【摘要】：金屬由于其多種優(yōu)良的性能被廣泛地應(yīng)用于各個行業(yè),但是金屬在大氣環(huán)境中容易發(fā)生腐蝕,造成的巨大的經(jīng)濟(jì)損失約占當(dāng)年GDP的4%。為了減少腐蝕給人們帶來的危害,工業(yè)上通常在金屬表面構(gòu)建防腐涂層,在金屬樣品涂裝之前磷化和鉻酸鹽鈍化是常用的金屬表面預(yù)處理方法,但是磷化工藝產(chǎn)生的廢渣和亞硝酸鹽以及鉻化工藝產(chǎn)生的六價(jià)鉻會污染環(huán)境。自然界中荷葉表面是比較典型的超疏水現(xiàn)象而這種表面的水接觸角在150°以上并且滾動角要小于10°,其表面經(jīng)常一塵不染是因?yàn)樗螡L動時(shí)會將污染物帶走,且水滴本身不會潤濕荷葉表面。在金屬表面構(gòu)造如同荷葉表面的結(jié)構(gòu),研究其抗腐蝕性能,這是一個重要的發(fā)展方向。本文主要通過化學(xué)刻蝕法和電沉積法在鐵表面構(gòu)建了微納米結(jié)構(gòu),然后利用自組裝技術(shù)在粗糙表面自組裝一層硅烷薄膜,因?yàn)楣柰榉肿犹厥獾慕Y(jié)構(gòu)(1個硅烷分子水解后含有三個硅羥基)使其可以依靠硅羥基與金屬表面的活性物質(zhì)的縮合反應(yīng)在金屬表面吸附形成一層硅烷膜從而實(shí)現(xiàn)了對金屬基底的良好的保護(hù)作用同時(shí)能夠降低基底的表面自由能成功制備出超疏水涂層。本論文的主要研究內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)結(jié)果總結(jié)如下:(1)采用化學(xué)刻蝕法在鐵表面構(gòu)建了二級階層粗糙的微納米結(jié)構(gòu)之后使用含有一定比例的二氧化硅溶膠和正辛基三乙氧基硅烷水解液的混合液對粗糙表面進(jìn)行疏水處理,得到的超疏水涂層的形貌特征、表面粗糙度和潤濕性、表面分子結(jié)合方式以及其抗腐蝕性能可以通過掃描電子顯微鏡(SEM)、原子力顯微鏡(AFM)、接觸角測量儀和光電子能譜(XPS)以及電化學(xué)測試方法獲得相關(guān)信息。通過形貌分析刻蝕后的鐵表面產(chǎn)生了均勻的粗糙的微納米結(jié)構(gòu);該粗糙表面經(jīng)過混合液處理后表面均勻地覆蓋了一層二氧化硅球,這樣的結(jié)構(gòu)增加了表面粗糙度且呈現(xiàn)疏水性能(表面水接觸角達(dá)到155°,滾動角小于10°);由XPS可以看出硅烷分子在金屬表面的成膜方式即水解的正辛基三乙氧基硅烷分子與金屬表面的羥基或者金屬氧化物發(fā)生縮合反應(yīng)而且硅烷分子之間發(fā)生脫水縮合形成-Si-O-Si-鍵這就造成了鐵表面的烷氧基硅烷膜層是網(wǎng)狀的多分子膜層;穩(wěn)態(tài)極化曲線及電化學(xué)阻抗譜的結(jié)果表明,超疏水涂層覆蓋鐵基底后,電流密度顯著減小,電荷傳遞電阻明顯變大,起到了很好的防腐效果。(2)采用電沉積方法在鐵表面形成粗糙的結(jié)構(gòu),然后使用摻雜有改性二氧化硅的十八烷基三甲氧基硅烷水解液進(jìn)行表面疏水處理,得到了超疏水涂層。SEM譜圖分析表明制備得到的含有氧化鋅涂層的鐵片表面布滿了比較粗糙的微納米凸起結(jié)構(gòu)而經(jīng)過超疏水處理后的鐵片表面(水接觸角能夠達(dá)到160°且滾動角小于5°)雖然依然粗糙但是涂層比較致密均勻。對XPS進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn),由于硅烷分子覆蓋在氧化鋅涂層表面,超疏水涂層表面氧元素含量減少而碳元素含量增加。電化學(xué)阻抗譜和穩(wěn)態(tài)極化曲線的研究結(jié)果表面,超疏水涂層的腐蝕緩蝕效率很高,使得腐蝕電流密度顯著減小,起到了很好的防腐作用。通過電化學(xué)測試結(jié)果表明以上兩種能夠在鋼鐵表面構(gòu)筑微納米級分級結(jié)構(gòu)且成功制備超疏水薄膜的方法都能夠起到優(yōu)異的防腐效果。
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TQ630.1

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2513821