《有机无机杂化纳米材料及其防腐性能研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《有机无机杂化纳米材料及其防腐性能研究（81页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、摘 要铝和铝合金具有比重小、导电导热能力强、 力学性能 优异、可加工性好等一 系列优点，在各个行业得到广泛应用。然而在自 然条件下，其表面容易发生腐蚀 现象。常规的处理方法有化学氧化法、阳极氧化法和有机涂层法等。其中以铬酸 盐转化膜法应用最为普遍， 然而该方法容易对环境造成污染，即将被停止使用。 因此， 寻找一种环境友好、能够有效替代改工艺的方法，成为人们研究的热点。本论文以 含不同 取代基的 三种硅烷偶联剂乙 烯基三甲 氧基硅烷 ( V M S ) , Y - ( 甲 基丙 烯酞氧) 丙基三甲 氧基硅烷 ( MP MS ) 和Y - 环氧丙基醚基三甲 氧基硅烷( G P MS ) 为前驱体制
2、备了 用正硅酸乙醋 ( T E O S ) 改性的倍半硅氧烷有机一无机 杂化纳米材料，并用这种材料在L Y 1 2 铝合金表面形成了 有机一无机杂化防腐保 护膜。 探讨了 材料的制备工艺，对材料的结构进行了 表征和确定，并测试了 其物 化性能，考察了膜层的防腐性能以及替代铬酸盐转化膜的可能性。采用正 交试验研究了 溶剂、 水、 催化剂和反 应温度对制备倍半 硅氧烷中间体 的 影响， 将制备工艺参数确定为: 溶剂与S i 原子的 摩尔比= 3 : 1 ; 水与S i 原子的 摩尔比= 4 : 1 ; 催化剂与S i 原子的摩尔比 = 1 :3 ;水解缩合反应温度= 3 5 0C .采用红外光谱对
3、材料的结构进行了 表征， 证实了S i - O - S i 键的形成， 确定了 产物具有有机一无机杂化的网络结构。通过质谱分析推测了产物的分子结构式和 空间构型。膜层表面和块材断面的原子力显微镜照片证实了倍半硅氧烷颗粒尺寸 在纳米级范围内。G P M S - T E O S材料的 玻璃化转变温度 ( T g ) 测试和热重分析表明， T E O S含 量 对 膜层的 热 稳定 性 有 较大影响， 当T E O S 含量 为2 0 % 时， 体 系的T g 达 到 最大。 这种材料的使用温度不低于3 0 0 C 。 对V MS - T E O S , M P MS - T E O S 和G P
4、M S - T E O S 膜层的硬度和模量进行了 测试。总体来说， M P MS - T E O S 膜层的平均硬度和平均 模量最大， V MS - T E O S膜层的平均硬度和 G P MS - T E O S膜层的平均模量最小。 T E O S 含量对膜层的硬度和模量也有很大影响， 硬度随T E O S 含量的增多而增大， 硬度和模量随T E O S 含量的增多均呈现出先增大后减小的趋势。 透光率测试表明， 三种不同体系的杂化膜在可见和近红外范围内均有很好的透光性。通过动电 位极化曲 线测试和S E M照片比 较了V M S - T E O S , M P M S - T E O S
5、和 G P MS - T E O S膜层的防腐性能。 结果表明， V M S - T E O S膜层的防腐能力最强， M P MS - T E O S膜层次之，G P MS - T E O S膜层最差。研究发现，T E O S含量对膜层一I -哈尔滨工业大学工学硕士学位论文的防腐性能有较大影响， 添加T E O S 后， 膜层的防腐能力增强，当T E O S 含量为 1 5 - 2 0 %时，膜层的防腐能力最强。对六种膜层 ( V MS , V MS + 2 0 % T E O S , M P MS , MP MS + 2 0 %T E O S , G P MS 和 G P M S + 2 0
6、 % T E O S )进行了盐雾实验和盐水浸泡实验。结果表明， V MS + 2 0 % T E O S 膜层抗盐雾腐蚀能力和抗盐水浸泡腐蚀能力最强。 实验前后的表 面形态扫描照片也证实了这一结论。采用交流阻抗技术考察了L Y 1 2 铝合金表面V MS 膜层在3 . 5 % N a C l 溶液中的 腐蚀发展情况。 研究表明， 膜层的腐蚀过程分为四 个阶段，根据各阶段的阻抗谱 特点，提出了相应的阻抗模型和等效电路。关键词 有机一无机杂化材料;倍半硅氧烷;腐蚀;膜层Ab s t r a c tA l u m i n u m a n d a lu m in u m a l l o y h a
7、v e b e e n b r o a d ly u s e d in m a n y f i e l d s b e c a u s e o f th e i r e x c e l l e n t p r o p e r t i e s , s u c h a s l o w d e n s i t y , h i g h c o n d u c t i v i t y a n d e as y m a c h i n i n g . B u t t h e y c a n b e c o r r o d e d e as i l y i n n a t u r a l c o n d i
8、 t i o n . C h e m i c a l o x i d a t i o n , a n o d i c o x i d a t i o n a n d o r g a n i c c o a t i n g s a re t r a d it io n a l s u r f a c e t r e a t m e n t m e t h o d s . A n d c h r o m a t e c o n v e r s io n c o a t i n g i s w i d e ly u s e d . B u t i t c a n p o l l u t e e n
9、v iro n m e n t g r e a t l y . S o f o u n d i n g a e n v i r o n m e n t a l fr i e n d ly m e t h o d t o s u b s t i t u t e d c h r o m a t e c o n v e r s i o n c o a t i n g i sc o n c e rne d .S i l s e s q u i o x a n e o r g a n i c - i n o r g a n i c h y b r i d n a n o - s t r u c t u
10、r e m a t e r i a l s m o d i f i e d b y T e t r a e t h o x y s i la n e ( T E O S ) w e re p re p a r e d fr o m t h re e f u n c t i o n a l i z e d s i l a n e p re c u r s o r s v i n y lt r i m e t h o x y s i l a n e ( V MS ) , 3 - ( m e t h a c ry l o x y ) p r o p y l t r im e t h o x y s
11、i l a n e ( MP MS ) , a n d ( 3 - g l y c i d o x y p ro y l ) t r i m e t h o x y s i l a n e ( G P M S ) . T h e c o r ro s i o n i n h i b it i n g c o a t i n g s o n a l u m i n u m a l l o y w e re o b t a i n e d f o r m th e m a t e r ia l s . P r e p a re c o n d it i o n w as i n v e s t i
12、 g a t e d a n d s t r u c t u r e s o f t h e m a t e r i a l w e re c h a r a c t e r i z e d . P h y s i c a l a n d c h e m i c a l p r o p e r ti e s w e re t e s t e d a t t h e s a m e t i m e . T h e c o r r o s i o n r e s i s t a n c e p ro p e r t i e s o f h y b r i d c o a t i n g s a n
13、 d t h e p o s s i b i l i t y t o s u b s t i t u t e c h r o m a t e c o n v e r s io n c o a t i n g w e re s t u d i e d .T h e i n fl u e n c e s o f s o lv e n t , d e i o n i z e d w a t e r , c a t a l y s t a n d t e m p e r a t u re o n t h e p r e p a r a t i o n o f m a t e r i a l s w e
14、 re i n v e s t i g a t e d b y o r th o n o r m a l t e s t s . T h e p a r a m e t e r s o f p r e p a r a t i o n w e re d e t e r m in e d as f o l l o w s : m ( m o l a r r a t i o o f s o l v e n t a n d S i ) i s 3 : 1 , n ( m o l a r r a t i o o f d e i o n i z e d w a t e r a n d S i ) i s
15、4 : 1 , k ( m o l a r r a t i o o f c a t a l y s t a n d S i ) i s 1 : 3 , t ( t e m p e r a t u r e o f t h e re a c t io n ) i s 3 5 0CT h e S i - O - S i b o n d a n d o r g a n i c - i n o r g a n ic n e t w o r k s t r u c t u re w e re v e r i fi e d b y F T I R s p e c t r a . T h e p r o p
16、o s e d m o l e c u l a r f o r m u l as a n d s t r u c t u r e s o f p r o d u c t s w e re as s i g n e d 饰 U V - MA L D I - T O F MS s p e c tr a . I t w as f o u n d fr o m t h e S E M i m a g e s o f c o a t i n g s u r f a c e a n d b l o c k s e c t i o n t h a t t h e s i z e o f s i l s e s q u i o x a n e i s i n n a n o - s c a le .A c c o r d i n g t o T g t e s t a n d T G A a n a l y s i s , T E O S c o n c e n t a ff e c t t h e t h e r m o d y n a m i c s t a b i l i t y g
