铜基体上功能复合涂层的制备及腐蚀电化学行为研究

论文摘要

现在海洋开发时代的到来，海洋资源开发、海上运输以及海港和海防建设等领域都需要大量的金属，仅海洋工业一项，每年就消耗铜合金十万吨以上。一般情况下，铜被列为耐腐蚀性金属之一，因为其具有比氢更高的正电位（+0.35V），不会发生氢的去极化作用。然而,随着使用时间的推移,铜将受到不同程度的直接和间接损坏,通常损坏的形式包括腐蚀、断裂，尤其是在恶劣的环境中很容易被侵蚀，如氯化物，硫化物等，这就限制了其广阔的应用前景。近年来，海洋贻贝粘附蛋白新型生物粘合剂在潮湿的环境中仍具有很强的粘结力，这一发现引起了研究学者的兴趣，关于这方面的文献报道也很多。多巴胺（dopamine，DA，又名3-羟酪胺）作为下丘脑和脑垂体腺中的重要儿茶酚胺类神经递质，在健康和疾病的控制、预防中起着重要的作用。而且具有高强度、高韧性和防水性，因此具有广泛的应用前景。基于多巴胺以上的特性，本文主要利用多巴胺基团上的儿茶酚基吸附在铜基体上，再通过溶液浸泡法吸附十一巯基十一烷酸（MUA）单层膜和十一巯基十一烷酸（MUA）/十二硫醇（SH）复合膜。通过X射线衍射、扫描电子显微镜、接触角测试、动电位极化曲线和电化学阻抗谱等手段来表征该复合涂层的结构和性能。研究发现，MUA膜的吸附使得涂层更加的致密，抗腐蚀性能也比纯铜和吸附有单一聚多巴胺膜的要好很多。更主要的是，从动电位极化曲线图中看出，十一巯基十一烷酸（MUA）/十二硫醇（SH）复合膜比单一的MUA膜的极化电流密度要低，而且出现了一个很大的平台，这更说明了其抗腐蚀性能好。针对前期多巴胺协助十二硫醇涂层的接触角很难提高的问题，采用电化学沉积技术在铜基体上沉积上一层微纳米铜来构建表面粗糙度，并研究了温度、浓度、电压以及N2的通入对微纳米铜表观形貌的影响。采用溶液浸泡法在上述修饰后的粗糙表面上吸附了多巴胺协助十二硫醇复合膜，修饰后的表面表现出了超疏水性。测试表明，微纳米铜的加入改变了超疏水表面的形貌，使得涂层更加地致密。接触角测试表明，该表面在空气中暴露35天，其接触角没有太大的波动；在模拟海水中浸泡35天其接触角只有轻微的下降，这表明了该超疏水表面在空气中和模拟海水中的稳定性较好。通过电化学阻抗谱研究了该超疏水表面在3.5Wt.%NaCl溶液中腐蚀电化学行为，测试表明：超疏水涂层的抗腐蚀性能要优于疏水涂层。该超疏水表面在3.5Wt.%NaCl溶液中的耐蚀性能，结果表明：当浸泡时间延长到35天，仅有少量腐蚀产物产生，但其阻抗值还是明显高于纯铜基体的。所以，利用电沉积方法构造的微纳米铜结构能够有效地保护铜基体免受海水中Cl-的侵蚀。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 金属腐蚀分类
• 1.3 金属铜的腐蚀防护意义
• 1.3.1 金属铜的防腐方法及研究现状
• 1.3.2 超疏水简介及研究现状
• 1.4
• 1.4.1 自组装技术
• 1.4.2 电沉积技术
• 1.5 课题的提出及主要研究方法
• 1.5.1 选题的目的
• 1.5.2 课题的主要研究内容
• 2 铜基体上多巴胺协助 MUA 膜的制备及表征
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验试剂与仪器
• 2.3 实验流程
• 2.3.1 铜片的预处理
• 2.3.2 复合膜的制备
• 2.4 改性后样品的表征
• 2.5 结果与讨论
• 2.5.1 X 射线光电子能谱（XPS）分析
• 2.5.2 表观形貌（SEM）分析
• 2.5.3 抗腐蚀性能分析
• 2.6 本章小结
• 3 铜基体上多巴胺协助 MUA/SH 复合膜的制备及表征
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验试剂与仪器
• 3.3 实验流程
• 3.3.1 铜片的预处理
• 3.3.2 复合膜的制备
• 3.4 改性后样品的表征
• 3.5 结果与讨论
• 3.5.1 表观形貌（SEM）分析
• 3.5.2 表面元素组成（EDS）分析
• 3.5.3 表面润湿性分析
• 3.5.4 抗腐蚀性能分析
• 3.6 本章小结
• 4 铜基体上超疏水表面的制备及表征
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验试剂与仪器
• 4.3 实验流程
• 4.3.1 铜片的预处理
• 4.3.2 电沉积法构造微纳米结构
• 4.4 样品的表征
• 4.4.1 扫描电镜（SEM）测试
• 4.4.2 表面润湿性测试
• 4.4.3 电化学交流阻抗图谱（EIS）测试
• 4.5 结果与讨论
• 4.5.1 微纳米结构的形貌
• 4.5.2 形貌对润湿性的影响
• 4.5.3 超疏水表面的表征
• 4.6 本章小结
• 5 结论与展望
• 5.1 本文主要结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历
• 攻读学位期间发表的论文