镁合金表面二维薄膜的制备及其耐蚀性能研究

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镁合金具有较高的比强度、低密度、良好的可制造性和可循环再利用特性,且资源丰富、易获得等优点,被广泛应用于工业生产中。但是由于镁的化学性质较为活泼、标准电极电位较低且天然氧化物膜的保护能力较差,导致镁合金耐蚀性能较差,这限制了在工业上的广泛应用。而在镁合金表面进行表面处理,制备一层保护膜以阻碍镁合金表面与腐蚀介质接触,可以有效地提高镁合金的耐腐蚀性能。因此,本文利用二维TiO2和MoS2的价格便宜、稳定性好、环境友好等特点,通过电泳沉积法在镁合金表面制备出二维薄膜,并对其耐腐蚀性能进行研究,以下是主要的内容与结论:(1)首先利用剥离手段制备出单层TiO2,再通过电泳沉积法,用单层TiO2分散液为电泳液,使用镁合金基体作为阳极,在其表面制备TiO2薄膜,并对薄膜的制备工艺进行优化处理。通过XRD和SEM等相关测试对制备的TiO2薄膜进行表征,结合电化学极化曲线测试分析其在3.5 wt%Na Cl溶液中的腐蚀行为。结果表明,采用电泳沉积法在镁合金表面成功地制备了TiO2二维薄膜,控制电泳电压和沉积时间以及薄膜热处理温度和热处理时间是制备致密TiO2薄膜的关键所在。通过SEM观察薄膜微观形貌和电化学测试分析得知,电泳电压为20 V下沉积90 s制备的薄膜,经过150℃加热60 min最致密,腐蚀电位最正,为-1.27V,较镁合金基体正移了0.20 V,腐蚀电流密度最低,为1.29×10-6A·cm-2,较镁合金基体降低了两个数量级。这说明了在镁合金表面电泳沉积TiO2薄膜可有效提高其耐腐蚀性能。(2)采用电泳沉积法成功地在镁合金表面制备了MoS2二维薄膜,通过扫描电镜对MoS2二维薄膜表面形貌分析得知电泳沉积时间为60 s时的薄膜最为完整且致密,可以覆盖整个基材,随着电泳沉积时间的增长,薄膜厚度随之增加,薄膜内应力也随之增大,导致薄膜破损产生裂纹。与镁合金基体相比,沉积了MoS2二维薄膜的镁合金耐蚀性能均有一定程度地提高,其中电泳沉积60 s时的MoS2薄膜腐蚀电位最正,为-0.99 V,腐蚀电流密度最小,为9.78×10-6A·cm-2,相对于镁合金基体,电泳沉积后镁合金腐蚀电位正移了0.46 V,腐蚀电流密度减小了93%,但是与TiO2薄膜相比,MoS2薄膜的腐蚀电位虽然向正偏移,但是腐蚀电流密度却上升了86.8%。所以将继续研究在二维TiO2薄膜中加入单层MoS2对镁合金耐腐蚀性能的影响。在电泳沉积TiO2薄膜时加入MoS2,在镁合金表面成功地制备了TiO2/MoS2复合薄膜。通过SEM观察得知复合薄膜由纳米片与纳米片连接形成蜂窝状,当TiO2:MoS2为1:0.7时,复合薄膜最完整致密,且此配比下制备的复合薄膜电化学性能最好,腐蚀电位最正,为-1.00 V,腐蚀电流密度最低,为3.69×10-7A·cm-2。相对于带有TiO2薄膜的样品,电泳沉积TiO2/MoS2复合薄膜后的镁合金腐蚀电位向正方向移动0.27 V,腐蚀电流密度降低71.4%,并且比MoS2薄膜的腐蚀电流密度降低了96.2%。薄膜经过硅烷偶联剂KH570修饰后,改变了镁合金表面润湿性,由亲水面变为疏水面,表面水接触角最大可达到131.53°,腐蚀电位为-0.85 V,腐蚀电流密度为6.73×10-8A·cm-2,与KH570修饰前的TiO2/MoS2薄膜相比,腐蚀电位向正偏移0.15 V,腐蚀电流密度降低了81.8%。再结合电化学阻抗测试和盐雾腐蚀分析得知TiO2/MoS2复合薄膜的存在更大程度地提高了镁合金的耐腐蚀性能。
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