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镁合金腐蚀研究进展(81)—NaOH和AlMn相对AZ31和AM30镁合金表面原位蒸汽水滑石涂层耐蚀性的影响

已有 906 次阅读 2024-1-19 17:48 |个人分类:科研进展|系统分类:博客资讯

    通过原位蒸汽法在镁合金表面制备水滑石(layered double hydroxides, LDH)涂层需要基体本身提供LDH形成所需的Al源。然而,直接暴露于样品表面的Al量相对较少,导致LDH含量偏低,耐蚀性降低。因此,让基体中暴露出更多的Al相是提高LDH涂层耐腐蚀性能的重要途径。用NaOH预处理基体使基体表面Al元素活化,然而,原位碱性蒸汽环境对LDH形成的影响尚未得到研究。

    盐雾和电化学实验结果表明,在蒸汽源中加入0.01M NaOH制备的LDH涂层耐蚀性能最好。AM30合金及其LDH涂层耐蚀性都优于AZ31及其LDH涂层。NaOH影响蒸汽LDH涂层的生长和性能。随着NaOH浓度的增加,蒸汽LDH涂层的耐蚀性能增加。LDH涂层的耐蚀性能先增加后降低。其中,AM30-NaOH-0.01涂层的耐腐蚀性最好。

    在蒸汽源中加入NaOH后,反应环境为碱性,具有OH-(碱液滴)的水蒸汽将粘附在AM30合金的表面。随后,Al-Mn相周围的α-Mg与水分子反应形成Mg(OH)2。同时,来自空气的CO2溶解在碱性溶液中形成CO32-。较高的pH和温度会促进含铝相的溶解。AM30-NaOH-0.01涂层中Al元素含量最高,而Al元素含量会随着NaOH浓度的增加而降低。所得Al3+同晶取代Mg(OH)2层中的Mg2+,然后将其与涂层中的CO32-插层以形成LDH结构。值得注意的是,在横截面EDS图谱中没有发现Mn元素。一种假设是,由于α-Mg在Al-Mn相周围的优先腐蚀,Al-Mn相从样品中分离,然后Al-Mn相本身发生微电偶腐蚀。当Al相溶解时,Mn相以固体或离子的形式存在于样品表面的液膜中。

    当NaOH含量过量时,将发生两个反应。一种是LDH涂层中存在的类似于Al(OH)3的两性氢氧化物,它处于不稳定状态,并与OH-反应形成AlO2-,因此它很容易溶于表面水性膜中。这使得原来致密均匀的蒸汽LDH涂层部分退化或产生间隙,使涂层的耐腐蚀性降低。另一种是基质中的含铝相也直接过度反应生成AlO2-,从而抑制LDH结构的生成。换句话说,向蒸汽源中添加适当浓度的NaOH对蒸汽LDH涂层的生长有促进作用。然而,当NaOH的浓度过高时,在LDH中的含Al物质(Al(OH)3)降解或在基质中的Al源反应过度,例如AM30-NaOH-0.1AM30-NaOH-1样品,涂层的密度降低并在涂层中产生间隙或抑制了涂层的生长。最终,基材无法得到保护,从而发生腐蚀。

    本文优化了原位蒸汽法制备水滑石(LDH)工艺,研究了NaOH浓度对LDH涂层的形貌、结构、附着力和耐腐蚀性的影响,阐明了蒸汽源中NaOH浓度对蒸汽LDH涂层生长的影响,并讨论了LDH涂层的形成机理以及Al-Mn相含量对涂层耐腐蚀性能的影响,为原位蒸汽涂层技术的发展提供了新的见解。

   该文章"Corrosion resistance of in situ steam LDH coating on AZ31 and AM30 Alloys: Influence of NaOH and Al–Mn phase"发表在《Smart Materials in Manufacturing2024年第210045。第一作者为研究生赵岩杰,通讯作者为张芬和曾荣昌。

Fig. 13



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1 郑永军

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