Corros. Sci.: 锌表面制作不润湿表面防腐蚀层
【引言】
锌和锌涂层产品广泛应用于日常生活中。然而，由于锌的电位低，容易被腐蚀。通过阻碍下面金属基底的电化学反应，表面改性被认为是一种有效的防腐蚀策略。目前，已经提出了许多用于抑制锌的方法，例如导电聚合物，抑制剂等。然而，与这些方法一起仍然存在许多缺点，例如高毒性，复杂的制造工艺。因此，锌的腐蚀保护迫切需要新的表面改性方法。腐蚀是在金属/溶液界面上发生的现象。表面润湿性可影响金属基体的腐蚀过程和机理。
【成果简介】
近日，中国科学院海洋研究所张盾研究员、王鹏副研究员在Corros. Sci.上发布了一篇关于锌表面防腐的文章，题为“Fabrication of non-wetting surfaces on zinc surface as corrosion barrier”作者利用水热法在锌表面上制备了两种非润湿表面，超疏水表面（SHS）和润滑剂注入光滑多孔表面（SLIPS）。用FE-SEM，XRD，XPS和接触角计表征其表面性能，其防腐蚀性能用电化学测量评估。结果表明，两种表面对于被捕获在膜中的空气（或润滑剂）层表现出高耐腐蚀性。与SHS相比，SLIPS在保持腐蚀性介质的稳定性方面具有优势，为实际防腐应用中非润湿表面的选择提供指导。
【图片导读】
图1 水热处理后锌箔的XRD图
（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是水热处理后在锌基底上形成层的主要成分
图2 锌表面形成的ZnO薄膜的微观形态
可以发现ZnO阵列形成在锌表面上（图2a）。SEM表征（图2b）表明，典型直径为0.5μm的六角形棒沿着[001]方向沿锌衬底生长。
图3 覆盖超疏水表面的锌箔的XPS结果
（a）调查光谱；
（b）Zn2p光谱；
（c）O1s光谱；
（d）C1s光谱；
（e）F1s光谱。
这些结果表明PFTEOS在改性过程中通过聚合反应与ZnO层化学键合。
图4 不同表面水滴形态
（a）裸锌；
（b）超疏水表面上水滴的照片；
（c）水滴在光滑多孔中的动态行为具有低接触角的表面（<10°）。
图 5 样品的开路电位曲线
该图表明两种非润湿表面（SHS和SLIPS）可以降低锌基材的腐蚀敏感性。空气层从SHS驱出之后，DSHS的OCP值回落到-1V左右，与Ag / AgCl（3MKCl）相比，其与BS的接近。
图6 不同样品的EIS结果
裸锌样品（BS），超疏水表面（SHS），润滑剂注入光滑多孔表面（SLIPS）和脱气超疏水表面（DSHS）样品在3.5％ NaCl溶液中1小时：
（a）奈奎斯特图；
（b）波特相位角对频率图；
（c）波德| Z | vs频率图。该样品SHS和SLIPS的散射点可归因于其差的导电性。
图7 样品的开路电位-时间曲线
这一结果表明，在锌基底上形成腐蚀产物层时，BS的腐蚀敏感性降低。SHS的OCP值降至约-1V，表明其耐腐蚀性能随浸渍时间而降低。SLIPS在NaCl溶液中呈现高稳定性。
图8 浸渍NaCl溶液后，裸露锌样品（BS）超疏水表面（SHS）和润滑剂注入光滑多孔表面（SLIPS）的EIS结果
（a）奈奎斯特图 ；
（b）波德相角与频率图；
（c）波德| Z | 对频率图。
奈奎斯特图在高频范围内构成电容回路，在低频范围内构成弱沃伯堡阻抗（图8a）。在Bode相位角与频率曲线（图8b）中存在非对称峰，并且可以将其分为对应于腐蚀层和腐蚀界面的大约102 Hz和1 Hz的两个峰。
图9 裸锌样品（BS）、超疏水表面（SHS）、润滑剂注入光滑多孔表面（SLIPS）的极化曲线
（a）电极电位随电流的对数的变化；
（b）电极电位随电流的变化。
图10 各种表面的存在状态
（a）超疏水表面（SHS）；
（b）光滑多孔表面（SLIPS）；
（c）SHS或SLIPS失效（SHS的空气层被水溶液替代， 或SLIPS的润滑剂层被水溶液代替）。
【小结】
本文通过水热法在锌表面上制备了两种不润湿表面，即超疏水表面和光滑多孔表面。光滑多孔表面在ZnO纳米棒中将润滑剂注入空位后对水滴具有低滑动角。与超疏水表面相比，润滑剂注入光滑多孔表面在保持腐蚀性介质中的稳定性方面具有优势。这项研究提供了两种典型的非润湿表面之间的性能的比较。选择不润湿的表面将有助于实际的防腐蚀应用。
文献链接:Fabrication of non-wetting surfaces on zinc surface as corrosion barrier(Corros. Sci. , September 12, 2017, DOI: 10.1016/j.corsci.2017.09.003)
本文由材料人编辑部新人组蔡冠宇编译，陈炳旭审核，点我加入材料人编辑部。
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