2024-08-01331
金屬腐蝕是導致金屬設備失效、縮短服役期限的重要原兇之一,我國每年的腐蝕總成本約占當年GDP的3%左右。此外,金屬腐蝕還可能導致安全事故的發生,阻礙新材料的發展和應用。因此,開發各類延緩或者減輕金屬腐蝕的技術和材料成為當前研究者的研究熱點問題。其巾,在金屬表面覆蓋防腐涂層是延緩腐蝕最為經濟和有效的手段之一。然而傳統防腐涂層面對苛刻的服役條件,難以提供長期、有效的防腐效果。近年來,人們致力于開發各類新型復合納米材料作為防腐涂層,從而提高涂層的耐久性和防腐能力。
鑭系金屬鹽被認為是保護金屬及合金的有效緩蝕劑,特別是鈰鹽,已被用于抑制不同金屬和合金的腐蝕,如低碳鋼、鍍鋅鋼、錫、鎂和鋁合金等。通過納米技術將鈰鹽對傳統涂層進行物理摻雜和化學改性,形成的新型納米涂層顯現出較好的防護效果和智能自愈合涂層特點,已成為當前防腐涂層研究熱點領域之一。然而,還未發現近年來有全面總結含鈰納米防腐涂層研究進展的報道。基于此,筆者通過查閱總結近年來國內外研究文獻,綜述了近年來含鈰納米防腐涂層的研究進展。如圖1所示。筆者將含鈰納米防腐涂層總結分為3大類,包括含鈰納米防腐涂層、含鈰納米容器涂層和含鈰自愈合納米防腐涂層,具體就其中代表性工作進行總結介紹,并對未來發展方向進行展望。
圖1 含鈰納米防腐涂層的分類圖
1、含鈰納米防腐涂層
含鈰納米防腐涂層可以依據改性方法將含鈰納米復合涂層分為化學修飾防腐涂層和物理摻雜防腐涂層。當前,無論是自然界已有的物質還是工業上新型的合成物,許多物質都可與鈰結合,形成相應的納米復合材料,從而為構建含鈰納米防腐涂層奠定基礎。
2、鈰納米容器涂層
鈰離子作為一種良好緩蝕劑,具有毒性低、使用安全、緩蝕效果好、可以提供活性保護陽等特點。將可以儲存緩蝕劑的納米容器摻入涂層巾,可以較好地解決涂層與緩蝕劑的相容性問題以及緩蝕劑在涂層巾分散性問題,因此有不少的學者將鈰離子與納米容器相結合開發了許多含鈰納米容器涂層。主要可以分為無機、有機、無機有機雜化3類。
3、含鈰自愈合納米涂層
白愈合納米涂層本質是基于動態鍵、形狀記憶聚合物,將緩蝕劑和愈合劑包裹存微膠囊、無機容器和纖維,或者通過溶膠凝膠過程來實現自愈合。鈰鹽作為良好緩蝕劑,與其他自愈合化合物在腐蝕部位適當地釋放,也是開發白愈合納米涂層的有效選擇之一。目前,可將其分為微粒(包括納米纖維、微膠囊等)自愈合涂層和溶膠凝膠自愈合涂層。
含鈰納米防腐涂層已成為提高傳統涂層耐蝕性和耐久性的重要發展方向之一,其通過與傳統涂層形成復合納米材料,或者是形成納米容器涂層,亦或是通過對涂層表面缺陷的填充及自愈合功能,從而實現防腐涂層表面完整性及持續性防腐。但含鈰納米防腐涂層仍有以下幾個問題需解決,一是受成本和工藝的限制,仍然難以實現低成本的大規模制備。二是新開發的含鈰納米防腐涂層多僅限于實驗室研究,而實際應用過程將面臨更加苛刻和復雜腐蝕環境,其防護效果缺乏實際環境下的驗證。基于此,對含鈰納米防腐涂層的發展和應用進行了展望,并提出未來發展方向。一是在現有制備技術的基礎上,不斷探究可形成致密性好、結合力高和大規模低成本的制備新方法。二是加快實驗室制備的含鈰納米防腐涂層在實際腐蝕環境下的應用研究,為其大規模的使用提供技術與理論積累。
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