碳钢表面防腐超疏水TiO_2/PDMS涂层的制备及性能

针对碳钢腐蚀电位相对更负、更容易发生腐蚀的特点,在Q235钢表面制备超疏水TiO_2/PDMS涂层以提高其耐蚀性能。采用表面活性剂分散纳米TiO_2并进行改性,然后与PDMS混合,用溶胶凝胶法在Q235钢表面制备有聚二甲基硅氧烷(PDMS)过渡层的TiO_2/PDMS超疏水涂层。借助扫描电镜(SEM)、接触角测量仪、红外光谱(FT-IR)及X射线衍射仪(XRD)表征其表面涂层的表面形貌、化学成分及疏水性能,用电化学试验和浸泡试验测试其防腐性。结果表明:TiO_2/PDMS涂层表面具有独特的微纳结构,与水的接触角达到154.3°;其腐蚀电位由碳钢的-0.77 mV正移至超疏水涂层的-0.24 mV,腐蚀电流密度则下降两个数量级,即从5.02×10~(-6)A·cm~(-2)下降至3.95×10~(-8)A·cm~(-2);超疏水涂层的交流阻抗值高于碳钢基底3个数量级。经过7 d的3.5wt.%NaCl溶液浸泡,超疏水涂层并未发生失重。制备的TiO_2/PDMS超疏水涂层具有超疏水效果和良好的长期耐腐蚀性。     

超疏水涂层的制备及其性能

通过在有机硅改性丙烯酸树脂中加入具有疏水作用的纳米及微米级颗粒,在碳钢表面制备超疏水涂层。利用扫描电镜和接触角测定仪对涂层表面的微观结构及疏水性能进行表征,结果表明：该涂层结构与荷叶表面的微观结构很相似,水滴与涂层表面的接触角达到了150°,涂层具有超疏水性能。     

碳钢表面电镀Ni-TiO2镀层硬脂酸修饰制备超疏水表面

目的 在碳钢基体上制备超疏水表面,提高碳钢的耐海水腐蚀性能。方法 采用恒电流沉积结合硬脂酸修饰的方法,在碳钢表面制备超疏水Ni-TiO2复合镀层。通过扫描电子显微镜（SEM）、EDS能谱分析、傅里叶红外光谱仪（FTIR）、X射线衍射仪（XRD）,对样品的形貌、化学组成及晶型结构进行分析。通过接触角测量仪、自清洁测试,对试样的表面润湿性及自清洁性进行分析。利用电化学工作站测量样品的电化学阻抗谱和极化曲线,从而对样品的耐蚀性进行评价。结果 制备的Ni-TiO2复合镀层呈球形微纳米粗糙结构。经硬脂酸修饰后,接触角高达160.99°,具有良好的超疏水性和自清洁性能。制备的超疏水Ni-TiO2复合镀层在3.5%NaCl溶液中的自腐蚀电流密度为2.42×10-8 A/cm2,腐蚀速率为2.84×10-4 mm/a,对裸碳钢的缓蚀效率为99.41%,具有优异的腐蚀保护作用。此外,在3.5%NaCl溶液中浸泡60天后,超疏水Ni-TiO2复合镀层的电荷转移电阻Rct变化很小,镀层没有破损,具有长期防腐蚀性能。结论 在碳钢表面通过恒电流电沉积结合硬脂酸修饰制备的超疏水表面,能长期有效地提高碳钢对海水的耐腐蚀性能。     

硅橡胶超疏水涂层的撒粉法制备

当前在橡胶基体上构建超疏水表面的方法大多较为复杂,不易制备,研究一种简单方法是十分必要的。以高温硫化硅橡胶(HTV)为基体,把基体打磨后在其表面覆盖一层聚二甲基硅氧烷(PDMS),采用表面撒粉法将二氧化硅(SiO₂)粉末均匀撒在未固化PDMS上,固化后制得HTV/PDMS-SiO₂超疏水表面。采用扫描电子显微镜、三维形貌及接触角测量仪对硅橡胶超疏水涂层的微观形貌和疏水特性进行分析。结果表明：HTV/PDMS-SiO₂超疏水表面构建出许多微纳突起粗糙结构,表面粗糙度Sa达到35.695μm;HTV/PDMS-SiO₂超疏水表面的静态接触角平均值达154.5°,相较于原始硅橡胶平均静态接触角112.4°提升了37.5%;液滴体积一定时,液滴接触到超疏水表面后的铺展直径和第一次弹起高度随着滴落高度的增大而增大;液滴滴落高度一定时,液滴铺展直径和初次弹起高度与液滴体积成正比。利用PDMS固化过程结合撒粉工艺构建超疏水微纳结构,可为硅橡胶超疏水表面研究提供一种简单、低成本方案。     

碳钢表面导电PEDOT涂层的电化学制备及防腐性能

目的 在Q235钢基底上电沉积致密导电聚合物PEDOT涂层,利用PEDOT的良好导电性,避免电荷集中,提高Q235钢的防腐性能。方法 在十二烷基硫酸钠（SDS）和高氯酸锂（LiClO4）溶液中,通过电化学恒电流方法在Q235碳钢基底上电聚合EDOT。采用循环极化、开路电位监测（OCP）、电化学阻抗谱（EIS）及扫描振动电极（SVET）等手段,研究导电PEDOT涂层与碳钢基底的电化学交互作用及其对基底腐蚀行为的影响规律。结果 在电流密度为5 mA/cm2的条件下,沉积的PEDOT涂层最完整、致密,具有球状团聚表面形貌。PEDOT/Q235电极在3.5%NaCl溶液中浸泡40 h后电偶电流密度为-15 μA/cm2,电偶电压为-715 mV。多次循环极化曲线基本重合,体现出良好的电化学稳定性。开路电位和EIS结果表明,PEDOT涂层4 d后钝化了基底,对基底产生保护。SVET结果证明,PEDOT涂层能够形成电子离域,避免电荷集中,涂层划痕区的电流密度从628 μA/cm2降低到23.8 μA/cm2。结论 PEDOT涂层可以减轻Q235基底在NaCl溶液中的腐蚀,其减缓腐蚀的能力归因于其结构致密、钝化基底及减少表面电荷集中。     

超憎水SiO2/FEVE复合涂层的制备

目的制备超憎水SiO_2/FEVE复合涂层。方法使用物理混合方式将SiO_2填料加入到成膜物FEVE树脂中,制得超憎水涂料,并通过雾化喷涂在玻璃片上形成超憎水涂层。通过指触法测量了涂层的表干时间,利用接触角测量仪、扫描电镜以及原子力显微镜检测了超憎水SiO_2/FEVE复合涂层的憎水性能与微观形貌,并利用划格法评价了涂层的附着力。结果根据溶解度参数相近以及环保性原则选用了乙酸乙酯与乙酸丁酯的混合溶剂,最终得出超憎水SiO_2/FEVE复合涂料的配方为:100 g FEVE树脂、135 g乙酸乙酯、90 g乙酸丁酯、25 g D-SiO_2、10.5 g HDI。涂料配制完成后,采用大雾化量与大流量结合的喷涂工艺便可完成SiO_2/FEVE超憎水涂层的制备。涂层形成了含有内嵌孔洞的珊瑚状结构,表面呈现为规律交替分布的突起和凹陷区构成的粗糙结构,接触角可达152.8°,滚动角为8°。结论调整溶剂种类与固化剂加入量并未对涂层的结合力或成膜性有所改善,填料比例是影响涂层成膜性与憎水性能的关键工艺参数。涂层表面有序分布的微纳米级凹凸结构形成了超憎水表面所需有效的表面微观粗糙结构,这是涂层具有优良憎水性能的主要原因。     

Q235钢表面纳米陶瓷涂层性能的研究进展

综述了近年来Q235钢表面制备纳米陶瓷涂层的研究进展,介绍了热喷涂法、熔敷法、热化学反应法、多元复合化学镀等技术的研究成果,分析了各种制备技术的优缺点,并展望了今后Q235钢表面制备纳米陶瓷涂层的发展方向.     

基于磁控溅射–氟化改性的新型ZnO/SiO2复合超疏水涂层防冰性能研究

目的 通过磁控溅射及表面氟化修饰不同纳米尺度的氧化锌(ZnO)和二氧化硅(SiO2)粒子,获得一种新型的ZnO/SiO2复合超疏水涂层。方法 研究不同氟化修饰剂对新型ZnO/SiO2复合超疏水涂层防冰性能的影响。采用光学接触角测量仪、扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶红外光谱仪(FTIR)对涂层的水接触角(CA)、滚动角(SA)、微观膜层形貌以及氟化前后化学键的改变进行分析。采用自制结冰装置及数显拉力计对涂层在高湿低温环境中的结冰时间和冰层在涂层表面的黏附强度进行测试。结果 磁控溅射ZnO和SiO2纳米粒子复合制膜得到的粒子排列状态规则,并且两种不同尺寸粒子的掺混使得涂层表面呈多簇状微纳米二级结构,能够很好地降低液滴与表面的附着力;分别选用十七氟癸基三乙氧基硅烷(FAS-17)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷(G502)、十六烷基三甲氧基硅烷(HDTMS)4种氟化修饰剂对涂层表面进行整体修饰,其中,FAS-17修饰后的涂层表面防冰效果最好,其液–气复合接触面积比例达到了94.38%,接触角和滚动角达到最佳,分别为164.7°和3°,且冰在表面的黏附强度降低至3.8 kPa;在湿度为60%,温度分别为–2、–10及–20 ℃的条件下,涂层延缓结冰时间分别为244 6、160 4、137 s。结论 采用不同纳米尺度的ZnO和SiO2纳米粒子,经过磁控溅射和整体表面改性可以得到簇状结构的新型复合超疏水涂层。通过FAS-17乙醇溶液进行表面氟化修饰,更加显著地提高了涂层的超疏水性能。     

超疏水铝合金表面的复合制备与性能

铝合金由于易被腐蚀的缺陷限制了其发展,研究表明表面超疏水化能有效地提升其耐腐蚀性能。 文中以铝合金作为基底材料,首先采用激光加工的方法制备微结构表面,然后采用氢氧化钠刻蚀制备超疏水表面。 利用扫描电子显微镜(SEM)、光学轮廓仪、X 射线能谱仪(EDS)、接触角测量仪和电化学工作站对样品表面微观形貌、化学元素组成、 润湿性能和耐腐蚀性能进行表征。 结果表明:激光功率为 30 W,氢氧化钠浓度为 0. 1 M,刻蚀时间为 6 min,该表面的接触角最高为 155. 1°,同时该超疏水表面具有双尺度分层结构,分别是光栅结构与更小一级的蜂窝状结构。 超疏水表面电化学测试表明,腐蚀电位发生左移,为-0. 635 V,自腐蚀电流密度变化更为明显,减小至 1. 68×10^-6 mA·cm^-2 。 该表面耐腐蚀性能显著增加。     

植酸盐掺杂聚吡咯/纳米SiO_2/环氧树脂长效耐蚀涂层的制备及缓蚀性能

以FeCl_3为氧化剂,植酸钠(IP_6)为掺杂剂,纳米SiO_2为分散介质,通过化学氧化法合成了具有核-壳结构的IP_6掺杂聚吡咯(PPy)/纳米SiO_2粒子。利用电感耦合等离子体原子发射光谱法考察了氧化剂和分散剂用量以及反应温度对掺杂率的影响。利用TEM、XRD和热重分析法(TG)对IP_6掺杂PPy/纳米SiO_2粒子的形貌、结构和热稳定性进行了表征。利用电化学阻抗(EIS)技术对IP_6掺杂PPy/纳米SiO_2/环氧树脂长效耐蚀复合涂层的耐蚀性进行了评价。结果表明:PPy均匀包覆在纳米SiO_2粒子表面,形成形貌规则且具有核-壳结构的稳定IP_6掺杂聚吡咯(PPy)/纳米SiO_2粒子。当n(Py)∶n(FeCl_3)=2∶1,m(SiO_2)∶m(Py)=1∶5,反应温度为-5℃时,制备的PPy/纳米SiO_2材料中IP_6掺杂率为98.53%。以IP_6掺杂PPy/纳米SiO_2粒子为功能成分,环氧树脂为成膜物质,制备的IP_6掺杂PPy/纳米SiO_2/环氧树脂长效耐蚀复合涂层对1.0mol/L HCl介质中的Q235钢腐蚀具有良好的抑制效果。     

氢化TiO2纳米棒的制备及其对Q235碳钢的光生阴极保护特性

随着海洋开发的逐步推进,海洋工程中的金属防腐蚀问题显得愈加重要。目前,可利用半导体的光电效应实现对金属的光生阴极保护,为改善常用的TiO₂光电极材料的弱光吸收和低转换效率问题,文中利用水热法在FTO导电玻璃表面构建一维有序TiO₂纳米棒阵列,并通过氢化处理提高TiO₂对太阳光的吸收和光电流密度。考察了氢化TiO₂纳米棒阵列在海水环境下对Q235碳钢的光生阴极保护特性,结果表明氢化TiO₂纳米棒的光电流密度达到了2.12 mA/cm²,且稳定性良好;当Q235碳钢耦连于模拟太阳光照下的氢化TiO₂纳米棒电极时,其界面反应电阻变小,电极电位较原先的腐蚀电位降低约349 mV,说明氢化TiO₂纳米棒阵列能够对碳钢产生良好的光生阴极保护效应,且该效应在无光条件下能保持至少7 h。     

Q235钢在海水及海水淡化一级RO产水中的腐蚀特性研究

采用动态挂片实验,研究了Q235钢在海水及海水淡化一级RO产水中的腐蚀特性,并分析了试片表面的形貌及腐蚀产物成分,以探究Q235钢在一级RO产水中高速腐蚀的原因。结果表明:随时间的延长,Q235钢在海水中的腐蚀速度下降,并趋于稳定,而在一级RO产水中的腐蚀速度逐渐上升,并维持于高位;Q235钢在两种水体中的腐蚀产物,组分相同,但各组分的相对含量及变化趋势有很大差异;一级RO产水中,Q235钢生成的腐蚀产物为球状颗粒,没有海水中产生的针状腐蚀产物致密;一级RO产水的弱酸性促进γ-FeOOH迅速转化为导电氧化物Fe3O4,生成的锈层不连续,不能阻碍氧扩散过程的进行,这是导致Q235钢高速腐蚀的主要原因。     

Q235钢的铁素体组织细化及其与力学性能关系

在９００℃到１０５０℃温度范围内采用多道次、大坟下量技术制备Ｑ２３５钢薄板，讨论了轧制工艺、显微组织与力学性能间的关系，并分析了轧后低温退火自理对显微组织和力学性能的影响。     

Q235碳钢在红壤中的腐蚀行为

采用扫描电镜(SEM)、能谱(EDS)和X射线衍射(XRD)等技术对在红壤中服役多年的变电站接地网Q235碳钢进行了形貌观察和腐蚀产物分析,并通过电化学和模拟加速腐蚀试验对比研究了Q235碳钢在红壤中的腐蚀行为。结果表明:接地网材料表面形成的腐蚀产物主要是铁的氧化物,主要有Fe2O3、Fe3O4、FeOOH,并且Cl元素的存在会加剧Q235碳钢材料的腐蚀;当土壤含水率为20%(质量分数,下同)时,Q235碳钢在红壤中腐蚀速率最大,Q235碳钢的腐蚀电流密度随Cl-与SO42-的变化规律基本一致,都是先增大后减小,并且可划分为3个区间;Q235碳钢在红壤中的腐蚀速率随着试验时间的延长呈现先降低后小幅升高的趋势,该加速腐蚀试验,没有改变Q235碳钢在红壤中的腐蚀机理,且与现场有较好的相关性。     

养兔场兔笼用Q235钢表面防锈蚀涂层的制备及其性能研究

目的针对养兔场兔笼用Q235钢焊接处表面易锈蚀问题,利用带锈涂料在其表面制备防锈蚀涂层以提高其耐腐蚀能力。方法利用磷酸酯单体和丙烯酸及其脂类单体与乳化液混合得到防锈涂料,按照GB/T 4054—2008在Q235钢表面进行涂覆。通过划圈仪参照GB 1720—1979评价涂层结合力,依据GB/T 6739—2006利用铅笔硬度测定涂层的硬度,通过涡流测厚仪测定涂层厚度,通过烟雾试验、NMP试验、EIS试验、Machu试验评价涂层的耐蚀性能。结果在Q235钢表面制备的防锈蚀涂层与基体的结合力为1级,结合强度高,涂层硬度5级,厚度约为12μm,Machu试验结果表明涂层腐蚀区域较小,显示出较好的抗腐蚀性能。涂层试样经过120 h的NMP试验后依然保持较好的完整度,表现出较好的耐溶胀性能。EIS试验结果说明涂层试样阻抗模值明显低于Q235钢,体现出较好的耐蚀性能。试样涂层经过240 h的盐雾试验后保持完整,体现出较好的耐蚀性能。结论在Q235钢表面制备防锈蚀涂层后,试样的耐蚀性能得到大幅提高。     

乙醇助燃剂燃烧环境中Q235碳钢的氧化行为研究

研究了常用的碳素结构钢在乙醇助燃剂火场环境气氛中的高温氧化行为,以期为初步判断典型火场温度、燃烧时间以及是否存在助燃剂提供依据。对Q235碳钢分别在乙醇燃烧气氛中进行5,10,20和30 min的氧化实验,并实测温度曲线,分析了其氧化行为和氧化层中单质碳的形成特点。结果表明,Q235碳钢在乙醇燃烧环境中形成网状氧化层,随时间的增加而发生起皱和剥落,在表面氧化层未检测到FeO物相;在氧化层和基体界面处沉积有游离状的碳单质,并且随着氧化时间的增加,碳含量增加。本实验温度条件下未形成FeO物相,氧化物的相组成特点可为火场的燃烧温度判别提供参考;乙醇热解产生的单质碳多沉积于表面能高的区域,如基体和氧化层界面处,也可为火灾现场是否使用乙醇助燃剂提供判断依据。     

接地极Q235碳钢材料在上海土壤环境中的腐蚀行为

通过电化学阻抗 (EIS)、极化曲线、扫描电镜 (SEM)、能谱分析 (EDS) 和X射线衍射 (XRD) 等技术对接地极Q235碳钢材料在含不同盐分的上海地区土壤中的腐蚀行为进行了研究。结果表明,在不同盐分土壤条件下,Q235碳钢的阻抗均随着浸泡时间的延长出现先升高后平稳的趋势,腐蚀速率随盐分含量增大而增大。由于沿海土壤的侵蚀性阴离子含量较高,使得所产生的锈层失去保护性。Q235碳钢腐蚀主要以全面腐蚀为主,还伴有微生物腐蚀现象,腐蚀产物膜主要由Fe₂O₃组成。根据耐腐蚀性能评价标准,接地极碳钢材料在上海土壤环境中的耐腐蚀性能为良。     

Q235碳钢在静止和流动条件下的腐蚀不均匀性研究

目的研究Q235碳钢在静止和流动条件下腐蚀程度和主要腐蚀区域的差异。方法使用丝束电极(WBE)技术和电化学阻抗谱(EIS)技术分别研究了WBE在静止和流动条件下的电流密度分布、电荷转移电阻以及腐蚀形貌的变化和差异,同时分析了电极的极性转换现象。结果流动条件下Q235碳钢的电荷转移电阻明显降低。在静止条件下,Q235碳钢表面阳极电流区域所占的最大比例为47%,且阳极电流峰集中出现在WBE的中间区域,而四周边缘处的阳极电流峰较少。在流动条件下,Q235碳钢表面的阳极电流区域所占的最大比例为58%,阳极电流峰随机分布在整个WBE表面,且电流分布区间明显变窄。浸泡在静止条件下的58~#电极和流动条件下的39~#电极发生了多次极性转换现象。结论 Q235碳钢在静止和流动条件下均发生了明显的不均匀腐蚀现象。流动条件加剧了Q235碳钢的腐蚀且降低了腐蚀不均匀性。静止条件下Q235碳钢的腐蚀区域集中在中间区域,流动条件下Q235碳钢的腐蚀区域随机分布在整个碳钢表面。静止和流动条件下的钢电极均发生了电流的极性转换现象。     

橡椀单宁对Q235碳钢在0.5 mol/L HCl溶液中的缓蚀作用研究

采用失重实验、极化曲线、电化学阻抗、扫描电镜及分子模拟等方法,研究了橡椀单宁对Q235碳钢在0.5 mol/L HCl溶液中的缓蚀性能,并探讨了其缓蚀机理。结果表明,当橡椀单宁浓度为6 g/L,橡椀单宁对Q235碳钢的缓蚀率可达96.46%。电化学实验研究表明,加入橡椀单宁后,腐蚀电流减小接近1个数量级,电荷转移电阻增大近7倍。扫描电镜观察可见,橡椀单宁在碳钢表面形成一层保护膜。吸附热力学分析表明,橡椀单宁在碳钢表面发生物理和化学混合型吸附作用,且符合Langmuir等温吸附方程。分子模拟研究表明,橡椀单宁以平面的形式稳定吸附在碳钢表面。