镁合金防腐蚀技术 抖音刷网站免费

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论文概述

镁合金具有密度低、比刚度和比强度高等特点，在汽车、电子、航天航空等领域具有广泛的应用前景。但是，镁合金的化学性质非常活泼，易发生腐蚀，导致其应用受限。近年来发展的超疏水表面具有抗腐蚀、防污等功能，不仅可以为镁合金提供防护作用，还能赋予其自清洁能力，有助于扩大镁合金的应用领域。然而，目前文献报道的镁合金超疏水表面构筑过程往往需要两个步骤才能完成——先在镁合金表面上制备具有合适粗糙度的精细微-纳结构、随后利用低表面能物质修饰以降低表面能。这种传统的两步构筑方法操作繁琐复杂、费时费力，不利于镁合金的大规模工业化处理。特别需要指出的是，通过两步法构筑的超疏水表面耐久性不佳，在应用过程中其超疏水性很容易遭到破坏。因此，发展简便的一步法构筑具有优异耐久性的多功能镁合金超疏水表面具有非常重要的意义。

最近，重庆大学国家镁合金材料工程技术研究中心潘复生院士团队开发了简便的一步喷涂法，在镁合金表面构筑了PMMA/Zn(C17H35COO)2耐久性多功能超疏水表面。利用接触角测量仪（CA）、场发射扫描电子显微镜（FESEM）、X射线光电子能谱（XPS）和傅里叶红外光谱（FTIR）分别表征了表面的润湿性、微观形貌和化学成分，同时，采用多种方法系统研究了所构筑表面的性能和功能，包括耐机械破坏性能（耐砂粒冲击、耐水滴冲击、耐砂纸磨损、耐胶带剥离）、在酸碱盐介质和有机介质中的化学稳定性、耐高温性能以及耐腐蚀、防污和隔热功能，并基于上述性质表征和性能测试的结果，对膜层的成膜机理和耐久性机制进行了分析讨论。

如图1所示，清洁的AZ31镁合金基底表面静态接触角为67.3°，呈现亲水性；采用一步喷涂法所构筑的镁合金表面静态接触角为157.0°，滚动角为6.0°，呈现超疏水和低粘附性。场发射扫描电镜测试结果显示表面膜层呈紫菜状形貌。X射线光电子能谱和红外光谱结果表明，表面膜层的主要化学成分为硬脂酸锌（Zn(C17H35COO)2）和聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA），其中硬脂酸锌的长烷基链赋予了表面非常低的表面能。

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图1 (a)AZ31镁合金基底的表面润湿性及(b)染色水滴在其表面的数码照片，(c)喷涂处理后的AZ31镁合金表面的润湿性及染色水滴在其表面的数码照片(插图)，(d)水滴在喷涂处理后的AZ31镁合金表面的滚动角

图2和图3展示了一步喷涂法制备的镁合金超疏水样品的耐砂粒冲击（≥ 20 min）、耐水流冲击（≥ 180 min）、耐摩擦磨损（1.0 kPa镁合金防腐蚀技术，≥ 1250 cm）、耐胶带剥离（≥ 2.15 kPa）、耐酸碱性（pH = 1~13）、耐有机溶剂浸泡（≥ 24 h）和耐高温（200 °C，≥ 24 h）的能力，证实了样品具有优异的耐久性，可以抵抗机械、物理和化学的多种破坏。

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图2 一步喷涂法制备的镁合金超疏水样品在(a)砂粒冲击实验，(b)水流冲击实验，(c)摩擦磨损实验，(d)胶带剥离实验中的表面润湿性变化，(c)和(d)中的插图对应于实验结束后样品的FESEM照片和水滴在样品表面弹跳的数码照片

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图3 (a)不同pH值液滴在一步喷涂法制备的镁合金超疏水样品表面的接触角，(b)一步喷涂法制备的镁合金超疏水样品在不同有机溶剂中浸泡24 h过程中的接触角变化(插图为在乙醇中浸泡24 h后样品的FESEM照片)，(c)一步喷涂法制备的镁合金超疏水样品在200 ℃下储存24 h过程中的接触角变化

一步喷涂法制备的镁合金超疏水样品还展示出抗腐蚀、防污和隔热的功能。图4为AZ31镁合金基底和一步喷涂法制备的AZ31镁合金超疏水样品在3.5 wt% NaCl腐蚀介质中的电化学阻抗谱Nyquist图，利用图中的等效电路解析阻抗谱，得出超疏水膜层的阻值约为1.23 × 105 Ω·cm2，表明膜层可以有效阻止镁合金-腐蚀介质界面处的电荷转移，赋予镁合金抗腐蚀的功能。图5展示了一步喷涂法制备的镁合金超疏水样品表面防污（自清洁）和隔热的功能。

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图4 (a)AZ31镁合金基底和(b)一步喷涂法制备的AZ31镁合金超疏水样品在3.5 wt% NaCl腐蚀介质中的电化学阻抗谱Nyquist图(插图为解析阻抗谱所用等效电路)

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图5 (a)水滴在一步喷涂法制备的AZ31镁合金超疏水样品表面的弹跳行为，(b)AZ31镁合金超疏水样品表面的防污功能，(c)AZ31镁合金超疏水样品的隔热功能

此外，本研究还对一步喷涂法制备的超疏水膜层的成膜机理和耐久性机制进行了分析讨论：通过硬脂酸对ZnO改性，得到具有低表面能的硬脂酸锌（Zn(C17H35COO)2）镁合金防腐蚀技术，该物质能提供合适的粗糙度和降低表面能。喷涂聚合物——聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）形成的网状结构，可包裹和缠绕Zn(C17H35COO)2颗粒，增强结合力，因此构筑的PMMA/Zn(C17H35COO)2超疏水表面具有优异的耐久性。

本研究报道的一步喷涂法构筑镁合金PMMA/Zn(C17H35COO)2耐久性多功能超疏水表面，具有操作简便、性能优异、功能强大的特点，具有重要的推广应用价值。