Mg-Li合金表面分子筛膜的组装及耐蚀性研究

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Mg–Li合金因其具有优异的性能,受到科技界的广泛关注,尤其在航空航天及汽车领域有潜在的应用价值。由于Mg–Li合金活性强,使它的应用环境受到了很大的限制。因此,Mg–Li合金的表面处理技术就显得尤为重要,通过表面处理,可以提高Mg–Li合金的耐蚀性能,扩大其应用范围。目前比较普遍的方法是在Mg–Li合金表面覆盖膜层,阻止侵蚀性离子与合金基体的接触。本论文通过硅烷化处理、有机涂层、稀土转化膜处理、热压处理等方法,在Mg–Li合金表面组装了不同的分子筛膜。利用XRD、SEM、动电位极化和电化学阻抗等手段对Mg–Li合金表面膜层的微观结构、形貌、组成、性能及形成机理进行了详细的研究和讨论。以双–[γ–(三乙氧基硅)丙基]四硫化物为硅烷偶联剂对Mg–Li合金进行了硅烷化处理,考察了Mg–Li合金在处理液中浸渍不同时间的形貌、组成及耐腐蚀性能。结果表明,经过硅烷化处理后, Mg–Li合金的耐蚀性得到了提高。而且浸渍5min时,硅烷膜成膜完全、均匀,腐蚀电流密度相对于合金基体降低了两个数量级。水热法合成NaY型分子筛,并用涂覆法在Mg–Li合金表面组装了NaY/环氧树脂复合膜层,通过XRD分析,复合膜层不仅具有NaY型分子筛的特征衍射峰,而且还出现了无定形组织的非晶峰。通过SEM可知,在合金表面的复合膜层中,NaY均匀分散在环氧树脂中,形成包裹结构,该膜层的腐蚀电流密度相对于合金基体下降了两个数量级,提高了Mg–Li合金的耐蚀性能。通过对NaY/环氧树脂防腐机理的考察可知,NaY型分子筛颗粒分散在环氧树脂中,填充了有机涂层的孔道,而粘稠的树脂密封了NaY分子筛的多孔结构,这种相互的协同作用提高了Mg–Li合金的耐蚀性能;采用双–[γ–(三乙氧基硅)丙基]四硫化物偶联剂为粘结剂,热压法在Mg-Li合金表面组装NaY型分子筛膜,考察不同的热压条件对成膜效果的影响。得出在80℃热压15min时能够形成均匀的NaY分子筛膜,该膜层与基体有较好的结合力,且有较好的耐蚀性能。以正丁胺为模板剂,水热法合成了具有MFI结构的六边形ZSM-5分子筛,并以双–[γ–(三乙氧基硅)丙基]四硫化物偶联剂为粘结剂,热压法在Mg-Li合金表面组装了ZSM-5分子筛膜,讨论了ZSM-5分子筛膜与基体的结合机理以及其耐蚀性能,该分子筛膜的腐蚀电流密度相对于基体降低了两个数量级;以四丙基溴化铵和四丙基氢氧化铵为模板剂,水热法合成了ZSM-5分子筛,该分子筛呈现出十字交叉的片层结构堆积而成的椭球体形貌。采用热压法组装了ZSM-5分子筛膜,该膜层由椭球体的片层结构、分子筛的三维结构及有机偶联剂的网状结构组成,这种结构有效地提高了Mg–Li合金的耐蚀性能,探讨了模板剂的空间位阻效应对耐蚀性能的影响;涂覆法在Mg–Li合金表面合成了ZSM–5/环氧树脂复合膜层。考察了正丁胺、四丙基氢氧化铵和四丙基溴化铵为模板剂合成的ZSM–5分子筛复合膜的结构、形貌及耐蚀性能。模板剂的空间位阻效应对合金的耐蚀性能有很大的影响,模板剂的相对分子质量越小,空间位阻越大,耐蚀能力就越强。采用微波法在Mg-Li合金表面合成了La的转化膜,通过分析可知,该膜层主要为La的金属间化合物(Al2La0.15Mg0.85, La2Al24.4O39.6和LiLaO2),形貌为絮状的细丝团聚而成,和常温下合成的转化膜相比,微波法可以在更短的时间内成膜,而且可以使絮状的细丝结构更加的细化、弥散,并最终形成片层结构均匀地排列在Mg-Li合金表面。通过截面分析可知微波法使膜层更加致密,其腐蚀电流密度相对于基体降低了两个数量级,耐蚀性能得到了提高。以微波法合成的Ce转化膜为中间过镀层,采用双–[γ–(三乙氧基硅)丙基]四硫化物偶联剂为粘结剂,热压法在Mg-Li合金表面组装ZSM-5分子筛膜。XRD分析可知,在合金表面不仅形成了Ce的金属间化合物(CeMg12和LiCeO2),而且出现了分子筛的MFI结构。通过SEM可以看出表面呈现出六边形的分子筛结构。通过截面的SEM图可以清晰地看到该膜层由两部分组成,EDS元素分析可知外层为ZSM–5分子筛膜,内层为Ce的转化膜,并且有少量的ZSM–5分子筛颗粒渗透到了Ce的转化膜中,其中偶联剂起到了中间媒介作用,通过水解和固化形成CeOSi、AlOSi和MgOSi等基团,使Mg–Li合金与表面膜层通过化学键结合在一起,腐蚀电流密度降低了四个数量级。
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