二氧化矽薄膜用於金屬抗腐蝕之研究

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1、二氧化矽薄膜用於金屬抗腐蝕之研究Studyonsilicafilmforanti-corrosionofmetalsubstrate蔡振章*張簡文銓黃琳意Tseng-ChangTsaiWen-ChyuanChangjeanLin-YiHuang國立高雄大學應用化學系摘要長久以來，六價鉻轉化膜廣泛用於金屬表面的抗腐蝕，但基於環境危害的原因，近年來在大部分工業國家已經被禁止使用，因此，迫切需要開發一些新世代抗腐蝕薄膜或方法。本研究利用簡易的水熱合成法，得以合成一系列「生態環境友好型」的二氧化矽薄膜，適用於大件物件、複雜形狀與高精密度金屬構件之表面處理，具有抗刮、高機械強度與抗腐

2、蝕膜性質，可耐鹽類、酸與鹼之腐蝕。以AA6061-T6鎂鋁合金為例，在3wt%NaCl溶液中，裸片之腐蝕速率為-494mpy，二氧化矽膜披覆之鎂鋁合金則降至10mpy，達到了百萬倍之腐蝕防護效果。本研究開發之方法係先在金屬基材上先行塗覆矽化合物，藉由水作為蒸鍍液，進行低壓水熱合成反應，金屬表面之羥基(hydroxylgroup–M–OH)與矽氧化合物生成–M–O–Si–O–化學鍵結，進而直接在金屬表面生長緻密之二氧化矽薄膜。藉由反應物結構與濃度、水熱條件與水熱反應時間，可以改變二氧化矽結構，並且可以控制薄膜厚度(在數百nm到數個μm之間)、顆粒大小和薄膜性質。經由SEM圖與

3、電化學腐蝕分析，並且進一步利用接觸角與固態核磁共振儀測量薄膜性質可以得知，薄膜腐蝕能力隨著薄膜性質、緻密度而增強，但與薄膜厚度、顆粒型貌及沸石結晶度並無明顯相關性。另外，二氧化矽薄膜之孔洞得以裝載大量之界面活性劑，具有可逆式。吾人發現，在長時間腐蝕使用後，可以利用此種特殊性質修補抗腐蝕功能，成為長效性智慧型薄膜。關鍵字：二氧化矽薄膜、抗腐蝕、智慧型薄膜、鋁鎂合金、表面處理Abstract6+Duetothecarcinogenicnatureofthehexavalentchromium(Cr)compounds,thereisaneedtofindenvironmenta

4、lfriendlyalternativeanti-corrosioncoatingformetalinreplacementofthetraditionalchromatecoating.Inthisstudy,asimplemethodwasdevelopedtosynthesizeaseriesof"eco-friendly"silicondioxidefilm,rangingfromsilicananoparticle,mesoporoussilicaandzeolite,whichissuitableforlargeobjects,complexshapesandh

5、ighprecisionmetalcomponents.Thesilicafilmshaveanti-scraping,highmechanicalstrengthandanti-corrosionproperties.Thesefilmsusefulforsurfacetreatmentcanbetoleranttosalt,acidandalkalicorrosionconditions.Forexample,in3wt%NaCl-4solution,thecorrosionrateofthebare-andzeolitecoatedAA6061-T6magnesium

6、alloyis94and10mpy,indicatingonemilliontimescorrosionprotectioneffect.Withthesimplemethod,zeoliteprecursorisfirstcoatedonametalsubstrate,andthensubjecttohydrothermalsynthesisatlowpressure,themetalsurfacehydroxylgroups(hydroxylgroup,-M-OH)andsiliconecompoundsproceedsolgelcondensationtoform-M

7、-O-Si-O-chemicalbondwithformationofdensezeolitefilmsdirectlygrownonmetalsurface.Byvaryingprecursortypesandcompositions,andhydrothermalconditions,differentsilicafilmscanbegrownfromzeoliteandmesoporoussilica,onmetalsubstratewithcontrollablefilmthicknessintherang