有机--无机复合层保护金属材料在高盐环境中耐腐蚀性研究

摘要

金属材料是指由金属元素或以金属元素为主构成的具有金属特性的材料的统称，包括纯金属、合金、金属间化合物和特种金属材料等。人类文明的发展和社会进步与金属材料具有紧密的联系。铜及其合金因其具有良好导电、导热、机械可塑性等优良性能被广泛用于工业生产中，例如电线、薄板、管子等，在海洋工程中金属铜也得到了广泛应用。一般情况下，铜具有一定良好的耐腐蚀性，但是在含氧的水、含有CN-、Cl-、NO3-的溶液中易形成配位离子，在海水中有可以和金属铜发生配位反应的氯离子从而受到腐蚀。镁及其合金具有良好的比强度和比刚度、优良的阻尼减震性能、良好的铸造性能等特点，已被业内公认为最轻的绿色金属结构材料之一。但镁及其合金耐蚀性差，严重阻碍了它的工业应用。金属材料受周围介质的作用而损坏，称为金属腐蚀。金属的锈蚀是最常见的腐蚀形态，腐蚀时，在金属的界面上发生了化学或电化学多相反应，使金属转入氧化（离子）状态，这会显著降低金属材料的强度、塑性、韧性等力学性能，破坏金属构件的几何形状，增加零件间的磨损，恶化电学和光学等物理性能，缩短设备的使用寿命，甚至造成火灾、爆炸等灾难性事故。金属的腐蚀现象非常普遍，防腐就是通过采取各种手段，保护容易锈蚀的金属物品来达剑延长其使用寿命的目的，通常采用物理防腐，化学防腐，电化学防腐等方法。本篇文章采用聚多巴胺和酸化前后的多壁碳纳米管的复合材料研究其对金属铜在高盐环境(3.5wt.％NaCl)中的抗腐蚀性。并研究介孔材料MCM-41和介孔聚多巴胺负载缓蚀剂硬脂酸对镁合金AZ91b在高盐环境中的缓蚀性及其自修复性能，具体研究内容如下: 1.在本部分工作中，我们研究酸化的多壁碳纳米管和聚多巴胺的纳米复合材料对金属铜在高盐环境中的缓蚀。通过电化学阻抗表征复合材料的缓蚀效率可高达98.9％。 2.选用介孔材料MCM-41做纳米容器物理吸附缓蚀剂硬脂酸用于镁合金AZ91b疏水自修复防腐研究，用硅烷偶联剂（3-巯丙基）三甲氧基硅烷前处理镁合金，借助聚多巴胺的粘附性在处理的镁合金上形成复合材料的涂层，通过电化学阻抗光谱研宄复合材料的缓蚀性能最高达到87.3％，通过SEM和接触角研究复合材料的自修复性能，物理损坏的涂层在3.5wt.％NaCl溶液中浸泡24h后负载的缓蚀剂硬脂酸可以释放，在破损的镁合金上再形成一层硬脂酸的保护涂层，且通过接触角的测量自修复后可恢复疏水性能。 3.在第二个工作的基础上，基于聚多巴胺的类黑色素性能可以光致生热和缓蚀剂硬脂酸低熔点的特点，合成介孔聚多巴胺作纳米接收器负载硬脂酸。在涂层被损坏之后借助激光的光致生热达到硬脂酸的熔点，负载的硬脂酸流动到破损的涂层达到自修复性能。通过电化学阻抗光谱得到复合材料的缓蚀性能达到90.9％，且通过SEM表征复合材料达到自修复性能，接触角测量恢复疏水性能。

目录

摘要

1．1金属腐蚀与研究背景

1．2海水腐蚀的特点及防腐蚀方法

1．2．1海水腐蚀的特点

1．2．2金属防腐蚀的方法

1．3疏水表面的研究

1．4自修复研究

1．4．1自修复材料

1．4．2自修复材料的分类

1．5介孔材料

1．5．1介孔材料的概述

1．5．2介孔材料的合成方法

1．6．3介孔有机／无机纳米复合材料的合成方法

1．7聚多巴胺

1．7．1聚多巴胺简介

1．7．2聚多巴胺形成机理

1．7．3聚多巴胺的性质

1．8实验技术

1．8．1电化学阻抗技术

1．8．2电化学极化技术

1．8．3氮气吸脱附实验

1．9本论文研究工作内容及构想

1．9．1聚多巴胺与酸化的多壁碳纳米管复合材料对铜的缓蚀

1．9．3基于聚多巴胺的类黑色素光致生热性能研究对镁合金AZ91b的缓蚀和自修复

第2章聚多巴胺与酸化的多壁碳管复合材料对铜的缓蚀

2．1引言

2．2实验部分

2．2．1试剂与材料

2．2．2仪器

2．2．3电极处理

2．2．4酸化(功能化)多壁碳纳米管(FMWCNT)的制备

2．2．5制备PDA@MWCNT和PDA@FMWCNT复合材料

2．2．6制备防腐涂层

2．2．7电化学实验

2．3材料表征

2．3．1拉曼光谱表征

2．3．2 XRD表征

2．3．3傅里叶变换红外光谱(FT-IR光谱)

2．3．4 XPS表征

2．3．5 TEM表征

2．4电化学极化

2．5电化学阻抗

2．6 SEM表征

2．7结论

第3章聚多巴胺和MCM-41复合材料对镁合金AZ91b的缓蚀和自修复性能研究

3．1引言

3．2实验部分

3．2．1试剂与材料

3．2．2仪器

3．2．3电极预处理

3．2．4介孔MCM-41的合成

3．2．5合成MCM-41和硬脂酸纳米复合材料(MCM-41@SA)

3．2．7制备复合涂层(MCM-41@SA-MPTS@AZ91b)

3．2．8电化学实验

3．3结果与讨论

3．3．1红外表征

3．3．2 XRD分析

3．3．3 N2吸附-脱附分析

3．4电化学极化

3．5电化学阻抗

3．6自修复实验

3．7结论

第4章基于聚多巴胺的类黑色素光致生热性能研究对镁合金AZ91b的缓蚀和自修复

4．1引言

4．2实验方法

4．2．1试剂与材料

4．2．2实验仪器及型号

4．2．3电极处理

4．2．4介孔PDA微球(MPDA)的制备

4．2．5 MPDA@SA纳米复合材料的制备

4．2．6电极修饰

4．2．7自修复实验

4．3材料表征

4．3．1 TEM表征

4．3．2 N2吸脱附曲线

4．4电化学极化

4．5电化学阻抗

4．6自修复实验

4．7结论

5．1结论

5．2展望

参考文献

攻读学位期间的科研成果

致谢

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