钢铁是使用最为广泛的金属材料,但是钢铁制品易遭受与之相接触的各种各样的腐蚀介质的侵蚀,这不仅会造成资源浪费和经济损失,而且能引发环境污染,影响人们的正常生产和生活。因此,研究金属的腐蚀机制、发展有效的金属防护技术具有重要的科学意义和应用价值。金属制件在使用之前(如涂装之前),通常要对金属表面进行防腐蚀预处理,即在金属表面形成一层化学转化膜,旨在提高金属基体的腐蚀防护性能及涂装体系的整体性能。目前金属预处理工艺中最为广泛使用的是铬酸盐钝化、磷化技术,但这两种工艺都具有严重的污染性。随着人们环境保护意识的日益增强,逐渐认识到上述两种工艺对环境和生态的危害,目前这两种表面处理技术已经被限用甚至禁用。鉴于此,研发绿色环保的新型前处理工艺具有重要的社会意义和应用价值。经文献查阅发现,某些多官能团的有机磷(膦)酸酯类化合物因其磷酸基团对钢铁表面具有很强的亲和力,可通过物理或化学吸附的方式在钢铁表面形成二维有序的单分子薄膜,从而阻滞腐蚀介质的侵蚀,展示出良好的腐蚀防护能力。目前关于有机磷(膦)酸酯的防腐研究,大多数研究工作只停留在其作为缓蚀剂的理论及应用方面,为此本论文主要围绕有机磷(膦)酸酯的成膜特性展开研究,从单纯的缓蚀功能向化学转化膜和原位磷化两个新方向进行了拓展,取得了一些创新性的研究结果。本论文的主要研究内容和结果总结如下:(1)充分利用多官能团膦酸酯在钢铁基体表面的特性吸附,以及该类化合物对Zn2+的络合作用,建立了一种在冷轧钢板表面(CRS)构建络合物转化膜的新方法。研究中选取一种多官能团的氨基三亚甲基膦酸(ATMP)与一定浓度的锌盐组成成膜溶液,通过调节溶液的pH以及ATMP与Zn2+的浓度比,在CRS基体上制备出一层具有三维空间结构的微米级厚度的致密的化学转化膜。之后,分别使用扫描电子显微镜(SEM)、X-射线光电子能谱(XPS)和电化学方法对转化膜的表面形貌、化学元素组成与键合方式、耐腐蚀性能等进行了系统表征。SEM结果表明,通过ATMP络合诱导的自组装方法在CRS表面形成了一层较均匀致密的膜层,由于膜层较厚及残余应力的存在,膜层上出现了不均匀性裂纹。XPS测试进一步表明,膜层的生长的驱动力主要归因于桥联剂Zn2+和ATMP分子中的磷酸基团之间的配位作用。稳态极化曲线及电化学阻抗谱的测试结果表明,膜层的防护效果与成膜条件密切相关,当成膜时间为21 min,pH为4.0,ATMP的加入量为0.8 mL时(50 wt%)所形成的转化膜具有最好的防护能力,缓蚀效率达到82.1%。为了探究膦酸酯在金属离子的协同下构建化学转化膜的方法是否具有普遍适用性,本文还研究了另一种多官能团的有机膦酸DTPMP作为自组装分子与Zn2+协同构建化学转化膜的可行性。实验结果表明,DTPMP和ATMP 一样,可以通过相同的方法形成DTPMP-Zn络合物转化膜,而且膜层具有很好的腐蚀防护性能。(2)金属涂装之前的磷化处理非常重要,为了彻底消除磷化工艺所带来的环境污染,本文探索了在涂装过程中原位磷化的技术可行性。将适量的苯基膦酸作为原位磷化剂,无毒的绿色环保材料聚苯胺作为钝化剂一起掺杂到PVB涂料中,对其成膜后腐蚀防护能力做了初步的评估。研究表明苯基膦酸能够在涂层和金属基底形成一层绝缘的有机膦酸盐膜层,且能够和PVB分子中的-OH应生成P-O-C键,提高了交联度。另外,聚苯胺的存在能够对金属基底起到弱钝化效果,与苯基膦酸的原位磷化存在协同作用,使得PVB涂层的防护能力显著增强。