华南理工大学张心亚Corros. Sci.：氧化石墨烯在磷酸锌涂层上的妙用

【引言】

钢铁，世界上应用最广泛的工程材料，其防腐蚀性具有重要意义，如今已研究出多种有效的方法改善钢材的耐腐蚀性能。其中磷酸盐涂层由于其经济性及良好的耐磨性，广泛应用于钢铁的预处理过程。此外，磷酸盐涂层不仅可以提高耐腐蚀性，还能增强涂层的附着力，这在工业用途上有着重要意义。然而磷化工艺所需温度较高，作用时间较长。为解决这一难题，从而达到降低生产成本，节约资源的目的，科学家们研发出了磷化工艺的加速剂，其可以有效地加速磷化过程并降低反应温度，进而改善磷酸盐涂层的性能。近日，有学者研究将氧化石墨烯(GO)作为磷化工艺的加速剂，可大大提高涂层的防腐蚀能力。

【成果简介】

近日，华南理工大学张心亚教授（通讯作者）课题组在Corrosion Science上发布了一篇关于磷酸盐涂层的文章，题为“A fast, low temperature zinc phosphate coating on steel accelerated by graphene oxide”。作者研究了氧化石墨烯(GO)对磷酸盐涂层显微组织和耐蚀性的影响。研究结果表明，GO可以有效地加速金属锌的磷化过程，提高磷酸盐涂层的耐腐蚀性。

【图片导读】

图1 单位面积磷酸盐涂层质量(MPA)与氧化石墨烯(GO)浓度关系

GO影响磷化过程，导致磷酸盐涂层具有不同的MPA。当磷化液中刚加入GO时，随着GO浓度的增加，MPA不断增加直至最大值21.7g/m2；当GO浓度超过1.2g/L时，随着其浓度的增加，MPA不断减少。

图2 磷化液中磷酸盐涂层的XRD图谱

由XRD图谱分析可知，磷酸盐涂层的主要物相Zn3(PO4)2?4H2O。GO的添加没有改变磷酸盐涂层的相组成，但影响着磷酸盐晶体的择优生长取向。

图3 磷化液中样品的电位极化曲线

GO的添加有利于提高磷酸盐涂层的耐蚀性。与标准样品相比，添加GO后，磷酸盐涂层的腐蚀电位增加，腐蚀电流减少。

图4 电化学阻抗谱(EIS)

(a) 奈奎斯特图;
(b) 伯德图；
(c) 相位角图。

图5 磷酸盐涂层的SEM图

随着GO的添加，磷酸盐晶体的生长速率增加。磷化时间为1分种时，GP样品出现明显的晶体；磷化时间为8分钟时，GP样品被大量细小的磷酸盐晶体所覆盖。磷化处理完成后，随着GO浓度的增加，磷酸盐晶体的体积呈现出先减小后增大的趋势。

图6 根据EIS数据做出的等效电路图

该等效电路由电荷转移电阻(Rct)，溶液电阻(Rs)和恒定相元(CPE)组成。由于涂层表面的粗糙度，CPE用于替代双层电(Cd1)。研究结果表明，GO的加入导致GP样品的Rct值增加；当GO含量进一步增加后，Rct值反而会降低。

【小结】

这篇文章揭示了GO的添加可以加速磷化处理过程，改善磷酸盐涂层的结构形态，增强其耐腐蚀性能。GO加入后，会被结构表面所吸收，形成沉积层；沉积层不断捕获金属阳离子，进而促进了磷酸盐晶体的形核。当GO的浓度优化为1.2g / L时，磷酸盐涂层具有最均匀紧凑的结构，达到最强的耐腐蚀性。然而过量的GO会将钢材表面覆盖，限制其发生溶解反应，抑制磷酸盐晶体的结晶，从而导致制备出的磷酸盐涂层耐腐蚀性降低。

文献链接：A fast, low temperature zinc phosphate coating on steel accelerated by graphene oxide(Corros. Sci., 1 September,2017,DOI: 10.1016/j.corsci.2017.08.033）

本文由材料人编辑部金属学术组金晨供稿，欧洲足球赛事 编辑整理。

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