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镁合金腐蚀研究进展(70)—AZ31镁合金表面Nd(NO3)3和聚乙烯醇有机-无机杂化封孔MAO涂层的耐蚀性和机理

已有 1706 次阅读 2022-10-22 21:32 |个人分类:科研进展|系统分类:科研笔记

    微弧氧化(MAO)膜具有诸多优点,例如,高硬度、良好的耐磨性和耐蚀性、良好的热稳定性和介电性能。但我们之前的研究发现,MAO涂层的多孔结构仅可提供前期的保护,长期暴露反而会加速镁基体的腐蚀。所以,对MAO进行封孔处理显得尤为重要。MAO的封孔方式有多种,其中稀土盐(RE)转化膜,有机物封孔MAO的报道有很多。有机无机杂化涂层也有较多的报道,但是有机无机杂化封孔MAO涂层的报道较少。

    在这项研究中,我们制备了稀土盐Nd(NO3)3和聚乙烯醇(PVA)有机无机杂化封孔MAO涂层(PN-MAO),探究了Nd(NO3)3处理时间对MAO涂层AZ31镁合金耐蚀性的影响,并了解MAO涂层有机-稀土无机盐(PVA-RE)杂化密封的成膜和耐蚀机理。这种MAO复合涂层也可以为镁合金在海洋工程应用中提供优异的耐腐蚀涂层。

    研究结果表明:

(1)PVA的添加导致密封层的厚度增加,即从6.13±0.40 μm增加到6.80±0.31 μm,粗糙度从0.907±0.024 μm减少到0.80±0.022 μm,涂层结合力提高。因此,PN-MAO涂层更致密、均匀,与基体结合力更强。

(2)极化曲线表明,PN-MAO涂层改性的AZ31镁合金的腐蚀电流密度为1.34×10-8A/cm2,比裸基体低三个数量级。此外,其存在的钝化区说明PN-MAO涂层具有自愈功能。PN-MAO具有高的阻抗值(|Z|=1.26×105 Ω·cm2),盐雾试验结果可以看出PN-MAO在360小时后仍未发生明显的腐蚀。这些结果都表明PN-MAO复合涂层具有最好的耐蚀性。

(3)耐蚀性的提高归因于PVA分子与Nd3+和Mg2+离子的配位,形成PVA-Nd3+和PVA-Mg2+络合物,导致大量Nd3+聚集在涂层表面上,从而促进Nd(OH)3的生成。此外,形成的不溶性碳酸钕盐(包括NdCO3OH和Nd2(CO3)3)形成了此镁合金复合涂层在长期腐蚀过程中的自愈合能力。

    论文“ Corrosion resistance and mechanisms of Nd(NO3)3 and polyvinyl alcohol organic-inorganic hybrid material incorporated MAO coatings on AZ31 Mg alloy ”发表在《Journal of Colloid and Interface Science》(IF9.965, 630 (2023) 833–845, https://doi.org/10.1016/j.jcis.2022.10.087 50 days' free access 五十天免费下载。第一作者为山东科技大学材料科学与工程学院硕士研究生蔡磊,通讯作者为曾荣昌教授。

1.jpg1. (a) 极化曲线;(b) 波特图;(c) 能奎斯特图和拟合结果; (d-f) AZ31, MAO涂层和封孔涂层的拟合电路。

2.jpg图2. (a-e)AZ31, (f-j)MAO, (k-o)N-MAO和(p-t)PN-MAO在5 wt.%NaCl盐雾环境中暴露不同时间的数码相机照片;(u)AZ31, (v)MAO, (w)N-MAO, (x)PN-MAO的SEM图像和(y)盐雾试验360小时后样品的XRD图谱,(z)FT-IR光谱。

3.jpg

3. PVA + Nd(NO3)3溶液密封MAO涂层的示意图。

4.jpg

4. MAO密封涂层的腐蚀机理示意图:(ab) N-MAO(cd) PN-MAO




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1 郑永军

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