Corros. Sci.: 鋅表面制作不潤濕表面防腐蝕層
【引言】
鋅和鋅涂層產品廣泛應用于日常生活中。然而，由于鋅的電位低，容易被腐蝕。通過阻礙下面金屬基底的電化學反應，表面改性被認為是一種有效的防腐蝕策略。目前，已經提出了許多用于抑制鋅的方法，例如導電聚合物，抑制劑等。然而，與這些方法一起仍然存在許多缺點，例如高毒性，復雜的制造工藝。因此，鋅的腐蝕保護迫切需要新的表面改性方法。腐蝕是在金屬/溶液界面上發生的現象。表面潤濕性可影響金屬基體的腐蝕過程和機理。
【成果簡介】
近日，中國科學院海洋研究所張盾研究員、王鵬副研究員在Corros. Sci.上發布了一篇關于鋅表面防腐的文章，題為“Fabrication of non-wetting surfaces on zinc surface as corrosion barrier”作者利用水熱法在鋅表面上制備了兩種非潤濕表面，超疏水表面（SHS）和潤滑劑注入光滑多孔表面（SLIPS）。用FE-SEM，XRD，XPS和接觸角計表征其表面性能，其防腐蝕性能用電化學測量評估。結果表明，兩種表面對于被捕獲在膜中的空氣（或潤滑劑）層表現出高耐腐蝕性。與SHS相比，SLIPS在保持腐蝕性介質的穩定性方面具有優勢，為實際防腐應用中非潤濕表面的選擇提供指導。
【圖片導讀】
圖1 水熱處理后鋅箔的XRD圖
（002）晶面的Zn及其氧化物含量最高，其次是（101）晶面的Zn，表明ZnO是水熱處理后在鋅基底上形成層的主要成分
圖2 鋅表面形成的ZnO薄膜的微觀形態
可以發現ZnO陣列形成在鋅表面上（圖2a）。SEM表征（圖2b）表明，典型直徑為0.5μm的六角形棒沿著[001]方向沿鋅襯底生長。?
圖3 覆蓋超疏水表面的鋅箔的XPS結果
（a）調查光譜；
（b）Zn2p光譜；
（c）O1s光譜；
（d）C1s光譜；
（e）F1s光譜。
這些結果表明PFTEOS在改性過程中通過聚合反應與ZnO層化學鍵合。
圖4 不同表面水滴形態
（a）裸鋅；
（b）超疏水表面上水滴的照片；
（c）水滴在光滑多孔中的動態行為具有低接觸角的表面（<10°）。
圖 5 樣品的開路電位曲線
該圖表明兩種非潤濕表面（SHS和SLIPS）可以降低鋅基材的腐蝕敏感性。空氣層從SHS驅出之后，DSHS的OCP值回落到-1V左右，與Ag / AgCl（3MKCl）相比，其與BS的接近。
圖6 不同樣品的EIS結果
裸鋅樣品（BS），超疏水表面（SHS），潤滑劑注入光滑多孔表面（SLIPS）和脫氣超疏水表面（DSHS）樣品在3.5％ NaCl溶液中1小時：
（a）奈奎斯特圖；
（b）波特相位角對頻率圖；
（c）波德| Z | vs頻率圖。該樣品SHS和SLIPS的散射點可歸因于其差的導電性。
圖7 樣品的開路電位-時間曲線
這一結果表明，在鋅基底上形成腐蝕產物層時，BS的腐蝕敏感性降低。SHS的OCP值降至約-1V，表明其耐腐蝕性能隨浸漬時間而降低。SLIPS在NaCl溶液中呈現高穩定性。
圖8 浸漬NaCl溶液后，裸露鋅樣品（BS）超疏水表面（SHS）和潤滑劑注入光滑多孔表面（SLIPS）的EIS結果
（a）奈奎斯特圖 ；
（b）波德相角與頻率圖；
（c）波德| Z | 對頻率圖。
奈奎斯特圖在高頻范圍內構成電容回路，在低頻范圍內構成弱沃伯堡阻抗（圖8a）。在Bode相位角與頻率曲線（圖8b）中存在非對稱峰，并且可以將其分為對應于腐蝕層和腐蝕界面的大約102 Hz和1 Hz的兩個峰。
圖9 裸鋅樣品（BS）、超疏水表面（SHS）、潤滑劑注入光滑多孔表面（SLIPS）的極化曲線
（a）電極電位隨電流的對數的變化；
（b）電極電位隨電流的變化。
圖10 各種表面的存在狀態
（a）超疏水表面（SHS）；
（b）光滑多孔表面（SLIPS）；
（c）SHS或SLIPS失效（SHS的空氣層被水溶液替代， 或SLIPS的潤滑劑層被水溶液代替）。
【小結】
本文通過水熱法在鋅表面上制備了兩種不潤濕表面，即超疏水表面和光滑多孔表面。光滑多孔表面在ZnO納米棒中將潤滑劑注入空位后對水滴具有低滑動角。與超疏水表面相比，潤滑劑注入光滑多孔表面在保持腐蝕性介質中的穩定性方面具有優勢。這項研究提供了兩種典型的非潤濕表面之間的性能的比較。選擇不潤濕的表面將有助于實際的防腐蝕應用。
文獻鏈接: Fabrication of non-wetting surfaces on zinc surface as corrosion barrier(Corros. Sci. , September 12, 2017, DOI: 10.1016/j.corsci.2017.09.003)
本文由材料人編輯部新人組蔡冠宇編譯，陳炳旭審核，點我加入材料人編輯部。
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