氧化石墨烯复合膜对430不锈钢耐蚀性能的影响.pdf

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1、第32卷第1期应用化学Vo1．32Iss．12015年1月CHINESEJ0URNALOFAPPLIEDCHEMISTRYJan．2015新型十二烷基三甲氧基硅烷／氧化石墨烯复合膜对430不锈钢耐蚀性能的影响曹志勇路晨屈钧娥甄国辉程聪王海人(。华中科技大学材料科学与工程学院武汉430074；湖北大学材料科学与工程学院武汉430062)摘要使用一步电沉积法在430不锈钢上制备出十二烷基三甲氧基硅烷(DTES)／氧化石墨烯(GO)复合膜。拉曼光谱(Raman)与扫描电子显微镜(SEM)测试表明，氧化石墨烯均匀地混合在硅烷膜中，并用电化学交流阻抗与极化曲线方法对这种

2、复合膜所保护的430不锈钢进行耐蚀性能测试。结果显示，在3．5％NaC1溶液中，430不锈钢会发生腐蚀反应，而存在硅烷复合膜的430不锈钢的耐蚀性能显著地提高。研究表明，由于氧化石墨烯出色的阻隔性能一定程度上弥补了硅烷膜的缺陷，而且延长了腐蚀介质通过硅烷基质的路径，因此复合膜有着对基底物质更强的保护性能。关键词氧化石墨烯；不锈钢；硅烷；电沉积；耐腐蚀中图分类号：0646；TG172文献标识码：A文章编号：1000-0518(2015)Ol-0093-06DOI：10．I1944／j．issn．10O0-0518．2015．01．14o088不锈钢由于本身出色的

3、物化性能，在现代工业中的应用越来越广泛。430不锈钢在碱性环境中耐蚀性好，但在中性和酸性环境中易发生腐蚀，且在极端腐蚀环境中耐蚀性能有限，这些缺点限制了其应用。因此，开发一种对环境友好的表面防腐技术是430不锈钢的发展方向之一。硅烷表面处理作为一种替代含铬表面处理技术的新型无毒无污染处理技术，近年来得到众多学者的青睐¨，闫斌等的研究表明，硅烷水解生成的硅醇之间能形成致密的网状结构，在腐蚀介质与基底物质之间形成一道物理保护膜，能起到很好的阻隔作用，增强基底金属的耐蚀性能。传统的硅烷膜制备方法有浸涂、刷涂、喷涂等，但是传统制膜方法生成的薄膜常存有气孔与裂纹，这极大

4、地影响膜层的均匀性与致密性。Woo团队利用电沉积法制备硅烷膜，其结果显示这种技术能提高基底与硅烷膜之间的结合力，相比于传统浸涂法，通过恒定阴极电势制备的硅烷膜致密性更高，与金属结合力更强，但由于电沉积法制备的硅烷膜仍存在一些针孔与微裂纹，该工艺有待进一步提高。无机纳米微粒改性硅烷膜技术是进一步提高硅烷膜致密性的方法之一，将纳米微粒与硅烷结合制备的复合膜保护基底物质的能力更强【。复合膜中的纳米微粒常具有良好的修饰性能、出色的阻隔性能。PalanivelH的研究表明：随着纳米微粒的加入，纳米微粒起到屏障作用，一定程度上填补了硅烷膜中细微的空隙，因此能够提高复合膜对

5、基底物质的耐蚀性能。石墨烯与氧化石墨烯是近来最热门的新型材料，拥有许多突出的物理、化学性能，在实验研究与工业运用方面有广泛的应用前景。本文用一步电沉积法在不锈钢基底上制备新型十二烷基三甲氧基硅烷／氧化石墨烯复合膜，通过电沉积技术，硅烷分子更容易在阴极聚合，氧化石墨烯微片也会在阴极得到还原，因此电沉积法能将氧化石墨烯微片镶嵌于硅烷膜层中，同时，氧化石墨烯相比于其它纳米微粒，具有更加突出的纵横比与极强的阻隔性能，能够大大延长腐蚀介质通过基质的路径，这些性能能使得氧化石墨烯相比于普通纳米微粒，能更好地提高复合膜对基底物质的耐蚀性能。本文利用电化学方法在430不锈钢上

6、成功制备十二烷基三甲氧基硅烷／氧化石墨烯(DTES／GO)复合膜，并通过对比测试，证明该复合膜能极大提高430不锈钢在极端腐蚀环境中的耐蚀性能。随着石墨烯量产工艺的逐步改进和完善，低成本的氧化石墨烯使得氧化石墨烯复合材料的工程应用变为可能，使得十二烷基三甲氧基硅烷／氧化石墨烯复合膜有很强的2014-03-21收稿，2014-06-23修回，2014-09-02接受国家自然科学基金(51001045)资助通讯联系人：王海人，教授；Tel：027—88661729；E—mail：whr9999whr@163．com；研究方向：金属表面处理应用化学第32卷应用前景。

7、1实验部分1．1基底金属的制备基底金属是430不锈钢(1．3cm×1．3cm×0．1cm)，表1中显示的是所用430不锈钢的化学组成。同时基底金属进行打磨除油处理，工艺流程如下：钢板砂纸打磨一冷水冲洗一研磨膏打磨一冷水冲洗一热碱浴除油一蒸馏水超声水洗一丙酮洗涤一干燥。热碱除油温度控制在50℃，时间为15min。表1430不锈钢的成分Table1Componentsof430stainlesssteel1．2氧化石墨烯的制备氧化石墨由改进型的Hummers法制备，将氧化石墨用稀盐酸和去离子水反复水洗，以去除可能含有的锰离子和硫酸根离子。将氧化石墨放入在去离子水中

8、超声剥离为氧化石墨烯。随后将所得氧化石