镁合金表面水滑石膜的生长机制及其耐蚀性研究

层状结构水滑石膜的层间阴离子具有可交换性，环境中的腐蚀性阴离子可交换进入水滑石层间，避免直接腐蚀金属基体。将水滑石膜这种独特性质用于镁合金防护能明显改善镁合金耐蚀性。但水滑石膜的结构十分复杂，它在镁合金表面的生长机制尚不清楚。本项目采用两步法研究水滑石膜在镁合金表面的形成机制，阐明水滑石前驱体膜在酸性成膜液中的形核结晶过程及在碱性后处理溶液中转变为稳定水滑石膜的历程，确定pH值与膜层晶体结构转变过程的关系。通过对比不同镁合金相上膜层结构和生长规律的差异，揭示基体表面电化学不均匀性对成膜过程的影响，建立镁合金表面水滑石膜的生长机制模型。利用水滑石层间阴离子的可交换性对其进行改性处理，研究侵蚀性、疏水性及缓蚀性阴离子对水滑石膜腐蚀行为的影响，明确水滑石膜改善镁合金耐蚀性的机理。通过本项目的研究为开发新型实用的镁合金防护技术奠定理论基础。

镁合金表面原位生长水滑石膜是一种新型的防护手段。但现有方法不能在不含铝或含铝量低的镁合金表面成膜。并且水滑石具有复杂的层状结构，它在镁合金表面的生长机制及防护机理并不清楚。通过本项目的研究，成功将铝离子引入到碳酸成膜溶液，通过两步法实现了在不含铝或含铝量低的镁合金表面原位生长水滑石膜，有效改善了镁合金的耐蚀性，并澄清了水滑石膜的生长及耐蚀机理，对发展新型镁合金防护方法有指导意义。. 通过对水滑石膜的原位生长机制研究发现，膜的成分和形貌在成膜过程发生了一系列的变化。外加Al对成膜过程至关重要。成膜过程主要包括以下几个步骤：AZ31基体溶解，沉淀析出碱式碳酸物；然后水解形成氢氧化物，镁离子或铝离子取代后形成前躯体膜；前躯体膜中的铝溶解后形成镁铝氢氧化物，膜变薄、开裂；碳酸根置换出氢氧根，形成水滑石膜，膜不断生长，填补微裂纹。. 通过考察氯离子的取代或吸附效应，研究了水滑石膜的防腐机理。结果表明水滑石膜的防腐机理主要是基于其疏水性和阻挡层的作用，能阻挡腐蚀介质氯离子的攻击。水滑石膜在溶液浸泡过程中会缓慢溶解，产生微裂纹。在氯化钠溶液中，氯离子不可能取代碳酸根进入水滑石层中间，但能吸附到膜表面；只有先消耗碳酸根后，氯离子才有可能进入到插层中间以平衡电荷。. 此外，采用不同pH值的植酸对水滑石膜进行表面改性，进一步提高其耐蚀性。结果发现，在碱性植酸处理液中磷酸根不能取代氯离子，但可以成功吸附到膜的最表面；而在酸性植酸溶液中处理能改变水滑石主体层板和插层成分，Mg–Al–CO32-水滑石转变为Na–Al–H2PO4-/HPO42-类水滑石。两种植酸改性方法都能提高水滑石膜的耐蚀性，尤其是碱性植酸处理能更有效地提高膜的阻挡层作用，并且具有自修复功能，这可能与磷酸根缓蚀性阴离子的吸附有关。. 本项目按计划完成了所有研究内容，取得了预期的研究成果。共计发表SCI论文4篇（包括腐蚀领域知名期刊Corrosion Science上3篇），会议论文1篇，申请国家发明专利一项，并有一篇论文在投。另外，培养博士和硕士生各1名。