不锈钢表面自组装缓蚀功能膜技术研究

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不锈钢具有优良的耐蚀性能,被广泛应用在各个行业,然而其在卤素阴离子的环境中的耐蚀性能不佳,因此提高不锈钢的耐蚀性能是非常重要的。传统的防腐技术如铬酸盐钝化和磷化技术都存在着环境污染的问题,近年来环境友好的自组装技术获得了广泛的关注和探究。与其他传统的缓蚀技术相比,自组装缓蚀技术具有工艺简单,条件温和,环境友好及适用于多种不同的腐蚀环境等优点,而且自组装膜有序度高,稳定性好,能够从分子水平来设计组装膜结构与功能。本论文在耐蚀性能相对较低的430不锈钢表面制备了十四烷基膦酸和月桂酸两种不同体系的自组装单分子膜,并通过电化学测试(如动电位扫描、电化学交流阻抗EIS),光谱学技术(如X射线光电子能谱XPS、傅里叶红外光谱FT-IR)和表面分析技术(如扫描电子显微镜SEM、接触角测试)研究了多种成膜因素(如组装时间、表面预处理、组装液浓度及组装液中含水量)对缓蚀效率的影响,主要结论如下:1.在未进行氧化处理和氧化处理后的430不锈钢表面均成功地制备了十四烷基膦酸自组装膜。电化学数据显示,不锈钢表面自组装TDPA分子的最佳组装时间是6h,表面氧化处理不能加快自组装过程,但是氧化处理可以促进TDPA分子在不锈钢表面吸附形成防腐蚀性能更好的SAMs,自组装膜的缓蚀效率从未氧化时最大值(87.43%)提高到氧化最大值(97.3%);接触角测试表明TDPA自组装膜是疏水性的膜层;FT-IR和电化学测试共同表明了溶剂中水不利于未氧化430不锈钢表面自组装膜的制备,但是对于氧化的430不锈钢表面,溶剂中水的存在有效地提高了自组装膜的致密度,耐腐蚀性能得到较大程度提高,并且自组装膜的缓蚀效率随着水含量的增大而增大。XPS结果显示TDPA分子是以单分子膜的方式成功组装到不锈钢表面,并且成膜过程中没有发生聚合或断链反应。2月桂酸可以用作食品添加剂,是一种环境友好的绿色缓蚀剂,可以在金属表面形成缓蚀性能良好的自组装膜。XPS和EDX图谱证实了月桂酸在430不锈钢表面成功吸附。电化学测试结果表明,在浓度为5mM的月桂酸自组装液中所制备的自组装膜缓蚀性能最佳,缓蚀效率随着自组装时间的延长而增大,但是到了4h以后增大幅度很小;对不锈钢进行钝化处理可以提高不锈钢的耐腐蚀性能,有利于月桂酸分子在其表面发生自组装行为。SEM显示溶剂中水的存在抑制了未氧化不锈钢表面自组装膜的生成,但是促进了氧化不锈钢表面月桂酸自组装分子的吸附。组装后的表面接触角高于未组装不锈钢表面的接触角,也表明月桂酸分子在基底表面有效地组装,其中的疏水性的烷基链增大了表面的表面能。综上所述,本论文工作中选用的TDPA和月桂酸均可在430不锈钢表面形成致密的膜,且均具有良好的缓蚀效果。分子自组装技术作为一种新型的钢铁缓蚀技术将有望取代传统有毒害的、污染严重的铬化处理及磷化处理等金属表面缓蚀技术。
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