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金属基体低表面能复合膜的制备及其耐蚀性能研究

作　者: 陈艳
导　师: 陈守刚
学　校: 中国海洋大学
专　业: 材料学
关键词: 铜正十二硫醇 304不锈钢多巴胺耐蚀性
分类号: TG174.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 205次
引　用: 5次
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内容摘要

金属腐蚀给社会发展带来巨大的经济损失和危害,随着工业和科学技术的发展,腐蚀科学在国民经济中所占的地位越来越重要。因此金属材料的腐蚀与防护关系到整个国计民生与经济的可持续发展。众所周知,金属腐蚀过程的开始主要发生于金属与环境的界面上,因此对金属表面进行处理就有可能减缓或者阻止金属腐蚀的发生,从而达到防腐蚀的目的。本论文首先在铜基体上制备了正十二硫醇超疏水膜与正十二硫醇和十四酸的超疏水混合膜,同时利用扫描电镜、能谱分析、接触角测量等手段对超疏水表面进行了表征,研究发现形成的单一正十二硫醇膜为均匀而美丽的片状亚微观结构,接触角达到150°,但是加入十四酸后形成的正十二硫醇/十四酸混合膜则更为均匀而致密,接触角更大为160°。利用动电位极化曲线、电化学阻抗(EIS)研究了铜表面生成的正十二硫醇超疏水膜和正十二硫醇/十四酸混合膜的耐蚀性能,测试结果表明正十二硫醇超疏水膜对铜基体具有较好的抗腐蚀效果,而且正十二硫醇/十四酸混合膜的效果更佳,此外,还借助Gaussian(R) 03程序包计算探讨了正十二硫醇与十四酸在铜表面的吸附行为,提出的竞争吸附理论很好的解释了混合膜更为致密和抗腐蚀性能更好的原因。上述膜层的缺陷是在铜基体上的吸附不稳定且较易脱落。近年来,由海洋贻贝类生物分泌的贻贝类粘附蛋白因在较湿的环境中仍具有较强的粘结力而引起了人们的广泛关注。在粘结的过程中起粘结作用的是儿茶酚基团,多巴胺具有儿茶酚基团,因此能够牢牢的吸附在金属基体上,另外,多巴胺包覆层的吸附仍可以允许含有巯基(-SH)和氨基(-NH2)的有机物进一步键合,这就为第二次反应提供了一个反应平台。因此针对前述缺憾,我们利用较易吸附的多巴胺膜层的包覆,从而将具有抗腐蚀性能的正十二硫醇膜稳定的吸附在铜基体上。通过X射线光电子能谱测试、扫描电镜及能谱分析均表明,多巴胺已经成功的吸附到铜基体上,并且多巴胺聚合后,通过希夫碱和加成反应从而使正十硫醇膜吸附到多巴胺包覆的铜基体上,这个反应过程类似于硫醇与贵金属反应的自组装过程。接触角测试表明当多巴胺吸附后,铜表面显示为较强的亲水性,而正十二硫醇在包覆有多巴胺的铜基体上形成后,由于烷烃链的存在显示为较强的疏水性。采用动电位极化技术和电化学阻抗谱技术对形成的膜层进行了抗腐蚀性能测试,测试结果表明,正十二硫醇在包覆有多巴胺的铜基体上的形成有效的抑制了铜的腐蚀。同时利用稳定性测试证明了多巴胺协助形成的正十二硫醇膜相当稳定,因此能够较好的抑制海水中Cl-的侵害。为了表明这种方法的通用性,我们以与铜不同类型的金属304不锈钢作为另一个研究对象,将正十二硫醇膜吸附到多巴胺包覆的304不锈钢基体上,X射线光电子能谱测试、原子力显微镜和接触角测试表征表明正十二硫醇确实在包覆有多巴胺的304不锈钢基体上进行了吸附,而且电化学测试(动电位极化曲线、电化学交流阻抗谱)结果表明正十二硫醇膜的吸附有效的抑制了304不锈钢的腐蚀。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-12
1 文献综述  12-28
  1.1 金属腐蚀及其研究背景  12-18
    1.1.1 铜的腐蚀机理及其研究现状  14-15
    1.1.2 不锈钢的腐蚀机理及其研究现状  15-18
  1.2 超疏水表面的理论基础、制备方法及研究现状  18-25
    1.2.1 超疏水表面的理论基础  18-21
    1.2.2 超疏水表面制备技术的研究现状  21-22
    1.2.3 超疏水表面制备技术中存在的问题、发展趋势及潜在应用  22-25
  1.3 研究薄膜表面形貌、组成和性质的实验方法  25-26
    1.3.1 电子显微镜(SEM)  25
    1.3.2 X-射线光电子能谱(XPS)  25
    1.3.3 液滴形貌分析仪  25
    1.3.4 原子力显微镜  25
    1.3.5 电化学测试方法  25-26
  1.4 本论文的选题思路与主要研究内容  26-28
    1.4.1 选题思路  26-27
    1.4.2 主要研究内容  27-28
2 铜基体上硫醇膜的制备及其耐蚀性能研究  28-42
  2.1 引言  28
  2.2. 实验试剂与实验仪器  28-29
    2.2.1 实验试剂  28
    2.2.2 实验仪器  28-29
  2.3 超疏水膜的制备与表征  29-31
    2.3.1 铜基体的预处理  29
    2.3.2 超疏水膜的制备  29-30
    2.3.3 超疏水膜的表征  30-31
  2.4 结果与讨论  31-41
    2.4.1 接触角测量  31-32
    2.4.2 铜表面超疏水膜形态的观察  32-33
    2.4.3 膜表面元素分布  33-34
    2.4.4 具有超疏水表面的铜试样的动电位极化曲线的研究  34-36
    2.4.5 电化学阻抗谱研究  36-39
    2.4.6 量子化学计算  39-41
  2.5 本章小结  41-42
3. 铜基体上多巴胺协助硫醇膜的制备及其耐蚀性能研究  42-58
  3.1 引言  42-43
  3.2 实验部分  43-47
    3.2.1 实验仪器与试剂  43
    3.2.2 实验过程  43-45
    3.2.3 测试方法  45-47
  3.3 结果与讨论  47-57
    3.3.1 X射线光电子能谱(XPS)分析  49-51
    3.3.2 铜基体表面膜的疏水性能及微观形貌的研究  51-52
    3.3.3 动电位极化曲线分析  52-54
    3.3.4 电化学阻抗谱研究  54-56
    3.3.5 稳定性测试  56-57
  3.4 本章小结  57-58
4. 304不锈钢基体上多巴胺协助硫醇膜的制备及其耐蚀性能研究  58-71
  4.1 引言  58
  4.2 实验部分  58-61
    4.2.1 实验仪器与试剂  58-59
    4.2.2 实验过程  59-60
    4.2.3 测试方法  60-61
  4.3 结果与讨论  61-69
    4.3.1 X射线光电子能谱(XPS)分析  61-63
    4.3.2 304不锈钢表面膜原子力显微镜的观察  63-64
    4.3.3 304不锈钢表面疏水性能的研究  64-65
    4.3.4 动电位极化曲线分析  65-66
    4.3.5 电化学阻抗谱研究  66-69
  4.4 本章小结  69-71
5. 总结与展望  71-74
  5.1 本论文的主要结论  71-73
  5.2 本论文的创新点  73
  5.3 研究展望  73-74
参考文献  74-82
致谢  82-83
硕士期间发表的论文情况  83

金属基体低表面能复合膜的制备及其耐蚀性能研究

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