镁合金表面超疏水化及耐腐蚀性能研究

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镁及镁合金具有良好的比强度和比模量、切削加工性好、加工成本低、有一定的延展性和热消散性等优良性能。因此,其在交通运输和航空航天等诸多领域具有极为广泛的应用前景。但由于镁的电极电位低,其在潮湿大气等环境中极易发生腐蚀,这使得镁及其合金的应用受到了很大的限制。而超疏水表面由于其疏水能力强使得水分子难以渗入超疏水表面内部,从而会延缓和减少材料的腐蚀。因此,通过在镁合金表面构建超疏水层,以期有效提高镁合金的耐腐蚀能力,这对增强镁及其合金的耐腐蚀性能和扩大镁和镁合金的应用具有十分重要的意义。本研究首先通过稀硫酸刻蚀-硬脂酸接枝法在AZ31镁合金表面制备得到超疏水层,然后通过稀硫酸刻蚀-十二烷基硫醇修饰法在AZ91镁合金表面制备得到超疏水层,并分别对两种超疏水镁合金表面的构建过程、工艺条件及化学结构、表面形貌、相结构及耐腐蚀性能等进行了研究。主要研究内容和结果如下:(1)将经过打磨和清洗的AZ31镁合金置于稀硫酸中进行刻蚀,然后用硬脂酸的乙醇溶液修饰一定时间,取出清洗后得到了具有超疏水性能的AZ31镁合金表面。通过接触角测量、扫描电镜观察、红外吸收光谱分析分别对超疏水表面的润湿性能、表面形貌、表面化学结构等进行了考察分析。研究结果表明:超疏水AZ31镁合金表面最大接触角度为153°、滚动角小于10°,该表面具有大量花状的微纳米结构和硬脂酸疏水长链,这使得AZ31镁合金表面具有了超疏水特性。将制备好的超疏水试样室温下静置3个月,其接触角基本保持不变,这表明AZ31镁合金的超疏水表面具有良好的稳定性。(2)将经过打磨清洗的AZ91镁合金先置于稀硫酸中进行刻蚀,然后放入硝酸银的水溶液中振荡反应,最后将经过上述处理的试样清洗烘干后置于十二烷基硫醇的乙醇溶液中浸泡一定时间,取出后清洗室温晾干,得到了具有超疏水性能的AZ91镁合金表面。通过接触角测量、扫描电子显微分析、X射线衍射分析、红外吸收光谱分析分别对超疏水表面的润湿性能、表面形貌、表面化学结构等进行了分析。研究结果表明:AZ91镁合金表面最佳接触角为154°,滚动角小于10°,其表面具有珊瑚状的微纳米结构和十二烷基硫醇的疏水长链,这使得AZ91镁合金表面具有了超疏水性能,将制备好的超疏水试样室温下静置3个月,其接触角基本保持不变,这表明AZ91镁合金的超疏水层具有良好的稳定性。(3)通过电化学分析分别对不同接触角的AZ31和AZ91镁合金试样进行了耐腐蚀性能研究。结果表明:超疏水化试样的表面耐腐蚀性均明显优于未处理的镁合金,并且AZ31和AZ91试样表面的耐腐蚀性都随着其接触角的增大而增强,这表明超疏水镁合金表面具有更好的耐腐蚀性能。
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