【摘要】：鎂合金具有密度低、比強度高、電磁屏蔽和抗輻射能力強等優(yōu)點,在汽車、電子和航空航天領(lǐng)域具有廣泛的應用前景。然而,較差的耐腐蝕性能大大限制了鎂合金在工程領(lǐng)域的應用,因此提高鎂合金的耐腐蝕性能是亟需解決的難題。目前,采用薄膜(涂層)防護的方法是改善基體耐腐蝕性能最有效的措施。傳統(tǒng)鉻轉(zhuǎn)化膜可以提供很好的腐蝕防護效果,但是六價鉻離子對生態(tài)環(huán)境和人類健康具有嚴重的威脅。因此,研發(fā)無鉻防護技術(shù)是鎂合金耐腐蝕技術(shù)發(fā)展的方向。插層結(jié)構(gòu)材料以其構(gòu)筑基元多樣化和結(jié)構(gòu)可調(diào)控性,成為近年來迅速發(fā)展的一類新型功能材料。其中,層狀雙金屬氫氧化物(Layered Double Hydroxides,LDHs)作為典型的插層結(jié)構(gòu)材料,在環(huán)境友好型耐蝕防護領(lǐng)域展現(xiàn)出極大的應用潛力。本論文利用水熱合成技術(shù)在鎂合金表面制備了不同類型LDHs薄膜,通過表面化學修飾、層間陰離子調(diào)控以及氧化石墨烯摻雜等方法來提高膜層的防護能力。借助掃描電子顯微鏡(SEM)、能譜儀(EDS)、X射線衍射儀(XRD)、透射電子顯微鏡(TEM)、傅里葉紅外光譜儀(FT-IR)、拉曼光譜儀(Raman)等分析手段對薄膜的微觀形貌和物相組成進行了表征,利用電化學方法評價了薄膜的耐腐蝕性能。通過研究膜層耐腐蝕性能與層狀結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系,探討了膜層的超疏水、抗離子滲透以及自修復等性能對提高耐蝕性能的作用機理。本論文的主要研究成果如下:(1)通過控制成膜溶液的pH值和溫度,在鎂合金表面原位生長出具有不同微觀形貌的Zn-Al LDHs薄膜。采用低表面能物質(zhì)對鳥巢狀Zn-Al LDHs薄膜進行化學改性后,Zn-Al LDHs薄膜獲得了超疏水性能(接觸角為165.5°)。根據(jù)Cassie-Baxter模型分析可得,超疏水薄膜表面僅僅有1.7%的液滴與基體表面接觸。大氣暴露100天后,Zn-Al LDHs超疏水薄膜的接觸角仍保持在150°,表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性。電化學測試結(jié)果表明:Zn-Al LDHs超疏水薄膜的腐蝕電流密度比鎂合金基體的腐蝕電流密度降低了兩個數(shù)量級,Zn-Al LDHs超疏水薄膜有效地提高了鎂合金的耐腐蝕性能。(2)以Zn-Al(NO3)LDHs薄膜為前驅(qū)體材料,借助陰離子交換反應,在鎂合金表面制備了 Zn-Al(Cl)LDHs薄膜。電化學測試結(jié)果表明,Zn-Al(Cl)LDHs薄膜有效提高了鎂合金的耐腐蝕性能。依據(jù)相關(guān)結(jié)果分析可得,Zn-Al(Cl)LDHs薄膜對外界氯離子的阻隔效應是提高鎂合金耐腐蝕性能的主要原因。(3)選擇具有緩蝕效果的釩酸根作為客體陰離子,以Zn-Al(NO3)LDHs薄膜為前驅(qū)體材料,借助陰離子交換反應,在鎂合金表面制備了 Zn-Al(VOx)LDHs薄膜。電化學測試結(jié)果表明,鎂合金表面Zn-Al(VOx)LDHs薄膜的腐蝕電流密度降低了2個數(shù)量級。此外,得益于釩酸根多變的離子狀態(tài),表面劃傷的Zn-Al(VOx)LDHs薄膜具有一定的自修復能力。(4)通過摻雜氧化石墨烯(GO),在鎂合金表面原位制備了 RGO/Zn-Al LDHs復合薄膜,其中GO被同步還原為RGO,且RGO在RGO/Zn-Al LDHs復合薄膜中呈無序分布。借助于RGO自身抗?jié)B透性、良好導電性及無序分布帶來的迷宮效應,鎂合金表面RGO/Zn-Al LDHs復合薄膜具有良好的耐腐蝕性能。電化學測試結(jié)果表明,RGO/Zn-Al LDHs復合薄膜使鎂合金的腐蝕電流密度降低了 2個數(shù)量級。
【學位授予單位】：北京科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TG178
【圖文】：

圖２－１鎂合金在航空航天領(lǐng)域的應用逡逑（２）汽車領(lǐng)域：近年來隨著全球節(jié)能減排壓力的加劇，汽車輕量化已球汽車產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展的新趨勢。據(jù)統(tǒng)計，一輛汽車的自重每減少１０車的燃油消耗量便會降低６？８°／。，同時減少５？６％的廢氣排放。鎂合金

和尾氣的排放［２５］。目前，世界上各大汽車制造商都加大了對汽車用鎂合金零逡逑部件的開發(fā)，如汽車輪轂、座椅、方向盤、腳踏板、汽缸蓋和變速箱等，如逡逑圖２－２所示。逡逑Ｔｉａｎｓｎｖｓ＾ｍｎ邋Ｃａｓｅ逡逑Ｆｒｏｎｔ邋Ｅｎｄ邋Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ＊邐ＣａｍＣｏｖｗ逡逑ｎ一邋Ｃａｓ＊邐ＴＴ邋ｐ邋Ｋｉ邋／邐二邋Ｘ逡逑Ｃ？ｏｔｅ？邋Ｃｏｎｓｏｌｅ逡逑ｘ邐３＾邋Ｒｏｗ邋Ｓｅａｌ邋Ｆｆａｍｅｓ逡逑ｌｎ？ｔｒｕｍ？ｎｔａｌ邋Ｐａｎｅｌ邐Ｐ．邋＾邋｝邐Ｊ逡逑丨腳ｍ＿逡逑Ｓｅａｌ邋Ｂａｃｋ／Ｓｅａｔ邋Ｃｕｓｈｉｏｎｓ逡逑ｓｉｗｎｎｏ邋ｃｏｏｉｍｎ邋ａ？Ｋ＊你

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本文編號：2788636