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Corros. Sci.: 鋅表面制作不潤濕表面防腐蝕層

2017-09-28 11:34:25 作者：本網(wǎng)整理來源：材料人分享至：

【引言】

鋅和鋅涂層產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于日常生活中。然而，由于鋅的電位低，容易被腐蝕。通過阻礙下面金屬基底的電化學(xué)反應(yīng)，表面改性被認(rèn)為是一種有效的防腐蝕策略。目前，已經(jīng)提出了許多用于抑制鋅的方法，例如導(dǎo)電聚合物，抑制劑等。然而，與這些方法一起仍然存在許多缺點(diǎn)，例如高毒性，復(fù)雜的制造工藝。因此，鋅的腐蝕保護(hù)迫切需要新的表面改性方法。腐蝕是在金屬/溶液界面上發(fā)生的現(xiàn)象。表面潤濕性可影響金屬基體的腐蝕過程和機(jī)理。

【成果簡介】

近日，中國科學(xué)院海洋研究所張盾研究員、王鵬副研究員在Corros. Sci.上發(fā)布了一篇關(guān)于鋅表面防腐的文章，題為“Fabrication of non-wetting surfaces on zinc surface as corrosion barrier”作者利用水熱法在鋅表面上制備了兩種非潤濕表面，超疏水表面（SHS）和潤滑劑注入光滑多孔表面（SLIPS）。用FE-SEM，XRD，XPS和接觸角計(jì)表征其表面性能，其防腐蝕性能用電化學(xué)測量評(píng)估。結(jié)果表明，兩種表面對(duì)于被捕獲在膜中的空氣（或潤滑劑）層表現(xiàn)出高耐腐蝕性。與SHS相比，SLIPS在保持腐蝕性介質(zhì)的穩(wěn)定性方面具有優(yōu)勢(shì)，為實(shí)際防腐應(yīng)用中非潤濕表面的選擇提供指導(dǎo)。

【圖片導(dǎo)讀】

圖1 水熱處理后鋅箔的XRD圖

（002）晶面的Zn及其氧化物含量最高，其次是（101）晶面的Zn，表明ZnO是水熱處理后在鋅基底上形成層的主要成分

圖2 鋅表面形成的ZnO薄膜的微觀形態(tài)

可以發(fā)現(xiàn)ZnO陣列形成在鋅表面上（圖2a）。SEM表征（圖2b）表明，典型直徑為0.5μm的六角形棒沿著[001]方向沿鋅襯底生長。

圖3 覆蓋超疏水表面的鋅箔的XPS結(jié)果

（a）調(diào)查光譜；

（b）Zn2p光譜；

（c）O1s光譜；

（d）C1s光譜；

（e）F1s光譜。

這些結(jié)果表明PFTEOS在改性過程中通過聚合反應(yīng)與ZnO層化學(xué)鍵合。

圖4 不同表面水滴形態(tài)

（a）裸鋅；

（b）超疏水表面上水滴的照片；

（c）水滴在光滑多孔中的動(dòng)態(tài)行為具有低接觸角的表面（<10°）。

圖 5 樣品的開路電位曲線

該圖表明兩種非潤濕表面（SHS和SLIPS）可以降低鋅基材的腐蝕敏感性。空氣層從SHS驅(qū)出之后，DSHS的OCP值回落到-1V左右，與Ag / AgCl（3MKCl）相比，其與BS的接近。

圖6 不同樣品的EIS結(jié)果

裸鋅樣品（BS），超疏水表面（SHS），潤滑劑注入光滑多孔表面（SLIPS）和脫氣超疏水表面（DSHS）樣品在3.5％ NaCl溶液中1小時(shí)：

（a）奈奎斯特圖；

（b）波特相位角對(duì)頻率圖；

（c）波德| Z | vs頻率圖。該樣品SHS和SLIPS的散射點(diǎn)可歸因于其差的導(dǎo)電性。

圖7 樣品的開路電位-時(shí)間曲線

這一結(jié)果表明，在鋅基底上形成腐蝕產(chǎn)物層時(shí)，BS的腐蝕敏感性降低。SHS的OCP值降至約-1V，表明其耐腐蝕性能隨浸漬時(shí)間而降低。SLIPS在NaCl溶液中呈現(xiàn)高穩(wěn)定性。

圖8 浸漬NaCl溶液后，裸露鋅樣品（BS）超疏水表面（SHS）和潤滑劑注入光滑多孔表面（SLIPS）的EIS結(jié)果

（a）奈奎斯特圖；

（b）波德相角與頻率圖；

（c）波德| Z | 對(duì)頻率圖。

奈奎斯特圖在高頻范圍內(nèi)構(gòu)成電容回路，在低頻范圍內(nèi)構(gòu)成弱沃伯堡阻抗（圖8a）。在Bode相位角與頻率曲線（圖8b）中存在非對(duì)稱峰，并且可以將其分為對(duì)應(yīng)于腐蝕層和腐蝕界面的大約102 Hz和1 Hz的兩個(gè)峰。

圖9 裸鋅樣品（BS）、超疏水表面（SHS）、潤滑劑注入光滑多孔表面（SLIPS）的極化曲線

（a）電極電位隨電流的對(duì)數(shù)的變化；

（b）電極電位隨電流的變化。

圖10 各種表面的存在狀態(tài)

（a）超疏水表面（SHS）；

（b）光滑多孔表面（SLIPS）；

（c）SHS或SLIPS失效（SHS的空氣層被水溶液替代，或SLIPS的潤滑劑層被水溶液代替）。

【小結(jié)】

本文通過水熱法在鋅表面上制備了兩種不潤濕表面，即超疏水表面和光滑多孔表面。光滑多孔表面在ZnO納米棒中將潤滑劑注入空位后對(duì)水滴具有低滑動(dòng)角。與超疏水表面相比，潤滑劑注入光滑多孔表面在保持腐蝕性介質(zhì)中的穩(wěn)定性方面具有優(yōu)勢(shì)。這項(xiàng)研究提供了兩種典型的非潤濕表面之間的性能的比較。選擇不潤濕的表面將有助于實(shí)際的防腐蝕應(yīng)用。

文獻(xiàn)鏈接： Fabrication of non-wetting surfaces on zinc surface as corrosion barrier（Corros. Sci. , September 12, 2017, DOI: 10.1016/j.corsci.2017.09.003）

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責(zé)任編輯：殷鵬飛

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