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《中国海洋大学》 2011年
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碳钢表面杂化膜的制备及防腐性能研究

刘云平  
【摘要】:碳钢,因其良好的机械可加工性能和低廉的价格被广泛应用于机械、建筑等各个领域。由于碳钢本身的耐腐蚀性能很差,在应用过程中,常常需要对其进行适当的表面处理来增加使用寿命。传统的表面处理工艺中,磷化和铬化展现出良好的防腐效果。但是,磷化、Cr(VI)有致癌和对环境有持久危险性。随着社会的发展,不久的将来,铬化和磷化在表面处理中的应用将会被禁用。因此,绿色环保、价格低廉的新型表面处理工艺的研究是一项非常有意义的工作并且成为国内外研究的焦点。 为了制备以硅烷为主体的杂化膜,本论文首先研究了双-[3-(三乙氧基)硅丙基]四硫化物硅烷(油基硅烷)和乙烯基三甲氧基硅烷(水基硅烷)两种不同硅烷在碳钢表面的最佳成膜工艺。利用扫描电镜(SEM)、(EDS)等测试手段对硅烷膜的形貌和构成进行了表征。结果表明:两种硅烷均能在Q235碳钢表面形成比较均匀完整的硅烷膜。利用动电位极化曲线和电化A学阻抗(EIS)测试手段,研究了碳钢表面两种不同的硅烷膜在模拟海水中的电化学行为。结果表明:在短期内,两种硅烷膜都对碳钢有较好的防护效果,双-[3-(三乙氧基)硅丙基]四硫化物硅烷膜效果更佳。但是不足之处在于,单一的硅烷膜同其它的有机膜一样,耐蚀性能不理想,不能对碳钢起到较长期的保护作用。 硅烷膜膜层很薄,并且在碳钢表面形成的是一种空间网络状结构,这种结构给一些无机纳米级颗粒提供了一定的填充空间。也就是说,通过硅烷与纳米级无机盐或氧化物共同作用,能够在碳钢表面生成一层更加致密,完整的有机/无机杂化膜。 此外,我们知道:变价金属添加到涂层或膜中,能使膜或涂层产生一种自修复功能。铈是变价金属。硝酸铈盐常温下既能溶于水,也能溶于无水乙醇,并且无毒,价格不高;而正硅酸乙酯与硅烷共混可形成无相分离的溶胶,这就给我们的实验提供了一个很好的平台。 针对上述的不足与优势,我们利用双-[3-(三乙氧基)硅丙基]四硫化物硅烷(油基硅烷)和乙烯基三甲氧基硅烷(水基硅烷)分别与硝酸铈盐复配,在碳钢表面制备了两种不同的硅烷/铈盐杂化膜。扫描电镜(SEM)结果显示:硝酸铈与水基的乙烯基三甲氧基硅烷共同作用生成的杂化膜中填充颗粒粒径在90纳米左右;而硝酸铈与油基的双-[3-(三乙氧基)硅丙基]四硫化物硅烷共同作用生成的杂化膜中填充颗粒粒径在40-50纳米之间。EDS结果表明:Ce确实是杂化膜的构成元素之一。动电位极化曲线和电化学阻抗(EIS)结果均表明:杂化膜对碳钢的防腐效果好于单独的硅烷膜,但是效果不是很明显;双-[3-(三乙氧基)硅丙基]四硫化物硅烷与硝酸铈共同作用形成的杂化膜的防腐效果要好于乙烯基三甲氧基硅烷与硝酸铈共同作用形成的杂化膜的防腐效果。与乙烯基三甲氧基硅烷相比,双-[3-(三乙氧基)硅丙基]四硫化物硅烷更适合碳钢体系。 为了进一步提高杂化膜的防腐性能,我们又初步探索了将正硅酸乙酯、双-[3-(三乙氧基)硅丙基]四硫化物硅烷和硝酸铈共混,通过一步法,在碳钢表面制备杂化膜的工艺。动电位极化曲线、电化学阻抗(EIS)和3%CuSO_4点滴实验说明,正硅酸乙酯的加入,的确提高了膜对碳钢的保护性能。
【学位授予单位】:中国海洋大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TG174.4

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