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纳米粒子掺杂硅烷薄膜的电化学辅助沉积及其防护性能

李美  
【摘要】: 铬酸盐钝化和磷酸盐转化处理是两种最常用的金属表面预处理方法,但六价铬离子(Cr~(6-))是一种强致癌物质,而磷酸盐则会导致水体富营养化。随着人们环保意识的增强,环境友好型表面预处理技术逐渐成为研究的热点,其中金属表面硅烷化预处理由于所用试剂合成简单并且对环境友好更成为新技术中的亮点。但由于硅烷膜自身厚度很小(一般认为在几十到几百纳米间),并且机械强度和耐磨蚀性不够,最终限制了其防护性能的发挥。本文采用将电化学辅助沉积技术与掺杂纳米粒子结合的方法制备新型复合硅烷膜,增加了硅烷膜的致密性和厚度,提高了硅烷膜与金属基体间的结合力,从而提高了硅烷膜的腐蚀防护性能。这为提高硅烷膜的腐蚀防护性能,扩大其在金属防腐蚀领域的应用提供了一条新思路。主要研究工作包括: (1)电沉积与掺杂纳米TiO_2结合行进硅烷膜改性 采用阴极电沉积技术将掺杂纳米TiO_2的长链硅烷十二烷基三甲氧基硅烷(DTMS)电沉积在AA 2024-T3铝板表面。采用扫描电镜SEM、原子力显微镜AFM、红外光谱FTIR、椭偏厚度测试及接触角测试对复合硅烷膜进行了一系列的物理表征,并利用电化学阻抗谱测试(EIS)对硅烷膜的耐蚀性进行了评价。结果表明电沉积制备的掺杂纳米TiO_2的硅烷膜在均匀性、覆盖度、致密度、厚度、粗糙度及疏水性等方面均有提高,这也就使得硅烷膜的耐蚀性得到了显著提高。同时发现,电沉积硅烷膜存在一个最佳沉积电位-0.8V,且纳米TiO_2掺杂存在一个最佳掺杂量100mg/L,而当这两个条件同时满足时所得硅烷膜的腐蚀防护性能最好。 (2)电沉积与掺杂纳米Al_2O_3结合行进硅烷膜改性 一般认为BTSE等无官能团硅烷膜对金属的保护效果较好,因此为了进一步增强BTSE的防护效果,我们尝试采用将纳米Al_2O_3掺杂到预水解过的BTSE中,并结合阴极电沉积技术得到复合BTSE硅烷膜。除了进行常见的SEM、FTIR等物理表征外,还进行了电化学阻抗测试(EIS)。我们发现在一定的阴极电位下掺杂一定量的纳米Al_2O_3可显著提高硅烷膜的致密度和耐腐蚀性能。然而,长期浸泡实验表明掺杂纳米Al_2O_3的硅烷膜耐蚀性能下降很快,其性能恶化速度远大于纯BTSE硅烷膜,这可能是由于纳米粒子仅仅是被物理包裹在硅烷膜中,两者之间并无化学键连结,因而硅烷膜中的纳米粒子在溶液环境下极易溶出,导致硅烷膜中出现孔洞,加速水的渗入腐蚀。


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