類水滑石薄膜的制備及其耐腐蝕性能研究.pdf

1、據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年由于金屬腐蝕而造成的經(jīng)濟(jì)損失約占我國國民生產(chǎn)總值的4％。鋁材是有色金屬中使用量最大、應(yīng)用面最廣的金屬材料。然而，鋁的活性比較高，其耐腐蝕性較差，尤其在潮濕的空氣、含硫氣氛和海洋大氣中均會遭受嚴(yán)重的電化學(xué)腐蝕。為了將腐蝕造成的損失降低到最低限度，采用薄膜(涂層)保護(hù)的方法是防腐蝕方法中目前應(yīng)用最廣泛也是最有效的措施。鉻轉(zhuǎn)化膜可以起到很好的防護(hù)作用，但是在應(yīng)用的過程中會產(chǎn)生有毒的Cr<'6+>，對環(huán)境造成污染且易致癌。自組裝單分

2、子膜是一種非常有前景的金屬表面防護(hù)方法，但是其表面缺陷及與基體之間弱的結(jié)合力降低了其耐腐蝕性能。由此，研制新型高效、無污染的耐腐蝕薄膜材料無疑具有明顯的科學(xué)意義和實(shí)際應(yīng)用價值。 本論文在研究工作中首次將超疏水性層狀雙金屬氫氧化物(layereddouble hydroxides，LDHs)薄膜用作鋁及其合金的防腐蝕材料。首先在鋁及鋁合金上制備了LDH薄膜，基于類水滑石化合物層間離子可調(diào)的性質(zhì)，將月桂酸陰離子插入LDH層間，制得具

3、有超疏水性能的ZnAl-LDH-La薄膜；然后測試了薄膜的耐腐蝕性能，研究了其耐腐蝕性與疏水性能之間的關(guān)系。主要工作內(nèi)容和研究結(jié)果如下： 1.本論文采用原位生長技術(shù)在經(jīng)過陽極氧化的金屬鋁基體上制備了ZnAl-LDH薄膜，然后將月桂酸陰離子插入LDH層間，得到具有超疏水性能的ZnAl-LDH-La薄膜(與水的接觸角為160°)。極化曲線測試結(jié)果顯示，薄膜的極化電流密度低至10<'-9>Amps/cm<'2>，低于文獻(xiàn)報(bào)道的數(shù)種無機(jī)

4、耐腐蝕薄膜材料的數(shù)值，表明制得的超疏水性LDH薄膜具有較高的耐腐蝕性能。另外，超疏水LDH薄膜經(jīng)過長時間(長至21天)的浸泡沒有發(fā)生腐蝕現(xiàn)象。X射線粉末衍射(XRD)測試浸泡后薄膜的晶體結(jié)構(gòu)保持不變，而薄膜與水的接觸角數(shù)值為142°。另外，結(jié)合力測試實(shí)驗(yàn)(ASTMStandard D 3359-02)顯示薄膜與鋁基體具有較高的結(jié)合力?；谝陨系膶?shí)驗(yàn)結(jié)果，我們初步推斷，超疏水ZnAl-LDH-La薄膜能夠?qū)⒏g性離子(如Cl<'->)與金

5、屬鋁基體表面隔絕，從而有效地阻止鋁發(fā)生腐蝕。 2.考慮鋁合金比金屬鋁具有更為廣泛的應(yīng)用，以及更差的耐腐蝕性能(由于Cu、Fe、Mn等合金元素的存在而造成電偶腐蝕、晶間腐蝕)，研究工作中進(jìn)一步以鋁合金AA2024為基體，采用原位生長法制備ZnAl-LDH薄膜，經(jīng)過簡單的化學(xué)處理后，月桂酸根離子交換到層間，得到了疏水性ZnAl-LDH-La薄膜，對于鋁合金同樣具有較高的耐腐蝕性能，有望成為鋁合金的良好保護(hù)材料。 3.為簡化L

6、DH薄膜制備工藝，本論文直接以金屬鋁為基體(不經(jīng)過陽極氧化)，采用原位晶化的方法合成了ZnAl-LDH-NO<,3><'->薄膜。XRD表征樣品具有較高的晶粒取向，SEM觀察薄膜致密而均勻。極化曲線測試薄膜的極化電流密度大約為10<'-8> Apms/cm<'2>。SEM觀察顯示，ZnAl-LDH薄膜經(jīng)過長時間浸泡未發(fā)現(xiàn)有腐蝕的微區(qū)，薄膜也未出現(xiàn)坍塌的現(xiàn)象，說明薄膜具有較好的耐腐蝕性。XRD、FT-IR和EDX結(jié)果表明經(jīng)過浸泡后ZnAl