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镀锌钢板的使用已有二百多年的历史,至今仍然占有重要的地位。电镀锌(Zn)层的主要作用是作为阳极牺牲层来减少钢铁基底的腐蚀。近年来,随着建筑业、汽车业及家电业的迅速发展,镀锌钢板的得到了更加广泛的应用,同时也对其耐蚀性提出了更高的要求,但未经处理的镀锌钢板易发生腐蚀,使镀锌层表面易形成灰暗色,在存贮过程中形成白锈或产生黑变,一般采用铬酸盐进行钝化处理以提高耐蚀性能,但铬酸盐的环境有害性不容忽视。因此,纳米颗粒(SiO2, TiO2,ZrO2,CNTs等)增强镀锌层的耐蚀性也被广泛研究。
众所周知,石墨烯(Gr)具有独特的物理、化学和力学性能,被认为是一种理想的金属材料增强相。电化学法,又称电镀法,广泛应用于金属表面防护薄膜的制备,具有方便、快捷、低成本的特点。电化学法制备金属+石墨烯复合薄膜的原理是:将氧化石墨烯(GO)悬浮液与电解液均匀混合,在通电的条件下,氧化石墨烯由分散体系向阴极表面附近传质、吸附且发生电子交换,被还原为石墨烯(Gr);最后在搅拌情况下石墨烯与金属离子发生共沉积,在阴极形成金属+石墨烯复合材料。
近年来,武汉大学物理科学与技术学院潘春旭教授课题组致力于金属+石墨烯复合材料的研究与应用。最近,博士生宋贡生等人利用反向脉冲电镀法制得了高耐蚀性的Zn-Gr复合薄膜。研究了电解液中GO添加量对复合镀层的微结构和耐蚀性的影响。结果表明:1)GO的加入将改变金属锌的电沉积机制,即,镀层的择优取向由纯锌的(112)和(101)晶面逐步变为复合镀层的(103)、(102)和(110)晶面;2)前驱体GO在共沉积过程中被还原为Gr;3)Gr的加入不会影响镀层与基体的结合力,所有镀层结合力均为5B等级(ASTMD3359);4)在电解液中存在一个最佳的GO添加范围(0.3-0.5g/L),此时得到的Zn-Gr复合镀层的腐蚀电流仅为纯锌层的1%,即表现出最好的耐蚀性。最近,论文已经发表在美国电化学学会刊物《Journalof The Electrochemical Society》(工程技术2区top,影响因子3.662)上。
论文链接:Gongsheng Song, Sishi Li,Gang Liu, Qiang Fu, Chunxu Pan: "Influence of Graphene OxideContent on theZn-Gr Composite Layer Prepared by Pulse Reverse Electro-plating", Journal of The Electrochemical Society, 2018, 165(11): D501-D510.
(http://jes.ecsdl.org/content/165/11/D501.abstract?sid=7f21ca3c-fdcf-4bb1-99b3-3d615eb303c2)
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