【摘要】：磷酸鎂水泥(Magnesium Phosphate Cement,MPC)是一種新型的無機(jī)材料,且具有陶瓷的部分性能,因其固化速度快、早期強(qiáng)度高、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點而常用于工程快速修補(bǔ)、固化有害廢棄物等領(lǐng)域,因此受到國內(nèi)外學(xué)者研究關(guān)注。磷酸鎂水泥涂層作為一種無機(jī)的環(huán)保材料,避免了有機(jī)涂層不耐高溫、易老化、不環(huán)保,以及金屬鍍層產(chǎn)生電鍍液污染環(huán)境、成本高等缺點。目前國外已有研究將磷酸鎂水泥用作金屬的有效防腐涂層,但國內(nèi)報道極少。因此本論文主要通過電化學(xué)測試等方法來探究磷酸鎂水泥涂層對Q235鋼的防腐性能及相應(yīng)機(jī)理。本論文采用不同酸堿摩爾比(P/M)制備磷酸鎂水泥漿體并涂刷于Q235鋼表面。通過XRD、SEM、線性極化測試、電化學(xué)阻抗測試及鹽霧試驗等方法研究MPC涂層的耐腐蝕性。實驗結(jié)果表明,P/M為1:5的涂層體系下的電荷轉(zhuǎn)移電阻最大,耐腐蝕性最優(yōu)。經(jīng)過1440h中性鹽霧腐蝕試驗后,MPC涂層表面未出現(xiàn)任何的銹蝕現(xiàn)象,表明其對Q235鋼具有長期的防腐保護(hù)作用。MPC涂層主要由未反應(yīng)的MgO和Al_2O_3顆粒,以及相對較少的水化產(chǎn)物MgKPO_4·6H_2O組成,涂層表面可見少量微裂紋,其中P/M為1:5的涂層表面結(jié)構(gòu)更加致密。MPC涂層與金屬基體間具有良好的粘結(jié)強(qiáng)度(4.6±0.7 MPa)。浸泡實驗和動電位極化法結(jié)果表明,Q235鋼在3.5%NaCl溶液中的腐蝕速率較快;在添加MgO和MPC后的NaCl溶液中,Q235鋼的腐蝕速率明顯降低,表明MgO和MPC對Q235鋼均有一定的緩蝕作用。推斷MPC的防腐機(jī)理不僅源于其物理阻隔效果,還有可能是MPC中溶解出的磷酸根離子和OH~-在金屬表面形成了惰性層,保護(hù)金屬不受腐蝕。另外,將原料中氧化鋁等體積替換為粉煤灰制得MPC涂層。XRD、SEM、電化學(xué)測試的實驗結(jié)果表明,相較于內(nèi)摻氧化鋁的MPC涂層,內(nèi)摻粉煤灰的MPC涂層體系下的電荷轉(zhuǎn)移電阻略微降低,表明內(nèi)摻粉煤灰并未明顯改善MPC的耐腐蝕性。內(nèi)摻粉煤灰的MPC涂層主要由MgKPO_4·6H_2O、未反應(yīng)的MgO、Al_2O_3和SiO_2組成,涂層表面較光滑,但有大量明顯可見的裂紋。粉煤灰作為一種經(jīng)濟(jì)環(huán)保的填料,具有良好的利用價值,只是其對MPC的長期耐蝕性的影響規(guī)律還需進(jìn)一步探究。將原料中部分氧化鋁等體積替換為硅灰制得MPC涂層。XRD、SEM、電化學(xué)測試的實驗結(jié)果表明,內(nèi)摻硅灰和Al_2O_3組合的MPC涂層體系下的電荷轉(zhuǎn)移電阻明顯增大,表明MPC耐蝕性有所提高,且摻加15%硅灰和35%Al_2O_3的涂層的耐腐蝕性最優(yōu)。涂層主要由MgKPO_4·6H_2O、未反應(yīng)的MgO、Al_2O_3、SiO_2顆粒及MgSiO_3凝膠新相組成,不同大小的顆粒填充了涂層內(nèi)部的孔洞和縫隙,使得涂層致密度增大。通過內(nèi)摻和外涂甲基硅酸鈉(SMS)防水劑的方式對磷酸鎂水泥涂層進(jìn)行化學(xué)改性。電化學(xué)測試結(jié)果表明,內(nèi)摻一定量的SMS對MPC涂層的耐腐蝕性能有所提高,且摻入量越大,耐蝕性改善效果越明顯。但SMS摻量不宜過大,若超過1%則會在MPC內(nèi)部留下較多未及時排出的氣孔,致使涂層耐蝕性下降。外涂SMS后,MPC涂層表面形成的憎水層能有效的阻隔水分進(jìn)入涂層內(nèi)部,使涂層抗?jié)B性能得到提高。且外涂PMS的濃度越高,MPC涂層的耐蝕性能越優(yōu)異,但濃度也不宜過高。本論文研究了Q235鋼表面MPC涂層的耐腐蝕性能,并通過幾種方式對MPC涂層進(jìn)行了一定的改性,為后續(xù)磷酸鎂水泥在防腐方向的新應(yīng)用提供了新的視角。
【圖文】：

2+：Fe → Fe2++ 2e-內(nèi)部從陽極流向陰極，而 Fe2+是經(jīng)溶液從接觸的電解質(zhì)不同，陰極反應(yīng)也不一樣。下，H+吸收由陽極流過來的電子，生成 H2H++ 2e-→ H2中性條件下，金屬表面水膜中的氧也吸收O2+ 2H2O + 4e-→ 4OH-中與 Fe2+擴(kuò)散相遇，生成 Fe(OH)2,Fe(OH成鐵銹（鐵的各種氫氧化物和氧化物的混

圖 1-2 常見的金屬腐蝕防護(hù)涂層金屬涂層多以電沉積的方式在被保護(hù)金屬制品表面形成另一種金屬保護(hù)鍍層，這層保護(hù)層常被稱為鍍層金屬。金屬鍍層的主要方法有電鍍[11]、熱噴涂[12]、化學(xué)鍍及熱浸鍍[13]等。如電鍍是通過在基材金屬（作為陰極）和將被沉積的陽極物質(zhì)間添加電壓，使浸入在電解質(zhì)中的基材表面形成鍍層。雖然鍍鉻和鍍鎳過程能使基底金屬具有耐蝕性，但是產(chǎn)生的殘余拉伸應(yīng)力會導(dǎo)致疲勞強(qiáng)度的損失，且電鍍耗用金屬的成本較高，產(chǎn)生的工業(yè)廢水會危害到人類健康及環(huán)境[11]。熱噴涂，是利用高速氣流用噴槍將熔融金屬材料噴射到金屬工件表面，形成涂層。熱噴涂效率高，可獲得連續(xù)的涂層，還可噴涂到滾涂、刷涂不易施工的部位。但操作環(huán)境較差，往往伴有噪聲和粉塵，可能產(chǎn)生有毒金屬蒸汽、熱輻射等。有機(jī)涂層作為一種裝飾性與保護(hù)性涂層，適用廣泛。但就傳統(tǒng)有機(jī)涂料而言，含有很多有機(jī)化合物，，成膜材料中的成分主要有酚醛樹脂、丁苯橡膠、氯化橡膠等，在使用
【學(xué)位授予單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TG174.45

【參考文獻(xiàn)】

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1 孟芹;廖梓s

本文編號：2609468