镁合金表面电化学沉积非金属薄膜制备及其耐腐蚀性能研究

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镁合金因具有密度低、比强度高、导热性好、抗电磁干扰、无污染易于回收等一系列优异的性能而被广泛地应用于汽车,航空航天,电子产品和冶金等领域,被认为是21世纪最具有开发和应用潜力的“绿色工程材料”。然而,镁合金具有较低的电化学电位,较高的电化学活性,极易被腐蚀,从而影响其表面形貌和力学性能,极大地限制了镁合金的应用。采用电化学沉积技术在镁合金表面制备一层金属镀层,可以显著改善镁合金的耐腐蚀性能。但是,将金属镀层用于镁合金腐蚀防护的一个关键问题是镀层中一旦存在或者出现局部缺陷(如孔隙、裂纹等)就很容易与镁合金基体构成腐蚀电偶,从而使镁合金基体的腐蚀因电偶效应而被大大地加速,有可能出现比无镀层更严重的腐蚀破坏。本文针对镁合金表面电化学沉积金属薄膜耐腐蚀性能的不足,开展了镁合金表面电化学沉积非金属薄膜及其耐腐蚀性的研究。  首先,镁合金表面电化学沉积制备Mg(OH)2薄膜及结构性能优化。在Mg(NO3)2水溶液中利用恒电位电化学沉积模式沉积了Mg(OH)2薄膜。采用扫面电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)分别评价了膜层的结构,物相组成。通过动态极化曲线测试了氢氧化镁薄膜的耐腐蚀性能。结果表明:Mg(OH)2薄膜对镁合金具有一定的腐蚀防护作用,但是Mg(OH)2薄膜表面不均匀,分布有较大的颗粒,并存在少量微孔。为了改善Mg(OH)2薄膜表面结构使其缺陷减少,研究了恒电位脉冲电化学沉积模式对Mg(OH)2薄膜结构的影响。结果表明,恒电位脉冲沉积的Mg(OH)2薄膜比恒电位沉积的Mg(OH)2薄膜表面更致密平整,气孔数量明显减少,高倍扫描电镜观察,薄膜更加致密,表现出更好的耐腐蚀性。  其次,镁合金表面电化学沉积制备Mg(OH)2复合薄膜及结构性能调控。利用电化学沉积方法在Mg(NO3)2水溶液中添加氧化石墨烯(GO)和苯胺单体分别制备Mg(OH)2-GO复合薄膜和Mg(OH)2-PANI复合薄膜。采用扫面电子显微镜(SEM),能谱仪(EDS),X射线衍射仪(XRD),红外光谱(FT-IR)和拉曼光谱(Raman)分别评价了膜层的结构,元素含量及物相组成。通过动态极化曲线和电化学阻抗(EIS)测试了复合薄膜的耐腐蚀性能。结果表明:氧化石墨烯和苯胺单体分别与氢氧化镁复合形成Mg(OH)2-GO复合薄膜和Mg(OH)2-PANI复合薄膜,显著地改善镁合金的耐腐蚀性能。  最后,镁合金表面电化学沉积制备Zn-Al-LDHs薄膜及其结构性能调控。在硝酸锌硝酸铝水溶液体系中采用电化学沉积方法制备得到了ZnAl-NO3--LDHs薄膜。用扫面电子显微镜(SEM),X射线衍射仪(XRD)和红外光谱(FT-IR)分别评价了膜层的结构,物相组成。通过动态极化曲线和电化学阻抗(EIS)测试了复合薄膜的耐腐蚀性能。结果表明:ZnAl-NO3--LDHs薄膜平整、致密,具有良好的耐腐蚀性能。通过在硝酸锌硝酸铝水溶液溶液中加入尿素,实现了Zn-Al-CO32--LDHs薄膜的电化学沉积制备。耐腐蚀性能测试结果显示ZnAl-CO32--LDHs薄膜具有更好的耐腐蚀性。
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