近年來,由于輕量化概念的提出,許多研究都聚焦于兼具高強(qiáng)度、高剛度和輕質(zhì)特性的材料。金屬基復(fù)合材料已成為頗具前景的候選材料。其中,SiCp/Al基復(fù)合材料結(jié)合了金屬基體的韌性、優(yōu)異的熱導(dǎo)率和增強(qiáng)相的高強(qiáng)度和高剛度,被廣泛應(yīng)用于航空航天、軌道交通、電子封裝等領(lǐng)域。SiCp/Al基復(fù)合材料的基體通常由Al-Cu-Mg系鋁合金制成,具有高強(qiáng)度和耐熱性。在鋁合金基體中,SiC顆粒作為增強(qiáng)相,能有效阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng),從而提高了材料的剛度和抗蠕變性。盡管SiCp/Al基復(fù)合材料在機(jī)械性能方面表現(xiàn)出色,但在電解質(zhì)環(huán)境中,由于SiC的電極電勢(shì)明顯高于Al基在工作環(huán)境中的電極電勢(shì),兩者接觸時(shí)會(huì)形成微電池。Al基質(zhì)充當(dāng)氧化反應(yīng)(腐蝕行為)的陽(yáng)極,SiC顆粒充電陰極,加速Al基質(zhì)的電化學(xué)溶解。這種效應(yīng)在SiC顆粒與Al基體之間的界面處大量存在,尤其是在SiC顆粒分布不均或在界面結(jié)合不良時(shí),局部腐蝕電流密度會(huì)增加,導(dǎo)致嚴(yán)重的局部腐蝕,如點(diǎn)蝕和晶間腐蝕。此外,SiC顆粒表面的粗糙度或活性位點(diǎn)可能會(huì)吸附腐蝕性介質(zhì),在界面處形成局部高濃度電解質(zhì)環(huán)境,加速界面處的腐蝕反應(yīng)。盡管Al基體在自然環(huán)境中會(huì)形成氧化鋁薄膜,但SiC顆粒的存在阻礙了薄膜的持續(xù)生長(zhǎng),從而降低了其保護(hù)能力,限制了Al基復(fù)合材料的應(yīng)用范圍。表面改性技術(shù)是解決上述問題的有效措施,能夠有效提高SiCp/Al基復(fù)合材料的性能和使用壽命。
等離子體電解氧化(PEO)技術(shù)常用于在鎂、鋁、鈦等金屬表面原位生成具有防護(hù)性能的陶瓷涂層。原位生成的陶瓷涂層具有高機(jī)械強(qiáng)度、耐磨性和耐腐蝕性。這些涂層可以完全覆蓋鋁基復(fù)合材料的表面,防止腐蝕性介質(zhì)直接作用于鋁基復(fù)合材料。大量研究表明,PEO技術(shù)顯著提高了Al基復(fù)合材料的使用壽命。Al基復(fù)合材料原位生長(zhǎng)的PEO涂層由內(nèi)部致密層和外部疏松層組成。內(nèi)部致密層相對(duì)較薄且致密,是PEO涂層耐腐蝕性的主要來源。外部疏松層厚實(shí)且具有多孔性。由于部分孔洞較深,會(huì)延伸至內(nèi)部致密層,因此外部疏松層的防護(hù)效果相對(duì)較差。此外,在放電過程中,由于內(nèi)部應(yīng)力,外部疏松層常在涂層表面形成微孔和微裂紋。腐蝕介質(zhì)可通過這些開放通道滲透到涂層內(nèi)部,影響整體耐腐蝕性。目前,許多研究人員正在致力于對(duì)PEO涂層進(jìn)行后處理以解決這些缺陷。然而,這些后處理方法操作簡(jiǎn)單,但涂層的深孔封閉不充分,這些方法會(huì)對(duì)涂層和基體造成熱損傷。
近期,沈陽(yáng)大學(xué)馬國(guó)峰團(tuán)隊(duì)、中科院金屬研究所孫元團(tuán)隊(duì)采用兩步制備工藝,在鋁基復(fù)合材料表面成功制備了具有優(yōu)異機(jī)械性能和耐腐蝕性的疏水復(fù)合涂層。
通過在硅烷水溶液中引入氧化石墨烯(GO)和納米SiO2,制得PEO-硅烷-GO-SiO2復(fù)合涂層。 所制備的復(fù)合涂層的接觸角(CA)為 110°。與PEO涂層相比,該復(fù)合涂層結(jié)合強(qiáng)度提高了1.94倍,摩擦系數(shù)降低了68.18%,腐蝕電流密度降低了三個(gè)數(shù)量級(jí),腐蝕電位相對(duì)于SCE提高了0.43V。此外,在氯離子環(huán)境中,該復(fù)合涂層對(duì)p型半導(dǎo)體的保護(hù)性能優(yōu)于n型涂層。因此,本研究為制備具有更高耐腐蝕性的PEO復(fù)合涂層提供了重要參考。 工藝流程圖 制備復(fù)合涂層的兩步工藝流程圖。
數(shù)據(jù)來源與出處 相關(guān)研究成果以“Hydrophobic composite coating on Al matrix composites via two–step plasma electrolytic oxidation–silane treatment: Excellent corrosion resistance and good mechanical properties”為標(biāo)題發(fā)表在《Progress in Organic Coatings》上。
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