常压开放体系合成方钠石膜及其防腐性能研究

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金属材料腐蚀,尤其是钢材的腐蚀问题,给工业生产和人民生活带来了巨大的损失。为了减少该损失,通常采用铬酸盐处理镀锌钢表面的方法来解决钢的腐蚀问题。可铬酸盐是一种致癌的环境不友好物质,因此有必要研究开发一种环境友好的金属表面的防腐方法。由于沸石有着无毒,无污染,耐化学腐蚀和耐生物侵蚀的特性,故如能使沸石在金属表面晶化成膜,则必将起到很好的隔离防腐效果。方钠石作为沸石的一种,其孔径仅有0.255nm,很少有物质能够透过,因此,开展关于在金属表面合成方钠石膜的研究,对于开发环境友好的金属表面防腐方法有着重要意义。合成沸石膜通常采用的是常规加热的水热法,晶化成膜是在高压反应釜内进行,晶化温度较高,时间较长,对设备要求也较高。而在微波加热条件下合成沸石膜具有晶化温度低,晶化时间短,所合成膜较薄的优点,再加之离子液体具有熔点低,液程宽,无毒无味和良好的吸微波性等性质,因此我们采用离子液体作为溶剂兼模板剂,在微波加热常压开放体系下,使方钠石在金属表面连续致密的晶化生长成膜。利用XRD、SEM等分析手段,考察了温度、时间、微波功率、Si/Al和离子液体(IL)用量等对合成方钠石粉体及其膜的影响,并且考察了所合成膜的防腐能力,最后得出以下结论:1.首次采用微波离子热法合成了平均粒径在20nm左右的高结晶度的方钠石,该方法和常规加热的离子热法相比,离子液体的用量降低了20%,晶化时间缩短了90%,不但降低了成本,提高了效率,而且还晶化得到了纳米级方钠石粉体。2.通过研究IL/H2O、晶化时间、硅铝比、晶化温度以及微波加热功率等因素对所合成晶体结构和形貌的影响,确定了合成纳米方钠石的最佳条件为:常压下采用600W的功率用微波进行加热,晶化温度为70℃,晶化时间为90min,Si/Al=2, IL/H2O≥1.8。3.首次采用微波辅助离子热法在不同金属基材表面合成了方钠石沸石膜,通过研究得出了合成条件与合成方钠石膜之间的关系:(1)基材表面涂敷晶种时可以使基材表面合成的方钠石膜更加致密,并且能够有效的减少合成次数;(2)当合成次数不断增加时,膜厚度的增加遵循先慢后快的原则;(3)在金属表面合成方钠石膜对金属基材的要求并不严格,通过研究用相同的方法在铁、钢以及铜表面均合成出了均匀、致密的方钠石膜;(4)硅铝比对合成方钠石膜的影响和对合成方钠石粉体的影响基本相同,都是在硅铝比为1~2.5左右合成效果最好。(5)在金属基材表面合成的方钠石沸石膜具有很好的防腐效果。
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