锌层超疏水膜层的制备及其耐腐蚀性研究

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1、PreparationofsuperhydrophobiccoatingonzincanditscorrosionresistanceADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：LiXiaocongSupervisor：Prof.KongGangSouthChinaUniversityofTechnologyGuangzhou,ChinaPreparationofsuperhydrophobiccoatingonzincanditscorrosionresistanceADissertationSubm

2、ittedfortheDegreeofMasterCandidate：LiXiaocongSupervisor：Prof.KongGangSouthChinaUniversityofTechnologyGuangzhou,China分类号：TG174.4学校代号：10561学号：201521016161华南理工大学硕士学位论文锌层超疏水膜层的制备及其耐腐蚀性研究作者姓名：李晓聪指导教师姓名、职称：孔纲研究员申请学位级别：工程硕士工程领域名称：材料工程论文形式：ꇶ产品研发ꇶ工程设计ꇶ√应用研究ꇶ工程/项目管理ꇶ调研报告研究方向：超疏水膜层论文提交日期：2017年3

3、月1日论文答辩日期：2018年3月19日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：黎汉昌委员：孔纲刘平摘要热浸镀锌在潮湿情况下易发生腐蚀，产生白锈，影响其外观质量和使用性能。因此，钢铁在热浸镀锌后往往需要钝化处理，铬酸盐可以在锌层表面形成一层钝化保护膜提高基体抗白锈能力，但是由于环境问题不适于工业化生产。超疏水材料主要指与水接触角大于150的材料，广泛应用于自清洁、油水分离、防雾、防污、减阻及耐腐蚀等方面。但是在锌基体上构筑耐腐蚀超疏水膜层以取代剧毒常规铬酸盐的研究不多。本论文采用浸渍提拉法，在热浸镀锌上构筑两种不同成分和形貌的微纳米

4、复合粗糙结构，经低表面能物质改性后获得了超疏水性。对所制备膜层的组成成分、结构和润湿性等进行表征，并研究了其耐腐蚀性、化学稳定性和机械稳定性等。采用溶胶凝胶法，以异丙醇铝（AIP）为前驱物，乙酰乙酸乙酯（EAcAc）为螯合剂，硝酸（HNO3）为催化剂及胶溶剂在85℃下持续搅拌水解得到透明氧化铝溶胶，常温下通过浸渍-提拉法在热浸镀锌层制备出粗糙多孔网状氧化铝膜层。在1.0%的1H,1H,2H,2H-全氟辛基三甲氧基硅烷（FAS）-乙醇溶液中改性处理后得到超疏水氧化铝膜层。激光粒度分析仪表明，当n(AIP):n(EAcAc):n(HNO3):n(H20):n(EtO

5、H)=1:1:0.5:200:5时，溶胶透明稳定，平均粒径为99.8nm；接触角仪测定结果表明，膜层对水滴具有高粘附性，符合玫瑰花瓣模型。膜层随着氧化铝溶胶浸渍时间的增加疏水性先增加后减小，当浸渍时间为24h时膜层接触角最大，为152；场发射扫描电子显微镜（FE-SEM）结果表明，膜层由氧化铝块状凝胶和网状氧化铝孔洞结构共同组成粗糙的微纳米复合结构，经低表面能物质改性后获得超疏水性；耐腐蚀试验结果表明，所制备超疏水膜层在腐蚀介质中稳定性差，短期内膜层被破坏，内部多孔结构容易为侵蚀介质提供腐蚀通道，加快了基体腐蚀速率；采用硝酸铈对常规磷化膜表面进行粗糙化处理，并

6、经低表面能硬脂酸（STA）-乙醇溶液改性后得到超疏水膜层。接触角测试结果表明，所制备超疏水膜层对液滴呈现出低粘附性的荷叶效应。进一步研究发现，膜层的疏水性随着铈盐处理时间的增加先增加再减小，当处理时间为300s时疏水性最好，接触角达到1622；场发射扫描电子显微镜（FE-SEM）及能谱分析仪（EDS）结果表明，铈盐处理常规磷化膜会发生部分溶解，铈盐在磷化膜表面发生沉积，生成磷酸盐/铈盐的复合膜层，该膜层的多孔结构有利于构筑超疏水表面所需要的粗糙结构；耐腐蚀试验结果表明，试样在腐蚀介质中会形成一种空I气膜层，该空气膜层层阻挡侵蚀性离子进入，改性后的试样交流阻抗

7、比纯锌提高两个数量级，表现出良好的耐腐蚀性。超疏水膜层在3.5wt.%的NaCl溶液中浸泡不同时间后耐腐蚀性能下降，但在浸泡6h后耐腐蚀性仍明显优于纯锌层，表明超疏水膜层破坏后试样粗糙化的磷化/铈盐膜仍然对基体具有保护作用，实现对基体疏水和钝化的双重保护。关键词：超疏水；热浸镀锌；腐蚀保护；钝化IIAbstractCorrosionofhot-dipgalvanizedsteelisgettingmoreserious,especiallyinhumidityandwetconditions,whichresultinthefarbrationofwhiteru

8、st,affecting