纳米氮化硼掺杂硅烷膜的制备工艺及耐蚀性能研究

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金属表面硅烷化处理具有工序少、无污染等优点,作为新型环保处理工艺已成为金属防护领域的研究热点。然而单一硅烷膜存在表面裂纹、孔隙等缺陷,不能对金属起到长效的防护效果。六方氮化硼(BN)因其高绝缘性和抗渗性在工业生产中得到了广泛的应用,并成为防腐应用的有利材料。本文意在通过掺杂六方氮化硼对硅烷膜进行改性,弥补硅烷膜的缺陷,增强金属的耐蚀性能,并对硅烷复合膜的成膜与耐蚀机理进行了探讨。首先采用多巴胺非共价改性的方式对BN进行处理,得到多巴胺改性氮化硼(mBN),并以双功能性硅烷双-[γ-(三乙氧基硅)-丙基]-四硫化物(BTESPT)为成膜剂,制备了mBN/BTESPT硅烷复合膜。通过红外光谱分析、热失重测试和扫描电子显微镜(SEM)观察对mBN进行了表征分析,结果表明聚多巴胺(PDA)成功修饰在BN表面;对硅烷膜进行红外光谱分析和扫描电子显微镜(SEM)表征,结果表明,mBN/BTESPT硅烷膜表面存在mBN,掺杂mBN增大了硅烷膜的厚度;采用接触角测试和结合力测试表征了硅烷膜的性能,发现mBN增强了硅烷膜的疏水性,两种硅烷膜具有较好的结合力;通过电化学测试、中性盐雾测试和酸碱腐蚀试验发现mBN/BTESPT硅烷膜的耐蚀性能优于单一硅烷膜。通过电导率测试表征了单功能性硅烷γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH560)水解的电导率变化,结果表明电导率随着水解时间延长呈现先增大后减小的趋势;采用两次正交试验确定了KH560硅烷膜在40Cr钢表面的最佳制备工艺参数。使用mBN掺杂KH560硅烷制备了mBN/KH560硅烷膜,通过SEM观察和红外光谱表征表明mBN附着在KH560硅烷膜表面;通过接触角实验和结合力测试对硅烷膜进行表征,发现硅烷复合膜具有更好的疏水性,两种硅烷膜均表现出良好的结合力;通过电化学测试、中性盐雾测试和酸碱腐蚀试验发现掺杂mBN增强了KH560硅烷膜的耐蚀性能。采用两步成膜法制备了mBN/KH560/BTESPT双层硅烷复合膜。通过SEM表征发现mBN/KH560/BTESPT硅烷膜中存在微小颗粒,膜厚相比单一硅烷膜增大;通过接触角试验和结合力实验表征了硅烷膜的性能,结果表明两种硅烷膜达到了疏水表面,硅烷膜有较好的结合力;通过红外光谱和X射线光电子能谱(XPS)分析了硅烷膜的化学键和元素形态,结果表明mBN与硅烷以共价键的方式相结合;通过Tafel极化曲线、中性盐雾试验和酸碱腐蚀试验表征了膜层的耐蚀性能,发现KH560/BTESPT硅烷膜耐蚀性能优于单一硅烷膜,且经mBN掺杂改性后的双层膜能对金属起到更好的腐蚀防护效果。
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