不銹鋼表面硅烷-氧化石墨烯膜層制備及其腐蝕性能研究.pdf

1、隨著對(duì)海洋的開發(fā)與探索，海洋中所用金屬材料的腐蝕和防護(hù)就顯得越來(lái)越重要。傳統(tǒng)的金屬表面處理工藝如鉻酸鹽鈍化、磷酸鹽轉(zhuǎn)化對(duì)環(huán)境影響很大，例如，高價(jià)鉻離子對(duì)生物有很強(qiáng)的毒性，磷酸鹽會(huì)引起水體富營(yíng)養(yǎng)化，不符合國(guó)家提出的保護(hù)海洋生態(tài)環(huán)境的要求。因此，開發(fā)尋求一種既有效又綠色環(huán)保、且低成本的金屬防護(hù)工藝成為重中之重。
　　硅烷是一種綠色環(huán)保、成膜性好、機(jī)械性能強(qiáng)、具有耐蝕性的表面處理劑，成為替代傳統(tǒng)金屬處理工藝的首選。本文選用雙-[3-（三

2、乙氧基）硅丙基]四硫化物(BTESPT)為研究對(duì)象，通過(guò)電沉積方法在不銹鋼基體表面沉積硅烷膜層，通過(guò)電化學(xué)測(cè)試可知硅烷膜層對(duì)不銹鋼基體起到了良好的保護(hù)效果。探索硅烷膜層的最佳沉積條件，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)沉積電壓為-1.0V時(shí)沉積的硅烷膜層對(duì)不銹鋼基體的保護(hù)作用最好。
　　硅烷膜層雖然對(duì)金屬基體起到了一定的保護(hù)作用。但同時(shí)單一硅烷膜層存在點(diǎn)坑、裂紋等缺陷，對(duì)金屬不能起到持久的防護(hù)效果。調(diào)研發(fā)現(xiàn)氧化石墨烯為近年來(lái)新興的二維碳材料，其比表面積大、

3、機(jī)械性能好、化學(xué)穩(wěn)定性高、熱力學(xué)穩(wěn)定，良好的耐腐蝕性能也促使人們對(duì)其在腐蝕方面的應(yīng)用產(chǎn)生了濃厚的興趣。
　　通過(guò)在Hummers方法基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)成功制備了氧化石墨烯，并用透射電鏡表征發(fā)現(xiàn)制得氧化石墨烯為單層片狀。首先，將氧化石墨烯溶解在去離子水中，并借助電沉積方法沉積在不銹鋼基體的表面。分析沉積有氧化石墨烯膜層不銹鋼基體的電化學(xué)阻抗圖譜和動(dòng)電位極化曲線可知，氧化石墨烯膜層對(duì)金屬基體起到了良好的保護(hù)作用。探索氧化石墨烯的最佳沉積電

4、位當(dāng)沉積電壓為4V時(shí)沉積的氧化石墨烯膜層對(duì)應(yīng)的電化學(xué)阻抗圖譜顯示對(duì)基體最好的保護(hù)作用，動(dòng)電位極化曲線顯示出最小的腐蝕電流密度，可知氧化石墨烯在不銹鋼基體表面的最佳沉積電位為4V。不同放大倍數(shù)下的掃描電鏡圖譜均顯示出氧化石墨烯均勻地沉積在了不銹鋼基體的表面，且有明顯的褶皺存在。
　　針對(duì)單一硅烷膜的不足，我們探討了將氧化石墨烯添加到硅烷溶液中對(duì)其腐蝕性能的影響，與氧化石墨烯進(jìn)行復(fù)合，并通過(guò)電沉積方法在不銹鋼基體表面沉積硅烷/氧化石墨

5、烯復(fù)合膜層。通過(guò)電化學(xué)測(cè)試探索確定了硅烷中氧化石墨烯的最佳濃度，當(dāng)每毫升硅烷中氧化石墨烯含量為0.3毫克時(shí)硅烷/氧化石墨烯膜層對(duì)不銹鋼基體的保護(hù)作用最好。與沉積有硅烷膜層和氧化石墨烯膜層不銹鋼試樣的電化學(xué)阻抗圖譜、動(dòng)電位極化曲線進(jìn)行分析比較，發(fā)現(xiàn)復(fù)合之后膜層的抗腐蝕性能明顯提升難以腐蝕，腐蝕后其腐蝕電流密度更小，對(duì)金屬基體的保護(hù)作用更好。將沉積有硅烷/氧化石墨烯復(fù)合膜層的不銹鋼試樣進(jìn)行浸泡試驗(yàn)測(cè)試其電化學(xué)性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)該膜層對(duì)不銹鋼基體的保