耐腐蚀Mg-Li合金的腐蚀与防护及其性能研究进展
1.
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Research Progress on Corrosion and Protection of Corrosion-resistant Mg-Li Alloys
1.
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通讯作者: 王俊升,E-mail:junsheng.wang@bit.edu.cn,研究方向为航空航天轻质铝合金、镁合金的设计与开发,铝合金、镁合金表面腐蚀与防护
收稿日期: 2022-09-28 修回日期: 2022-10-24
基金资助: |
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Corresponding authors: WANG Junsheng, E-mail:junsheng.wang@bit.edu.cn
Received: 2022-09-28 Revised: 2022-10-24
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作者简介 About authors
田光元,男,1993年生,博士生
高比强度和高比刚度Mg-Li合金,由于其出色的减重效果,是理想的航空航天金属结构工程材料。然而,由于其耐腐蚀性能较差,严重制约了其在一些服役环境中的广泛应用。因此,耐腐蚀Mg-Li合金的成分、工艺研制是未来发展的重要方向。本文综述了其腐蚀机理及不同类型表面防护 方法 (金属涂层、阳极氧化、导电性-屏蔽性聚合物涂层和智能涂层)、研究现状与未来应用。同时,分析了不同类型腐蚀防护方法的优势与局限性问题,讨论了耐腐蚀Mg-Li合金腐蚀与防护的未来研究趋势,以期为耐腐蚀Mg-Li合金开发提供新思路。
关键词:
Mg-Li alloys with high specific strength and stiffness are ideal metal structural engineering materials for aerospace due to their excellent weight reduction effect. However, their poor corrosion resistance severely limits the wide application in some service environments. Therefore, in order to meet the demand of application, it is still necessary to adjust and optimize the composition of corrosion resistant Mg-Li alloys and improve its preparation process in the future. The research status on corrosion mechanism and different types of surface protection methods (metallic coating, anodic oxidation, conductive-shielded polymer coating, and smart coating), as well as future applications of corrosion-resistant Mg-Li alloys were summarized in this paper. Meanwhile, the advantages and limitation of different types of corrosion protection methods were analyzed, and the future research directions of corrosion and protection for corrosion resistant Mg-Li alloys are discussed so that to provide new ideas for future development of higher corrosion-resistant Mg-Li alloys.
Keywords:
本文引用格式
田光元, 严程铭, 杨智皓, 王俊升.
TIAN Guangyuan, YAN Chengming, YANG Zhihao, WANG Junsheng.
相比其他金属材料,镁锂 (Mg-Li) 合金是最轻的金属结构材料 (密度<1.6 g·cm-3)。面对全球能源资源的严重短缺,航空、航天等行业对节能轻质结构材料的需求日益迫切。同时,Mg-Li合金具有良好的可铸性、比强度和比刚度,被研究人员认为是一种最理想的工程材料[1, 2]。然而,Mg-Li合金的耐腐蚀性导致其难以满足实际工程应用。由于Mg (Mg=Mg2++2e Eθ=-2.37 V) 和Li (Li=Li++e E θ=-3.05 V) 都是活泼金属,能与O2和水蒸气发生化学反应产生疏松多孔的氧化膜等腐蚀产物,不能有效保护基体且在腐蚀性环境中存在电位差,易发生自耦腐蚀[3~5]。与常规Ti、Al和Cu等金属相比,其表面无法形成具有耐腐蚀性的氧化膜层,若基体没有防护,Mg-Li合金则会迅速腐蚀导致失效[6]。目前,研究人员通过提高合金的纯度和合金化元素来提高Mg-Li合金的耐腐蚀性,但是效果并不明显,无法从根本上控制Mg-Li合金腐蚀,因此设计开发具有工程应用价值的耐腐蚀Mg-Li合金防护技术是突破瓶颈的有效途径[7]。因此,本文综述了Mg-Li合金腐蚀和防护技术的最新研究进展。
本文基于前人已公开发表的最新文献,对Mg-Li合金腐蚀机理以及不同类型表面防护涂层的制备方法、研究现状、优缺点和发展前景与应用进行了综述,旨在为新型高性能耐腐蚀Mg-Li合金的研发与表面防护提供指导。
1 耐腐蚀Mg-Li合金 (HCP、BCC、HCP+BCC) 腐蚀机理研究
根据二元Mg-Li相图,Mg-Li合金具有3种不同的晶体结构,分别为HCP结构 (Li含量:<5.7%,质量分数,下同),HCP+BCC双相结构 (Li含量:5.7%~10.3%) 和BCC结构 (Li含量:>10.3%)。研究表明,Mg-Li合金的腐蚀行为与不同的晶体结构密切相关。为进一步了解其腐蚀行为,对3种不同晶体结构的镁锂合金的腐蚀行为进行了综述总结。
1.1 HCP α-Mg单相结构Mg-Li合金的腐蚀行为
Li含量低于5.7%时,Mg-Li合金主要由HCP晶体结构的α-Mg相组成,与传统的镁合金具有相同的晶体结构,故其腐蚀行为相似。Ye等[8]研究了挤压对Mg-5Li-5Al-0.6Y合金腐蚀行为的影响,说明挤压后均匀细小的第二相沿挤压方向分布在α-Mg基体中,降低了微电偶腐蚀,形成致密均匀的腐蚀产物。Yang等[9]报告了两种α-Mg基Mg-Li合金 (LAZ131和LAZ531) 中晶界和晶粒取向的腐蚀和放电行为。随着腐蚀和放电过程的进行,晶界处优先受到攻击,加速α-Mg基Mg-Li合金的溶解。而且 (10
表1 LC41合金在SBF中电化学极化实验的结果总结
Table 1
Condition | Ecorr / Vvs SCE | IcorrA·cm-2 | CR mm·a-1 | RpkΩ·cm2 |
---|---|---|---|---|
H | -2.22 | 1.02 ×10-3 | 27.20 | 0.122 |
AR | -2.00 | 4.50 ×10-4 | 12.30 | 0.266 |
RA | -2.18 | 3.54 ×10-5 | 0.94 | 1.864 |
1.2 HCP α-Mg+BCC β-Li双相结构Mg-Li合金的腐蚀行为
当Li含量在5.7%~10.3%时,Mg-Li合金由HCP α-Mg和BCC β-Li组成。因α-Mg和β-Li之间存在电位差,导致了双相Mg-Li合金在腐蚀溶液中形成了电偶腐蚀,加速了合金的腐蚀。正如Song等[11]研究了Mg-8Li合金在NaCl溶液中的腐蚀机理,如图1所示。Mg-8Li合金优先从α-Mg和β-Li相边界开始发生局部腐蚀,然后再向β-Li相发生丝状腐蚀。此外,Song等[12]研究Mg-8Li在腐蚀过程中表面腐蚀产物的组成,其包括4层:最外层为Mg(OH)2和Li2O的混合物;第2层为Mg(OH)2、Li2O和MgO的混合物;第3层为Mg(OH)2、MgO、LiOH、Li2O和Mg的混合物;最内层为MgO、Li2O、Li和Mg的混合物,如图2展示了HCP+BCC Mg-Li合金表面腐蚀层的形成。
图1
图2
1.3 BCC β-Li单相结构Mg-Li合金的腐蚀行为
综上,Mg-Li合金在腐蚀性水溶液中的腐蚀反应过程除包括式 (
同时考虑到环境中存在O2和CO2,致使腐蚀产物将发生进一步反应:
2 不同类型表面防护涂层
超轻质Mg-Li合金在实际应用环境中耐腐蚀性差且相对传统镁合金更难防护,严重限制了其在汽车、航空航天、医疗等领域的应用。其中,Mg-Li合金表面发生微电偶腐蚀和表面氧化膜松散是主要的原因。因此,随着Mg-Li合金在各行各业的广泛应用,研究开发高效的Mg-Li合金防腐蚀技术正成为一项重要的任务。近年来,Mg-Li合金的表面防护技术主要集中在阳极氧化、电镀与化学镀、化学转化涂层、冷热喷涂[14]、导电性-屏蔽性聚合物涂层和超疏水涂层等,如下文对不同类型的表面防护进行了综述,为Mg-Li合金的开发与防护提供了新思路。
2.1 阳极氧化
阳极氧化技术是一种电解钝化工艺,通过在电解液中外加电流致使Mg-Li合金 (阳极) 表面发生氧化,形成具有耐腐蚀性的氧化薄膜。该技术的优点是在基材表面原位生成阳极氧化膜,与基体具有较强的结合强度、耐腐蚀性。阳极氧化技术最早在1993年,Sharma等[15]通过在K2Cr2O7+(NH4)2SO4电解液中外加电流在Mg-Li合金表面获得了黑色阳极氧化膜层,提升了Mg-Li合金的抗腐蚀性,该涂层主要利用镁锂合金基体与电解液中的六价Cr离子发生氧化还原反应形成薄膜,具体反应如下:
微弧氧化 (MAO) 技术又称为等离子体氧化 (PEO),是在阳极氧化技术的基础上发展起来的,通过将常规阳极氧化与高压火花/电弧放电相结合,经瞬时高温高压在合金表面原位形成陶瓷氧化膜[20]。与常规阳极氧化相比,微弧氧化膜具有较小的空隙和较低的孔隙率,且所形成的陶瓷氧化膜具有耐磨、耐高温、电绝缘性好,与Mg-Li合金基体结合强度高等诸多优点。Wu等[21]以硅酸盐为基础电解液,硫酸铜 (CuSO4·5H2O) 为着色剂,通过优化配方设计和工艺制备了具有优异耐腐蚀性的着色涂层,致使Mg-Li合金的耐腐蚀性达到国标9级。Zhang等[22]利用Na2SiO3·9H2O、NaOH和NaF组成的碱性电解液制备了MAO陶瓷涂层,提升了Mg-10Li-3Al-3Zn镁锂合金的耐腐蚀性。Li等[23]通过在电解质中加入添加剂 (TiO2、SiO2、石墨烯等),在Mg-8Li合金PEO过程中,添加剂可以结合到氧化物涂层中,形成具有较少气孔等缺陷的致密涂层,提升了Mg-Li合金的耐腐蚀性和耐磨性。
但是,Mg-Li合金在微弧氧化过程中会产生微缺陷,以微孔、微裂纹、气孔等不同形态存在,严重削弱Mg-Li合金的耐腐蚀性。而且在微弧氧化过程中,微缺陷的产生是难以避免的,通过工艺优化虽能降低微缺陷的形成,但不能从根本上解决缺陷问题。同时,合金中的Li对MAO工艺、涂层结构和性能有很大影响,高活性Li在氧化过程参与火花放电,与传统镁合金相比,Li会使MAO涂层松散,降低耐腐蚀性。因此,未来的研究应该集中在 (1) Li对MAO工艺中电解液和电参数的选择以及优化方面; (2) 研究含MAO涂层Mg-Li合金的后处理技术 (如,密封微孔),以消除MAO涂层中的微孔等缺陷,提升Mg-Li合金的耐腐蚀性; (3) Mg-Li合金表面制备功能化MAO涂层,如光催化、自清洁、防污等。
2.2 金属涂镀层
目前,金属涂镀层制备的方法主要包括电镀、化学镀、物理气相沉积以及热喷涂等。此外,近年来金属基复合镀层也得到了迅速发展。Ji等[24]通过电镀和硬脂酸改性在Mg-8Li-Ca合金表面电沉积获得了具有纳米结构的超疏水Ni-Cu-SiC复合镀层,显著提升了Mg-Li合金的耐腐蚀性,其腐蚀电流密度相对Mg-Li合金基体 (1.36×10-3 A·cm-2) 降低了一个数量级 (8.26×10-4 A·cm-2)。Yin等[25]以焦磷酸铜作为镀液的主要盐在Mg-Li合金表面获得了电镀铜镀层,致使Mg-Li合金的自腐蚀电流密度降低至 (3.548±0.54)×10-5 A·cm-2,相对基体降低了两个数量级。
化学镀是一种在基材表面上发生自催化反应,将镀液中的金属离子还原为金属沉积在基材表面[26]。目前,在Mg-Li合金表面上化学镀镍主要有两种方法,即直接化学镀镍和浸锌。虽然化学镀镍相比于电镀具有无需外加电流的优点,但是这种方法在合金刻蚀和转化涂层过程使用了六价Cr和氢氟酸,对环境有害且浸锌工序复杂。为此,Zou等[27]提出了一种超声波搅拌化学镀Ni-P镀层,环保型Ce(NO3)3-KMnO4溶液用于镁锂合金预处理。Li等[28]采用水热法和化学镀获得了CeO2@GO-Ni-P复合涂层,使得镁锂合金的自腐蚀电位向正电方向偏移1.28 V,自腐蚀电流密度降低了两个数量级 ((1.41±0.13)×10-6 A·cm-2),这归因于CeO2纳米颗粒和GO对Ni-P涂层的协同作用。
Sun等[29]采用热喷涂技术在LA141合金表面获得了铁基非晶涂层,提升了Mg-Li合金的耐腐蚀性和耐磨性。Jiang等[30]采用激光熔覆技术在Mg-10Li合金表面制备了Ni-Ti-Cu/Cu-Al多元功能梯度金属涂层,使得Mg-Li合金的抗腐蚀性和耐磨性有了较大提升。近年来,激光熔覆虽可在金属表面制备具有高硬度、先进耐磨性和耐腐蚀性的金属涂层,但是其在Mg-Li合金的表面应用上仍面临着挑战。一方面激光熔覆利用高能量的激光束辐照作用,会导致Mg-Li合金表面处于高温蒸发状态,产生气孔缺陷;另一方面在Mg-Li合金表面制备具有高熔点的金属涂层时,因其熔点甚至高于Mg-Li合金沸点,熔覆过程中将造成基体溶解或表面大量Li元素挥发。
金属涂镀层不仅能提升Mg-Li合金的耐腐蚀性,而且能起到保护基材的装饰作用。但是金属涂镀层也存在难以解决的缺陷。如电镀过程中因存在电流密度的不均匀分布,会导致复杂形状的电镀不均匀;因Mg-Li合金易发生电偶腐蚀,电镀过程中与另一种金属接触会导致Mg-Li合金表面形成局部腐蚀电池,导致点蚀发生。此外,金属涂镀层功能较为单一,无法满足Mg-Li合金的多功能化。因此,未来应该开发耐腐蚀、高强度、多功能的金属涂镀层,提升Mg-Li合金的实际应用范围。同时,基于现有文献,关于稀土元素与纳米增强相复合的金属涂层研究较少,应该加大Mg-Li合金表面稀土元素复合涂层的研究,朝着多元多功能化方向发展。
2.3 导电性-屏蔽性聚合物涂层
导电性-屏蔽性聚合物涂层是指将具有导电性或屏蔽性 (不导电性) 的聚合物涂覆在Mg-Li合金表面上形成具有特定防护功能的涂层,是一种最直接有效的防护手段。其中,常用的导电性聚合物有聚苯胺 (PANI),聚吡咯 (Ppy) 和聚甲基苯胺 (POT) 及其相应衍生物等。导电性聚合物涂层具有氧化还原的特性致使基体表面形成具有保护性的钝化膜层,起到防护效果。该涂层既保留了Mg-Li合金的金属特性又起到了耐腐蚀的作用。相反,屏蔽性聚合物涂层虽不具有导电性,但具有良好的阻隔防护性。当基材处于腐蚀性环境中,屏蔽性聚合物涂层可以抑制基材表面发生电荷转移,从而阻止基材溶解,提升基材的耐腐蚀性能。常见的屏蔽性聚合物涂层有环氧树脂涂层[31]。
Maurya等[32]通过原位聚合合成的方法在Mg-9Li-7Al-1Sn和Mg-9Li-5Al-3Sn-1Zn表面制备了聚苯胺/石墨烯 (PANI/Gr) 涂层,研究表明PANI/Gr涂层具有优异阻隔特性和阳极保护作用,这主要归因于PANI的氧化还原能力。Chen和Shen[33]通过化学氧化法合成PANI-SiO2复合材料并利用环氧树脂 (EP) 作为成膜物在Mg-11.5Li-1.5Al-0.7La合金表面形成了含PANI的导电复合涂层。电化学阻抗测试 (EIS) 表明在腐蚀性环境中,复合涂层的阻抗值保持在106 Ω·cm2以上,表现出优异的耐腐蚀性。Li等[34]采用 (3-环氧丙氧基丙基) 三甲氧基硅烷 (GPTMS) 改性SiO2合成了共价连接的核壳结构的SiO2@PANI溶胶,用于Mg-Li合金表面形成具有耐腐蚀性的疏水涂层,其腐蚀电流密度仅为6.7×10-7 A·cm-2。然而,导电性聚合物涂层也存在一定的缺陷,如稳定性较差,其保护性能随着导电聚合物中存储的电荷的减少而降低。因此,需要定时更换以更好发挥导电性聚合物涂层的保护性能。Chen等[35]采用熔融挤出和喷涂相结合制备了具有增强Mg-Li合金防腐蚀性能和耐磨性的聚多巴胺 (PDA) 改性MoS2/EP的粉末涂料,电化学测试结果表明Mg-Li合金的腐蚀电流密度降低了4个数量级,显著提升了防腐蚀性,这归因于改性的纳米MoS2在EP中良好的分散性和涂层与基体较好的粘附性以及MoS2@PDA的应用增强了涂层的阻隔性。Gnedenkov等[36]通过等离子体电解氧化法 (PEO) 利用超分散聚四氟乙烯 (SPTFE) 作为含氟有机材料形成了复合含氟聚合物涂层。与PEO涂层相比,SPTFE-PEO涂层的耐腐蚀性和耐磨性提升了4个数量级。Yu等[37]在Mg-4Li-1Ca合金表面制备了微弧氧化 (MAO) /壳聚糖 (CS) 复合涂层,提高了合金的耐腐蚀性和抗菌效果。这主要是由于复合涂层解决了MAO涂层表面的微孔等缺陷以及MAO涂层可以为CS浸涂提供多孔表面或物理活性位点,增强了复合涂层的结合强度。同时,MAO/CS相对基体为负极或阳极,提供了牺牲阳极的保护性。目前,屏蔽性聚合物涂层虽因其具有良好的阻隔防护性被广泛工程应用,但是其不耐高温,以及制备加工过程中使用了含氟等易于挥发的有毒物质,如EP涂层制备需要使用固化剂等物质,制备过程繁琐。
对于导电性-屏蔽性聚合物涂层,未来应该朝着绿色环保的角度发展,简化操作步骤。对于导电性聚合物涂层未来可以向混合导电聚合方向发展,相互结合发挥各自的优势,如导电聚合物与有机-无机纳米粒子杂化[38]。屏蔽性导电聚合涂层应大力发展无固化剂的水性环氧树脂涂层,减少有机溶剂的使用,从而提升涂层的耐腐蚀性。
2.4 智能涂层
Ouyang等[5]通过一步电沉积技术制备了具有微/纳米结构的仿生超疏水Mg-Li合金,腐蚀电流密度为4.36×10-8 A·cm-2,相对于裸Mg-Li合金降低了4个数量级;同时,该超疏水涂层具有自清洁和防污效果。Wang等[42]在Mg-Li合金表面制备了MCM-22和Ce-MCM-22分子筛的环氧涂层,通过划痕实验验证了该涂层对基材具有良好的自修复保护能力,如图3展示了含有Ce-MCM-22划痕的环氧涂层浸入0.35%NaCl溶液中的不同时间SEM和Ce面扫图像,可以清晰观察到浸泡40和120 h后,越来越多的Ce迁移到划痕区域,表现出明显的自修复性能。Cui等[43]在Mg-1Li-1Ca合金上通过水热法构建了SnO2掺杂的Ca-P-Sn涂层,电化学测试表明Ca-P-Sn涂层使得Mg-Li合金的耐腐蚀性提升了1倍;同时,细胞实验验证了该涂层具有良好的抗菌性能。李玉峰等[44]采用溶胶-凝胶法和乙烯基三甲基硅烷改性在Mg-10Li-2Al-1Gd表面获得了具有防腐蚀和自清洁的超疏水表面,致使Mg-Li合金的阻抗值达到105 Ω·cm2,腐蚀电流密度仅为6.19×10-8 A·cm-2。
图3
图3
含Ce-MCM-22的划痕环氧涂层在0.35%NaCl溶液中浸泡不同时间的SEM和Ce映射分析图像。(注:扫描前浸入120 h后,划痕样品的涂层从Mg-Li合金剥离)[42]
Fig.3
SEM (a, c, e) and Ce mapping analysis images (b, d, f) of scratched epoxy coating containing Ce-MCM-22 immersed in 0.35%NaCl solution at different immersion times: (a, b) 1 h, (c, d) 40 h, (e, f) 120 h. (Note: the coating was peeled away from Mg-Li alloy for the scratched sample after 120 h immersion before scanning)[42]
智能涂层的配方是由热固性、热塑性或弹性聚合物树脂和增强剂 (颗粒状或纤维状) 组成的复合涂层[40]。其沉积制备技术主要有浸涂、喷涂、旋涂和辊涂等。总之,目前智能防腐涂层主要涉及在聚合物基体中加入缓蚀剂和/或者其他抑制剂颜料和添加剂,以提供智能涂层的腐蚀传感、自修复、自清洁、防冰和耐腐蚀等特性,从而提升基体的整体防护效果。此外,在积极发展智能涂层的过程中还要考虑缓蚀剂和添加剂所引起的不相容性,以导致智能涂层起泡和分层等现象致使其过早失效。同时,随着绿色环保和纳米科技的迅速发展,在解决不相容性的前提下,积极开发设计新的配方以适应导致基体腐蚀及其伴随着故障的复杂实时条件,朝着多功能环保的方向稳步前行。
3 展望及结语
Mg-Li合金具有质轻、比强度高、易于回收和阻尼性好等特性。随着全球资源和能源危机的日益加剧,Mg-Li合金的研发和工程化将缓解能源危机、节能减排。但是,Mg-Li合金耐腐蚀性差抑制了其广泛推广,研发耐腐蚀Mg-Li合金将有效解决这个问题。
在国家重大工程和军事领域 (如嫦娥登月、载人航天等),耐腐蚀Mg-Li合金将成为最理想的轻量化材料。在航天领域,具有智能涂层的耐腐蚀Mg-Li合金用于遥感卫星的主体结构件和太阳能板支架,既能满足卫星轻量化、使用效率高和低成本等要求,又能起到自清洁、耐腐蚀的效果,降低太空灰尘等污染物对太阳能转化率的影响。此外,高性能耐腐蚀Mg-Li合金在大飞机机匣、机头壳,导弹的舱体,导弹弹翼,和坦克零部件等领域具有巨大的应用潜力。
缺乏优异的耐腐蚀性能是制约Mg-Li合金广泛应用的关键问题。虽然近年来对镁锂合金在腐蚀和表面防护方面取得了一定的进展,通过Mg-Li合金的腐蚀行为及影响的文献,总结不同结构Mg-Li合金的腐蚀机理,综述当前Mg-Li合金的表面防护方法,目前仍未达到理想的防护效果,急需进一步提升改善。如,金属涂层的单一化功能;微弧氧化膜层的微孔缺陷;导电性-屏蔽性聚合物涂层有机物的挥发性与有毒性等。膜层与Mg-Li基体的结合强度、孔隙率以及膜层的多功能性是影响Mg-Li合金抗腐蚀性能的重要因素。未来Mg-Li合金的表面防护技术应该注重以下5个方面研究:
(1) 面对Mg-Li合金耐腐性差的问题,需开发表面处理复合工艺,发挥不同表面防护技术的优势,通过制备复合表面防护涂层以显著提升Mg-Li合金的耐腐蚀性。同时,要解决当前Mg-Li合金表面防护技术的单一性的缺陷,朝着价格低廉,绿色环保和多功能化的方向发展。
(2) Mg-Li合金的腐蚀行为主要与基体中Li的含量有关,未来需要进一步探讨不同结构的Mg-Li合金与传统镁合金的腐蚀机理以及腐蚀产物的区别,利用现代电化学方法和XCT等原位技术手段进行3D重构,量化Mg-Li合金的腐蚀过程,从而促进对Mg-Li合金腐蚀机理的深入研究。
(3) 未来可针对金属涂层单一化功能,研发新工艺和新成膜机理,与智能涂层相结合,开发具有防腐蚀超疏水的多功能涂层,进一步提升Mg-Li合金的抗腐蚀性。
(4) 研究开发新型高性能的荧光涂层,利用先进检测设备快速发现镁锂合金表面涂层的失效问题,便于进行快速修复,延长使用寿命。
(5) 通过对基体晶粒和第二相的分析,第二相的影响占主导地位。因此,在提升Mg-Li合金表面腐蚀防护技术的同时,加大Mg-Li合金的制备工艺和合金成分和物相组织的优化,以获得高强度高模量耐腐蚀Mg-Li合金,进一步扩大轻质高性能Mg-Li合金的应用范围。
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[J].
不锈钢表面聚苯胺纳米纤维/改性氧化石墨烯/水性环氧复合涂层的制备与防护性能研究
[J].在氧化石墨烯纳米片 (GO) 改性的基础上,于非盐酸介质中采用原位共聚法合成了聚苯胺纳米纤维/改性氧化石墨烯复合材料 (PANI-F/CTGO),将其作为防腐增效组分引入到水性环氧聚合物乳液 (WEP) 中构建复合涂料。采用电化学方法和盐雾实验研究了涂料在加速腐蚀条件下对不锈钢的腐蚀防护作用,对腐蚀产物结构进行了分析。复合材料中PANI-F与CTGO的化学键接提高了PANI-F/CTGO在环氧乳液中的分散性和相容性。非盐酸介质条件下制备的PANI纳米纤维没有腐蚀介质盐酸的引入,在涂层中能发挥出更好的耐蚀性;PANI-F/CTGO /WEP涂层具有较高的开路电位 (OCP) 值和阻抗模,耐盐雾时间达到720 h,显示了优异的防腐性能,这主要是PANI-F/CTGO的主动钝化与物理阻隔协同作用的结果。
Mechanical, tribological and anti-corrosive properties of polyaniline/graphene coated Mg-9Li-7Al-1Sn and Mg-9Li-5Al-3Sn-1Zn alloys
[J].The mechanical, tribological and corrosion protection offered to Mg-9Li-7Al-1Sn and Mg-9Li-5Al-3Sn-1Zn alloys by the epoxy coating containing polyaniline/graphene (PANI/Gr) pigments is undertaken in the current work. PANI/Gr containing coatings were observed to be strongly adherent with a higher scratch hardness (Hs) and plowing hardness (Hp), i.e. Hs of 0.43 GPa, and Hp of 0.61 GPa, respectively when compared to that of neat epoxy coating (Hs of 0.17 GPa, and Hp of 0.40 GPa, respectively). Due to their higher Hs and Hp values, PANI/Gr based coatings displayed an enhanced wear resistance (Wear volume, Wv = 4.53 × 10-3 m3) than that of neat epoxy coating (Wv = 5.15 × 10-3 m3). The corrosion protection efficiency in corrosive environment of 3.5 wt% NaCl solution was obtained to be >99% for PANI/Gr containing coatings when compared to that of neat epoxy coating. The charge-transfer resistance (Rct) of the PANI/Gr containing coatings were estimated to be >106 Ω cm2, which indicates their highly protective nature when compared to that of neat epoxy coating (Rct $\widetilde{1}$05 Ω cm2). Hence, PANI/Gr containing coatings can be potentially used for wear resistance and corrosion protection applications in marine environments.
Anti-corrosion properties of polyaniline containing coatings on Mg-Li alloy
[J].
镁锂合金表面含聚苯胺复合涂层的防腐性能研究
[J].
Synthesis of stabilized dispersion covalently-jointed SiO2@polyaniline with core-shell structure and anticorrosion performance of its hydrophobic coating for Mg-Li alloy
[J].
Developing polydopamine modified molybdenum disulfide/epoxy resin powder coatings with enhanced anticorrosion performance and wear resistance on magnesium lithium alloys
[J].
Composite fluoropolymer coatings on the MA8 magnesium alloy surface
[J].
Self-degradation of micro-arc oxidation/chitosan composite coating on Mg-4Li-1Ca alloy
[J].
Research progress of corrosion Inhibitor for Mg-alloy
[J].
镁合金缓蚀剂研究进展
[J].镁化学性质活泼,在水溶液环境中腐蚀速度较快,很大程度上制约了镁合金的大规模应用。缓蚀剂是目前腐蚀与防护领域应用最广泛的一种技术,具备高效、成本低等特点,可在工业应用中大幅度提高镁合金的耐蚀性能。本文依据缓蚀剂的化学组成进行分类,概述无机、有机缓蚀剂以及复配缓蚀剂的研究进展,通过总结缓蚀机理对镁合金缓蚀剂未来的研究方向提出了展望。
Potential use of smart coatings for corrosion protection of metals and alloys: a review
[J].
Preparation and performance analysis of different types of corrosion protective coatings on carbon metal surfaces
[J].
碳钢表面不同耐蚀涂层的制备与性能浅析
[J].
Developments in smart anticorrosive coatings with multifunctional characteristics
[J].
Smart epoxy coating containing Ce-MCM-22 zeolites for corrosion protection of Mg-Li alloy
[J].
In vitro corrosion resistance and antibacterial performance of novel tin dioxide-doped calcium phosphate coating on degradable Mg-1Li-1Ca alloy
[J].
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