论文部分内容阅读
镁-锂（Mg-Li）合金是一种质量超轻的金属材料,具有密度低、强度高、延展性好和成形性好等优点,在汽车、航空航天、军事及核工业等领域具有广阔的应用前景。然而,镁本身就是一种活泼金属,加入更高化学活性的锂之后,使该合金更易在使用环境中发生腐蚀且难以防护,从而限制了其广泛应用。因此,发展有效的Mg-Li合金防腐蚀技术非常重要。在众多的腐蚀防护方法中,表面膜层处理最为简单实用,广泛应用于防腐蚀领域。本文以硅烷转化膜为基础,采用适宜的工艺与稀土、植酸掺杂聚苯胺、SiO2接枝聚苯胺复合,在Mg-Li合金表面制备了系列硅烷复合耐蚀膜层。利用SEM、XPS、XRD等对复合组分、耐蚀膜层及合金表面的结构、组成、形貌进行了分析,并利用电化学测试手段（电化学阻抗谱、极化曲线和开路电位等）对制备的耐蚀膜层对Mg-Li合金的防腐蚀性能进行了测试,研究和讨论了耐蚀膜层的形成条件和防腐蚀机理。以乙烯基三甲氧基硅烷（VTMS）和正硅酸乙酯（TEOS）为前驱体,利用溶胶-凝胶法和化学浸泡法在Mg-Li合金表面制备了硅烷转化膜。对硅烷转化膜的形成条件（醇水比、TEOS/VTMS、硅烷用量等）进行了讨论。制备的硅烷转化膜对Mg-Li合金具有较好的防腐蚀性能,腐蚀电流密度比Mg-Li合金降低了两个数量级;电化学阻抗比Mg-Li合金提高了一个数量级。在Ce（NO3）3溶液中同时加入H2O2和柠檬酸,利用H2O2的氧化作用和柠檬酸的偶联作用在Mg-Li合金表面制备了致密铈转化膜。H2O2可以使Ce3+转化为Ce4+,在形貌上表现为紧密堆积的凝聚态球形结构。柠檬酸可以偶联在Mg-Li合金表面沉积的产物,形成以柠檬酸交联的CeO2和Ce（OH）4为主要成分的致密的转化膜。在H2O2和柠檬酸的共同作用下形成的致密的转化膜对Mg-Li合金具有良好的防腐蚀性能。进而将稀土与硅烷结合制备稀土/硅烷复合双转化膜,稀土和硅烷的复合进一步提高了转化膜的防腐蚀性能,相比稀土转化膜和硅烷转化膜,其腐蚀电流密度降低,电化学阻抗升高。以植酸（PhA）为掺杂剂酸,采用化学氧化法合成新型磷化聚苯胺（PANI-PhA）。FTIR、UV-Vis-NIR、XPS、XRD和SEM测试结果表明,合成的PANI-PhA具有交联网状结构,且处于掺杂态和中间氧化还原状态。特殊的结构赋予PANI-PhA较高的电导率和较好的热稳定性。将其与硅烷溶胶复合后用于Mg-Li合金的腐蚀防护,电化学测试结果表明,在涂层中添加PANI-PhA相比PANI-H3PO4和脱掺杂PANI表现出更好的防腐蚀效果。引发剂（APS）用量、PhA用量以及PANI-PhA在硅烷中的含量对PANI-PhA及PANI-PhA/Silane涂层的性能有显著影响。PANI-PhA/Silane涂层对Mg-Li合金具有良好的防腐蚀性能,其电化学阻抗可达到108?·cm2,腐蚀电流密度仅为10-10 A·cm-2。机理分析表明,PANI,PhA和硅烷的协同效应使PANI-PhA/Silane涂层对Mg-Li合金具有优异的防腐蚀性能。选用γ-（2,3-环氧丙氧）丙基三甲氧基硅烷（GPTMS）对SiO2进行改性,在SiO2粒子表面引入环氧基团,再引入苯胺在GPTMS改性后的SiO2表面发生接枝聚合反应,得到化学键合的核壳结构SiO2@PANI溶胶材料。制得的Si O2@PANI在水和醇中具有较好的分散稳定性。进一步用乙烯基三甲氧基硅烷（VTMS）对制得的水可分散型SiO2@PANI溶胶进行原位包埋,得到SiO2@PANI/VTMS复合溶胶,可以不用环氧树脂等成膜物及其他有机溶剂,直接涂覆在Mg-Li合金表面,形成疏水性涂层。制得的SiO2@PANI/VTMS疏水涂层对Mg-Li合金具有良好的附着力和防腐蚀性能,涂层的腐蚀电流密度仅为4.47×10-8 A·cm-2,阻抗值达到7.5×104?·cm2。涂层的疏水性、屏蔽性和钝化性的共同作用实现了SiO2@PANI/VTMS涂层对Mg-Li合金的有效保护。