纯铜的腐蚀过程及其基于超疏水涂层的防腐蚀研究

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海水是一个复杂电解质溶液,金属材料在海洋环境中易遭到腐蚀,每年由于材料腐蚀失效造成了严重的经济损失。近年来,出现了通过使用涂层将金属基体与腐蚀介质隔离保护金属腐蚀的方法。然而这种涂层在与水相长期接触的过程中容易失效,保护时间短。本文首先研究了铜在湿热环境下的腐蚀行为,探索出铜的初期腐蚀规律。然后分别结合电沉积法和阳极氧化法在铜基体上制备了两种复合流体涂层,评估了涂层的耐腐蚀性能。具体内容包括:(1)通过构建高温高湿环境研究了铜在NaCl诱导下的初期腐蚀规律。采用XRD、SEM、失重测试和电化学测试对试样进行了表征。在腐蚀初期,材料在Cl-等物质的刺激下遭到腐蚀。在湿热环境下材料表面出现了颗粒状和针状结构。在自然环境下初期表现为材料表面氧化物膜的形成和破裂,材料表面出现微裂缝。(2)使用恒电位电沉积方法,将树枝状Cu2O构建在Cu衬底上。用正十二硫醇进行表面改性实现了超疏水性。将改性Fe3O4纳米颗粒与油相混合,在铜表面制备了复合流体注入表面。对于复合流体涂层在大气环境中暴露20天后Z0.01Hz和Icoor分别为6.05×109Ω·cm-2和9.08×10-8mA·cm-2,在3.5 wt.%NaCl溶液中浸泡20天后Z0.01Hz和Icoor分别为4.51×106Ω·cm-2和3.49×10-4mA·cm-2,表明疏水性纳米颗粒可以进一步锁定油相,涂层的保护持续时间增加了。因此,复合流体涂层提供了一种保护铜免受腐蚀的新途径。(3)使用电化学阳极氧化方法,在Cu基体上构建了Cu(OH)2纳米针结构。用正十二硫醇进行表面改性实现了超疏水润湿性。通过与正十二硫醇改性获得的疏水性ZnO纳米颗粒与油相混合,在铜表面制备了复合流体注入涂层。复合涂层在海水中浸泡20天后Z0.01Hz和Icoor分别为1.30×109Ω·cm-2和1.36×10-5m A·cm-2,同时复合涂层在SRB培养液中浸泡10天后Z0.01Hz和Icoor分别为1.25×105Ω·cm-2和1.02×10-3mA·cm-2,表明复合涂层不仅具有良好的抵抗Cl-腐蚀的能力,当Cu金属覆盖有复合流体注入涂层时,对由硫酸盐还原细菌(SRB)引起的生物腐蚀(MIC)的腐蚀抑制能力也显著增强。
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