文摘

涂料扮演了重要的角色在镁合金腐蚀减缓,在这项研究中,提出了一种简单和环保化学淀积过程改进magnesium-neodymium合金的耐腐蚀性能。1.5 mol / L KH的混合物₂阿宝₄解决方案和1.2 mol / L CaCl₂解决方案是用于反应的解决方案,并引入超声波辅助化学沉积的过程。40分钟的表面处理后,表面和横截面形态由扫描电子显微镜(SEM)观察,这表明,形成一层致密的涂层镁合金。能量色散x射线能谱(EDS)和x射线衍射(XRD)进一步分析涂层相结合,从而证实,本涂料主要由CaHPO组成₄h·2₂o .电化学测试和浸泡实验进行评估处理样品的耐腐蚀性能在模拟混凝土孔隙的解决方案。治疗和治疗在Cl样本有很好的耐腐蚀性能^{- - - - - -}免费模拟混凝土孔隙溶液,但他们的腐蚀行为的影响引入Cl^{- - - - - -}在这项研究中。幸运的是,涂层可以有效保护衬底Cl^{- - - - - -}包含模拟混凝土孔隙溶液。总之,它提供了一个可能的方式改善镁合金耐腐蚀时用于建筑工程。

1。介绍

镁合金得到太多的关注在航空航天、汽车、电子、生物医学行业由于其密度低,比强度高,和自然生物降解能力。然而,耐蚀性差是他们的一个致命缺点阻碍了他们的进一步工程应用[1- - - - - -7]。通常,涂层是一种有效的手段提高Mg的耐腐蚀合金在水溶液和多种技术(尝试过8- - - - - -11]。与化学方法相比,大多数物理方法如物理气相沉积和离子注入是无害的环境(12- - - - - -14]。但相关设备总是昂贵,不适合大规模的工程。因此,它是非常迫切需要开发新的绿色化学方法对镁合金的表面处理。

轻型结构已经逐渐认识到在现代土木工程,钢铁将轻结构材料所取代。例如,铝合金酒吧被认为是替代钢钢筋混凝土结构。但是,本国氧化物涂层在酸不稳定(pH < 4)或碱性(pH > 9)环境中,和铝合金棒往往容易受到腐蚀在碱性环境中混凝土结构的15]。事实上,镁合金更轻,比强度比铝合金高。此外,镁在碱性水溶液环境中具有良好的免疫行为(16,17),这使得镁合金适应混凝土碱性环境。然而,氯离子可能出现在具体的环境和影响镁合金的腐蚀行为。因此,有必要开发一个简单和环保保护镁合金表面处理过程。超声波经常被引入化学反应过程,可以帮助形成致密涂层不使用额外的加热(18]。Calcium-phosphorus (Ca-P)涂料已支付更多的关注由于其优良的耐腐蚀性能19]。例如,李等人应用水热方法制造glucose-induced磷化膜纯镁(20.]。但是大部分的过程是复杂和费时,不适合土木工程。在这项研究中,准备一个calcium-phosphorus涂层表面的mg - 3.3 wt。% ultrasound-assisted钕合金的化学沉积,其腐蚀行为研究在模拟混凝土孔隙的解决方案。

2。材料和方法

铸的mg - 3.3 wt。%钕合金被用于衬底材料和切成 在这个调查。第一,样本机械地用碳化硅纸# 1200然后抛光₂O₃贴。其次,他们在室温下用乙醇清洗,与热空气快速干燥。第三,1.5 mol / L KH₂阿宝₄和1.2 mol / L CaCl₂分别准备。在这里,传统的超声波清洁被用于产生超声波,烧杯,30毫升的混合物放入超声波清洁。治疗后镁合金样本在烧杯40 kHz的频率40分钟,取出,用去离子水和乙醇轮流,然后在室温下自然干燥的空气。

场发射扫描电子显微镜(FESEM)进行观察治疗的表面和截面形态样本,和元素分布分析了治疗的能量色散x射线谱仪(EDS)。掠入射x射线衍射(GIXRD)进行的表面处理样品的相组成,和两个不同的x射线入射角度α( )选择在这个调查。

为了模拟混凝土施工的碱性环境,饱和Ca(哦)₂解决方案是用作模拟混凝土孔隙溶液。此外,饱和Ca(哦)₂解决方案是通过3.5 wt进一步稀释。%氯化钠溶液体积比为1:1对氯离子的影响进行评估。电化学测试和浸泡试验应用于评估腐蚀行为在上面的解决方案。电化学腐蚀测试是进行CHI660E使用传统的三电极电化学工作站的技术。这里,可能是引用饱和甘汞电极(SCE),和反电极是一个铂金表。标本的接触面积 沉浸在模拟混凝土孔隙溶液200毫升。浸泡30分钟后,电化学阻抗谱(EIS)收集从100千赫至100兆赫5 mV正弦扰动信号在开路电位。EIS的考验后,potentiodynamic极化曲线记录从-1.8 V的扫描速度为0 V 1.0 mV·s¹。所有的电化学测量重复三次,以确保再现性。浸泡试验,治疗和治疗样本沉浸在20毫升Cl^{- - - - - -}24小时包含模拟混凝土孔隙解决方案。之后,采集标本,与水和乙醇清洗,在空气中自然干燥。然后,浸泡后的表面形态被扫描电子显微镜(SEM)观察。

3所示。结果与讨论

图1显示的外观Mg-Nd合金样品用在这项研究中,表明镁合金表面化学沉积后显然已经改变了。相比之下,得出ultrasound-assisted化学沉积可以获得一个平滑的表面比不使用超声波。在这里,应该指出,化学沉积没有超声波不能满足对表面质量的要求。因此,我们放弃传统化学淀积的策略在这项研究中,直接选择ultrasound-assisted化学沉积的过程。图2展品的微尺度表面形态样品扫描电镜观察到治疗。如图2(一个),表面处理均匀地覆盖着一层microflakes,和插图获得高倍镜显示那些microflakes堆积紧密。数据2 (b)- - - - - -2 (e)进一步揭示了元素分布的元素镁、O, Ca,和P,这意味着Ca-P涂层表面已经形成。

图3展品的横截面样品处理。它可以清楚地看到在图3(一个)这一层致密涂层衬底上形成。根据EDS元素在数字地图3 (b)- - - - - -3 (f)层主要包含Ca, P, o . GIXRD执行进一步确定涂层的相组成和相应的结果如图4。由于不同的研究深度,那些山峰的曲线1°(入射角)弱于那些5°的曲线(入射角)。但这些峰的位置是相同的,也符合这些标准的CaHPO₄h·2₂O衍射峰很好。因此,它可以很容易地通过比较证实,本涂料主要由CaHPO组成₄h·2₂O。

图5显示了这些电化学测试的结果包括电化学阻抗谱和极化。图5(一个)出阻抗与频率的波德图,图5 (b)展品相角与频率的波德图,和图5 (c)相应的奈奎斯特图。在这里,饱和Ca(哦)₂解决方案筛选来标示和Cl^{- - - - - -}包含解决方案是碱+ Cl的名字命名的^{- - - - - -}。未经处理的样品和样品处理饱和的高阻抗Ca(哦)₂解决方案,但在饱和Ca(哦)₂由3.5 wt溶液稀释。%氯化钠溶液,未经处理的样品的阻抗非常低。幸运的是,治疗样本改变这一趋势,及其阻抗结果接近的未经处理的Cl^{- - - - - -}自由饱和Ca(哦)₂解决方案,这表明ultrasound-assisted化学沉积的耐腐蚀性能得到改善。两个等效电路,(21),(22)在图6的阻抗谱,提出了适合未经处理的样品和样品处理,分别。在这里,解决方案是阻力。和分别代表了双层电容和电荷转移电阻。代表了电容与扩散代表相关的阻力。表示沉积膜的电容的总电阻毛孔。安装数据展示在表1。这一研究获得的极化曲线显示在图中5 (d),腐蚀电位和腐蚀电流密度来源于阴极塔费尔地区外推(如表所示2)。一般来说,较高的腐蚀电流密度对应较低的耐蚀性。在Cl^{- - - - - -}包含模拟混凝土孔隙的解决方案,处理样品的腐蚀电流密度已经减少到三分之一的未经处理的样品。因此,它可以根据数据表中找到2的待遇比未经处理的样品有更好的耐腐蚀性能在Cl^{- - - - - -}包含模拟混凝土孔隙溶液。

图7显示了样品的表面形态后,沉浸在Cl^{- - - - - -}24小时包含模拟混凝土孔隙解决方案。可以看出,未经处理的样品患有严重水腐蚀而治疗仍保持其表面完好无损。即使在扫描电镜图片,可以看出那些microflakes表面的处理样品保存完好。最后,它证实,密集的涂料由ultrasound-assisted化学淀积可以作为一个有效屏障,减轻在Cl Mg-Nd合金的腐蚀^{- - - - - -}包含模拟混凝土孔隙的解决方案。

如果金属镁是沉浸在水的解决方案,整个腐蚀反应可以描述如下:Mg + 2 h₂O→毫克^{2 +}+ 2哦^{- - - - - -}+ H₂↑[23]。通常,解散毫克增加了哦^{- - - - - -}浓度,氢氧化镁沉淀一旦超过其溶解度极限(24]。因此,它可以很容易地理解基于上述化学反应在碱性镁拥有免疫行为的解决方案。不幸的是,哦^{- - - - - -}很容易被氯取代吗^{- - - - - -}形成可溶性氯加快溶解的氢氧化镁(25]。因此,镁及其合金的耐腐蚀性能在Cl将明显减少^{- - - - - -}发生在模拟混凝土孔隙溶液。

一层致密的涂层是显示在图2和3,在这里,其形成机制是讨论如下。首先,H₂阿宝₄^{- - - - - -}在水溶液释放HPO电离₄^{2 -}和H⁺(26,27]。接下来,HPO₄^{2 -}用Ca优先债券^{2 +}形成不溶性CaHPO₄h·2₂O在酸性磷酸盐溶液,其相关的化学反应如下所示:Ca^{2 +}+ HPO₄^{2 -}+ 2 H₂O→CaHPO₄∙2 h₂O (28,29日]。此外,哦^{- - - - - -}生产镁的腐蚀反应与H₂阿宝₄^{- - - - - -}为了便于HPO的形成₄^{2 -}(28,29日]。最后,当表面由CaHPO均匀覆盖₄h·2₂啊,可以提高镁合金的耐蚀性由于CaHPO的保护作用₄h·2₂o .如今,镁合金有许多潜在的应用,如模板和钢筋在建筑工程由于轻型结构的迫切要求。在这一趋势的高跟鞋,一个简单的过程是成功开发了在我们的研究中在Cl提高镁合金的耐蚀性^{- - - - - -}包含模拟混凝土孔隙的解决方案。

4所示。结论

一层致密Ca-P涂层是在mg - 3.3 wt制作的。% ultrasound-assisted钕合金的化学沉积,主要由CaHPO组成₄h·2₂o . Mg-Nd合金具有良好的耐蚀性模拟混凝土孔隙溶液中由于免疫镁碱性水环境中的行为。然而,它不能抵御攻击,当氯离子腐蚀发生在模拟混凝土孔隙溶液。幸运的是,这个Ca-P Cl涂层可以有效保护衬底^{- - - - - -}包含模拟混凝土孔隙溶液。总之,它提供了一种经济、环保的手段产生Mg-Nd合金上的屏障结构,进一步发展为一个潜在的方法Mg合金在未来土木工程材料。

数据可用性

在这项研究中使用的数据可从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

基础研究基金支持的工作是中央大学的中国[格兰特数字2017 b05914],中国国家自然科学基金(格兰特号码51971088),南京科技创新项目选择归侨学者,和中国江苏专任教授研究基金会资助。