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铝表面石墨烯基复合涂层的腐蚀防护

2024-06-0761

随着人们对“轻量化”要求的不断提高,铝作为一种轻质金属,应用范围越来越广泛。尽管铝表面自身产生的氧化层具有一定的腐蚀防护效果,但其不耐酸碱,稳定 性较差,因此需要对铝防腐蚀涂层开展研究。石墨烯具有的化学惰性,是防腐蚀 涂层材料的研究热点,但具有铺展分散性差,与铝基体结合效果差,小分子物质易于渗透造成防护失效等问题。本文制备了薄膜并在表面改性后通过首创的剪切轧制工艺进行涂覆制备铝表面石墨烯基复合涂层,对工艺作用原理和涂层防腐蚀效果进行了分析,主要内容如下:

(1) 利用自组装方法在聚四氟乙烯上制备氧化石墨烯薄膜(GO),经热还原后(rGO), 对其进行氧等离子体表面处理,制备表面富含含氧官能团的还原氧化石墨烯薄膜(PrGO)。运用XPS,Raman,XRD、接触角测量仪对薄膜表征。还原后 rGO中C/O由2.30变为6.20,含氧量降低,薄膜缺陷增多,ID/IG 0.61 增至 1.93。氧等离子体处理在石墨烯薄膜表面接枝了大量含氧官能团,表面表现出超亲水性,C/O下降至2.97,ID/IG 1.07。

(2) 采用相同制备工艺,在 GO 中添加 5 wt%石墨(GT)制备石墨/氧化石墨烯复合薄膜(GO@GT),经热还原和表面氧等离子体处理,得到表面富含含氧官能团的石墨/还原氧化石墨烯复合薄膜(P-rGO@GT)。研究结果表明,还原过后的rGO@GT 中C/O由2.37升高至4.76,含氧量降低的同时,ID/IG1.29下降至1.26。氧等离子体处理薄膜表面接枝了C-OH、C=O 和 O=C-O 等官能团,表面接触角为14º,C/O下降至1.73,ID/IG1.10。

(3) 将制备的 P-rGO 与 P-rGO@GT 薄膜与45度直角铝块组合制备预轧件,经 285℃热处理后,剪切轧制将两种薄膜分别涂覆在铝基体上。XRD、Raman 和TEM的表征结果表明,剪切轧制中氧等离子处理引入的表面氧化层与铝基体反应生成了6-7 nm 的中间层(OL)。剪切轧制后涂层层间距进一步减小至0.34 nm (P-rGO)和 0.35 nm (PrGO@GT), P-rGO 涂层缺陷得到修复,ID/IG 1.07 下降至 0.35。

(4) P-rGO 与 P-rGO@GT 两种薄膜在酸和盐中对铝表面均表现出了优异的腐蚀防护性,并初步探讨了防腐机理。电化学测试表明,P-rGO与P-rGO@GT的腐蚀电流降低了两个数量级,腐蚀电位升高,在两种溶液中均起到了防护作用。对 rGO 和 rGO@GT涂层,OL 层进一步降低了腐蚀反应速率。在3.5 wt% NaCl 溶液中浸泡 200 小时后进行电化学测试,涂层起到腐蚀防护的同时,OL 层增强了防腐蚀性能稳定性,延长了有效保护时间。此外,5 wt%石墨的掺杂将氧化石墨烯原料要求降低至工业纯度,在未影响防腐蚀性能的同时降低了成本。

 

 

 

 

 

 

 

摘录自大连交通大学《铝表面石墨烯基复合涂层的腐蚀防护研究》,如有侵权请告知删除。