铝基超疏水表面的制备与腐蚀防护性研究

发布时间：2017-09-19 13:13

  本文关键词：铝基超疏水表面的制备与腐蚀防护性研究

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【摘要】：本论文以金属铝为基体材料,通过简单的溶液浸泡法,在金属铝表面成功构造了具有微纳米粗糙结构的氧化铝薄膜(浸泡溶液为Na Cl O水溶液)和氧化铈薄膜(浸泡溶液为Ce Cl3?7 H2O/H2O2水溶液),并分别利用十六烷基三甲氧基硅烷和硬脂酸对样品进行疏水化处理,获得了氧化铝超疏水表面和氧化铈超疏水表面。利用接触角测量仪、扫描电子显微镜(SEM)、X-射线光电子能谱仪(XPS)、X射线能谱仪(EDS)等设备对样品进行了一系列表征。研究了超疏水样品暴露在室温环境(25-30°C,相对湿度50-60%)、潮湿环境(20°C,相对湿度100%)和氯化钠水溶液中(3.5 wt.%)表面润湿性随时间的变化。重点研究了超疏水样品的腐蚀防护性能,并探讨了其腐蚀防护机理。具体结论如下:(1)制备影响因素:氧化铝超疏水表面润湿性与次氯酸钠浓度和反应时间有关,不同的反应条件下,样品形成不同的微观表面粗糙结构,进而影响表面的润湿性,最优实验条件为次氯酸钠水溶液的浓度3.0wt.%、反应时间15min。氧化铈超疏水表面润湿性与沉积液配比、沉积温度和沉积时间有关。正交实验结果表明,最优实验方案为氯化亚铈的浓度40 g/L、过氧化氢的浓度60 m L/L、温度40°C、处理时间60 min。(2)超疏水持久性:暴露在室温环境下(25-30°C,相对湿度50-60%)60天后,氧化铝超疏水表面静态接触角由161.0°减小为153.0°,滚动角由5.0°增加到6.5°;暴露在潮湿环境下(20°C,相对湿度100%)60小时后,静态接触角下降至150.8°。暴露在室温环境下(25-30°C,相对湿度50-60%)300天后,氧化铈超疏水表面静态接触角由167.5°减小为154.0°,滚动角由0.0°左右增大到7.2°;浸泡在3.5 wt.%氯化钠水溶液中10天后,静态接触角由167.0°减小为160.8°,滚动角由0°增大到7.0°。(3)腐蚀防护性能:在氯化钠水溶液中浸泡一段时间之后,氧化铝超疏水表面(7天)和氧化铈超疏水表面(200小时)的润湿性和表面形貌几乎没有发生改变,氧化铝超疏水表面成分也仅发生了微小的改变。直观地表明了超疏水表面具有良好的腐蚀防护性能。动电位极化曲线的测试结果表明,与金属铝(腐蚀电流密度为1364.5 n A?cm-2)相比,氧化铈超疏水表面(腐蚀电流密度为47.7 n A?cm-2)和氧化铝超疏水表面(腐蚀电流密度为294.7 n A?cm-2)均能够极大降低腐蚀电流密度,从而改善金属铝的腐蚀防护性能。(4)腐蚀防护机理:直观观察到了处于氧化铈超疏水表面/氯化钠水溶液的“气袋”层。“气袋”层理论是超疏水表面腐蚀防护的重要机理,它的存在成功阻碍了腐蚀介质中的活泼阴离子的吸附,抑制了可溶性络合物的产生,从而延缓了腐蚀的发生。对比腐蚀电流密度也可以发现,氧化铈超疏水表面腐蚀防护性能优于氧化铝超疏水表面,这可能是由于稀土转换膜的形成进一步阻碍了氧气和电子在溶液中的传递和转换,抑制了阴极氧化反应,延缓了金属腐蚀,增强了腐蚀防护性。
【关键词】：金属铝 超疏水 腐蚀性 持久性
【学位授予单位】：南昌航空大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG178
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-25
• 1.1 引言9
• 1.2 铝及其腐蚀行为9-12
• 1.3 超疏水表面理论及耐蚀研究12-23
• 1.3.1 超疏水简介及表征12-15
• 1.3.2 基本理论模型15-17
• 1.3.3 超疏水表面的制备方法17-21
• 1.3.4 超疏水表面的防腐蚀性能研究21-23
• 1.4 本论文研究的意义与内容23-25
• 第二章 氧化铝超疏水表面制备及其抗腐蚀性25-41
• 2.1 引言25
• 2.2 实验内容25-28
• 2.2.1 材料及实验仪器25-26
• 2.2.2 实验过程26-28
• 2.2.3 样品的表征28
• 2.3 结果与讨论28-40
• 2.3.1 表面润湿性28-29
• 2.3.2 NaClO浓度对表面润湿性的影响29
• 2.3.3 反应时间对表面润湿性的影响29-31
• 2.3.4 Al-NaClO-HTS样品表面形貌分析31-32
• 2.3.5 超疏水表面稳定性研究32-33
• 2.3.6 超疏水样品抗腐蚀性研究33-40
• 2.4 本章小结40-41
• 第三章 氧化铈超疏水表面制备及其抗腐蚀性41-57
• 3.1 引言41
• 3.2 实验41-44
• 3.2.1 主要材料及仪器41-42
• 3.2.2 实验过程42-44
• 3.2.3 样品的表征44
• 3.3 结果与讨论44-56
• 3.3.0 正交试验44-46
• 3.3.1 超疏水样品的成分分析46-47
• 3.3.2 动电位极化曲线测试47-48
• 3.3.3 超疏水表面稳定性研究48-49
• 3.3.4 抗NaCl浸泡腐蚀性49-52
• 3.3.5 抗HCl点蚀性52-56
• 3.4 本章小结56-57
• 第四章 总结与展望57-60
• 4.1 总结57-59
• 4.2 展望59-60
• 参考文献60-67
• 攻读硕士期间发表的论文67-68
• 致谢68-69

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本文编号：881844