铝合金表面复合涂层制备及其抗腐蚀性能研究

摘要

随着现代工业、航空航天和海洋工程的发展，轻质铝合金得到了广泛应用，提高其抗腐蚀性能尤其重要。传统的金属表面抗腐蚀处理通常是在金属表面制备一层物理粘附的涂层，近年来发展了一种金属表面硅烷化处理方法，获得的表面防护层与金属基底通过化学键结合牢固、具有均匀致密、抗腐蚀等特性，在金属防护方面有着良好应用前景。因此，研究和开发环境友好同时抗腐蚀性能良好的铝合金表面处理工艺具有重要的意义。
　　本文在传统金属表面硅烷化处理的基础上，以3-氨基丙基三乙氧基硅烷(KH550)作为偶联剂，通过对其基团进行修饰与改性，在铝合金表面制备了多种涂层，借助电化学工作站等设备开展了涂层的表征及抗腐蚀性能研究，具体工作及结果如下:
　　首先，对KH550进行表面改性，接枝氧化石墨烯(GO)，利用分子自组装方法在电化学抛光的铝合金表面分别制备了KH550涂层、KH550/GO复合涂层，在涂层表面旋涂疏水的聚二甲基硅氧烷(PDMS)制备了PDMS/KH550/GO复合涂层。拉曼光谱(Raman)和傅里叶红外光谱(FTIR)测试表明，KH550通过水解后与Al发生化学反应生成了Si-O-Al键，KH550与GO通过KH550上的氨基(-NH2)与GO的羧基(-COOH)和羟基(-OH)缩合反应完成枝接。
　　其次，利用扫描电子显微镜(SEM)测试、光学轮廓仪、接触角测试仪对各涂层的表面形貌、粗糙度、接触角、截面形貌及厚度进行了测试研究，结果表明，旋涂PDMS后所制得的复合涂层表面粗糙度大幅下降，PDMS涂层的表面平均粗糙度最低为65.472 nm;涂层的疏水性有效提高，其接触角为105°，截面形貌测试表明，KH550起到了很好的偶联作用，含KH550的涂层与PDMS之间无明显界限。
　　最后，借助电化学工作站，在3.5％NaCl溶液中进行了铝合金\复合涂层的抗腐蚀性能研究，考虑了KH550/GO复合溶液水解比例、涂层类型、浸泡时间等对开路电位和极化曲线的影响规律，实验结果表明，水解比例为1∶5的KH550/GO复合涂层抗腐蚀性能较好，PDMS/KH550/GO复合涂层的抗腐蚀性能最佳，涂层的抗腐蚀性能随浸泡时间呈逐渐提升并最终稳定的趋势。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 铝合金的性质及应用

1．2 铝合金的腐蚀

1．2．1 铝合金的腐蚀性

1．2．2 铝合金的局部腐蚀常见类型

1．3 铝合金表面传统处理技术

1．3．1 铬酸盐钝化技术

1．3．2 磷酸盐转化膜技术

1．3．3 阳极氧化技术

1．4 硅烷自组装技术

1．4．1 硅烷自组装及防腐蚀机理

1．4．2 硅烷自组装的研究进展

1．5 KH550、氧化石墨烯和PDMS概述

1．5．1 KH550概述

1．5．2 氧化石墨烯概述

1．5．3 PDMS概述

1．6 本论文的研究内容

第二章 铝合金表面复合涂层的制备及制备效果研究

2．1 实验材料

2．2 实验仪器

2．3 实验方法

2．3．1 基材前处理

2．3．2 复合涂层的制备

2．4 复合涂层的表征方法

2．4．1 拉曼光谱分析

2．4．2 傅里叶红外光谱分析

2．4．3 扫描电子显微镜测试

2．4．4 光学轮廓仪

2．4．5 电化学工作站

2．5 分子自组装效果

2．6 KH550／GO微结构表征

2．7 本章小结

第三章 铝合金表面复合涂层的表面质量及厚度表征

3．1 铝合金表面复合涂层的形貌图

3．2 铝合金表面复合涂层的三维轮廓图

3．3 铝合金表面复合涂层的亲疏水性

3．4 N型单晶硅表面复合涂层的厚度测试

3．5 本章小结

第四章 铝合金表面复合涂层的抗腐蚀性能研究

4．1 引言

4．2 铝合金抗腐蚀性能测试

4．3 GO涂层抗腐蚀性能测试

4．4 KH550涂层抗腐蚀性能测试

4．5 PDMS涂层抗腐蚀性能测试

4．6 不同水解比例的KH550／GO复合涂层抗腐蚀性能测试

4．7 PDMS／GO复合涂层的抗腐蚀性能测试

4．8 PDMS／KH550复合涂层的抗腐蚀性能测试

4．9 PDMS／KH550／GO复合涂层的抗腐蚀性能测试

4．10 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 论文结论

5．2 工作展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文和专利