目的開(kāi)發(fā)一種能夠在熱硫酸介質(zhì)中長(zhǎng)期保護(hù)316L不銹鋼的新型復(fù)合涂層。方法使用化學(xué)氧化法制備一次摻雜聚苯胺（PANI）,通過(guò)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(shù)脂（EP）作為成膜劑制備PANI/EP復(fù)合涂層。通過(guò)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(duì)材料的官能團(tuán)、結(jié)構(gòu)和形貌進(jìn)行表征,用電化學(xué)測(cè)試法和劃痕浸泡實(shí)驗(yàn)測(cè)試PANI/EP復(fù)合涂層的耐蝕性能,并對(duì)復(fù)合涂層的保護(hù)機(jī)理進(jìn)行探討。結(jié)果在50、60℃的1mol/L硫酸溶液中,PANI/EP復(fù)合涂層試樣的自腐蝕電位相對(duì)不銹鋼顯著提高,其中50℃時(shí)提高了560 mV,60℃時(shí)提高了450m V,均達(dá)到不銹鋼的鈍化電位,陽(yáng)極極化曲線電流密度下降了兩個(gè)數(shù)量級(jí)。電化學(xué)交流阻抗測(cè)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(yàn)表明,在50℃的1 mol/L硫酸溶液中浸泡一周后,PANI/EP復(fù)合涂層試樣沒(méi)有發(fā)生脫落,且劃痕處幾乎沒(méi)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(fù)合涂層對(duì)不銹鋼同時(shí)提供物理屏... 

【文章來(lái)源】：表面技術(shù). 2020,49(08)北大核心EICSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：9 頁(yè)

【部分圖文】：

PANI粉末和PANI/EP復(fù)合涂層的SEM圖像以及PANI/EP復(fù)合涂層截面的EDS元素面掃描分析

圖1為PANI/EP復(fù)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(dòng)和醌式結(jié)構(gòu)[12];1300 cm-1為C—N伸縮振動(dòng)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(dòng)[14];1120 cm-1處的吸收峰對(duì)應(yīng)于醌環(huán)上C—H面內(nèi)伸縮振動(dòng)峰[12];820 cm-1處的吸收峰對(duì)應(yīng)于二取代苯環(huán)的C—H面外彎曲振動(dòng)峰[4]，均與文獻(xiàn)中記載PANI的吸收峰一致。在PANI/EP復(fù)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(dòng)[15];2871 cm-1和2925 cm-1分別為聚苯胺的N—H和C—H伸展振動(dòng)峰[5]；在1495 cm-1和1609 cm-1處的峰與C==O拉伸振動(dòng)相關(guān)，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(dòng)峰[16]。此外，在1245、1043、691 cm-1處的峰與不對(duì)稱的O—S—O拉伸振動(dòng)和C—S拉伸振動(dòng)相關(guān)，表明二次摻雜磺酸基團(tuán)已成功引入聚苯胺鏈[4,11,17]。圖2為PANI粉末和PANI/EP復(fù)合涂層的掃描電子顯微鏡圖像與PANI/EP復(fù)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(fù)合涂層表面光滑平整，未觀察到表面團(tuán)聚、相分離、裂紋等缺陷。圖2c則顯示PANI/EP復(fù)合涂層截面沒(méi)有明顯的微觀孔隙和缺陷，結(jié)構(gòu)緊密、均勻，同時(shí)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(shuō)明PANI粉體在EP中均勻分散，且主要為納米級(jí)，沒(méi)有顯著的團(tuán)聚現(xiàn)象。

圖4為316L不銹鋼與分別涂覆PANI/EP復(fù)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(fù)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(dá)到102數(shù)量級(jí)，且隨溫度的升高而減小，當(dāng)溫度超過(guò)50℃時(shí)，出現(xiàn)了雙曲線擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)特征，反映了不銹鋼處于活化極化控制的活性溶解機(jī)理，70℃和90℃時(shí)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(kuò)散有關(guān)的動(dòng)力學(xué)信息，在涂覆EP涂層和PANI/EP復(fù)合涂層后，EP涂層的高頻容抗弧達(dá)到了106數(shù)量級(jí)，而PANI/EP復(fù)合涂層的高頻容抗弧達(dá)為105數(shù)量級(jí)，其與EP涂層相比較小的原因是PANI/EP復(fù)合涂層中加入了高導(dǎo)電性PANI。由于導(dǎo)電PANI的氧化還原反應(yīng)特性，在硫酸溶液中，PANI對(duì)不銹鋼基體產(chǎn)生陽(yáng)極保護(hù)時(shí)，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(yīng)與氧化反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，聚苯胺的氧化還原狀態(tài)逐漸趨向具有高導(dǎo)電性的半氧化半還原態(tài)的PANI，導(dǎo)致PANI/EP復(fù)合涂層的導(dǎo)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(shuō)明存在腐蝕產(chǎn)物或是反應(yīng)物在涂層中的擴(kuò)散現(xiàn)象[2]。而隨著溫度的升高，復(fù)合涂層的容抗弧逐漸減小，但仍比316L不銹鋼高出3～4個(gè)數(shù)量級(jí)。圖4 316L不銹鋼與EP涂層試樣和PANI/EP復(fù)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(xiàn)】：
期刊論文
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