PANI/EP復合涂層對不銹鋼在硫酸溶液中的保護作用
發(fā)布時間：2021-08-18 11:10
目的開發(fā)一種能夠在熱硫酸介質(zhì)中長期保護316L不銹鋼的新型復合涂層。方法使用化學氧化法制備一次摻雜聚苯胺（PANI）,通過脫摻雜-二次摻雜制備十二烷基苯磺酸（DBSA）摻雜的二次摻雜聚苯胺,并添加環(huán)氧樹脂（EP）作為成膜劑制備PANI/EP復合涂層。通過傅里葉變換紅外光譜（FT-IR）、掃描電子顯微鏡（SEM）和X射線能譜（EDS）等方法,對材料的官能團、結(jié)構(gòu)和形貌進行表征,用電化學測試法和劃痕浸泡實驗測試PANI/EP復合涂層的耐蝕性能,并對復合涂層的保護機理進行探討。結(jié)果在50、60℃的1mol/L硫酸溶液中,PANI/EP復合涂層試樣的自腐蝕電位相對不銹鋼顯著提高,其中50℃時提高了560 mV,60℃時提高了450m V,均達到不銹鋼的鈍化電位,陽極極化曲線電流密度下降了兩個數(shù)量級。電化學交流阻抗測試表明,涂覆涂層后,試樣的阻抗模值明顯增大。劃痕浸泡試驗表明,在50℃的1 mol/L硫酸溶液中浸泡一周后,PANI/EP復合涂層試樣沒有發(fā)生脫落,且劃痕處幾乎沒有腐蝕,主要原因是涂層促使不銹鋼表面生成了穩(wěn)定的鈍化膜。結(jié)論在中溫硫酸溶液中,PANI/EP復合涂層對不銹鋼同時提供物理屏...
【文章來源】：表面技術(shù). 2020,49(08)北大核心EICSCD
【文章頁數(shù)】：9 頁
【部分圖文】：
PANI粉末和PANI/EP復合涂層的SEM圖像以及PANI/EP復合涂層截面的EDS元素面掃描分析
圖1為PANI/EP復合涂層與PANI粉末的紅外吸收光譜圖。在PANI粉末的吸收曲線（紅色）中，位于1560 cm-1和1470 cm-1處的吸收峰分別歸因于C==C的伸縮振動和醌式結(jié)構(gòu)[12];1300 cm-1為C—N伸縮振動吸收峰[13];1250 cm-1處有吸收峰，是與苯環(huán)相連的C—N+伸縮振動[14];1120 cm-1處的吸收峰對應于醌環(huán)上C—H面內(nèi)伸縮振動峰[12];820 cm-1處的吸收峰對應于二取代苯環(huán)的C—H面外彎曲振動峰[4]，均與文獻中記載PANI的吸收峰一致。在PANI/EP復合涂層的吸收曲線上，位于3000～3700 cm-1處寬的吸收峰為材料表面O—H的伸縮振動[15];2871 cm-1和2925 cm-1分別為聚苯胺的N—H和C—H伸展振動峰[5]；在1495 cm-1和1609 cm-1處的峰與C==O拉伸振動相關，且位于914 cm-1處的峰為環(huán)氧基的特征吸收峰，即環(huán)氧環(huán)的骨架振動峰[16]。此外，在1245、1043、691 cm-1處的峰與不對稱的O—S—O拉伸振動和C—S拉伸振動相關，表明二次摻雜磺酸基團已成功引入聚苯胺鏈[4,11,17]。圖2為PANI粉末和PANI/EP復合涂層的掃描電子顯微鏡圖像與PANI/EP復合涂層截面的EDS面掃描結(jié)果圖。從圖2a中可以看出，制備得到的PANI粉末為數(shù)微米至數(shù)十微米的包心菜狀或花菜狀顆粒[12]。從圖2b中可以看出，PANI/EP復合涂層表面光滑平整，未觀察到表面團聚、相分離、裂紋等缺陷。圖2c則顯示PANI/EP復合涂層截面沒有明顯的微觀孔隙和缺陷，結(jié)構(gòu)緊密、均勻，同時可以看出涂層與基體界面結(jié)合較好。N元素是PANI的特征元素，涂層截面的選區(qū)EDS分析結(jié)果中可以看到N元素分布均勻（圖2d—f），說明PANI粉體在EP中均勻分散，且主要為納米級，沒有顯著的團聚現(xiàn)象。
圖4為316L不銹鋼與分別涂覆PANI/EP復合涂層和EP涂層后的試樣在不同溫度的1 mol/L硫酸溶液中的交流阻抗Nyquist圖，以及PANI/EP復合涂層試樣阻抗擬合等效電路圖。在30～80℃下316L不銹鋼的容抗弧半徑最小，其數(shù)值只達到102數(shù)量級，且隨溫度的升高而減小，當溫度超過50℃時，出現(xiàn)了雙曲線擴散動力學特征，反映了不銹鋼處于活化極化控制的活性溶解機理，70℃和90℃時則發(fā)生了劇烈的活性溶解腐蝕。在交流阻抗Nyquist圖中，高頻容抗弧反映出涉及界面電荷轉(zhuǎn)移的各步驟總阻力，低頻容抗弧可以反映出涂層的物理屏蔽性能以及界面擴散有關的動力學信息，在涂覆EP涂層和PANI/EP復合涂層后，EP涂層的高頻容抗弧達到了106數(shù)量級，而PANI/EP復合涂層的高頻容抗弧達為105數(shù)量級，其與EP涂層相比較小的原因是PANI/EP復合涂層中加入了高導電性PANI。由于導電PANI的氧化還原反應特性，在硫酸溶液中，PANI對不銹鋼基體產(chǎn)生陽極保護時，涂層為陰極，從基體得到電子，因此涂層中的聚苯胺自身被還原。而還原態(tài)的聚苯胺受到溶液中的質(zhì)子摻雜，又重新被氧化。還原反應與氧化反應達到平衡時，聚苯胺的氧化還原狀態(tài)逐漸趨向具有高導電性的半氧化半還原態(tài)的PANI，導致PANI/EP復合涂層的導電性能提高，因此涂層的阻抗減小[9,20]。低頻段則均體現(xiàn)出Warburg阻抗的特征，說明存在腐蝕產(chǎn)物或是反應物在涂層中的擴散現(xiàn)象[2]。而隨著溫度的升高，復合涂層的容抗弧逐漸減小，但仍比316L不銹鋼高出3～4個數(shù)量級。圖4 316L不銹鋼與EP涂層試樣和PANI/EP復合涂層在不同溫度下1 mol/L硫酸溶液中的交流阻抗Nyquist圖與PANI/EP試樣阻抗擬合等效電路圖
【參考文獻】：
期刊論文
[1]Effects of N-alkylation on anticorrosion performance of doped polyaniline/epoxy coating[J]. Suyun Liu,Li Liu,Ying Li,Fuhui Wang. Journal of Materials Science & Technology. 2020(04)
[2]氧化石墨烯復合材料在包裝領域應用的研究進展[J]. 孫瑋婧,徐淑艷,田雯雯,謝靜怡,武亞敏. 包裝工程. 2018(11)
[3]水性環(huán)氧防腐涂料研究[J]. 崔燦燦,王磊,劉浩亮,郭曉軍,韓忠智,段紹明,丁超,張其濱. 表面技術(shù). 2017(12)
[4]金屬腐蝕防護有機涂料的研究進展[J]. 邊潔,王威強,管從勝. 材料科學與工程學報. 2003(05)
本文編號：3349777
【文章來源】：表面技術(shù). 2020,49(08)北大核心EICSCD
【文章頁數(shù)】：9 頁
【部分圖文】：
PANI粉末和PANI/EP復合涂層的SEM圖像以及PANI/EP復合涂層截面的EDS元素面掃描分析
圖1為PANI/EP復合涂層與PANI粉末的紅外吸收光譜圖。在PANI粉末的吸收曲線（紅色）中，位于1560 cm-1和1470 cm-1處的吸收峰分別歸因于C==C的伸縮振動和醌式結(jié)構(gòu)[12];1300 cm-1為C—N伸縮振動吸收峰[13];1250 cm-1處有吸收峰，是與苯環(huán)相連的C—N+伸縮振動[14];1120 cm-1處的吸收峰對應于醌環(huán)上C—H面內(nèi)伸縮振動峰[12];820 cm-1處的吸收峰對應于二取代苯環(huán)的C—H面外彎曲振動峰[4]，均與文獻中記載PANI的吸收峰一致。在PANI/EP復合涂層的吸收曲線上，位于3000～3700 cm-1處寬的吸收峰為材料表面O—H的伸縮振動[15];2871 cm-1和2925 cm-1分別為聚苯胺的N—H和C—H伸展振動峰[5]；在1495 cm-1和1609 cm-1處的峰與C==O拉伸振動相關，且位于914 cm-1處的峰為環(huán)氧基的特征吸收峰，即環(huán)氧環(huán)的骨架振動峰[16]。此外，在1245、1043、691 cm-1處的峰與不對稱的O—S—O拉伸振動和C—S拉伸振動相關，表明二次摻雜磺酸基團已成功引入聚苯胺鏈[4,11,17]。圖2為PANI粉末和PANI/EP復合涂層的掃描電子顯微鏡圖像與PANI/EP復合涂層截面的EDS面掃描結(jié)果圖。從圖2a中可以看出，制備得到的PANI粉末為數(shù)微米至數(shù)十微米的包心菜狀或花菜狀顆粒[12]。從圖2b中可以看出，PANI/EP復合涂層表面光滑平整，未觀察到表面團聚、相分離、裂紋等缺陷。圖2c則顯示PANI/EP復合涂層截面沒有明顯的微觀孔隙和缺陷，結(jié)構(gòu)緊密、均勻，同時可以看出涂層與基體界面結(jié)合較好。N元素是PANI的特征元素，涂層截面的選區(qū)EDS分析結(jié)果中可以看到N元素分布均勻（圖2d—f），說明PANI粉體在EP中均勻分散，且主要為納米級，沒有顯著的團聚現(xiàn)象。
圖4為316L不銹鋼與分別涂覆PANI/EP復合涂層和EP涂層后的試樣在不同溫度的1 mol/L硫酸溶液中的交流阻抗Nyquist圖，以及PANI/EP復合涂層試樣阻抗擬合等效電路圖。在30～80℃下316L不銹鋼的容抗弧半徑最小，其數(shù)值只達到102數(shù)量級，且隨溫度的升高而減小，當溫度超過50℃時，出現(xiàn)了雙曲線擴散動力學特征，反映了不銹鋼處于活化極化控制的活性溶解機理，70℃和90℃時則發(fā)生了劇烈的活性溶解腐蝕。在交流阻抗Nyquist圖中，高頻容抗弧反映出涉及界面電荷轉(zhuǎn)移的各步驟總阻力，低頻容抗弧可以反映出涂層的物理屏蔽性能以及界面擴散有關的動力學信息，在涂覆EP涂層和PANI/EP復合涂層后，EP涂層的高頻容抗弧達到了106數(shù)量級，而PANI/EP復合涂層的高頻容抗弧達為105數(shù)量級，其與EP涂層相比較小的原因是PANI/EP復合涂層中加入了高導電性PANI。由于導電PANI的氧化還原反應特性，在硫酸溶液中，PANI對不銹鋼基體產(chǎn)生陽極保護時，涂層為陰極，從基體得到電子，因此涂層中的聚苯胺自身被還原。而還原態(tài)的聚苯胺受到溶液中的質(zhì)子摻雜，又重新被氧化。還原反應與氧化反應達到平衡時，聚苯胺的氧化還原狀態(tài)逐漸趨向具有高導電性的半氧化半還原態(tài)的PANI，導致PANI/EP復合涂層的導電性能提高，因此涂層的阻抗減小[9,20]。低頻段則均體現(xiàn)出Warburg阻抗的特征，說明存在腐蝕產(chǎn)物或是反應物在涂層中的擴散現(xiàn)象[2]。而隨著溫度的升高，復合涂層的容抗弧逐漸減小，但仍比316L不銹鋼高出3～4個數(shù)量級。圖4 316L不銹鋼與EP涂層試樣和PANI/EP復合涂層在不同溫度下1 mol/L硫酸溶液中的交流阻抗Nyquist圖與PANI/EP試樣阻抗擬合等效電路圖
【參考文獻】：
期刊論文
[1]Effects of N-alkylation on anticorrosion performance of doped polyaniline/epoxy coating[J]. Suyun Liu,Li Liu,Ying Li,Fuhui Wang. Journal of Materials Science & Technology. 2020(04)
[2]氧化石墨烯復合材料在包裝領域應用的研究進展[J]. 孫瑋婧,徐淑艷,田雯雯,謝靜怡,武亞敏. 包裝工程. 2018(11)
[3]水性環(huán)氧防腐涂料研究[J]. 崔燦燦,王磊,劉浩亮,郭曉軍,韓忠智,段紹明,丁超,張其濱. 表面技術(shù). 2017(12)
[4]金屬腐蝕防護有機涂料的研究進展[J]. 邊潔,王威強,管從勝. 材料科學與工程學報. 2003(05)
本文編號：3349777
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