緩蝕劑插層類水滑石-氧化物材料用于鎂合金防腐研究.pdf

1、鎂及其合金具有密度低、比強(qiáng)度高和硬度高等優(yōu)良的物理及機(jī)械性能，可以作為一些輕量化工程應(yīng)用的理想結(jié)構(gòu)材料。但鎂合金耐蝕性較低，使其應(yīng)用受到限制。一種可用于鎂合金腐蝕防護(hù)的策略是使用有機(jī)涂層。有機(jī)涂層以服務(wù)周期長、工藝簡單、性能穩(wěn)定等獨有優(yōu)勢被廣泛使用。底漆層(Primer)作為有機(jī)涂層的一種，是腐蝕抑制顏料的儲存器，起到極其重要的防腐作用；這些腐蝕抑制顏料在與電解液接觸時會釋放緩蝕劑實現(xiàn)對缺陷涂層和基體的防腐蝕保護(hù)。傳統(tǒng)上使用的、也是最有

2、效的鉻酸鹽顏料是嚴(yán)重的致癌物。尋找環(huán)境友好、無毒、可以與鉻酸鹽防腐性能相匹配的顏料一直是廣大科學(xué)研究者努力的方向。 本文以提高鎂合金材料的耐腐蝕性能為主要目的，選用具有優(yōu)異的離子可交換性能的片狀水滑石作為防腐顏料在AZ31鎂合金、Mg—Li合金表面涂敷環(huán)氧底漆。鑒于鉬酸鹽(MoO42—)和十釩酸鹽([V10O28]6—)優(yōu)越的緩蝕性，分別將MoO42—和[V10O28]6—作為層間陰離子合成了Mg/Al—MoO42—、Zn/Al

3、—MoO42—、Zr/Al—[V10O28]6—系列緩蝕劑插層類水滑石材料。通過ICP和UV—vis等方法測試所合成的類水滑石材料的吸附和離子可交換性，即吸附強(qiáng)腐蝕性氯離子，釋放緩蝕性陰離子。通過動電位極化曲線和電化學(xué)阻抗譜(EIS)評價了水滑石的腐蝕抑制作用及水滑石/環(huán)氧涂層的耐腐蝕性能；并深入探討了Mg/Al—MoO42—、Zn/Al—MoO42—、Zn/Al—[V10O28]6—的防腐機(jī)理。結(jié)果表明這些類水滑石首先與強(qiáng)腐蝕性Cl—

4、發(fā)生離子交換釋放緩蝕劑，以及對Cl—吸附的行為使其可以為鎂合金提供腐蝕抑制作用。 針對納米ZnO所具有的許多獨特性能，如抗菌、耐老化、屏蔽紫外線、易于顏料分散穩(wěn)定及提高涂層的致密性等特征，其已廣泛應(yīng)用于涂料中。本論文在合成MoO42—插層類水滑石的基礎(chǔ)上，探索了在鋅鋁水滑石中原位生成納米級ZnO粒子的反應(yīng)條件，及其對涂層防護(hù)性能的改善。 全文主要包括以下幾個方面內(nèi)容： (1)首先對比研究了鉬酸鹽在酸性與堿性條件下

5、，分別以[Mo7O24]6—和MoO42—存在時對鎂合金腐蝕抑制的效果，采用EDS分析了合金表面各元素的含量，發(fā)現(xiàn)MoO42—對鎂合金有更好的腐蝕抑制效果。采用共沉淀一步反應(yīng)法，將MoO42—插入鎂鋁水滑石層間，探討了其離子交換性和吸附動力學(xué)特征。針對其釋放MoO42—和吸附Cl—的性能，通過動電位極化曲線、EIS研究了對鎂合金的有效防腐蝕保護(hù)，結(jié)果表明：以20％比例添加于環(huán)氧涂層時防腐蝕性能最佳；隨納米水滑石添加量的增加，涂層的抗?jié)B性

6、能下降。 (2)設(shè)計合成了同時具有MoO42—和Zn2+雙組份緩蝕劑的MoO42—插層鋅鋁水滑石，通過ICP、EDS、UV—vis、XRD、N2吸附—脫附等溫線等檢測手段探討其離子可交換性，通過動電位極化曲線和EIS考察了MoO42—與Zn2+組合作為雙組份混合型緩蝕劑對鎂合金的腐蝕抑制作用，并深入探討了MoO42—與Zn2+組合對鎂合金的防腐機(jī)理，結(jié)果一致表明：同時具有MoO42—和Zn2+雙組份緩蝕劑的Zn/Al—MoO42

7、—樣品對鎂合金的防腐效果優(yōu)于Mg/Al—MoO42—樣品。 (3)采用共沉淀一步反應(yīng)法，在酸性條件下將緩蝕性[V10O28]6—插入鋅鋁水滑石層間，TEM照片顯示合成的片狀Zn/Al—[V10O28]6—具有更小的粒徑尺寸。ICP、EDS、UV—vis、XRD、N2吸附—脫附等溫線等檢測結(jié)果表明此材料具有吸附和離子可交換性；電化學(xué)試驗結(jié)果顯示此材料對鎂合金具有良好的腐蝕防護(hù)性能，其實現(xiàn)防腐的機(jī)理為通過離子交換和吸附減少Cl—滲透

8、到達(dá)涂層/基底界面的數(shù)量，以及交換出來的釩酸鹽吸附在合金表面共同作用的結(jié)果。 (4)在合成Zn/Al—MoO42—基礎(chǔ)上，通過控制Zn2+與Al3+的比例，反應(yīng)溫度和pH值，在Zn/Al—MoO42—中原位生成納米ZnO。對合成的ZnO/Zn/Al—MoO42—復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行了表征，XRD和TEM測試結(jié)果顯示樣品具有完整的水滑石層狀結(jié)構(gòu)，原位生成的ZnO晶粒生長良好，結(jié)晶度高。通過動電位極化曲線、EIS、鹽霧試驗、涂層