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、比強度高和硬度高等優(yōu)良的物理及機械性能，可以作為一些輕量化工程應用的理想結構材料。但鎂合金耐蝕性較低，使其應用受到限制。一種可用于鎂合金腐蝕防護的策略是使用有機涂層。有機涂層以服務周期長、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對缺陷涂層和基體的防腐蝕保護。傳統(tǒng)上使用的、也是最有

2、效的鉻酸鹽顏料是嚴重的致癌物。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—的防腐機理。結果表明這些類水滑石首先與強腐蝕性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，其已廣泛應用于涂料中。本論文在合成MoO42—插層類水滑石的基礎上，探索了在鋅鋁水滑石中原位生成納米級ZnO粒子的反應條件，及其對涂層防護性能的改善。 全文主要包括以下幾個方面內容： (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MoO42—對鎂合金有更好的腐蝕抑制效果。采用共沉淀一步反應法，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，結果表明：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理，結果一致表明：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果表明此材料具有吸附和離子可交換性；電化學試驗結果顯示此材料對鎂合金具有良好的腐蝕防護性能，其實現防腐的機理為通過離子交換和吸附減少Cl—滲透

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