【摘 要】
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钢铁材料是工业生产中应用最为广泛的一种材料,但是其在服役过程中的由腐蚀而造成的经济损失和安全隐患是巨大的。通过自组装技术在铁表面修饰缓蚀剂分子膜,生成的自组装膜层致密均匀,可以有效地将铁基底与腐蚀介质隔开,从而稳定铁表面的电化学状态,达到减缓腐蚀的目的。金属离子诱导的配位自组装是为了提升自组装薄膜致密度和厚度而提出的一种新策略,已经在分子催化、水净化、细胞成像等领域取得了快速的发展。配位自组装技术
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钢铁材料是工业生产中应用最为广泛的一种材料,但是其在服役过程中的由腐蚀而造成的经济损失和安全隐患是巨大的。通过自组装技术在铁表面修饰缓蚀剂分子膜,生成的自组装膜层致密均匀,可以有效地将铁基底与腐蚀介质隔开,从而稳定铁表面的电化学状态,达到减缓腐蚀的目的。金属离子诱导的配位自组装是为了提升自组装薄膜致密度和厚度而提出的一种新策略,已经在分子催化、水净化、细胞成像等领域取得了快速的发展。配位自组装技术是一种有潜力的、可替代传统表面处理技术的防护手段,在金属防腐领域有巨大的应用前景。本文选用锌离子作为配位离子,聚天冬氨酸（PASP）和羟基乙叉二膦酸（HEDP）作为配体,利用配位自组装在Q235钢表面制备锌-聚天冬氨酸（Zn-PASP）和锌-羟基乙叉二膦酸（Zn-HEDP）两种金属-有机薄膜。通过将金属-有机薄膜与单分子有机薄膜的形貌、结构、性能进行比较,探讨了金属-有机薄膜的自组装机理以及耐蚀机理。为了优化组装工艺,采用单因素法研究了配位金属离子、溶液配比、p H值和组装时间对金属-有机薄膜耐蚀性能的影响。（1）在Q235钢表面成功制备了PASP膜和Zn-PASP膜,研究了锌离子配位对自组装膜结构和性能的影响。单层PASP膜的厚度薄且结构疏松,而Zn-PASP膜的表面比较粗糙,伴随着大量纳米颗粒,并且Zn-PASP膜的膜层厚度大大增加,达到了98.0 nm。在3.5 wt.%Na Cl溶液中,Zn-PASP膜表现出比PASP膜更好的腐蚀防护性能,最高的保护效率可以达到94.48%。通过优化制备条件,在配位离子为Zn2+,PASP/Zn比为1:8,p H值为5.0的成膜溶液中组装30分钟制备的Zn-PASP膜具有优异耐蚀性能。PASP和Zn2+触发配位在Q235钢表面进行自组装,PASP与锌离子之间的配位作用可以有效提高Zn-PASP膜的致密性和厚度,并阻碍腐蚀性离子与Q235钢表面接触。（2）采用锌离子驱动配位自组装方法在Q235钢表面制备了Zn-HEDP膜。HEDP分子并不能单独在Q235钢表面形成完整的吸附膜,反而会刻蚀基底。Zn2+络合HDEP后组装的Zn-HEDP膜更加完整,结构更加致密。Zn-HEDP膜在3.5 wt.%Na Cl溶液中对Q235钢的保护效率远高于HEDP膜,达到了95.79%。Zn-HEDP膜的耐蚀性能随Zn2+浓度、p H值和组装时间的增加先增大后减小。锌离子的配位作用不仅能有效地提高分子在钢表面的吸附活性,还能够增强分子与基底的结合能。锌离子还使得自组装膜向三维方向生长,提高Zn-HEDP膜的致密性和厚度,从而获得了更优异耐蚀性能。
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