不锈钢表面硅烷/氧化石墨烯膜层制备及其腐蚀性能研究
随着对海洋的开发与探索，海洋中所用金属材料的腐蚀和防护就显得越来越重要。传统的金属表面处理工艺如铬酸盐钝化、磷酸盐转化对环境影响很大，例如，高价铬离子对生物有很强的毒性，磷酸盐会引起水体富营养化，不符合国家提出的保护海洋生态环境的要求。因此，开发寻求一种既有效又绿色环保、且低成本的金属防护工艺成为重中之重。 硅烷是一种绿色环保、成膜性好、机械性能强、具有耐蚀性的表面处理剂，成为替代传统金属处理工艺的首选。本文选用双-[3-（三乙氧基）硅丙基]四硫化物(BTESPT)为研究对象，通过电沉积方法在不锈钢基体表面沉积硅烷膜层，通过电化学测试可知硅烷膜层对不锈钢基体起到了良好的保护效果。探索硅烷膜层的最佳沉积条件，实验发现沉积电压为-1.0V时沉积的硅烷膜层对不锈钢基体的保护作用最好。 硅烷膜层虽然对金属基体起到了一定的保护作用。但同时单一硅烷膜层存在点坑、裂纹等缺陷，对金属不能起到持久的防护效果。调研发现氧化石墨烯为近年来新兴的二维碳材料，其比表面积大、机械性能好、化学稳定性高、热力学稳定，良好的耐腐蚀性能也促使人们对其在腐蚀方面的应用产生了浓厚的兴趣。 通过在Hummers方法基础上进行改进成功制备了氧化石墨烯，并用透射电镜表征发现制得氧化石墨烯为单层片状。首先，将氧化石墨烯溶解在去离子水中，并借助电沉积方法沉积在不锈钢基体的表面。分析沉积有氧化石墨烯膜层不锈钢基体的电化学阻抗图谱和动电位极化曲线可知，氧化石墨烯膜层对金属基体起到了良好的保护作用。探索氧化石墨烯的最佳沉积电位当沉积电压为4V时沉积的氧化石墨烯膜层对应的电化学阻抗图谱显示对基体最好的保护作用，动电位极化曲线显示出最小的腐蚀电流密度，可知氧化石墨烯在不锈钢基体表面的最佳沉积电位为4V。不同放大倍数下的扫描电镜图谱均显示出氧化石墨烯均匀地沉积在了不锈钢基体的表面，且有明显的褶皱存在。 针对单一硅烷膜的不足，我们探讨了将氧化石墨烯添加到硅烷溶液中对其腐蚀性能的影响，与氧化石墨烯进行复合，并通过电沉积方法在不锈钢基体表面沉积硅烷/氧化石墨烯复合膜层。通过电化学测试探索确定了硅烷中氧化石墨烯的最佳浓度，当每毫升硅烷中氧化石墨烯含量为0.3毫克时硅烷/氧化石墨烯膜层对不锈钢基体的保护作用最好。与沉积有硅烷膜层和氧化石墨烯膜层不锈钢试样的电化学阻抗图谱、动电位极化曲线进行分析比较，发现复合之后膜层的抗腐蚀性能明显提升难以腐蚀，腐蚀后其腐蚀电流密度更小，对金属基体的保护作用更好。将沉积有硅烷/氧化石墨烯复合膜层的不锈钢试样进行浸泡试验测试其电化学性质，发现该膜层对不锈钢基体的保护作用可以持续25天。
不锈钢;海水腐蚀;硅烷膜层;氧化石墨烯膜层;制备工艺;抗腐蚀性能
中国海洋大学
硕士
材料物理与化学
陈守刚
2015
中文
TG172.5;TG174.4
64
2016-01-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）