超疏水自愈复合涂层增强镁合金的长期耐腐蚀性能

WaterOff

2022-08-14 03:46:00

标签：学科前沿

关键词：离子液体镁合金超疏水涂层

镁(Mg)合金因其独特的优势而在航空航天工业、交通运输和电子产品等领域受到广泛关注，但镁合金耐腐蚀性差，这在一定程度上限制了其应用。表面改性是提高镁合金抗腐蚀能力的一种极具前景的方法，微弧氧化技术(MAO)被认为是提高材料耐腐蚀性最有效技术之一，但MAO涂层中的微孔和微裂纹为腐蚀物质的渗透提供了可行的通道，加速了防腐保护的恶化。因此，MAO涂层的长期防腐性能仍然是一个值得研究的问题。

超疏水涂层被认为是保护金属基质的最有前途的候选材料，超疏水集成聚丙烯(PP)、超疏水二氧化硅和硬脂酸锌(ZnSA)等超疏水涂层可以覆盖在MAO涂层上，以实现长期耐腐蚀。然而，这些复合涂层在使用过程中容易产生裂纹，因此开发自愈合超疏水复合涂层应运而生，将缓蚀剂嵌入MAO和超疏水涂层之间可以起到自愈作用。十八烷基三苯基膦双(三氟甲基磺酰)酰胺([OTP][NTf2])倾向于吸附在铝表面形成保护膜，具有良好的缓蚀作用。

基于此，河南大学的王丽、张敬来教授等人采用MAO制备了具有纳米和微孔结构的无机陶瓷膜，然后将[OTP][NTf2]作为缓蚀剂嵌入到MAO表面的孔隙中，最后在镁合金表面涂覆超疏水二氧化硅/环氧树脂(PSE)涂层，制备了MAO/[OTP][NTf2]/PSE复合涂层。通过复合涂层中MAO涂层、缓蚀剂和PSE超疏水涂层的协同作用，为镁合金提供了有效的多重保护。

图1. MAO/[OTP][NTF2]/PSE涂层制备工艺示意图

（图片来源：Chem. Eng. J.）

研究人员通过扫描电子显微镜(SEM)、能量色散X射线光谱(EDXS)、X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)对制备的MAO/[OTP][NTf2]/PSE复合涂层进行表征。MAO表面存在大量0.7-4.0 μm的微孔、纳米孔和微裂纹，这些微孔不规则地分布在表面上，腐蚀性物质很容易通过这些微孔和微裂纹渗透到涂层中，导致镁基材的腐蚀。包覆PSE后，POTS/SiO2颗粒团聚使得材料表面更加粗糙，存在不规则的突起和空洞，覆盖后的PSE涂层不仅减少了[OTP][NTf2]的浸出，而且隔离了表面的腐蚀物质，有利于进一步提高MAO涂层的耐蚀性。

图2. MAO涂层、MAO/[OTP][NTf2]涂层和MAO/[OTP][NTF2]/PSE涂层的SEM和EDXS图像

（图片来源：Chem. Eng. J.）

超疏水涂层可以将水和腐蚀性离子与镁基底隔离开来，在防腐方面起着至关重要的作用。研究人员测量了AZ31B镁、MAO、MAO/[OTP][NTf2]和MAO/[OTP][NTf2]/PSE样品的水接触角(CA)，发现复合涂层的CA为164.4±1.5?，水滑角(SA)为4.4±1.6?，表现出超疏水性能，并通过银镜、连续水射流和防污测试对其进行了进一步的定性表征，表明复合涂层具有优异的自洁能力。

图3. MAO/[OTP][NTf2]/PSE涂层超疏水及自清洁测试

（图片来源：Chem. Eng. J.）

通过电化学测试、长期浸泡和划痕试验，深入探讨了该复合涂层的超疏水、自愈和防腐特性。将复合涂层在3.5 wt% NaCl溶液中浸泡80天后测量其动电位极化曲线(PDP)和电化学阻抗谱(EIS)，发现复合材料仍保持优异的耐腐蚀性。这归因于其超疏水特性、[OTP][NTf2]的缓蚀性和MAO涂层的物理屏障的协同作用。[OTP][NTf2]的加入不仅提供了自修复特性，而且封闭了MAO表面的孔隙，有利于提高复合涂层的整体防腐性能。