镁及其合金表面彩色疏水防护膜研究

摘要

镁是最轻的金属之一，具有高强度，良好的铸造性，良好的吸振、减振性和比较高的阻尼性能，可以被广泛应用于汽车、飞机、通讯以及计算机零件制造领域。但是在酸性和海洋环境中其耐蚀性很差，这严重阻碍镁及其合金的使用。同时随着社会的发展，除了耐蚀性外，人们对镁合金的装饰性也提出了要求，在众多的应用领域需要镁合金有一定的色泽。因此，采用适当的方法提高镁合金耐腐蚀性同时又赋予镁合金一定的色泽对拓展镁合金的应用具有重要意义。
　　本课题以纯镁、AZ31镁合金、AZ61镁合金为研究对象，采用廉价、简单的水热法在三种基体表面制备彩色膜层，并研究了膜层形貌和颜色随水热时间的变化；然后用十二氟庚基丙基三甲氧基硅(G502)对水热后的试样进行修饰，成功在试样表面制备了疏水/超疏水防护膜。利用扫描电子显微镜(SEM)，X射线光电子能谱仪(XPS)，数码相机，接触角测量仪等手段对试样表面进行表征，进而通过电化学手段对三种金属的疏水样品在3.5％ NaCl溶液中的耐腐蚀能力进行了评定。研究结果表明：
　　同样制备条件下，三种金属样品的微观形貌比较相似，都是花瓣状薄片结构，花瓣之间存在大量的空隙，并且都满足一定的表面粗糙度。XPS结果显示，水热后纯镁表面膜层主要成分为Mg(OH)2和MgO，AZ31和AZ61样品水热后表面膜层主要成分是Mg(OH)2和MgO，还有少量的Al(OH)3和Mg17Al12。数码相机拍摄结果显示，水热时间不同时，样品表面能够呈现不同颜色，并且颜色种类多样。润湿性结果表明水热6h为纯镁和AZ31镁合金的最佳水热时间，此条件下的样品修饰后接触角分别可达到144.3°和143.3°，水热12h为AZ61镁合金的最佳水热时间，接触角可达150.1°。极化曲线结果表明，镁基体表面的疏水膜使得样品的自腐蚀电流密度明显减小，腐蚀电位正向移动，主要抑制了样品的阳极溶解过程。电化学阻抗谱的结果和等效电路数据拟合的数据也表明，疏水膜对三种金属的缓蚀效率可达99%以上，疏水表面的形成有效阻止了NaCl对金属材料侵蚀。此外，结合上述表征结果，建立了镁基体疏水表面抗腐蚀的模型，探讨了疏水膜的成膜机制与耐蚀机理。研究表明G502是通过化学键连接镁基体，并在其表面形成网状结构，从而使基体的耐腐蚀性提高。通过比较发现：三种金属抗腐蚀能力由强到弱分别是纯镁＞AZ61镁合金＞AZ31镁合金。

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1 绪 论

1.1 镁合金的性质及其应用

1.2 镁合金的腐蚀行为及防腐技术

1.3 镁合金表面微纳结构构筑技术

1.4 本论文的研究目的和主要研究内容

2 实 验

2.1 实验材料与主要试剂

2.2 实验仪器及设备

2.3 疏水膜的制备方法

2.4 表征技术

3 纯镁表面彩色疏水防护膜研究

3.1 形貌表征

3.2 组成研究

3.3 装饰性能研究

3.4 润湿性能研究

3.5 防护性能研究

3.6 小结

4 AZ31镁合金表面彩色疏水防护膜研究

4.1 形貌表征

4.2 组成研究

4.3 装饰性能研究

4.4 润湿性能研究

4.5 防护性能研究

4.6 小结

5 AZ61镁合金表面彩色疏水防护膜研究

5.1 形貌表征

5.2 组成研究

5.3 装饰性能研究

5.4 润湿性能研究

5.5 防护性能研究

5.6 小结

6 成膜机制、颜色机理及耐蚀机理研究

6.1 成膜机制

6.2 显色机理

6.3 耐蚀机理

6.4 纯镁、AZ31镁合金、AZ61镁合金耐蚀性对比

6.5 小结

7 结论与展望

7.1 结论

7.2 展望

致谢

参考文献

附录

A．作者在攻读硕士期间发表的论文

B．专利