王金艷，高騰華，白小龍

（陜西省榆林市榆陽區(qū)金雞灘循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)園管委會(huì)，陜西 榆林 719000）

國(guó)民經(jīng)濟(jì)的正常運(yùn)行需要各種金屬的投入使用，可是由于金屬在絕大部分工作環(huán)境下總是或多或少地發(fā)生腐蝕反應(yīng)，導(dǎo)致金屬浪費(fèi)[1]。腐蝕是金屬在特定環(huán)境下和部分介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而出現(xiàn)的自然現(xiàn)象，會(huì)造成金屬性質(zhì)發(fā)生改變或惡化。和干旱、地震等自然災(zāi)害相同，金屬的腐蝕也會(huì)對(duì)道路、橋梁、管道以及一些公共建筑物體等產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的破壞，這不單單會(huì)嚴(yán)重威脅到社會(huì)安全，同時(shí)還會(huì)給國(guó)家?guī)砭薮蟮慕?jīng)濟(jì)損失和生態(tài)污染。鋁合金壓鑄件作為富含鋁元素的鋁合金制品，雖然其和部分輕金屬如鎂、鈦、錳等相比，其密度比較大，然而因?yàn)殇X合金壓鑄件具備良好的韌度、導(dǎo)電性等特征，在工業(yè)以及能源利用上擁有非常廣闊的應(yīng)用前景[2]。現(xiàn)今為止，我國(guó)已研發(fā)出諸多種類的鋁合金壓鑄件以滿足其在石油化工、建筑等的現(xiàn)實(shí)需要。雖然鋁合金壓鑄件相比于傳統(tǒng)金屬來說，其防腐蝕性能較好，但在氯離子、含酸化合物等腐蝕性液體存在的環(huán)境下，鋁合金壓鑄件依然極易發(fā)生腐蝕反應(yīng)，據(jù)統(tǒng)計(jì)每年大概將近25%的鋁合金壓鑄件會(huì)發(fā)生腐蝕，嚴(yán)重的話甚至?xí)绊懙叫虏牧系难邪l(fā)和利用。鋁合金壓鑄件的腐蝕一般是由電化學(xué)腐蝕造成的，換句話說，其在腐蝕環(huán)境能夠生成以鋁合金為陰極的電池運(yùn)行體系。因?yàn)殇X合金壓鑄件在腐蝕環(huán)境下，其熱力穩(wěn)定性會(huì)出現(xiàn)惡化，所以會(huì)生成自由的吉布斯能態(tài)，即氧化物形式，同時(shí)這也是鋁合金壓鑄件發(fā)生腐蝕的根源。

1 鋁合金壓鑄件導(dǎo)電聚合物涂層的制備

1.1 主要材料

有關(guān)鋁合金壓鑄件導(dǎo)電聚合物涂層的制備材料中的試劑主要準(zhǔn)備如下所示。

表1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備試劑

1.2 基體材料

鋁合金壓鑄件導(dǎo)電聚合物涂層在制備過程中會(huì)涉及電化學(xué)沉積作用，所以需要鋁合金材料為低合金，本實(shí)驗(yàn)以通用的鋁合金材料加工成10mm3×10mm3×10mm3大小的合金試樣為主。低鋁合金的基本成分見于表2。

1.3 主要儀器

實(shí)驗(yàn)過程中所使用的主要儀器設(shè)備如表3 所示。

儀器 廠家 型號(hào)電子分析天平 BS224S 賽多利斯集團(tuán)超聲波清洗器 KQ－100DE 昆山超聲儀器有限公司鼓風(fēng)干燥箱 DHG－9076A 景宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司磁力攪拌器 85－1A 科爾儀器設(shè)備有限公司電化學(xué)工作站 CHI660D 辰化儀器有限公司超純水機(jī) Aut0lab302N 萬通中國(guó)有限公司離心機(jī) BDP－10TL 權(quán)坤生物科技有限公司平板腐蝕測(cè)試池 TG16－WS 離心機(jī)儀器有限公司掃描電子顯微鏡 JSM－6510 精藝儀器有限公司透射電子顯微鏡 JEM－2100 三思設(shè)備儀器有限公司原子力顯微鏡 Dimension3100 克呂士有限公司光學(xué)顯微鏡 AxioImagerM2m 鉑金埃爾默有限公司傅里葉紅外變換光譜儀 Nexus870 蔡司光學(xué)有限公司接觸角測(cè)量?jī)x DSA100 尼高力有限公司

1.4 涂層制備

電沉積法制備導(dǎo)電聚合物涂層能夠最大限度地使鋁合金壓鑄件導(dǎo)電聚合物的金屬表面迅速成膜，并且成膜均勻，所以，以電沉積法制備鋁合金壓鑄件導(dǎo)電聚合物涂層是最佳選擇[3]。利用導(dǎo)電聚合物雙體和雜質(zhì)混合均勻后配制對(duì)應(yīng)的電解液，建立三電極體系，處理后的得到304SS，將其封裝后視為工作電極，如此一來就能夠擴(kuò)大電極面積，使其成為參比電極Al/AlCl 的飽和溶液或飽和甘滎（saturated ganxing）電極。

利用循環(huán)電極或恒電流方式在304SS 表面制備出不同類別的導(dǎo)電聚合物防腐涂層。具體操作步驟是：取2mol/L 的鹽酸100mLh 和1mL 的苯胺相混合，混合溶液在經(jīng)過超聲分散30min以后，將其置于冰水浴（TC）內(nèi)以磁力棒連續(xù)攪拌60min，就可以獲得分散的混合溶液，在連續(xù)攪拌過程中，需將含有5gAPS 的150mL 的硫酸溶液逐滴混入混合溶液內(nèi)，滴加結(jié)束后繼續(xù)放在冰水浴中內(nèi)連續(xù)反應(yīng)3h，靜置24h 后，將過濾后的滯留物以去離子水和乙醇二次清洗，目的是為了徹底清除其他小分子雜質(zhì)，然后利用68℃的烘烤箱將其烘干，就會(huì)得到墨綠色粉末[4]。

在整個(gè)過程中需要注意的是，當(dāng)電沉積過程一開始的時(shí)候，304SS 基底活性位點(diǎn)就會(huì)立即發(fā)生熱化[5]，此時(shí)聚合物的表面基底溶解速率就會(huì)大幅下降，進(jìn)而完成導(dǎo)電聚合物涂層在304SS 表面的生成。

表2 低鋁合金成分

2 鋁合金壓鑄件導(dǎo)電聚合物涂層防腐蝕機(jī)理

2.1 電化學(xué)保護(hù)機(jī)理

通過電化學(xué)保護(hù)機(jī)理，防腐蝕涂料的主要功能就是在涂料中大量加入鋁、鋅等相比于鋼鐵器材所含元素更為活潑的金屬粉末。在鹽性等腐蝕溶液中，涂層含有鋁、鋅等防腐蝕涂料的構(gòu)件組織，一旦發(fā)生原電池腐蝕，負(fù)電位下的鋁、鋅就會(huì)率先腐蝕，從而實(shí)現(xiàn)以犧牲涂料內(nèi)鋅粉、鋁粉來保護(hù)壓鑄件或組織構(gòu)件的目的。

圖1 試樣在3.5%NaCl 中的Ecorr-t 曲線

圖1 為電化學(xué)反應(yīng)下不同鋁合金壓鑄件導(dǎo)電聚合物涂層涂覆試樣在3.5%NaCl 溶液內(nèi)的Ecorr-t 曲線。薄層鋁合金壓鑄件導(dǎo)電聚合物涂層（b）與厚層鋁合金壓鑄件導(dǎo)電聚合物涂層（a）的腐蝕電位相比于PL 膜（c），分別朝著正極方向移動(dòng)了140mV 和200mV，這就說明本文設(shè)計(jì)的鋁合金壓鑄件導(dǎo)電聚合物涂層可以明顯提高鋁合金的耐腐蝕性，同時(shí)這也是鋁合金壓鑄件導(dǎo)電聚合物涂層鈍化的結(jié)果；而且（b）相比于（a），其腐蝕電位朝著陽向移動(dòng)了65mV，這說明（b）的鈍化能力更為優(yōu)秀。而本文設(shè)計(jì)鋁合金壓鑄件導(dǎo)電聚合物涂層的腐蝕電流升高，則說明其涂層本身帶有一定導(dǎo)電性。經(jīng)過混合溶液浸泡以后，除去涂層，鋁合金壓鑄件導(dǎo)電聚合物表面可以明顯看到已生成緊密的墨綠色氧化層，從而達(dá)到防止鈍化，提升其防腐蝕性。

圖2 代表電化學(xué)反應(yīng)下的不同鋁合金壓鑄件導(dǎo)電聚合物涂層涂覆試樣在0.1MHCl 中的Tafel 曲線。結(jié)果表明在酸性溶液中，不同鋁合金壓鑄件導(dǎo)電聚合物涂層樣品與在非酸性溶液中相同，其腐蝕性電壓也是朝著（b）與（a）的陽極方向分別移動(dòng)了40mV、50mV；且（b）相比于（a），其腐蝕性電位朝著陽極移動(dòng)至少10mV，這說明其的鈍化能力更為優(yōu)秀。與圖1 一樣說明電化學(xué)導(dǎo)電聚合物涂層在酸性介質(zhì)中也有利于提高其防腐蝕性，然而相比在鹽性介質(zhì)中，其鈍化能力表現(xiàn)稍遜，所以其防腐蝕能力相對(duì)來說表現(xiàn)得就弱一些。

2.2 隔離屏蔽機(jī)理

通過材料的隔離屏蔽機(jī)理，涂層表面所含有的防腐蝕料添加了鱗片狀填料。目的是為了降低涂層對(duì)濕度環(huán)境、氧氣等腐蝕因子的適應(yīng)性。涂層中增加的片狀填料具體是呈云狀分布，這種結(jié)構(gòu)有效實(shí)現(xiàn)了“捉迷藏效應(yīng)”，很大程度上延長(zhǎng)了腐蝕溶液滲透涂層接觸母體的路徑，從而實(shí)現(xiàn)了延長(zhǎng)涂層的抗腐蝕壽命。

3 結(jié)語

對(duì)鋁合金壓鑄件導(dǎo)電聚合物涂層的制備進(jìn)行分析，依托鋁合金壓鑄件的生產(chǎn)和應(yīng)用要求，根據(jù)電化學(xué)反應(yīng)，對(duì)其導(dǎo)電聚合物的涂層進(jìn)行調(diào)整。實(shí)踐表明，該設(shè)計(jì)方法在抗腐蝕性能上具有極高的有效性。希望本文的鋁合金壓鑄件導(dǎo)電聚合物涂層的制備可以為未來有關(guān)導(dǎo)電聚合物涂層提供一定程度的參考意義。