铝合金在海洋环境中的腐蚀防护Lawsonia inermis

摘要

研究了5083 (AA5083)铝合金在盐雾箱中模拟的溅射区环境温度下的腐蚀性能。以不同比例的指甲花提取物为原料，配制了三种不同的颜料配方。采用傅里叶变换红外光谱法测定指甲花的成分，采用失重法和电化学方法研究其缓蚀性能。结果表明，涂层中指甲花浸膏的含量增加，铝合金的腐蚀速率降低;电荷转移电阻()的价值，有助于更大的保护涂层铝。双层电容值()是另一个指标，表明在涂层基质中有指甲花存在时形成了更好的防护屏障。

1.介绍

铝被广泛应用于许多行业，如化工厂、生产线和海洋工业。使用铝的优势是由于其优异的耐腐蚀性能，因此成为大多数行业材料选择的优先[1］．铝合金5000系列是建造小型休闲船、工作船和大型高速客船的最佳选择。5000系列铝的优点是提高稳定性，减少吃水，减少维护，并增加速度的艇或船舶。不幸的是，铝在海水等恶劣环境中会受到腐蚀[2］．为了克服这一问题，提出了几种腐蚀控制和预防方法。提出的方法包括材料的选择，涂层，缓蚀剂，阴极保护，以及设计的变化[3.］．此外，腐蚀防护机制包括物理屏障效应和阳极保护两种机制。对于物理屏障效应，聚合物涂层作为一个屏障直接暴露的氧化剂和腐蚀性阴离子。同时，当具有强氧化性的导电聚合物对被测金属起氧化剂作用时，阳极保护系统起作用[4］．

寻找一种有效的缓蚀剂已成为研究人员关注的主要问题。含有O、N、S等杂原子和多键的物质被证明是一种很好的抑制剂。然而，有几个因素有助于更好的缓蚀效率，如吸附基团的数量和类型以及它们的分子大小、分子结构和与腐蚀金属表面的相互作用方式[5］．指甲花是一种被广泛应用于染料染色的草本植物，由于其优异的抑制性能和相对便宜的环保物质而被研究。

2.方法

采用旋转蒸发法提取指甲花提取物作为缓蚀剂。铝合金5083作为基材，试样(优惠券)的准备参照美国测试和材料协会(ASTM)规范。这些优惠券被涂上了含有指甲花提取物的油漆。样品在以海水为腐蚀介质的盐雾室中进行腐蚀过程。数字1显示了本研究的方法论流程。

2．1．样品制备

AA5083被切割成25mm × 25mm × 3mm的方形。用600、800、1200砂纸打磨。用丙酮和蒸馏水清洗优惠券。记录每个样品的初始重量，并根据盐雾室中海水暴露的特征和时间进行分类。本研究考察了3种不同浓度的指甲花提取物，分别为0%、5%和10%。

2．2．提取制备

本文采用指甲花萃取液作为缓蚀剂对铝合金进行防护。干燥的指甲花叶子被压成粉末。将指甲花粉末浸泡在乙醇溶液中，放置一周。一周后，溶液被过滤。收集剩余的滤液，放入旋转蒸发器(Rotavap)进行提取。

2．3.涂层制备

本实验所用的油漆为醇酸漆。颜料与指甲花提取物混合，直到混合物变得均匀。采用磁力搅拌器将醇酸漆和指甲花提取物混合。指甲花提取物在醇酸漆中的百分比列于表中1．

２.４.盐雾试验

根据工业实践，盐雾柜被广泛用于测试部件和涂层板的耐腐蚀性能[6］．本研究使用DF/MP/450型盐雾柜，按照ASTM B117进行。

盐雾试验所用海水取自马来西亚登嘉楼大学孵化场。海水是一种具有腐蚀性的复杂电解液，在一定程度上影响着几乎所有的结构材料，而将海水作为一种真实的环境，是加速材料腐蚀过程的最佳介质。

2．5．傅里叶变换红外

进行傅里叶变换红外(FTIR)测试的目的是扩展表面分析的信息，并用于涂层的表征。最初，衰减全反射(ATR)被用来检测材料，但由于它只给出弱光谱而被放弃。

2．6．体重测量

在失重测量中，用丙酮清洗贴片，用蒸馏水冲洗。这些优惠券在暴露在盐雾室之前被称重()．

采用分析天平作为称重装置，灵敏度可达小数点后4位克。暴露后获得的重量称为最终重量()．体重的测定采用以下公式。

减肥公式如下: 在哪里为体重减轻(mg)，是初始重量(mg)，和为最终重量(毫克)。

减重(%)公式如下: 在哪里为减重(%)，是初始重量(mg)，和为最终重量(毫克)。

腐蚀速率公式如下: 在哪里为腐蚀速率(mm/年)，为体重减轻(mg)，物料密度(g/cm^3.)，材料的面积(cm²),是时间(小时)。

2.7。拉伸试验

拉伸试验采用液压拉力试验机进行，在静载条件下最大拉力为50kn。荷载以5 mm/min的十字头速度单轴施加于试件上。数据是用计算机控制软件包收集的。

3.结果与讨论

通过红外光谱、失重测量、电化学阻抗谱(EIS)和拉伸试验等方法收集数据。所有数据均以图表和图表的形式进行分析和表示。

3．1.傅里叶变换红外

数字2显示了指甲花中主要成分lawsone的分子结构。从结构中可以衍生出的三个主要官能团是苯酚O- h和C=O和烯烃C=C [7］．又称类黄酮，由羰基(C=O，酮)、O- h基和芳香基组成[8］．

数字3.显示了指甲花的红外光谱。在3299 cm处出现酚基(O-H)拉伸⁻¹．芳香C=C的拉伸频率出现在1735.2 cm处⁻¹而C=O拉伸频率出现在1625.1 cm处⁻¹．指甲花的IUPAC名称为2-羟基-1,4-萘醌[9］．劳森的酚基团会向金属提供电子以达到其高贵的状态或轨道，而金属会接受电子而变得更稳定。这种现象导致了进一步氧化还原反应的间接延迟，并能从作用中抵抗腐蚀[10］．

3．2．体重测量

数字4显示涂层样品在没有或有指甲花作为抑制剂的情况下的重量损失。10%指甲花提取物(P3)涂层的配方性能最稳定，其次是5%指甲花提取物(P2)涂层。劳松结构中酚基的存在通过酚基的给电子作用使金属变得更加稳定[11]，也能对暴露在氧气中的AA5083铝合金表面提供更多的保护[12］．

数字410%的指甲花提取物涂层的失重量最低。这是因为所使用的涂料中含有的指甲花提取物的百分比最高。该涂层不仅保证了金属基体与有机涂层之间的附着力，而且还提供了一个薄层屏障，有效地防止了氧在金属界面上的扩散。指甲花提取物中含量最高的部分，由于劳松的抑制作用，形成了与金属阳离子结合的不溶性复合物，从而降低了体重损失[13］．

数字5显示了由重量损失数据计算的腐蚀速率结果。从图中可以看出，加入指甲花提取物的涂层的腐蚀速率低于裸金属。随着涂层基质中指甲花浓度的增加，腐蚀速率降低。未包覆抑制剂的试样腐蚀速率略有提高。在加入指甲花后，抑制作用Lawsonia提取可能是由于其分子在底物表面的吸附而形成一道屏障，以保护其表面[9］．

3．3.电化学阻抗谱

表格2显示了AA5083的电荷转移电阻和双层电容值。数据表明，加入指甲花的涂层样品产生了更高的电荷转移电阻()相比于裸金属。在本研究中获得的最高电阻是10%指甲花提取物涂层的包覆样品。

数字6显示了有涂层和没有涂层的AA5083的Nyquist图。可见，含0%指甲花提取物的涂布贴片的半圆最小，其次是含5%指甲花提取物的涂布贴片。最大的半圆形为10%指甲花提取物。半圆的大小决定了材料的耐蚀性。较大的半圆表示阻力较好。增加的价值随着指甲花浸出率的增加，由于氧化层的形成，延缓腐蚀的性能更好[8］．

指甲花的高抗氧化性能有助于增加铝表面的电阻[14］．结果表明，随着指甲花浸膏比例的增加，其耐蚀性也增加，腐蚀速率降低。此外，涂层的高阻抗值与沉积层的形成有关，从而减慢了电解质渗入涂层的速度[15］．

3．4．抗拉强度

数字7显示应力应变曲线图。在达到极限应力约175 MPa时，板片呈线性关系。然后，应力值下降，直至颈缩阶段和破裂。

极限强度或抗拉强度是通过将最大载荷除以副板的原始截面面积得到的。

当横截面积的减小大于由应变硬化引起的变形载荷的增加时，就会产生拉应力。在这一区域，涉及到塑性变形。压力开始减少。当截面积的减小远快于应变硬化引起的载荷增加时，券面开始迅速颈向下[16］．使副板变形所需的实际载荷下降，应力继续减小，直到发生断裂。

4.结论

指甲花提取物是一种很好的防护涂层抑制剂。最高比例的指甲花提取物提供最高的抵抗层，使优惠券更少腐蚀。与裸金属、油漆1和油漆2相比，含有10%指甲花提取物的油漆3的腐蚀速率最低，为0.0296 mm/年。

应力-应变曲线在开始时呈线性关系，直到应力超过175 MPa。应力不断减小，直到在某一点，它进入颈缩阶段和破裂。

相互竞争的利益

两位作者宣称他们没有相互竞争的利益。

致谢

作者非常认可研究基金向东看政策2.0,Vot。不。53168，以及Nadia Zahamudin女士和Tan Wu hui先生对本研究的直接贡献。

参考文献

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