镁合金表面多功能一体化涂层的构筑研究

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镁合金具有质量轻、比强度比刚度高、导电导热性好以及优良的电磁屏蔽性而得到了广泛应用。但是镁合金却是目前工程材料中耐蚀性较差的一种材料,因此严重限制了其广泛的应用推广。且镁合金质地较软,虽然利于切削加工,但同时耐磨性也较差,所以研究使镁合金具有耐蚀耐磨并给其提供长效服役性的优异涂层已经刻不容缓。环氧涂层虽然有良好的耐磨性和耐蚀性,且成本低廉,但环氧树脂固化时会收缩,这会使涂层内部产生孔隙、裂纹等缺陷,随着暴露在腐蚀性介质中时间的增长,这些缺陷的宽度和深度将增加,从而加速腐蚀过程,故单一的环氧树脂涂层不能对镁合金起到长期的保护作用。研究发现添加一些倾向于填充环氧树脂固化收缩时产生的微小缺陷的纳米粒子,可以减少缺陷空间,提高环氧树脂层的交联密度,因此本课题添加改性纳米SiO2以阻断腐蚀介质在环氧树脂基体中的扩散路径,从而增强涂层本身的耐蚀性。氧化石墨烯在涂层中可以起到良好的阻隔性。所以本课题分别制备了EP、EP/SiO2、EP/GO、EP/GO/SiO2涂层,借助金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、傅里叶红外光谱仪(ATR-FTIR)表征显微组织的影响、借助电化学工作站,分析每种涂层的耐蚀性以及长效服役性、利用表面润湿角仪测量涂层的水接触角、借助高温摩擦磨损试验机对涂层进行摩擦学实验、并利用真实色激光共聚焦显微镜表征涂层磨损情况。得到的主要结果如下:(1)利用KH560改性纳米SiO2,并制备了EP/SiO2涂层,该涂层与EP涂层相比提高了涂层表面形貌的平整性。涂层内部形成了三维网状结构,提高了EP涂层的致密性,涂覆复合涂层的镁合金试样自腐蚀电流减小了4个数量级;腐蚀速率减小了5个数量级,由涂层长效服役性看,EP/SiO2涂层在3.5 wt%Na Cl溶液里浸泡14天后,没有出现腐蚀介质在涂层内部扩散的情况。疏水角提高到66.8°,磨痕宽度较纯镁合金降低85.6%,深度降低77.9%,磨损体积降低94.5%。(2)利用层层自组装的方法制备了EP/GO涂层,加入GO的环氧树脂涂层表面变的平整,且横截面缺陷消失,涂层耐蚀性得到质的提高,充分体现了氧化石墨烯优异的耐蚀性,但是长效服役性因为GO于镁合金基底间发生的电偶腐蚀下降,GO分散程度待提高,疏水性58.5°,磨痕宽度较纯EP涂层降低63.5%,深度降低63.4%,磨损体积降低84.6%。(3)制备了EP/GO/SiO2涂层,涂层内部氧化石墨烯片舒展开,给涂层提供了很好的阻隔性,耐蚀性和长效服役性表现优异,疏水角提高到84.4°,涂层磨痕宽度比EP/GO涂层大了4%,磨痕深度大28.5%,磨损体积高70.6%;磨痕宽度较镁合金降降低80.2%,磨痕深度小88.7%,磨损体积低了70.6%。
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