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自组装烷基膦酸/稀土复合膜抑制铝合金点蚀的协同效应

作　者: 阮红梅
导　师: 董泽华
学　校: 华中科技大学
专　业: 应用化学
关键词: 铝合金稀土沉积膜自组装膜缓蚀剂电化学噪声
分类号: TG178
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

海洋性气候和工业环境下铝合金表面常引发点蚀，并可能诱发其它恶性腐蚀。由于稀土离子对铝合金点蚀的有效抑制以及稀土元素的环境友好特性使铝合金的稀土表面改性工艺备受关注。同时自组装缓蚀技术也因为防腐效果优良、用量少、环境污染小，成膜稳定性及有序性好等优点颇受关注。但是两者仍存在一定的不足。为了开发出环保、高效的铝合金表面改性工艺，本文进行了以下三个方面工作。一、点蚀生长机理研究。采用SEM和电化学噪声研究AA6063铝合金在NaCl溶液中点蚀的动态过程，并对点蚀的形核、生长和死亡过程进行了深入探讨。结果表明铝合金表面的异质相颗粒（如金属间化合物）确为局部腐蚀的诱发位置。铝合金表面点蚀可分为两个阶段：第一阶段，Cl^-优先吸附在铝合金表面金属间化合物相上，导致钝化膜的局部溶解，从而使金属间化合物中Mg、Al等活性元素溶解，留下“蜂窝状”纯阴极相（Al^-Fe-Si相）。第二阶段，纯阴极相促进其周边的基体组织溶解。正是由于金属间化合物这种“自催化效应”促进了亚稳态蚀点的生长。随着铝合金表面的Al^-Fe-Si阴极相（亚稳态蚀点的引发源）逐步脱出，纯阴极相浓度下降，使铝合金的亚稳态蚀点形核速率也随时间缓慢下降，但其平均积分电量则有所增加，表明亚稳态蚀点正在长大，并最终转变为稳态蚀点。二、稀土离子点蚀抑制机理研究。采用电化学噪声、SEM和EDX研究了Ce³⁺/Ce⁴⁺离子在铝合金表面的沉积以及其对点蚀生长的抑制机理。结果表明：Ce³⁺离子优先吸附/沉积在铝合金表面的异质相上。由于Ce³⁺在Al^-Fe-Si阴极相表面形成难溶性CeO2沉积膜，阻碍了阴极相对铝基体溶解的促进和对亚稳态蚀点的诱导作用，从而降低了蚀点形核速率和积分电量，抑制了铝合金的亚稳态蚀点的形核以及点蚀倾向。随着Ce³⁺浓度的提高，亚稳态噪声峰的平均积分电量随之递减，但噪声峰的平均寿命几乎没有变化，这说明Ce³⁺并不能直接加速亚稳态蚀点的修复，但可降低蚀点内Al的溶解速率，减缓蚀点的生长速率。三、自组装烷基膦酸/稀土复合膜抑制铝合金点蚀的协同效应研究。采用SEM、X射线光电子能谱（XPS）、表面接触角和显微激光拉曼光谱（Roman）测定了稀土沉积膜、自组装烷基膦酸膜和自组装烷基膦酸-铈盐复合膜三种膜层的微观形貌和结构，并用电化学阻抗谱（EIS）、极化曲线和电化学噪声等电化学方法对膜层的防护效果及机理进行了研究。结果表明在铝合金表面预沉积一层稀土转化膜，不仅提高了铝合金表面的耐点蚀能力，而且增强了铝合金表面金属间化合物的亲水性，从而有利于烷基膦酸的自组装，自组装烷基膦酸膜和稀土沉积膜对铝合金表面点蚀抗力的提升具有协同作用。将三种修饰膜下的铝合金在3%NaCl溶液中浸泡7天后，稀土沉积膜修饰的铝合金表面金属间化合物周边出现明显的裂缝，自组装烷基膦酸膜修饰下的铝合金出现明显的点蚀，而自组装烷基膦酸-铈盐复合膜修饰的铝合金表面只有颗粒较大的金属间化合物周边出现轻微的裂缝，三种修饰膜下铝合金基体均为出现明显的点蚀。说明自组装烷基膦酸-铈盐复合膜后抵御Cl－侵蚀能力最强。自组装烷基膦酸-铈盐复合膜不仅提高了铝合金表面耐全面腐蚀能力，而且大大的增强了铝合金表面点蚀抗力。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-9
1 绪论  9-17
  1.1 引言  9
  1.2 铝合金表面稀土转化膜的研究进展  9-13
  1.3 铝合金表面自组装技术的研究进展  13-15
  1.4 选题意义与研究内容  15-17
2 实验部分  17-21
  2.1 实验药品、材料及仪器  17-19
  2.2 实验方法  19-21
3 结果与讨论  21-56
  3.1 铝合金在 3%NaCl 中点蚀行为研究  21-26
  3.2 稀土铈离子对铝合金点蚀行为的影响  26-34
  3.3 自组装烷基膦酸/稀土复合膜抑制铝合金点蚀的协同效应  34-56
4 总结与展望  56-59
  4.1 全文总结  56-57
  4.2 论文创新点  57
  4.3 存在问题和今后研究工作的设想  57-59
致谢  59-60
参考文献  60-66
附录 1: 攻读硕士学位期间公开发表的论文  66

自组装烷基膦酸/稀土复合膜抑制铝合金点蚀的协同效应

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