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钨酸盐微/纳米粉的制备及其防腐应用研究

宋祖伟  
【摘要】: 纳米材料的合成与制备,是材料得到进一步研究并推广应用的基础,探索纳米材料合成与制备的新途径、新方法,始终是纳米材料研究领域中的一个重要课题。钨酸盐微/纳米粉具有化学稳定性好、耐磨、耐腐蚀、无毒等优良性能,但其应用受到现有制备方法温度高、能耗大、成本高、对设备要求高等缺点的限制。本论文采用设计简单、操作方便、成本低、产率高的低温熔盐法和电化学法,实现了对钨酸盐微/纳米粉的控制合成,利用XRD、SEM、TEM、UV-VIS、PL等技术对粉体进行了表征,分析了制备机理,并将其应用于环氧涂料的改性,采用EIS技术初步研究了改性环氧涂层的防腐性能。主要工作如下: 1、采用低温熔盐法,分别制备了钨酸镍、钨酸钴和钨酸锰纳米粉,讨论了反应温度、熔盐用量以及保温时间对粉体形貌、尺寸和光吸收性能的影响。结果表明:在270℃、熔盐与前驱体质量配比为6:1,保温时间8h可以制备出粒径约为30nm,在紫外区有强吸收的类球形钨酸镍纳米粉;在同样工艺条件下制备出粒径约45nm,在紫外区吸收程度弱于钨酸镍的钨酸钴纳米粉;在270℃、熔盐与前驱体质量配比为3:1,保温4h时,制备出粒径约50nm、在紫外-可见光区均有一定程度吸收的类球形钨酸锰纳米粉,随着熔盐用量的增加、保温时间的延长,部分纳米粉颗粒由类球形向棒状转变。 熔盐条件下,钨酸盐纳米粉的制备遵循溶解-析出机理,类球形粉体的生长过程由扩散机制所控制,棒状粉体的生长过程由界面机制所控制。 2、选用硬脂酸对钨酸镍纳米粉进行表面亲油化处理后,制备了钨酸镍改性环氧涂料。采用EIS技术测量了改性环氧涂层/Q235钢体系在不同失效条件下阻抗谱随时间的变化规律,建立四种等效电路模型对阻抗谱进行解析,研究了涂层性能随时间的演化过程。结果表明:钨酸镍纳米粉的使用提高了环氧树脂涂层的防腐性能,对紫外辐射有一定的屏蔽作用,一定程度上可以减缓环氧涂层的老化,其在涂层中的最佳添加量为树脂用量的3%。 3、采用电化学方法制备出钨酸钡微/纳米粉,讨论了反应电流、电解液pH值、Ba2+离子浓度和电解液组成等因素对其形貌尺寸、结晶习性和光致发光性能的影响。结果表明:在20℃、反应电流0.5A、电解液pH值12.0、Ba2+浓度0.05M、反应10min时,有效抑制了花束状、鱼骨状、长锥状晶体的生长,得到结晶良好、粒径约2μm的八面体状钨酸钡微粉。电解液中乙醇用量的增加抑制了钨酸钡微粉的长大,电解液中KOH的存在则促进了微晶的各向异性生长。在20℃、反应电流1A、电解液pH值12.0、Ba2+浓度0.05M、混合溶剂乙醇与水的体积比为2:1,反应3min时制备出粒径约60nm的钨酸钡纳米粉,在波长为380nm的紫外光激发下,最强发光峰位于440nm左右,相对于钨酸钡微粉发生了蓝移。 4、制备了钨酸钡微、纳米粉改性环氧涂料,采用电化学交流阻抗技术对改性涂层体系的耐腐蚀性能进行了初步研究。研究表明,纳米钨酸钡改性涂层防腐性能优于微米粉体改性涂层,纳米钨酸钡粉体最佳用量为树脂用量的5%。


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