自組裝烷基膦酸-稀土復(fù)合膜抑制鋁合金點(diǎn)蝕的協(xié)同效應(yīng).pdf_第1頁(yè)
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1、海洋性氣候和工業(yè)環(huán)境下鋁合金表面常引發(fā)點(diǎn)蝕,并可能誘發(fā)其它惡性腐蝕。由于稀土離子對(duì)鋁合金點(diǎn)蝕的有效抑制以及稀土元素的環(huán)境友好特性使鋁合金的稀土表面改性工藝備受關(guān)注。同時(shí)自組裝緩蝕技術(shù)也因?yàn)榉栏Ч麅?yōu)良、用量少、環(huán)境污染小,成膜穩(wěn)定性及有序性好等優(yōu)點(diǎn)頗受關(guān)注。但是兩者仍存在一定的不足。為了開發(fā)出環(huán)保、高效的鋁合金表面改性工藝,本文進(jìn)行了以下三個(gè)方面工作。
  一、點(diǎn)蝕生長(zhǎng)機(jī)理研究。采用SEM和電化學(xué)噪聲研究AA6063鋁合金在NaC

2、l溶液中點(diǎn)蝕的動(dòng)態(tài)過程,并對(duì)點(diǎn)蝕的形核、生長(zhǎng)和死亡過程進(jìn)行了深入探討。結(jié)果表明鋁合金表面的異質(zhì)相顆粒(如金屬間化合物)確為局部腐蝕的誘發(fā)位置。鋁合金表面點(diǎn)蝕可分為兩個(gè)階段:第一階段,Cl-優(yōu)先吸附在鋁合金表面金屬間化合物相上,導(dǎo)致鈍化膜的局部溶解,從而使金屬間化合物中Mg、Al等活性元素溶解,留下“蜂窩狀”純陰極相(Al-Fe-Si相)。第二階段,純陰極相促進(jìn)其周邊的基體組織溶解。正是由于金屬間化合物這種“自催化效應(yīng)”促進(jìn)了亞穩(wěn)態(tài)蝕點(diǎn)的

3、生長(zhǎng)。隨著鋁合金表面的Al-Fe-Si陰極相(亞穩(wěn)態(tài)蝕點(diǎn)的引發(fā)源)逐步脫出,純陰極相濃度下降,使鋁合金的亞穩(wěn)態(tài)蝕點(diǎn)形核速率也隨時(shí)間緩慢下降,但其平均積分電量則有所增加,表明亞穩(wěn)態(tài)蝕點(diǎn)正在長(zhǎng)大,并最終轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)態(tài)蝕點(diǎn)。
  二、稀土離子點(diǎn)蝕抑制機(jī)理研究。采用電化學(xué)噪聲、SEM和EDX研究了Ce3+/Ce4+離子在鋁合金表面的沉積以及其對(duì)點(diǎn)蝕生長(zhǎng)的抑制機(jī)理。結(jié)果表明:Ce3+離子優(yōu)先吸附/沉積在鋁合金表面的異質(zhì)相上。由于Ce3+在Al-

4、Fe-Si陰極相表面形成難溶性CeO2沉積膜,阻礙了陰極相對(duì)鋁基體溶解的促進(jìn)和對(duì)亞穩(wěn)態(tài)蝕點(diǎn)的誘導(dǎo)作用,從而降低了蝕點(diǎn)形核速率和積分電量,抑制了鋁合金的亞穩(wěn)態(tài)蝕點(diǎn)的形核以及點(diǎn)蝕傾向。隨著Ce3+濃度的提高,亞穩(wěn)態(tài)噪聲峰的平均積分電量隨之遞減,但噪聲峰的平均壽命幾乎沒有變化,這說明Ce3+并不能直接加速亞穩(wěn)態(tài)蝕點(diǎn)的修復(fù),但可降低蝕點(diǎn)內(nèi)Al的溶解速率,減緩蝕點(diǎn)的生長(zhǎng)速率。
  三、自組裝烷基膦酸/稀土復(fù)合膜抑制鋁合金點(diǎn)蝕的協(xié)同效應(yīng)研究。

5、采用SEM、X射線光電子能譜(XPS)、表面接觸角和顯微激光拉曼光譜(Roman)測(cè)定了稀土沉積膜、自組裝烷基膦酸膜和自組裝烷基膦酸-鈰鹽復(fù)合膜三種膜層的微觀形貌和結(jié)構(gòu),并用電化學(xué)阻抗譜(EIS)、極化曲線和電化學(xué)噪聲等電化學(xué)方法對(duì)膜層的防護(hù)效果及機(jī)理進(jìn)行了研究。結(jié)果表明在鋁合金表面預(yù)沉積一層稀土轉(zhuǎn)化膜,不僅提高了鋁合金表面的耐點(diǎn)蝕能力,而且增強(qiáng)了鋁合金表面金屬間化合物的親水性,從而有利于烷基膦酸的自組裝,自組裝烷基膦酸膜和稀土沉積膜對(duì)

6、鋁合金表面點(diǎn)蝕抗力的提升具有協(xié)同作用。將三種修飾膜下的鋁合金在3%NaCl溶液中浸泡7天后,稀土沉積膜修飾的鋁合金表面金屬間化合物周邊出現(xiàn)明顯的裂縫,自組裝烷基膦酸膜修飾下的鋁合金出現(xiàn)明顯的點(diǎn)蝕,而自組裝烷基膦酸-鈰鹽復(fù)合膜修飾的鋁合金表面只有顆粒較大的金屬間化合物周邊出現(xiàn)輕微的裂縫,三種修飾膜下鋁合金基體均為出現(xiàn)明顯的點(diǎn)蝕。說明自組裝烷基膦酸-鈰鹽復(fù)合膜后抵御Cl-侵蝕能力最強(qiáng)。自組裝烷基膦酸-鈰鹽復(fù)合膜不僅提高了鋁合金表面耐全面腐蝕

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