功能化MXene复合涂层的腐蚀防护性能研究
曹怀杰*,王天歌,马晓晴,龚保龙
上海电力大学环境与化学工程学院,上海
上海市电力材料防护与新材料重点实验室,上海
金属腐蚀问题遍及电力、能源、交通、工程等众多领域,给国民经济造成巨大损失,对重大工程带来安全隐患。由于其操作简单、成本低、应用范围广,涂层技术是金属腐蚀防护的有效方法。然而,涂层中的裂纹和微孔等缺陷限制了长效防腐性能。由于高阻隔性、高径厚比、超薄厚度及良好的机械稳定性,二维(2D)纳米材料已被广泛用于提高涂层的耐蚀性能,如石墨烯、石墨烯衍生物、二硫化钼(MoS
2)、氮化硼(BN)、层状双氢氧化物(LDH)和Ti
3C
2T
x MXene等。区别于其它二维材料,MXene结构和化学组成的多样性、丰富和可控的表面化学特性、可氧化成TiO
2作为涂层填料、表面存在-OH,可与LDH相互作用、具有比氧化石墨烯更高的电导率、强的近红外吸收系数和高的光热转换效率、更低的摩擦系数和更长的磨损寿命、优异的紫外屏蔽性能,使其在金属表面防护领域具有潜在应用价值。基于此,采用电沉积工艺在铝合金表面构建单宁酸修饰MXene/肉豆蔻酸钙复合涂层(TA@MXene/MA)。结合MXene的高阻隔性及丰富表面官能团、肉豆蔻酸钙表面疏水性、单宁酸缓蚀剂作用,实现在3.5wt.% NaCl溶液中稳定的耐蚀性。相比于肉豆蔻酸钙涂层,MXene的引入,可提高涂层的耐蚀性。对比肉豆蔻酸钙/MXene复合涂层,单宁酸的引入,可实现自修复性能。对比目前自修复功能涂层设计,涂层制备流程耗时短,无需高温处理和避免有毒试剂使用,自修复效率达99%以上,相对绿色环保。采用两步电沉积法在铝合金双极板表面制备壳聚糖-氯化亚锡-MXene复合涂层。结果表明,复合涂层的腐蚀电流密度降低至7.046 × 10
-6 A/cm
2,电导率为33.49 % IACS。在酸性溶液中浸泡168小时后仍呈现稳定的耐蚀性能。MXene的存在有效减少了涂层中的结构缺陷, MXene/壳聚糖起到阻隔和有效保护的作用。铝合金表面摩擦系数和磨损率降低。原位腐蚀观测实验12小时后复合涂层仍保持完整。表面电势分布表明,MXene的引入可改变涂层表面电势分布。 因此,本研究提出一种简便高效构筑高性能MXene防腐涂层的策略,为MXene涂层的腐蚀防护机制的研究提供指导。
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