脉冲电沉积技术制备硅烷/氧化石墨烯复合涂层及其电化学性能研究

摘要

2024铝合金(AA2024)具有高强度及低密度的优点,是工业上广泛应用的合金材料之一,但由于含有较高含量的Cu元素,合金的耐蚀性大为降低,常发生点蚀、晶间腐蚀、应力腐蚀开裂及剥落腐蚀等。对铝合金表面进行恰当的处理和改性能够较大程度地提高其耐蚀性能。传统的铝合金表面防腐蚀处理方法有磷化、钝化及阳极氧化等工艺。然而随着国际环境保护标准的提高,传统处理方法越来越不能适合人类社会更高的环境要求,因此,寻求环境友好、绿色环保的表面处理技术成为国内外研究人员迫切解决的课题。另外,传统的浸涂法或旋涂法制备的涂层都受到厚度、均匀性的限制,不能对金属基体起到持久保护作用。针对这些问题,本课题将着力于:1)选用绿色环保的硅烷偶联剂作为表面处理剂,制备了一种能对金属基体起到持久防护作用的耐蚀性有机-无机复合涂层;2)采用脉冲电沉积技术,简单易操作,能实现可控制备。
　　与其他沉积技术相比,脉冲电沉积技术制备的涂层的电化学性能更好。采用脉冲电沉积技术制备了硅烷(BTESPT)涂层,与裸AA2024相比,制得的硅烷涂层在短时间内对金属基体能起到较好的保护效果。另外,沉积技术存在最佳沉积条件,研究发现,在沉积温度为40℃、沉积频率为1 Hz的条件下制得的BTESPT涂层展示了最优的抗腐蚀性能,短时间内对基体表现出更优越的保护效果。尽管如此,扫描电子显微镜(SEM)表征发现,制备的硅烷涂层的表面形貌较均匀,但局部区域能看到有气孔存在。
　　通过氧化石墨法制备了氧化石墨烯(GO),并采用脉冲电沉积技术制备了氧化石墨烯涂层,测试结果表明氧化石墨烯涂层能对AA2024基体起到一定的防护效果。采用电化学阻抗图谱分析,在0.4 V沉积电压、浓度为1.0 mg/ml下制备的氧化石墨烯涂层具有更好的保护效果,表现出了较好的抗腐蚀性能。由SEM发现,制备的氧化石墨烯涂层均匀,并且有明显的褶皱层。
　　采用循环伏安法选取了沉积有BTESPT涂层的AA2024在氧化石墨烯溶液中的沉积电位,硅烷/氧化石墨烯涂层在BTESPT溶液中的沉积电位,以及BTESPT涂层在BTESPT与GO混合溶液中的沉积电位,测试发现,氧化石墨烯的沉积电位为1.0 V,BTESPT的沉积电位为-0.5 V,BTESPT与GO混合溶液的沉积电位为-0.8 V。比较了不同沉积方式下制备的涂层的性能,得出混合沉积制备的涂层的电化学性能优于层层自组装沉积得到的涂层的性能。然而,硅烷化处理后制得的硅烷、氧化石墨烯复合涂层的电化学性能有所提高,其中硅烷/氧化石墨烯/硅烷层层自组装涂层表现出最佳的电化学性能;分别研究了硅烷/氧化石墨烯/硅烷层层自组装涂层和硅烷/硅烷、氧化石墨烯复合涂层的耐蚀性能,发现硅烷/氧化石墨烯/硅烷层层自组装涂层能对基体起到更为长期有效的防护效果。另外,对制备的硅烷/氧化石墨烯/硅烷层层自组装涂层进行了SEM、X-射线能谱(EDS)以及傅里叶变换红外光谱分析(FTIR)。

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第1章 绪论

1.1 金属腐蚀与防护

1.2 防护涂层的研究进展

1.3 本文研究的思路、内容及意义

第2章 实验材料、仪器及测试手段

2.1 前言

2.2 主要实验试剂与原料

2.3 主要实验仪器和设备

2.4 测试表征手段

2.5 本章小结

第3章 硅烷防腐涂层的制备及其性能研究

3.1 前言

3.2 硅烷涂层的制备

3.3 结果与讨论

3.4 硅烷的防腐机理探究

第4章 氧化石墨烯防腐涂层的制备及其性能研究

4.1 前言

4.2 氧化石墨烯防腐涂层制备方法

4.3 结果与讨论

4.4 氧化石墨烯涂层的防腐机理研究

4.5 本章小结

第5章 硅烷与氧化石墨烯复合涂层的制备及其性能研究

5.1 前言

5.2 硅烷与氧化石墨烯复合涂层的制备

5.3 硅烷与氧化石墨烯复合涂层性能测试

5.4 两种复合涂层防腐机理研究

5.5 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 主要结论

6.2 创新点

6.3 展望

参考文献

致谢

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