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自从纳米材料首次被报道以来,就受到了众多关注。从传统粗晶到纳米尺寸的微观结构变化使得材料的力学性能等有所提高。锌是一种广泛用于钢铁保护的金属,通过纳米化来提高传统镀锌层的性能引起了人们的兴趣。但是金属材料纳米化也将带来大量的晶间缺陷,比如晶界和位错,影响金属的耐蚀性。锌镀层主要在大气环境中应用,因此,探明纳米晶锌镀层在该环境中的腐蚀行为及机理对其应用和发展具有重要意义。
论文采用脉冲电沉积方法,在简单硫酸盐体系中制备出传统粗晶镀层及晶粒分别为52和43nm的纳米锌镀层;采用3.5%NaCl溶液及其薄液膜腐蚀体系,极化曲线、电化学阻抗谱(EIS)等电化学测量方法以及扫描电镜(SEM)、X-射线衍射仪(XRD)等分析技术,对比研究了纳米晶镀锌层和粗晶镀层在氯化物等典型大气污染物作用下的腐蚀行为,研究结果对其它活泼金属(比如镁、铝等)的耐蚀性有很高的参考价值。
在3.5%NaCl溶液中的研究结果表明:与传统粗晶锌镀层相比,镀层纳米化后,由于反应活性较高,更容易形成具有保护作用的腐蚀产物膜,使耐蚀性得到较大提高。但是,大气污染物SO2存在时,溶液变为弱酸性,由于锌镀层表面的腐蚀产物基本不具有保护性,纳米晶锌镀层腐蚀速度要高于传统镀锌层的腐蚀速度。Ce(NO3)3钝化处理能提高锌镀层的耐腐蚀性能,且纳米化后镀锌层的钝化处理效果更好、耐蚀性更高。纳米晶锌镍合金的耐蚀性高于纳米晶锌镀层的耐蚀性,表明镍合金化能进一步增强纳米晶锌镀层的耐蚀性。
大气腐蚀的本质是在薄液层下的电化学腐蚀。论文进一步考察了锌镀层在200μm厚的3.5%NACl液膜下(长期浸泡或干湿循环)的电化学腐蚀行为,结果表明,在薄液层下纳米晶锌镀层也比粗晶镀层表现出更高的耐蚀性。薄液层下的腐蚀特征与溶液中的腐蚀特征之间存在一定差异,主要是薄液膜下腐蚀产物不能象溶液体系那样能通过脱落等过程进入溶液,而是在试样表面不断累积生长,进而导致阻抗值增大。