【摘 要】
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镁合金作为最轻的工程结构材料,在航空航天、汽车、军工等领域具有广泛的应用前景。但镁合金的耐腐蚀性能较差,单一的防护涂层防护效果有限,复合涂层是未来主要的研究方向。而现存的镁合金复合防护涂层不具备自修复能力,镁合金在服役过程中可能会遭到磕碰、划伤、环境腐蚀而导致涂层失效脱落,致使镁合金基体直接暴露在外界环境中从而发生腐蚀,这极大地制约了镁合金的进一步发展。因此,开发一种具备自修复能力的复合防护涂层,
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镁合金作为最轻的工程结构材料,在航空航天、汽车、军工等领域具有广泛的应用前景。但镁合金的耐腐蚀性能较差,单一的防护涂层防护效果有限,复合涂层是未来主要的研究方向。而现存的镁合金复合防护涂层不具备自修复能力,镁合金在服役过程中可能会遭到磕碰、划伤、环境腐蚀而导致涂层失效脱落,致使镁合金基体直接暴露在外界环境中从而发生腐蚀,这极大地制约了镁合金的进一步发展。因此,开发一种具备自修复能力的复合防护涂层,对镁合金的表面防护与实际应用具有重要的研究意义。本文以AZ91D镁合金为研究对象,设计了两种分别负载缓蚀剂(8-羟基喹啉)和修复剂(环氧树脂)的微胶囊自修复体系。研究了微胶囊对镁合金等离子电解氧化(PEO)环氧复合涂层耐蚀性与修复性的影响规律,探究了两种微胶囊对涂层的修复机理。采用原位聚合法分别制备了负载缓蚀剂8-羟基喹啉(8-HQ)与修复剂环氧树脂(E-51)的微胶囊。利用扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶红外光谱仪、热重分析仪等,研究了微胶囊的表面形貌、化学结构、热稳定性、粒径及负载率;探究了芯材与壁材含量、乳化剂浓度、酸化时间以及搅拌速度对微胶囊形貌、粒径及负载率的影响规律。利用SEM研究了微胶囊改性的PEO环氧复合涂层的微观组织与涂层修复形貌,通过阴极析氢手段与电化学方法研究了微胶囊含量对自修复复合涂层耐蚀性与修复性的影响规律,并结合微区电化学手段探究了涂层的修复效果与修复机理。研究结论如下:(1)各因素对微胶囊的形貌、粒径及负载率的影响显著,其中芯材与壁材用量对微胶囊的形貌及负载率影响最大,而微胶囊的粒径主要受搅拌速度的控制。随着乳化剂浓度与酸化时间的增加,微胶囊团聚减少,表面更加光滑,粒径与分布范围减小,负载率增加,当乳化剂浓度增加到5%以上,酸化时间超过30 min之后,微胶囊的形貌、粒径及负载率则不再受乳化剂浓度与酸化时间的影响。随着芯材相对含量与搅拌速度的提高,微胶囊形态越发规则,表面更加光滑,粒径与分布范围减小,负载率提高,当芯材与壁材用量比大于1:1,搅拌速度超过800 rpm时,部分微胶囊发生破乳,负载率降低。最终得到的微胶囊负载率达最高到了64%,且在200℃以下具有良好的热稳定性。(2)负载缓蚀剂的微胶囊在环氧涂层中的分散性良好,且相对于镁合金基体,PEO层与微胶囊改性的环氧涂层间结合更加紧密。随着涂层中微胶囊含量的增加,环氧涂层与PEO环氧复合涂层的耐蚀性均呈现了先提高后降低的趋势,当涂层中微胶囊的含量为3%时,涂层的耐蚀性最佳,相较于不含微胶囊的复合涂层,微胶囊改性的复合涂层腐蚀电流密度降低了61.78%。通过预制缺陷浸泡之后,微胶囊改性的PEO环氧复合涂层缺陷处得到修复,生成了8-HQ与镁的螯合物膜层,且随着涂层中微胶囊含量的增加,涂层的修复效果更强。涂层修复后与涂层表面的电势差与修复前相比降低了19.54%,通过腐蚀电流密度计算得到涂层自修复效率为64.43%。(3)得到的负载修复剂的微胶囊负载率约为76%,并且在251℃以下具备良好的热稳定性。自修复涂层的修复性能主要受环氧涂层中固化剂(二甲基咪唑)含量与微胶囊含量的影响,随着涂层中固化剂含量的增加,涂层的自修复效果更加明显,当固化剂含量超过6%时,涂层的修复性能不再受固化剂含量的影响。随着涂层中微胶囊含量的提高,涂层的自修复能力与耐蚀性也随之提高,当涂层中微胶囊的含量达到9%时,缺陷基本完全被修复,此时涂层的阻抗值与修复前相比提升了两个数量级。
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