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材料研究学报  2018, Vol. 32 Issue (1): 42-50    DOI: 10.11901/1005.3093.2017.155
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镁锂合金表面水性SiO2@PANI/VTMS涂层的防腐蚀性能
高晓辉1,2, 景晓燕1(), 李玉峰3, 祝晶晶2, 祁实2
1 哈尔滨工程大学材料科学与化学工程学院 哈尔滨 150001
2 齐齐哈尔大学化学与化学工程学院 齐齐哈尔 161006
3 齐齐哈尔大学材料科学与工程学院 齐齐哈尔 161006
Anticorrosion Properties of Waterborn SiO2@PANI/VTMS Coating on Surface of Mg-Li Alloy
Xiaohui GAO1,2, Xiaoyan JING1(), Yufeng LI3, Jingjing ZHU2, Shi QI2
1 College of Material Science and Chemical Engineering, Harbin Engineering University, Harbin 150001, China
2 College of Chemistry and Chemical Engineering, Qiqihar University, Qiqihar 161006, China
3 College of Materials Science and Engineering, Qiqihar University, Qiqihar 161006, China
引用本文:

高晓辉, 景晓燕, 李玉峰, 祝晶晶, 祁实. 镁锂合金表面水性SiO2@PANI/VTMS涂层的防腐蚀性能[J]. 材料研究学报, 2018, 32(1): 42-50.
Xiaohui GAO, Xiaoyan JING, Yufeng LI, Jingjing ZHU, Shi QI. Anticorrosion Properties of Waterborn SiO2@PANI/VTMS Coating on Surface of Mg-Li Alloy[J]. Chinese Journal of Materials Research, 2018, 32(1): 42-50.

全文: PDF(2919 KB)   HTML
摘要: 

用γ-(2, 3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷(GPTMS)对纳米二氧化硅(SiO2)表面进行修饰,再引入苯胺合成了化学键合的核壳型聚苯胺(PANI)接枝SiO2 (SiO2@PANI)溶胶;经乙烯基三甲氧基硅烷(VTMS)原位包埋后得到可直接涂在镁锂合金(Mg-Li)表面的SiO2@PANI/VTMS水性溶胶。使用红外光谱(FT-IR)、X射线粉末衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、透射电子显微镜(TEM)等手段表征了SiO2@PANI粒子的结构与形貌;测量极化曲线和电化学阻抗(EIS)表征了SiO2@PANI/VTMS涂层对Mg-Li合金的防腐蚀性能;讨论了苯胺用量和VTMS用量对SiO2@PANI的粒径、涂层疏水性以及防腐蚀性能的影响,给出了可能的防腐蚀机理。结果表明,m(An):m(TEOS)=7:100、m(VTMS):m(TEOS)=4:4的SiO2@PANI/VTMS涂层对Mg-Li合金具有优异的防腐蚀性能,涂层水接触角高达145.5°,电化学阻抗值达到7.5×104 Ωcm2,腐蚀电流密度仅为4.47×10-8 A/cm2。
关键词 ： 材料失效与保护,  聚苯胺,  纳米SiO2,  化学键合,  镁锂合金,  防腐蚀    
Abstract：

Nano-SiO2 was firstly modified by (3-glycidoxypropyl)-trimethoxylsilane (GPTMS), and then was grafted with polyaniline (PANI) to form nano-SiO2 (SiO2@PANI) sol with core-shell structure through chemical bonding. Further, the nano-SiO2 (SiO2@PANI) sol was in situ embedded with vinyl trimethoxysilane (VTMS) to prepare the water-born SiO2@PANI/VTMS sol, which can be used as coating material for Mg-Li alloy. The structure and morphology of SiO2@PANI were characterized by Fourier transform infrared spectrum (FT-IR), X-ray diffractometer (XRD), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and transmission electron microscopy (TEM) etc. The corrosion resistance of the coating was assessed by potentiodynamic polarization curves and electrochemical impedance spectra (EIS). The effect of aniline- and VTMS-dosage on the particle size, hydrophobic property and corrosion resistance of SiO2@PANI were also examined, and the possible anticorrosion mechanism was proposed. The results show that the SiO2@PANI/VTMS coatings have a high hydrophobic angle, which could reach 145.5° when m(An):m(TEOS)=7:100 and m(VTMS):m(TEOS)=4:4. The composite coatings on Mg-Li alloy present excellent corrosion resistance performance with electrochemical impedance value 7.5×104 Ωcm2 and corrosion current density 4.47×10-8 A/cm2.
Key words： materials failure and protection    polyaniline    nano-silica    chemical bonding    Mg-Li alloy    anticorrosion
收稿日期: 2017-02-28     
ZTFLH:  TB304  
基金资助:国家自然科学基金(51401113),黑龙江省博士后科研启动金(LBH-Q13171)
作者简介:

作者简介 高晓辉,女,1972年生,副教授
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图1  SiO2、PANI和SiO2@PANI的红外光谱图
图2  SiO2、PANI和SiO2@PANI的X射线衍射谱图
图3  SiO2@PANI的X射线光电子能谱
图4  SiO2和m(An):m(TEOS) 不同的SiO2@PANI的透射电子显微镜照片
图5  m(An):m(TEOS) 不同的SiO2@PANI的粒径分布
图6  苯胺用量不同的SiO2@PANI/VTMS复合涂层Mg-Li合金的极化曲线
m(An)：m(TEOS) Electrical conductivity/Scm-1 Contact angle/° Corrosion rate/mma-1 Rp/Ωcm2 Icorr/Acm-2 Ecorr/V PEF/%
Mg-Li — — 1.24×100 5.50×10 4.74×10-4 -1.61 ——
3:100 3.2×10-4 139.4 1.02×10-1 6.67×103 3.91×10-6 -1.57 99.17
5:100 6.9×10-3 140.9 1.60×10-2 4.26×104 6.12×10-7 -1.48 99.87
7:100 7.4×10-2 140.2 3.19×10-3 2.58×105 1.01×10-7 -1.22 99.98
10:100 3.8×10-2 135.7 1.97×10-2 3.47×104 7.51×10-7 -1.29 99.84
20:100 4.2×10-2 129.8 3.57×10-2 1.91×104 1.36×10-6 -1.38 99.71
表1  苯胺用量不同的SiO2@PANI的电导率及SiO2@PANI/VTMS复合涂层接触角和极化曲线拟合数据
图7  苯胺用量不同的SiO2@PANI/VTMS复合涂层Mg-Li合金的电化学阻抗谱
m(VTMS)：m(TEOS) Contact angle/° Adhesion / grade Corrosion rate/mma-1 Rp/Ωcm2 Icorr/Acm-2 Ecorr/V PEF/%
Dry Wet
1:4 124.8 2 4 1.09×10-1 6.27×103 4.16×10-6 -1.43 99.12
2:4 131.2 1 2 1.89×10-2 3.61×104 7.22×10-7 -1.30 99.85
3:4 140.2 0 1 3.19×10-3 2.58×105 1.01×10-7 -1.22 99.98
4:4 145.5 0 0 1.17×10-3 5.84×105 4.47×10-8 -1.17 99.99
6:4 139.7 0 0 2.25×10-3 3.04×105 8.57×10-8 -1.20 98.98
表2  VTMS用量不同的SiO2@PAN/VTMS复合涂层的接触角、附着力和极化曲线拟合数据
图8  VTMS用量不同的SiO2@PANI/VTMS复合涂层Mg-Li合金的极化曲线
图9  VTMS用量不同的SiO2@PANI/VTMS复合涂层Mg-Li合金的电化学阻抗谱
图10  涂层下Mg-Li合金表面Mg 1s和O 1s的高分辨X射线光电子能谱
图11  SiO2@PANI/VTMS涂层对Mg-Li合金的防腐蚀机理
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