石墨烯基防腐涂层研究进展

自石墨烯发现以来,其优异的导电性、力学性能、热导性、光学性能等吸引了研究学者的广泛关注。此外,石墨烯稳定的sp2杂化结构使其自身具有良好的化学惰性、抗氧化能力和抗渗透性,被认为是一种理想的防腐材料,在金属材料的防腐领域具有非常大的应用前景。基于此,综述了石墨烯防护薄膜和石墨烯/有机涂层在金属腐蚀防护领域的研究进展,并从分散角度阐述了石墨烯的功能化对有机涂层防腐性能的影响;同时归纳了石墨烯的高导电性对有机涂层防护性能的影响以及防护机理。最后展望了石墨烯薄膜和石墨烯有机涂层在金属腐蚀防护应用方面面临的一系列难题以及发展方向。     

石墨烯导电防腐涂料的制备和性能评价研究

目的 制备一种石墨烯基导电防腐涂料,评价和分析涂料的长效防腐机理和导电机制。 方法 以环氧树脂为主要成膜物质,通过导电填料和防腐填料搭配并配方优化,制备新型石墨烯导电防腐涂料。通过基本性能的检测、电化学工作站测试、中性盐雾实验、实地埋样试验及大电流冲击实验,探究导电防腐涂层的防腐机理和失效衍化过程,并考察涂层的电气性能。结果 制备的导电防腐涂料不仅基本性能（附着力、耐冲击性及涂层结合强度）优异,还具有优异的耐水、耐中性盐雾和耐化学品性,经盐雾实验1500 h测试后,涂层完整且湿附着力仍表现良好。电化学系统测试表明,在3.5%NaCl溶液中浸泡60 d后,涂层仍具有较好的防护性能。涂层的体积电阻率和表面接触电阻分别为0.21 Ω×cm和6.32 Ω×cm2。经5 kA大电流冲击试验5次后,未发现涂层开裂、剥落和烧毁等情况,表明若干次大电流冲击对导电防腐涂层无明显影响。 结论 该配方的导电防腐涂料具有较好的耐蚀性及电气性能。     

Ag、Cu掺杂MoCN薄膜结构及摩擦性能的研究

目的 利用软金属Ag、Cu等改性来提升MoCN薄膜材料的宽温域润滑性能.方法 通过多靶磁控溅射制备了MoCN-X(X=Ag、Cu或Ag-Cu)复合薄膜.采用XRD、SEM、SPM 3种测试方法分析了复合薄膜的微观结构,并利用纳米压痕仪和高温摩擦试验机分别测试了薄膜的常温力学性能和不同温度下的摩擦性能.结果 3种复合薄膜中,MoCN-Ag薄膜表面的粗糙度最低.与MoCN-Cu薄膜相比,MoCN-Ag复合薄膜具有更好的抗氧化能力,在300℃下,由于热驱动作用,薄膜表面析出的Ag仅发生部分氧化,在500℃下,薄膜表面生成的双金属氧化物(钼酸银)能有效降低薄膜的摩擦系数.在常温下,MoCN-Cu复合薄膜具有很好的抗磨损能力,且和MoCN-Ag具有相近的摩擦系数.MoCN-Ag-Cu复合薄膜的硬度和弹性模量相对于MoCN-Cu均得到提升.在300℃下,MoCN-Cu薄膜和MoCN-Ag-Cu复合薄膜的摩擦系数比MoCN-Ag薄膜高.在500℃时,3种薄膜的摩擦系数均在0.3左右.常温下,薄膜主要表现为磨粒磨损,而在500℃下,薄膜主要是氧化磨损和粘着磨损.结论 软金属Ag和Cu都能在一定程度上改善MoCN薄膜的中温摩擦性能,可以尝试采用Ag和Cu共掺杂的方式降低薄膜的成本.     

导静电防腐涂料的研究进展

导静电防腐涂料兼具导静电性和防腐性,将其涂覆至材料表面,可以起到消除静电、削弱电磁干扰和防腐蚀等作用。近些年来,随着石油化工产业、电子工业和航空航天等领域的快速发展,静电和腐蚀带来的危害越来越显著,使得导静电防腐涂料受到了广泛的关注。我国在涂料领域的起步较晚,市售导静电涂料的防腐性一般,而防腐涂料的导静电性又不理想。因此,平衡导静电性和防腐性是研发导静电防腐涂料的关键所在。阐述了不同种类导静电防腐涂料的导静电机制和防腐蚀机理;分析了导静电防腐涂料在油罐防腐等领域的应用现状;最后探讨了导静电防腐涂料未来的发展方向,指出研发高性能、低成本、环保型、多功能化的涂料是未来导静电防腐涂料的发展趋势,同时指出对导静电防腐涂料导静电机制和防腐机理的深入研究以及腐蚀寿命预测模型的建立也有利于涂料的研发和工程化应用。     

不同钢材在储罐沉积水中的电化学腐蚀行为

目前,鲜有多种钢材在储罐沉积水中腐蚀机制的研究报道。采用电化学阻抗谱(EIS)和动电位极化曲线测试技术研究碳钢Q235,管线钢X65、X80,不锈钢316L等4种钢材在原油储罐沉积水中的电化学腐蚀行为,并结合扫描电镜(SEM)、电子能谱(EDS)和X射线衍射谱(XRD)对钢材腐蚀形貌和腐蚀产物成分进行分析。结果表明:Q235钢、X65钢和X80钢浸泡24 d后表面生成疏松腐蚀产物,316L钢表面没有明显腐蚀现象发生;Q235(3.462μA/cm~2)、X65钢(4.122μA/cm~2)和X80钢(5.848μA/cm~2)在原油沉积水中极化曲线自腐蚀电流密度远大于316L(0.118μA/cm~2),316L钢极化曲线有明显的钝化区;随着浸泡时间延长,Q235钢、X65钢、X80钢的EIS谱阻抗模值缓慢增加,随后阻抗模值降低,而316L钢的阻抗模值没有明显变化。     

8Cr4Mo4V钢表面减摩耐蚀涂层研究

为了提升8Cr4Mo4V钢表面的减摩耐蚀性能,利用真空磁控溅射镀膜技术,在单晶硅P(111)、8Cr4Mo4V钢表面分别制备了WCx和CrN/WCx2种涂层.采用扫描电子显微镜(SEM)观察了涂层截面形貌,采用UMT高温摩擦磨损试验机、台阶仪、纳米压痕仪、电化学工作站和盐雾试验机分别研究了8Cr4Mo4V钢和2种涂层的摩擦磨损性能、硬度和弹性模量、电化学腐蚀性能和耐盐雾腐蚀性能.结果 表明:涂层截面结构致密均匀,涂层的增加使8Cr4Mo4V钢的摩擦系数降低至0.20以下,磨损率降低2～3个数量级,纳米硬度提高3倍以上,弹性模量降低24％左右,电化学腐蚀降低1个数量级,耐盐雾性能明显提升,涂层起到了很好的保护基材的作用.     

Si/MoS2及C-Si/MoS2涂层在不同湿度条件下摩擦磨损性能

为了改善传统MoS_2涂层的摩擦学性能,利用中频直流磁控溅射技术在硅片和304不锈钢上沉积Si/MoS_2和2种不同碳含量的C-Si/MoS_2复合薄膜,利用扫描电镜(SEM)配备的EDS设备对薄膜的成分及厚度进行表征,利用真空摩擦磨损试验机(CSM)测试不同湿度条件下Si/MoS_2和C-Si/MoS_2的摩擦磨损性能。结果表明:2种不同碳含量的C-Si/MoS_2含有相似的Si含量,Si在薄膜中以单质的形式存在;Si/MoS_2薄膜随着湿度的增加,摩擦因数持续增加,同Si/MoS_2薄膜相比,掺碳量49.08%(原子分数)的C-Si/MoS_2薄膜摩擦性能得到优化,仅在24%湿度下摩擦因数高于纯Si/MoS_2薄膜;含碳量为49.08%的C-Si/MoS_2薄膜磨损程度最小,这是因为C在摩擦过程中易剪切滑移,与MoS_2耦合润滑,优化了薄膜的摩擦学性能;真空下,Si/MoS_2薄膜及C-Si/MoS_2薄膜的磨损机制为黏着磨损,而在不同湿度条件下,由于水蒸气和氧气的作用,Si/MoS_2薄膜及C-Si/MoS_2薄膜均会发生氧化磨损及磨粒磨损。     

GTN损伤模型对C-Mn钢缺口拉伸试样延性断裂的预测

用GTN(Gurson, Tvergaard, Needleman)损伤模型对不同缺口根半径的C-Mn钢缺口圆棒拉伸试样的延性断裂进行有限元模拟预测.结果表明, 当缺口根半径R≤2 mm时,GTN模型对缺口拉伸时的最大载荷Pm、起裂载荷Pi、断裂载荷Pf和断裂功E的预测值与实验值较为接近.而当R＞2 mm后,预测值与实验值的偏差变大.其原因在于GTN模型是基于微孔洞长大和聚合的延性断裂机理而建立,对于根半径较小,促使孔洞长大的三向应力度较高的缺口试样较为适用.GTN模型预测的三个特征载荷,尤其是表征韧性的断裂功E的值总体上高于实验测定值,并且其预测的延性起裂位置在R≥1 mm时也与实验观察不一致.其原因是GTN模型未考虑实际材料组织中具体的夹杂物/孔洞的尺寸、形态、分布和方位对损伤演化和断裂过程的影响.     

防腐抗冲蚀复合涂层制备及性能研究

针对铁路扣件在沿海区域遭受冲蚀和海洋腐蚀难题,本文研制一种新型防腐抗冲蚀复合涂层。采用石墨烯锌防腐底漆和抗冲蚀弹性聚氨酯面漆,通过盐雾实验、电化学测试和涂层硬度测试评价复合涂层的综合防护性能。结果表明,制备的复合涂层抗冲蚀性能较好,在3.5% (质量分数) NaCl溶液中浸泡28 d后涂层电阻仍达到18.9 MΩ·cm²,复合涂层耐盐雾性能超过1500 h。     

极化电位对铜系防污涂层性能的影响

采用电化学阻抗谱研究了外加0.0、-0.7和-0.9 V(相对于饱和甘汞电极)极化电位对铜系防污涂层在青岛海域海水中防护性能的影响,采用三维电子显微镜对涂层腐蚀形貌进行观察,以原子吸收分光光度计测量介质中铜元素的含量来表征防污剂(氧化亚铜)的溶解速率,并进行了6个月的实海试验。结果表明,极化电位加速了涂层的阴极剥离过程,明显降低了其防腐和防污性能。