超疏水自愈復(fù)合涂層增強(qiáng)鎂合金的長期耐腐蝕性能

WaterOff

2022-08-14 03:46:00

標(biāo) 簽：學(xué)科前沿

關(guān)鍵詞：離子液體鎂合金超疏水涂層

鎂(Mg)合金因其獨(dú)特的優(yōu)勢而在航空航天工業(yè)、交通運(yùn)輸和電子產(chǎn)品等領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注，但鎂合金耐腐蝕性差，這在一定程度上限制了其應(yīng)用。表面改性是提高鎂合金抗腐蝕能力的一種極具前景的方法，微弧氧化技術(shù)(MAO)被認(rèn)為是提高材料耐腐蝕性最有效技術(shù)之一，但MAO涂層中的微孔和微裂紋為腐蝕物質(zhì)的滲透提供了可行的通道，加速了防腐保護(hù)的惡化。因此，MAO涂層的長期防腐性能仍然是一個值得研究的問題。

超疏水涂層被認(rèn)為是保護(hù)金屬基質(zhì)的最有前途的候選材料，超疏水集成聚丙烯(PP)、超疏水二氧化硅和硬脂酸鋅(ZnSA)等超疏水涂層可以覆蓋在MAO涂層上，以實(shí)現(xiàn)長期耐腐蝕。然而，這些復(fù)合涂層在使用過程中容易產(chǎn)生裂紋，因此開發(fā)自愈合超疏水復(fù)合涂層應(yīng)運(yùn)而生，將緩蝕劑嵌入MAO和超疏水涂層之間可以起到自愈作用。十八烷基三苯基膦雙(三氟甲基磺酰)酰胺([OTP][NTf2])傾向于吸附在鋁表面形成保護(hù)膜，具有良好的緩蝕作用。

基于此，河南大學(xué)的王麗、張敬來教授等人采用MAO制備了具有納米和微孔結(jié)構(gòu)的無機(jī)陶瓷膜，然后將[OTP][NTf2]作為緩蝕劑嵌入到MAO表面的孔隙中，最后在鎂合金表面涂覆超疏水二氧化硅/環(huán)氧樹脂(PSE)涂層，制備了MAO/[OTP][NTf2]/PSE復(fù)合涂層。通過復(fù)合涂層中MAO涂層、緩蝕劑和PSE超疏水涂層的協(xié)同作用，為鎂合金提供了有效的多重保護(hù)。

圖1. MAO/[OTP][NTF2]/PSE涂層制備工藝示意圖

（圖片來源：Chem. Eng. J.）

研究人員通過掃描電子顯微鏡(SEM)、能量色散X射線光譜(EDXS)、X射線衍射(XRD)和X射線光電子能譜(XPS)對制備的MAO/[OTP][NTf2]/PSE復(fù)合涂層進(jìn)行表征。MAO表面存在大量0.7-4.0 μm的微孔、納米孔和微裂紋，這些微孔不規(guī)則地分布在表面上，腐蝕性物質(zhì)很容易通過這些微孔和微裂紋滲透到涂層中，導(dǎo)致鎂基材的腐蝕。包覆PSE后，POTS/SiO2顆粒團(tuán)聚使得材料表面更加粗糙，存在不規(guī)則的突起和空洞，覆蓋后的PSE涂層不僅減少了[OTP][NTf2]的浸出，而且隔離了表面的腐蝕物質(zhì)，有利于進(jìn)一步提高M(jìn)AO涂層的耐蝕性。

圖2. MAO涂層、MAO/[OTP][NTf2]涂層和MAO/[OTP][NTF2]/PSE涂層的SEM和EDXS圖像

（圖片來源：Chem. Eng. J.）

超疏水涂層可以將水和腐蝕性離子與鎂基底隔離開來，在防腐方面起著至關(guān)重要的作用。研究人員測量了AZ31B鎂、MAO、MAO/[OTP][NTf2]和MAO/[OTP][NTf2]/PSE樣品的水接觸角(CA)，發(fā)現(xiàn)復(fù)合涂層的CA為164.4±1.5?，水滑角(SA)為4.4±1.6?，表現(xiàn)出超疏水性能，并通過銀鏡、連續(xù)水射流和防污測試對其進(jìn)行了進(jìn)一步的定性表征，表明復(fù)合涂層具有優(yōu)異的自潔能力。

圖3. MAO/[OTP][NTf2]/PSE涂層超疏水及自清潔測試

（圖片來源：Chem. Eng. J.）

通過電化學(xué)測試、長期浸泡和劃痕試驗(yàn)，深入探討了該復(fù)合涂層的超疏水、自愈和防腐特性。將復(fù)合涂層在3.5 wt% NaCl溶液中浸泡80天后測量其動電位極化曲線(PDP)和電化學(xué)阻抗譜(EIS)，發(fā)現(xiàn)復(fù)合材料仍保持優(yōu)異的耐腐蝕性。這歸因于其超疏水特性、[OTP][NTf2]的緩蝕性和MAO涂層的物理屏障的協(xié)同作用。[OTP][NTf2]的加入不僅提供了自修復(fù)特性，而且封閉了MAO表面的孔隙，有利于提高復(fù)合涂層的整體防腐性能。