镁锂合金表面自修复防护有机涂层的构筑及机理

Nowadays, self-healing coating has been the research hot spot in the field of corrosion resistance. This proposal is to construct self-healing protective organic coating composed of Ce3+ ions, silane agents and zeolites on Mg-Li alloy surface, on condition that zeolites can act as reservoirs of Ce3+ ions corrosion inhibitor, and silane agents are able to efficiently improve the compatibility between reservoirs and epoxy coatings. Influence of the textural properties of zeolites, such as pore volume, pore size, specific surface area on the exchange ability, controlled release of Ce3+ ions will be studied in detail. The ligands intraction between the silane with different functional groups and the organic coating as well as zeolites is also to be investigated. In addition, the crrosion electrochemical behavior during the controlled release process of corrosion inhibitor, and the electrochemical reaction of self-healing process will be analyzed. Subsequently, the main factors affecting the self-healing ability will be discussed to propose the self-healing mechanism, which will help to achieve long term protection of Mg-Li alloys and other metals, and put forward reliable data and theoretical foundation based on construction of self-healing system.

自修复涂层是现在腐蚀与防护领域研究的热点问题之一，本项目提出了分子筛作为Ce3+腐蚀抑制剂存储器，并利用硅烷提高存储器和有机涂层的相容性，由Ce3+、分子筛和硅烷在镁锂合金表面构建自修复防护有机涂层。研究分子筛的孔容、孔径、比表面、以及骨架结构对Ce3+离子交换能力、Ce3+控制释放的影响，研究带有不同官能团的硅烷与有机涂层、以及硅烷与分子筛之间的键合作用，研究Ce3+控制释放过程中的腐蚀电化学行为，分析自修复过程中发生的电化学反应，研究影响有机涂层自修复能力的主要因素，探索有机涂层的自修复防护机理，以实现对镁锂及其他金属合金的长效防护，也为自修复体系的构建提供可靠的数据和理论基础。

智能自修复涂层具有有效的耐蚀效果，能够实现对基体的长效防护，开发自修复涂层主要基于腐蚀抑制剂从存储器中的控制释放以修复涂层的缺陷处，实现对涂层的主动防护。镁锂合金因其具有低密度、较高的比刚度和比强度、优良的加工变形性和减震性能等特点，在汽车和电子等领域将具有潜在的应用前景，引起人们广泛关注。然而镁锂合金耐蚀性较差，因此提高镁锂合金的耐蚀性能抑制腐蚀的发生变得尤为必要。对于镁锂合金表面处理方法主要包括化学转化膜、阳极氧化、电镀、微弧氧化和有机涂层等。但是这些方法只能提供镁锂合金被动的防护，涂层一旦被破坏，水和盐类等物质将通过破损处直接扩散到达基体，引发合金的腐蚀。硅烷能够分别和无机物和有机物相互作用。本项目分别采用MCM-22、ZSM-5和MCM-41分子筛作为Ce3+腐蚀抑制剂存储器，并利用[双-(3-(三乙氧基硅烷)-丙基四硫化物] （KH-69）、γ-氨基丙基三甲氧基硅烷（KH-550）和十三氟辛基三乙氧基硅烷（FSi-13）提高存储器和有机涂层的相容性，由Ce3+、分子筛和硅烷在镁锂合金表面构建自修复防护有机涂层。通过水热法合成的分子筛通过X射线衍射（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）表征其结构和形貌，傅立叶红外光谱（FT-IR）和沉降实验结果表明硅烷与有机涂层、以及硅烷与分子筛之间发生键合作用。含铈分子筛对环氧树脂涂层耐蚀性能的影响表明，该涂层具有较高的耐蚀性能。在含分子筛环氧树脂涂层表面人为打孔，涂层电化学阻抗谱（EIS）、SEM-EDS结果和不同浸泡时间的照片表明涂层具有自修复能力。这归因于Ce3+和氢氧根离子反应生成稳定的沉淀产物CeO2 和Ce(OH)3有效覆盖涂层缺陷处，逐渐延缓了腐蚀，尤其是抑制了阴极反应发生。其中，Ce3+离子的出现是基于分子筛的阳离子交换性能。氢氧根离子来源于Mg-Li合金基体腐蚀过程中的阴极反应产物，分子筛作为存储器供铈离子长期释放。智能自修复涂层有助于实现对镁锂的长效防护，也为自修复体系的构建提供可靠的数据和理论基础。