]. 于辉,聂赛,张玉全,秦程,郑源,韩钊. 表面技术. 2020(08)
[5]不同形貌氧化亚铜的制备及表征[J]. 梁攀,李连庆,陈星,邹芹,苏海燕,李有红. 山东化工. 2019(17)
[6]带锈青铜文物材料在环境模拟介质中的电化学腐蚀行为[J]. 柏舸,闫莹,周浩,吴来明,林颖,郝玉,蔡兰坤. 腐蚀与防护. 2019(02)
[7]白铜基体低表面能复合膜的制备及其耐腐蚀性能研究[J]. 顾强,陈英,陈东,张泽霆,李小江,刘皓然. 表面技术. 2018(08)
[8]直接浸泡法构筑带锈青铜的超疏水表面[J]. 史笔函,闫莹,周浩,吴来明,吴雪威,朱以亮,蔡兰坤. 腐蚀科学与防护技术. 2017(05)
[9]山西博物院馆藏青铜器的锈蚀产物分析[J]. 钟博超,龚德才. 表面技术. 2017(08)
[10]模拟青铜文物粉状锈表面的超疏水制备及表征[J]. 伍思敏,闫莹,白钟庆,周浩,吴来明,林颖,蔡兰坤. 表面技术. 2017(02)
本文编号：3423762
【文章来源】：表面技术. 2020,49(11)北大核心EICSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
不同青铜表面接触角Fig.1Contactangleofdifferentbronzesurfaces:a)barebronze;b)bronzewithCu2O;c)super-hydrophobicbronze
ソ遣饬拷峁?喾??对比图2c与图2b可知，超疏水处理未明显改变带Cu2O锈青铜表面形貌。图2d为扫描电镜下超疏水带Cu2O锈青铜放大5000倍的视图，可以观察到在原有的Cu2O晶体间有较小晶体颗粒的存在，其大小约为0.5μm，这两种不同大小的晶体所共同形成的微纳米结构，进一步增强了青铜表面粗糙度；同时晶体排列不规则使得表面存有直径不一的气穴结构，这有利于捕获大量空气[20]，并能将对基体有侵蚀作用的物质捕获在微纳米结构层内[21]。2.3超疏水表面成分分析超疏水带Cu2O锈青铜表面的FTIR图如图3所示，3446.41cm1和3355.16cm1处出现的较宽峰，是由Cu—OH伸缩振动产生的；2918.48cm1和2848.16cm1分别为—CH2的反对称和对称伸缩振动峰[22]；1469.74cm1为—COO的对称伸缩振动峰[23]。由此分析得知，带Cu2O锈青铜经正十二硫醇-十四酸溶液浸泡后，混合溶液中的疏水长链成功修饰到其表面。图3超疏水带Cu2O锈青铜表面的FTIR图Fig.3FTIRspectrumofsuper-hydrophobicbronzewithCu2O2.4超疏水表面耐腐蚀性能分析2.4.1正十二硫醇-十四酸溶液配比的影响空白和超疏水带Cu2O锈青铜在大气模拟液中的电化学测试结果如图4所示。图4a显示，带Cu2O锈青铜的Nyquist图中包含1个较小的容抗弧和1个较长的扩散尾弧（韦伯阻抗）。高频区内的容抗弧说明青铜基体表面的Cu2O锈层可起到一定的防腐蚀作用，中低频区内的韦伯阻抗反映了溶解氧的阴极扩图4不同青铜的电化学阻抗谱Fig.4EISfordifferentbronzesurfaces:a)NyquistplotsforbronzewithCu2O;b)BodeplotsforbronzewithCu2O;c)Nyquistplotsforsuper-hydrophobicbronzewithCu2Opreparedwithdiffe
?姿?刺?ㄍ?a）；图1不同青铜表面接触角Fig.1Contactangleofdifferentbronzesurfaces:a)barebronze;b)bronzewithCu2O;c)super-hydrophobicbronzewithCu2O液滴在带Cu2O锈青铜表面呈现出优弧弓形，为疏水状态（图1b）。物体表面粗糙度的变化对于表面疏水性有一定的影响[17]，Cu2O锈的生成使青铜表面粗糙度增大，从而降低了青铜表面的浸润性。经超疏水处理后的带Cu2O锈青铜表面接触角为157.2°，呈现出超疏水状态（图1c），说明其表面形成了超疏水薄膜。2.2超疏水表面微观结构分析图2a为无锈青铜表面的扫描电镜图，在图中可以清晰地看到砂纸打磨后留下的印记[18]，同时还可以观察到线形划痕周围区域较为平滑。图2b是制得的带Cu2O锈青铜在扫描电镜下呈现出的图像，其表面密集分布了形状、尺寸相近的颗粒状物质，与梁攀等[19]图2不同青铜表面SEM形貌Fig.2SEMimagesofdifferentbronzesurfaces:a)barebronze;b)bronzewithCu2O;c)super-hydrophobicbronzewithCu2O;d)enlargedimageofsuper-hydrophobicbronzewithCu2O
【参考文献】：
期刊论文
[1]KCC-1/PVDF超疏水与超滑表面的制备及其性能研究[J]. 曹京宜,张海永,杨文静,陈蓉蓉,刘婧媛,王君. 表面技术. 2020(06)
[2]铝合金表面耐久性超疏水防护膜的制备与表征[J]. 刘雷,张粤,李霞,雷惊雷,李凌杰. 化工学报. 2020(10)
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[8]直接浸泡法构筑带锈青铜的超疏水表面[J]. 史笔函,闫莹,周浩,吴来明,吴雪威,朱以亮,蔡兰坤. 腐蚀科学与防护技术. 2017(05)
[9]山西博物院馆藏青铜器的锈蚀产物分析[J]. 钟博超,龚德才. 表面技术. 2017(08)
[10]模拟青铜文物粉状锈表面的超疏水制备及表征[J]. 伍思敏,闫莹,白钟庆,周浩,吴来明,林颖,蔡兰坤. 表面技术. 2017(02)
本文编号：3423762
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