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Corros. Sci. ：通过加入改性氧化石墨烯改善热镀锌钢上无机钝化膜的防腐蚀性能
题目
题目：Improved anti-corrosion behaviour of an inorganic passive film on hot-dip galvanised steel by modified graphene oxide incorporation
通过加入改性氧化石墨烯改善热镀锌钢上无机钝化膜的防腐蚀性能
关键词
钢；锌；钝化膜
来源
出版年份：2020年
期刊：Corrosion Science
课题组：河北工业大学材料科学与工程范永哲课题组
研究背景
镀锌能够抑制钢材的腐蚀，铬酸盐钝化法已广泛应用于镀锌钢的预处理，然而，由于六价铬的毒性，这种方法受到严格的管制，寻找合适的替代方法成为当务之急。以钼、钛、铈和硅酸盐为基材的环保型无机钝化膜能够有效抑制腐蚀反应，但由于微裂纹和孔洞等表面缺陷的形成，腐蚀防护会随着时间的推移而下降。在钝化膜中加入添加剂可以改变缺陷形成的趋势。
研究出发点
氧化石墨烯 (GO) 具有优异的抗渗透性，将其作为纳米外掺料掺入有机防腐涂料中，表现出明显的改性防腐行为。然而，GO团聚严重影响了GO改善防腐蚀性能的效果。为了克服这一点，人们提出了GO的共价改性方法。已有研究证明，改性氧化石墨烯 (mGO) 应用于有机防腐涂层中，能够提高涂层的防腐蚀性能。与之不同的是，出于日益严格的环保要求，本文尝试研究在无铬酸盐无机钝化处理中加入mGO，以改变钝化膜的化学成分，改善材料的耐腐蚀性能。
研究内容
本文通过八氨基丙基多面体低聚倍半硅氧烷（OA-POSS）的新型亲水有机-无机杂化物对GO进行改性，以提高其在水中而不是在溶剂基基质中的分散性。OA-POSS改性GO是通过无机粒子和有机分子复合实现改性。针对改性后的mGO，首先，通过电势极化曲线和电化学阻抗谱初步表征了mGO对钝化膜防腐蚀性能的影响。其次，用扫描电镜观察了钝化膜的微观结构。采用扫描电化学显微镜（SECM）研究了钝化膜结构对防腐蚀性能的影响；利用X射线光电子能谱（XPS）分析了钝化膜的化学成分；利用Mott-Schottky曲线研究了钝化膜的化学成分与防腐蚀性能的关系。最后，对观察到的增强防腐蚀行为提出了合理的机理。
图1 GO和mGO的特性：(a) 紫外-可见曲线和色散比较，(b) 傅立叶变换红外光谱结果，(c) 拉曼光谱结果，(d) XPS勘测光谱，(e) GO和mGO的高分辨率C 1s光谱，(f) GO和mGO的厚度剖面，(g) GO和 (h) mGO的AFM图像
图2 (a) PFmGO-0、(b) PFmGO-0.02、(c) PFmGO-0.05和(d) PFmGO-0.1的横截面图像及表面形貌
图3 钝化膜的形成机理
图4 增强防腐性能的机理示意图
主要结论
1.随着mGO含量的增加，改性氧化石墨烯(mGO) 能够改善镀锌钢表面无机钝化膜的防腐蚀性能，表现为其腐蚀电流密度和腐蚀速率均降低了一个数量级，以及其对腐蚀离子渗透和电荷转移的抵抗力得到了增强。
2.对钝化膜表面缺陷进行改性有利于钝化膜电化学活性的降低，Mott-Schottky分析表明，钝化膜的离子电导率和电子电导率降低，电荷载体密度得到有效控制。
3.防腐蚀性能的改善与表面缺陷的改性、mGO优异的屏蔽性能以及腐蚀过程中电荷转移的抑制有关。
文献链接：
https://doi.org/10.1016/j.corsci.2020.108846
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