谈述硅烷铝表面硅烷膜制备工艺优化及膜层性能

论文导读：
摘要：铝表面硅烷化处理是近年兴起的绿色环保表面处理技术，它可以有效替代对环境造成严重污染的铬酸盐转化处理和磷化工艺。但传统的硅烷化处理工艺需采取高醇含量的水解系统，这限制了该技术的运用推广。针对这一不足，本论文采取了低醇含量的水基硅醇系统在铝表面制备硅烷膜，并在该系统中对硅烷膜的制备工艺及膜层性能进行了优化。(1)水基硅醇系统中硅烷膜制备工艺优化。采取复相水解策略制备水基硅醇溶液，采取单因素水平试验探讨固化历程中时间、温度对乙烯基三乙氧基硅烷(VTES)膜层性能的影响，得出硅烷膜的最佳固化工艺参数为：100℃固化30min。采取脉冲电辅助沉积法在铝表面制备了双-[γ-(三乙氧基)硅丙基]-四硫化物(BTESPT)硅烷膜，并通过电化学阻抗谱(EIS)及动电位扫描极化曲线浅析了不同沉积电位、沉积时间下膜层的耐蚀性能。结果表明，脉冲电辅助沉积硅烷膜的最佳工艺参数为正向沉积电位-0.6VSCE，负向沉积电位-1.6VSCE，正负沉积时间比1:1，该条件下制备的硅烷膜孔隙率仅为0.04%，保护效率高达92.45%。采取扫描电子显微镜/X-射线能量衍射谱(SEM/EDS)浅析硅烷膜的微观形貌及元素组成。结果表明，金属铝经水基硅醇系统浸涂处理后，表面形成了厚度为188nm的BTESPT膜层，且电辅助沉积有利于形成表面粗糙度更高、更为均匀致密的硅烷膜。(2)硅烷-铈盐杂化膜的制备及性能表征。采取正交试验法确定水基硅醇系统中硅烷-铈盐杂化膜的最佳制备工艺条件为：铈盐浓度0.01mol/L、H_2O_2浓度15ml/L、浸凃时间90min、浸凃温度35℃。通过电化学策略浅析了杂化膜的耐蚀性能，并通过盐水浸泡试验探讨了杂化膜的耐久性，采取SEM/EDS浅析了杂化膜的微观形貌及元素组成。EIS及极化曲线测试结果表明，硅烷-铈盐杂化膜具有较单一硅烷膜和铈盐转化膜更好的致密度及疏水性，且杂化膜对铝基底的阴、阳极反应均起到了显著的抑制作用，将腐蚀电流密度降低到约10~(-7)A/cm~2，有效提升了铝的耐腐蚀性能。7d盐水浸泡实验结果表明，铈盐掺杂后使膜层具有了一定的“自修复”能力，使杂化膜在盐水浸泡历程中R_(ct)值一直保持在10~5·cm~2左右，能够为金属基底提供与铬酸盐钝化膜相当的长效防腐作用。SEM及EDS结果表明，铈盐掺杂后将硅烷膜的厚度增加到约500nm，并有效提升了膜层的均匀度与致密度。(3)功能性双硅烷膜的制备及性能表征。采取两步浸涂法在水基硅醇系统中制备了BTESPT/VTES及BTESPT/γ-(2，3环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷(γ-GPS)两种双硅烷膜，并分别在膜层上刷涂了丙烯酸涂层(AC)和双组份环氧涂层(EC)。通过电化学策略浅析了双硅烷膜的耐蚀性能，并采取盐水浸泡试验浅析了双硅烷膜/涂层试样的耐久性。 EIS及极化曲线测试结果表明， BTESPT/VTES膜及BTESPT/γ-GPS膜的膜层阻抗均接近10~6·cm~2，高于单一的BTESPT、VTES及γ-GPS膜层；双硅烷膜沉积能够使铝试样的Ecorr正移，有效提升了金属基底的耐腐蚀性能。90d盐水浸泡实验结果表明，BTESPT/VTES/AC及BTESPT/γ-GPS/EC试样在浸泡90d后阻抗值仍分别保持在9.50×10~6·cm~2和6.37×1010·cm~2，显著高于单硅烷膜/涂层试样。采取拉开法测定了沉积双硅烷膜后的铝表面的涂层附着力，结果表明，双硅烷膜与有机涂层具有很好的相容性，且BTESPT/γ-GPS/EC的配套性优于BTESPT/VTES/AC。BTESPT/γ-GPS膜层的SEM及EDS结果表明，铝表面形成了均匀致密、相互交联的双硅烷膜，内层BTESPT膜层厚度约为200nm，外层γ-GPS膜层厚度约为180nm，双硅烷膜沉积增加了膜层的整体厚度及表面粗糙度，能够有效提升铝基底与有机涂层的结合力。关键词：水基硅醇溶液论文脉冲电辅助沉积论文铈盐掺杂论文双硅烷膜论文正交试验论文电化学阻抗谱论文极化曲线论文
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Abstract7-10
目论文导读：学阻抗谱测量23-242.3.2动电位扫描测定极化曲线24-252.3.3扫描电镜及能谱浅析252.3.4正交试验法25-262.3.5拉开法测定附着力26-27第3章水基硅醇系统中硅烷膜制备工艺优化27-393.1前言273.2实验27-293.2.1电极的预处理273.2.2水基硅醇系统制备27-283.2.3硅烷膜固化工艺优化283.2.4硅烷膜成膜工艺优化283.2.5硅烷膜
录10-13
第1章 绪论13-22

1.1 铝金属用途及腐蚀近况13-14

1.1 铝的性质及用途13

1.2 铝的腐蚀类型13-14

1.2 常规铝表面处理技术14-15

1.2.1 阳极氧化处理14

1.2.2 铬酸盐钝化处理14

1.2.3 磷酸盐转化膜处理14

1.2.4 稀土转化膜处理14-15

1.3 铝表面硅烷化处理技术15-20

1.3.1 硅烷偶联剂介绍15-16

1.3.2 硅烷化处理技术介绍16-17

1.3.3 硅烷膜防腐蚀机理17

1.3.4 铝表面硅烷化处理历程17-19

1.3.5 硅烷化处理技术探讨进展19-20

1.4 本课题探讨内容20-22

第2章 实验内容与策略22-27

2.1 实验材料及性状22-23

2.

1.1 实验材料22

2.

1.2 主要材料介绍22-23

2.2 实验仪器23

2.3 主要表征策略23-27

2.3.1 电化学阻抗谱测量23-24

2.3.2 动电位扫描测定极化曲线24-25

2.3.3 扫描电镜及能谱浅析25

2.3.4 正交试验法25-26

2.3.5 拉开法测定附着力26-27

第3章 水基硅醇系统中硅烷膜制备工艺优化27-39

3.1 前言27

3.2 实验27-29

3.

2.1 电极的预处理27

3.

2.2 水基硅醇系统制备27-28

3.

2.3 硅烷膜固化工艺优化28

3.

2.4 硅烷膜成膜工艺优化28

3.

2.5 硅烷膜电化学浅析28

3.

2.6 硅烷膜微观形貌及元素组成浅析28-29

3.3 结果与讨论29-38

3.1 固化工艺优化29-32

3.2 成膜工艺优化32-35

3.3 硅烷膜微观形貌及元素组成浅析35-38

3.4 小结38-39

第4章 硅烷-铈盐杂化膜的制备及性能表征39-50

4.1 前言39

4.2 实验39-40

4.

2.1 水基硅醇溶液制备39

4.

2.2 铈盐溶液制备39

4.

2.3 试样制备39-40

4.

2.4 硅烷-铈盐杂化膜电化学浅析40

4.

2.5 硅烷-铈盐杂化膜微观形貌及元素组成浅析40

4.3 结果与讨论40-49
4.

3.1 硅烷-铈盐杂化膜正交试验结果40-43

4.

3.2 硅烷-铈盐杂化膜耐蚀性能比较浅析43-45

4.

3.3 硅烷-铈盐杂化膜耐久性浅析45-47

4.

3.4 硅烷-铈盐杂化膜微观形貌及元素组成浅析47-49

4.4 小结49-50
第5章 功能性双硅烷膜的制备及性能表征50-60

5.1 前言50-51

5.2 实验51-52

5.

2.1 水基硅醇系统制备51

5.

2.2 双硅烷膜试样制备51

5.

2.3 双硅烷膜/涂层试样制备51

5.

2.4 双硅烷膜的电化学浅析51

5.

2.5 拉开法测定涂层附着力51-52

5.

2.6 双硅烷膜微观形貌及元素组成浅析52

5.3 结果与讨论52-58
5.

3.1 双硅烷膜的电化学浅析52-54

5.

3.2 双硅烷膜/涂层试样的耐久性浅析54-56

5.

3.3 涂层附着力测定结果56-57

5.

3.4 双硅烷膜微观形貌及元素组成浅析57-58

5.4 小结58-60
结论60-62
参考文献62-69
附录 A 攻读学位期间所发表的学术论文目录69-70
致谢70