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论文改稿范文 机电工程学院毕业论文论文题目:1060铝合金表面B型硅烷膜的制备及其工艺性研究学生姓名杨晓辉学号xx46880313专业班级材控1003班指导教师郭永刚xx年5月16日2摘要与传统磷化处理技术相比，硅烷化处理具有无污染、处理件耐腐蚀性好、与涂层结合牢固等特点，因而采用硅烷偶联剂对金属进行处理成为新兴的表面处理工艺。 本文在1060铝合金表面进行了硅烷膜的制备并对其工艺进行了研究。 其主要目的在于通过水解实验检测分析得出硅烷膜制备的最佳工艺参数，然后利用电化学工作站对其耐腐蚀性能进行分析。 本实验采用-APS类KH-560硅烷偶联剂进行水解工艺研究。 采用正交实验法对影响水解的八个较为重要的因素进行综合分析，其中包括KH-560的体积V 1、V乙醇:V去离子水(V2)、pH值、浸涂时间(t2)、固化温度(t”)、水解时间(t1)、水解温度(t)、固化时间(t3)等。 浸涂后的1060铝合金试样通过电化学工作站分析其耐腐蚀性能。 通过对比分析电化学工作站测量数据，我们得出1060铝合金表面KH-560硅烷偶联剂成膜的最佳工艺参数为每100ml硅烷乙醇水溶液比例为VKH-560V乙醇V去离子水=3:22:75，pH值为9.00，水解温度t=40，水解时间t”=8h，浸涂时间t1=40min，固化温度t2=120，固化时间t3=15min。 其中硅烷与乙醇水溶液比例以及浸涂时间对实验结果影响比较大，固化时间和pH值在合理范围区间内影响相对较小。 KH-560硅烷偶联剂在1060铝合金表面制备的硅烷膜在模拟海水（质量分数为3.5NaCl溶液）条件下有非常好的耐腐蚀性能，与其它相比，使工作电极大大降低自腐蚀电流密度，并使电极介面阻抗增加，自腐蚀电位正移。 最佳实验组2号比其他的提高约12个数量级。 关键词1060铝合金；KH-560；硅烷膜；水解工艺；电化学分析3Title:Study andpreparation technologyof1060Aluminum alloysurface typeB silane films ABSTRACTCompared withthe traditionalphosphating technology，silane treatmenthas theadvantages ofno pollution，treatment withgood corrosion resistance，strong featuresbined withthe coating，so thatthe agentsin metalsurface treatmenttechnology emergingbe pretreatedby silane coupling.This paperexplores theprocess and the preparationof1060Aluminum alloysurface typeB silanefilm.Its mainpurpose isto studythe silane films wereprepared,and theoptimum processparameters of silanefilmsprepared byhydrolysis testanalysis.This experimentusing-APS silanecoupling agent KH-560on thehydrolysis process.By themethod oforthogonal experiment,prehensive analysis,affecting eighthydrolysis of the moreimportant factorsincluding:KH-560V1,V ethanolvolume:V deionizedwater(V2),pH value,dipping time(T2),curing temperature(T),hydrolysis time(T1),hydrolysis temperature(t),curing time(T3).1060Aluminum alloyspecimens afterdip coatingbyelectrochemical instrumentanalysis ofthe corrosion resistance.Through themembrane intothe surfaceof aluminiumalloy KH-560silanecouplingagent toobtain theoptimum technologicalparameters byorthogonal test:every100ml silanealcohol water solution ratio of VKH-560:V C2H6O:V ethanoldeionizedwater=3:22:75,pH=9,t=40,hydrolysis temperature，hydrolysis timet=8h,dipping time oft1=40min，the curingtemperature oft2=120，the curingtimeoft3=15min.The ethanolwatersolutionratioof silaneand dippingtime onthe experimentalresults ofthe impactis relativelylarge,the curingtime andpH valuein thereasonableinterval isrelatively small.Silane couplingagentKH-560on1060Aluminum alloysurface preparationofsilanefilm insimulated seawater(mass fractionof3.5%NaCl4solution)have verygood corrosionresistance performance,pared withthe workingelectrode,greatly reducedthe corrosioncurrent density,andtheelectrode impedanceincreased,the corrosionpotential shiftedpositively.The bestexperiment group2than otherimproved about1to2orders ofmagnitude.Keywords:1060Aluminum Alloy；KH-560；Silane films；Hydrolysis process；Electrochemical analysis5目录1绪论71.1研究背景与现状71.2硅烷偶联剂的概述81.3硅烷偶联剂的水解机理81.4本次课题研究的意义92实验步骤102.1实验原理102.2实验材料102.2.1铝合金112.2.2硅烷偶联剂KH-560112.3实验仪器112.4实验方法122.4.1正交实验法122.4.2电极的制备122.4.3硅烷的乙醇水溶液配制132.4.4硅烷膜的制备142.5测试方法142.5.1线性扫描伏安法152.5.2塔菲尔曲线法153硅烷偶联剂的水解工艺研究173.1硅烷偶联剂的选择173.2水解工艺的确定173.2.1硅烷水解溶剂的选择173.2.2水解程度地确定方法183.3水解参数的设定讨论183.3.1水机时间及乙醇/去离子水/硅烷偶联剂的比例影响183.3.2pH的影响193.4本章小结194实验部分204.1正交实验204.2硅烷膜的耐腐蚀性能测定224.3实验结论与分析234.3.1塔菲尔曲线分析234.3.2线性扫描伏安曲线分析256总结27致谢28参考文献2971.绪论1.1研究背景及现状金属耐腐蚀研究从1906年美国伯明翰首创磷化技术以来，锌系磷化技术、铁系磷化技术、改良的锌系磷化技术、无镍磷化技术以及氧化铁系磷化技术在金属表面预处理领域中的应用越来越广，汽车、家电的一些零部件涂装的前处理一般都采用磷化处理技术，尽管磷化处理技术在生产上已获得广泛的应用，然而磷化处理工艺也具有耗能多、重金属离子含量超标、含有致癌物质、废水废渣排放多等诸多缺点，对人类生活及地球环境造成严重破坏。 随着人们对环保意识的不断增强以及国家对涂装行业的环保性使的磷化处理技术不再适应当前使用要求，人们开始对新型环保、节能、低排放的金属表面前处理技术进行深入广泛的研究。 材料表面的硅烷化处理是利用有机硅的特殊分子结构对金属或非金属材料进行表面处理的过程，其处理工艺优点 （1）不含磷的处理过程， （2）无有害的重金属离子； （3）处理步骤少，时间短，控制简便，无需表调； （4）处理过程无需加温且不产生沉渣，槽液可重复使用； （5）能够有效提高油漆和基材的结合力可共线处理铁、锌、铝等多种基材1-5。 本次论文题目为1060铝合金表面B型硅烷膜的制备及其工艺研究，是以有机硅烷水溶液为主要成分对1060铝合金进行表面处理的方法。 1.2硅烷偶联剂的概述及现状硅烷偶联剂(Silane couplingagents，简称“SCA”或“硅烷”)是应用最广泛的偶联剂，随着它在各种材料中的普及应用，合成的种类日益繁多，应用范围也日益广泛6。 硅烷偶联剂是一种分子中含有与有机物和无机物同时反应的有机硅化合物7。 从20世纪40年代道美国康宁公司和联合碳化物公司开发到现在已经将近70年了。 自开发至今品种相当繁多，仅已知结构的硅烷偶联剂就有百余种以上，称为近年来发展较快的继硅油、硅橡胶、硅树脂之后有机硅产品的第四大类8,9。 硅烷偶联剂随着在作为玻璃纤维的表面增强材料以来，品种日益增多，结构日益复杂，用量越来越小，应用范围越来越大。 使用硅烷偶联剂极大的8改进上述材料的机械性能、电气性能、耐候性、耐水性、粘结性、分散性以及工艺操作性等等10-12。 对金属表面用硅烷偶联剂进行处理是近几年来才得到发展的表面处理工艺，由于它的无毒性、无污染、适用广泛、成本低、对金属有很好的耐蚀性及与有机涂层有优异的粘接性能等优点而引起国内外学者们的广泛关注13。 史保川,孙培培等14将二乙烯三胺分别与五种氯烃基烷氧基硅烷反应，合成了五种偶联剂，产率为49%70%，它们不仅是制备织物柔软剂的原料,而且是制备硅树脂固胰酶载体的原料。 史保川，孙培培等以甲基二氯硅烷、烯丙基氯和环己胺为原料、经过硅氢化反应、醇解反应和胺化反应合成了-环己胺丙基三乙氧基硅烷和甲基、-环已胺丙基二甲氧基硅烷。 并用元素分析对它们作了表征。 证实它们是新颖的有机硅偶联剂，可在纺织工业上制作柔软剂。 除了传统的硅烷偶联剂之外，还有一些新颖的硅烷偶联剂得到开发。 如南京大学、武汉大学开发的十二烷基硅氧烷。 甄广全15对其性能研究表明，碳官能团的增长，有利憎水膜中相邻有机基团的敛集作用，有利于膜层增厚，增加膜层的化学稳定性。 另外还有有机硅过氧化物偶联剂,其与传统的偶联剂不同之处在于可水解基团X为-OOR基，其特点是过氧基受热后很容易分解成具有高反应能力的自由基，它不仅可以作为有机物与无机物之间的偶联剂，尚可使两种相同或不同的有机物进行偶联，还能与无极性(如聚烯烃,硅橡胶等)的有机物偶联。 1.3硅烷偶联剂的水解机理现阶段的硅烷偶联剂的作用机理有多种，虽然这些理论各自都有一定的实验依据，但都只是从某个角度解释硅烷偶联剂对界面的增强机理，有一定的局限性。 所以，到现在为止偶联剂的作用机理仍无一完善的理论。 但水解化学键合理论能解释较多的实验事实和现象，对推动偶联剂的发展起一定的指导作用，仍是众多学者解释SCA作用机理的理论依据16。 理论证明硅烷水解生成的硅羟基含量有利于金属耐腐蚀性的提高。 硅烷水解反应同时存在硅羟基的水解与缩合，是动态可逆平衡反应，但在金属表面硅烷化处理中，以烷氧基硅烷应用较多，而烷氧基硅烷主要产生于水解部分，因此论文中主要研究烷氧基硅烷的水解过程。 9硅烷在水解部分的反应为逐级解离的化学平衡体系，反应式如下Y-R-Si-(OR)3+H2OY-R-Si-(OR)2(OH)+ROH Y-R-Si-(OR)2(OH)+H2OY-R-Si-(OR)(OH)2+ROH Y-R-Si-(OR)(OH)2+H2OY-R-Si-(OH)3+ROH同时，水解体系同时伴随着烷氧基硅烷与醇、硅醇与硅氧烷的交换反应。 在中性介质中，水解速度较慢；在酸性和碱性介质中，水解速度较快。 1.4本次课题研究的意义及主要内容铝及铝合金出色的低密度和高强度/重量比使它们在轻质工程应用方面有吸引人的表现。 尽管铝合金有着不错的抗氧化能力，但在实际应用当中，铝合金的化学活性过高，尤其是在汽车和航空航天工业领域，铝合金的长期处于恶劣的工作条件，这样更加剧了铝合金的腐蚀。 而腐蚀是材料在各种环境作用下发生的破坏和变质的自发过程，因此，有效的防腐蚀系统在铝及铝合金的开发中成为它们工业应用至关重要的环节。 所以我们研究这个课题的目的就是要通过实验找出硅烷膜的最佳工艺参数，延长铝合金的使用寿命及安全性能。 通过这次设计研究的主要内容为通过查找相关文献资料，选择相应的实验方案与影响因素，分组进行实验结果的对比与分析。 实验通过电导率仪对样品溶液进行检测，以此观察溶液的水解程度；通过正交实验法对影响硅烷膜耐腐蚀性的八个因素进行分组，并用电化学工作站对实验结果进行定性定量分析。 通过上述实验过程，我们总结得出1060铝合金表面硅烷膜制备的最佳工艺参数。 这次的实验让我们对科学的研究方法有了新认识，提高我们的实验设计能力和动手操作能力，并对铝合金以及硅烷膜的制备及性能有了很深的理解。 102实验步骤2.1实验原理本次毕业设计的论文题目为1060铝合金表面B型硅烷膜的制备及其工艺研究。 其工艺过程为硅烷偶联剂水解+涂覆+固化。 虽然铝合金在氧化过程中能够形成致密的氧化膜阻碍进一步的氧化，但铝合金在现实生活及使用环境中经常会遇到各种各样腐蚀，包括酸、碱腐蚀以及电化学腐蚀等等，这些对铝合金的使用寿命、安全性能有着致命的打击。 因此由于硅烷膜具有良好的耐腐蚀性以及涂覆性，可以极大地弥补包括铝合金在内的金属腐蚀的缺点，这可以从根本上解决铝合金在生产、使用过程中的安全性能及使用寿命等问题。 在第一步水解工艺中，硅烷偶联剂不溶于水但溶于有机溶剂，所以我们通过改变去离子水与无水乙醇的比例，再控制硅烷偶联剂的量，通过氨水调节pH值来促进硅烷偶联剂的水解，配制出不同编组的硅烷偶联剂水解溶液，再将处理过的铝合金片浸涂其中，浸涂结束后保持温度固化，最后进行电化学测量，通过测量得出不同硅烷膜制备工艺下的耐腐蚀性能，进而得出1060铝合金表面B型硅烷膜最佳制备工艺。 2.2实验材料本次实验材料如下表2.1所示表2.1实验材料实验材料级别生产厂家铝合金工业级宏发塑钢铝合金装饰硅烷偶联剂（KH-560）工业级郑州祥源化工产品有限公司氨水分析纯洛阳化学试剂厂无水乙醇分析纯洛阳化学试剂厂去离子水分析纯自制氯化钠分析纯天津德恩试剂有限公司11冰醋酸分析纯洛阳化学试剂厂改性丙烯酸酯胶胶粘剂工业级抚顺胶粘剂化学有限公司精密pH试纸工业级上海三爱思试剂有限公司透明胶带家用宏发塑钢铝合金装饰2.2.1铝合金本实验所选用的主要材料为工业纯1060铝合金按照质量分数从小到大的排列其化学成分如图2.2所示表2.21060铝合金的成分质量分数元素Al FeCu MnMg ZnTi VSi质量分数99.60.000-0.4000.050.050.050.050.030.050.252.2.2硅烷偶联剂KH-560化学名称-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷物理形态无色透明液体。 折光率（nD25）1.4260-1.4280，费电290。 密度（25）1.065-1.072.溶于水并发生水解，溶于大多数的有机物。 2.3实验仪器本次实验所选仪器如下表2.3所示表2.3实验仪器仪器名称型号生产厂家超声波清洗仪HS2060A天津恒奥科技有限公司数显恒温水浴箱HH-2金坛市阳光仪器厂数显示电导率仪DDS-11A上海鸿盖仪器有限公司电热恒温鼓风烘干箱DHG-9035A上海齐欣科技仪器有限公司12电化学工作站RST5200郑州世瑞思仪器科技有限公司2.4实验方法本次试验流程如图所示图2.1实验流程图2.4.1正交实验法17正交试验法是用“正交表”来安排和分析多因素问题试验的一种数理统计方法。 这种方法的有点就是通过最少的实验次数得到最佳的实验结果。 因此，工农业及其他科学领域多采用正交实验法来进行初步的测试。 我们这次的实验将分成八个变量，其中包括KH-560的体积(V1)、V乙醇:V去离子水(V2)、pH值、浸涂时间(t2)、固化温度(t”)、水解时间(t1)、水解温度(t)、固化时间(t3)等，分成两组互为变量进行正交试验,选择的正交试验表为L9 (34)(“3”代表水平数；“4”代表因素数“9”代表实验次数；)2.4.2电极的制备将买来的1060铝合金条切割成30mm30mm的规格，先用砂纸打磨，去掉表面的氧化膜，然后用去离子水冲洗，再用冰醋酸超声清洗，最后再用去离子水将金属表面的冰醋酸洗净。 水解浸涂后保留硅烷膜涂覆均匀的一面进行测量，将不均匀的硅烷膜涂覆面继续涂上一层改性丙烯酸酯胶粘剂（绝缘），并用透明胶带（绝缘）封缠成30mm20mm并开小口以便接入工作电极。 工作电极如下图所示；铝合金电极制备硅烷溶液的配制与水解硅烷溶液浸涂固化电化学工作站分析检测13制作流程如下所示图2.2工作电极2.4.2硅烷的乙醇水溶液配制按照正交实验表对烧杯进行从1-18号进行编制，每一个烧杯对应相应的硅烷偶联剂的量、乙醇与去离子水的量，将定量的硅烷溶液溶于V2(VEtOH/VH2O)的乙醇水溶液中，使三者体积之和为100mL。 用氨水（pH=12）调节硅烷溶液的pH值，充分搅拌至溶液透明后放入恒温槽中水解相应的时间。 制成的KH-560硅烷的乙醇水溶液如下图所示砂纸打磨水洗冰醋酸超声清洗水洗碱处理去离子水洗自然吹干制成3020mm电极14图2.3KH-560硅烷的乙醇水溶液2.4.3硅烷膜的制备本次试验采用浸涂的方式进行制备硅烷膜，就是将处理过的试样放入水解后的硅烷的乙醇水溶液中，浸涂一段时间后取出并吹干，放入干燥箱中固化形成铝合金表面的硅烷膜。 制成的试样如下图所示图2.4涂有硅烷膜的试样152.5耐腐蚀性能测试方法本次实验选用的是郑州世瑞思仪器科技有限公司生产的RST5200型电化学工作站18。 RST5200电化学工作站继承了扫描伏安、脉冲福安、阶跃、溶出、脉冲电镀、交流阻抗谱、限压反馈循环充放电、零阻电流检测等电化学控制与测量技术，融合了自动测峰、阻抗谱拟合、塔菲尔拟合、超级电容拟合、标准加入法、标准曲线法等专业技术。 具有操作简便、测量分析精确，拟合技术先进、测量智能等特点。 电化学工作站如图2.5所示图2.5RST5200电化学工作站2.5.1线性扫描伏安法线性扫描伏安法是指在研究电极上施加已知电势扫描速度?，当电势扫描速度?极小时，电极表面上的电化学过程可近似认为是稳态过程，这样可测得稳态极化曲线，电势可正向扫描，也可负向扫描。 随着扫描电势E的变化，电极产生的相应的法拉第电流也会发生变化19。 对于“铝合金-模拟海水”腐蚀体系来说，可以通过改变稳态极化曲线分析随着阳极过电势，观察腐蚀电流密度如何变化，得出电极表面硅烷膜耐蚀性能的优劣。 2.5.2塔菲尔曲线法塔菲尔曲线共分为线性区、弱极化区和塔菲尔区。 即在线性区内，距离平衡电势区很近，电极极化程度小，电流密度i和过电势?呈线性关系；在塔菲尔区内，电极极化程度较大，电流密度的对数值lgi与?呈线性关系，即=a+blgi?16其中，a为塔菲常数，b为塔菲斜率，均为电极极化程度的重要参数20。 由上式得以?为纵坐标，lgi为横坐标作图图2.6塔菲曲线示意图根据图2.1，阴极极化曲线与阳极极化曲线的切线的交点所对应的坐标分别为交换电流密度对数lg(i0，A/cm?)和平衡电势。 对于电化学腐蚀体系，两条切线的交杨点对应腐蚀状态的重要参数自腐蚀电流密度的对数值lg(icorr，A/cm?)和自腐蚀电位Ecorr。 通过Ecorr、icorr的比较，可以对硅烷膜的耐蚀性能进行分析。 【注corr为相关系数】173硅烷偶联剂的水解工艺研究3.1硅烷偶联剂的选择市面上的硅烷偶联剂种类繁多，结构各异，价格不等，而且水溶性、酸碱性、稳定性等性质都有很大的差别，经硅烷水解浸涂处理后金属，它们的性能也因金属种类的不同而各有差异，所以，硅烷的选择对其在金属的水解浸涂处理有很大的影响。 带有两个及两个以上的烷氧基硅烷具有极好的成膜性能，所以硅氧键的含量越多越好，这样与材料的结合几率会大大增加，形成的网状涂覆膜也就愈加紧密，从而大大提高材料的耐腐蚀效果。 表3.1列举出了几种常用并已经成功应用生活中的硅烷及与其结合相对紧密的金属类型的例子21。 表3.1常用硅烷及其应用的金属举例硅烷偶联剂种类化学式处理对象-UPS H2NCOHNCH2CH2CH2Si（OCH3）3Zn BTSE(C2H5O)3SiCH2CH2Si(C2H5O)3Fe、Al VSCH2=CHSi(C2H5O)3Zn-APS H2N(CH2)3Si(OC2H5)3Fe、Al SAAPSH2C=CHC6H5CH2NHCH2CH2-APSGalvalume(镀铝锌板)3.2水解工艺的确定3.2.1硅烷水解溶剂的选择本次实验根据硅烷的水溶性及水解反应的特点，选择出三种水解介质醇、去离子水、去离子水醇。 从硅烷偶联剂的水解平衡反应方程可知，醇的存在阻碍反应的右移，降低硅烷偶联剂的水解速度，防止硅醇的交联聚合，从而极大地保证了水解产生最多的硅醇，并使之稳定存在，进而增强硅烷溶液的稳定性22。 18因此，本次试验决定选用乙醇+去离子水的混合溶剂为水解介质。 3.3.2水解程度的确定方法硅烷水解工艺中，水解的程度检测是个重点，通过化学反应或一些对体系产生干扰的测定方法，会在一定程度上破坏硅烷溶液的水解平衡，不能有效精准的测出硅烷的水解程度。 目前常用的检测方法有两种电导率测定法和光度测定法23。 它们均能直接检测硅醇生成，并对体系无任何影响。 因硅烷与去离子水的电导率很低，而硅烷偶联剂的水解产物硅醇和醇的电导率较高。 而且电导率测定法操作方便，设备简单。 并且本次实验中溶剂采用采用的是乙醇与去离子水混合的方法，在反应前后乙醇的量不变并且对体系电导率变化几乎没有任何影响，所以硅烷偶联剂随着水解反应的发生，溶液的电导率也在逐渐增大，经过一段反应时候后达到平衡，相应溶液的电导率值也稳定下来，这表明水解已达平衡，此时硅醇含量为该水解条件下的最大量。 因此，本次实验检测硅烷的水解程度的方法为电导率测定法。 3.3水解参数的设定讨论3.3.1水解时间及乙醇/去离子水/硅烷偶联剂的比例的影响24图3.1为-APS硅烷在V乙醇V去离子水不同比例的混合溶剂中电导率变化图。 通过对比图中的曲线点可以得出以下结论随着硅烷偶联剂溶液浓度的降低，溶液的稳定时间增长，然而稳定状态下的最大电导率却降低。 为了便于合金基体的表面硅烷化处理，应采用稳定时间长的溶液。 实验证明按V(-APS):V(乙醇):V(去离子水)=1:(511):(2328)的配比是最佳的水解液组成，最佳水解时间应在12h以内。 19图3.1KH-560在乙醇水溶液中水解的电导率变化3.3.2pH值的影响pH值是控制硅烷水解的重要因素之一，pH越高越与水解反应的发生。 pH值的选择一般是通过硅烷的极性和结构决定的，一般的最佳pH值约为46之间对于氨基硅烷或者脲基硅烷，则为812之间。 3.4本章小结 （1）本次实验选择去离子水与乙醇的混合溶液作为硅烷偶联剂的水解溶剂，-APS硅烷的最佳水解配比为V(-APS):V(乙醇):V(去离子水)=1:(511):(2328)，水解时间控制在12小时内。 （2）pH值对水解的反应速度有很大的影响。 用氨水调节含有碱性基团的-APS硅烷，pH值为812。 （3）由实验及资料显示硅醇的水解是放热反应，因此降温有利于水解反应的发生，因此最佳的水解温度应为2040。 204实验结果与讨论4.1正交实验本次实验中我们主要研究影响因素中最重要的几个，其中包括硅烷偶联剂KH560的容积V1；乙醇与去离子水的比例V2；溶液pH值；浸涂时间(t2)；水解温度(t)；水解时间(t1)；固化温度(t”)及固化时间(t3)。 我们将这8个影响因素分成两组进行正交试验。 第一步，设定t”，t1，t2，t3这四个影响因素的参数，对其余四个进行正交试验，即得到V1,V2，pH，t四个因素的最佳工艺参数；然后在此条件下对t”，t1，t2，t3进行反向正交试验，从而得到该四个因素的最佳工艺参数。 通过两组正交试验即可得出这八组因素的最佳工艺参数。 正交试验表设计如表4.1所示，正交表为L9 (34),共做18次试验。 表4.1第一组正交试验因素表L9 (34)水平pH V1（-APS）V2（V乙醇VH2O）固化时间t3192ml18:8010min2103ml22:7515min3114ml26:7020min实验编号1*11112*12223*13334*21235*22316*23127*31328*3213219*3321在配制水解反应后我们用电导率测试仪对各个试样溶液进行了水解程度测量，其中0*为去离子水的电导率，其余为1-9组的电导率，它们的关系如4.1所示图4.11-9组硅烷的乙醇水溶液与去离子水电导率对比第二组正交实验表如表4.2所示表4.2第二组正交试验因素表L9 (34)水平固化温度t”水解时间t1浸涂时间t2水解温度t1804h30min102906h35min1531008h40min20实验编号10*111111*122212*133313*212314*22312215*231216*313217*321318*3321在配制水解反应后我们用电导率测试仪对各个试样溶液进行了水解程度测量，其中0*为去离子水的电导率，其余为10-18组的电导率，它们的关系如图4.2所示图4.210-18组硅烷的乙醇水溶液与去离子水电导率对比4.2硅烷膜的耐腐蚀性能测定在本次测定实验中，我们决定用质量分数为3.5氯化钠溶液模仿海水对涂有硅烷膜的1060铝合金试样进行腐蚀。 检测试样腐蚀性能的电化学方法有很多，这里选用现行扫描伏安法和塔菲尔曲线法。 检测仪器选用RST5200电化学工作站进行测定，测试前为了获取稳定的开位电路，要先将涂有硅烷膜的试样放入质量分数为3.5的NaCl溶液中浸泡一段时间（一般24h）。 实验采用三电极体系，参比电极为甘汞电极(SCE)，辅助电极选择RST10电解池中的辅助电极。 开路电位测试时间为60s，当60s后电位23变化量小于2mV后开始测量；塔菲曲线的电势扫描范围为1.0V0.1V，扫描速率为0.005mV/s，曲线采样点数为xx；线性扫描伏安曲线的扫描速率0.05mV/s，电势扫描范围0.8V0.8V，曲线采样点数为1601。 测试温度均为室温25左右。 4.3实验结论与分析4.3.1塔菲尔曲线分析对第一组正交试验的九个样品进行塔菲曲线的测试，这些试样由于试验设备不完善，人员操作不是很熟练，有几组做的不是太成功，我们从中选取了几个浸涂效果比较明显、硅烷膜较为均匀的试样进行分析，对比情况如图所示如图4.3所示。 从图4.3可以看出，经硅烷膜进图处理的试样自腐蚀电流密度有着明显的降低，这就表明金属试样表面的耐腐蚀性大大提高，图示中2*、6*和9*样品的自腐蚀电流密度下降最为明显，耐蚀性能大幅度提高，2*和6*由于自腐蚀电位负值最小，腐蚀倾向最小，因此这组最佳为2*和6*；但是可以看出2*样品耐腐蚀性能更为突出，因此第一组正交试验中2*样品的工艺参数最佳，分别为V1=3mL，V2=22:75，pH=9和t”=15min。 图4.3第一组的塔菲尔曲线整合24相应的腐蚀参数如表4.3所示。 由表格可以看出自腐蚀电位负值最小的是2*，而且自腐蚀电流密度也为最小，证明2*提高的铝合金试样耐腐蚀性最多。 表4.3第一组相应的腐蚀参数试样号Ecorr/V Icorr/（Acm-2）2*-0.01261.757E-63*-0.03424.700E-064*-0.03349.837E-066*-0.03043.761E-069*-0.0341.392E-05同样的，我们对第二组正交试验样品也进行了塔菲尔曲线的分析，但是由于其中一些曲线过于密集，所以我们还是选取与第一组一样的曲线数量进行分析，选取最佳曲线2*最为参照样，这便于观察，利于分析，同时也保证了实验的严谨性。 图4.4第二组的塔菲尔曲线整合从图4.4中可以看出，相比于第一组的曲线，这一次曲线更加的密集了证明25这一组的相对于第一组的四个实验影响因素较小，改变这四个参数影响不是太大。 同时，从图中可以看出，10*、16*和18*的试样电流密度下降的略微突出，耐腐蚀性较为明显提高，此工艺参数下形成的硅烷膜对铝合金的耐腐蚀性能提高最大。 通过对比可以知道18*的工艺参数最佳，此组工艺参数为固化温度t”=120，水解时间t1=8h，浸涂时间t2=40min，水解温度t=40。 相应的腐蚀参数如表4.4所示。 由表格可以看出自腐蚀电位负值最小的是18*，而且自腐蚀电流密度也为最小，证明18*提高的铝合金试样耐腐蚀性最多。 表4.4第二组相应的腐蚀参数试样号Ecorr/V Icorr/（Acm-2）2*-0.01261.757E-610*-0.03221.108E-0513*-0.03491.649E-0516*-0.03261.023E-0518*-0.03389.002E-064.5.2线性扫描伏安曲线分析图2*为最佳工艺下的2*样品在质量分数为3.5的NaCl溶液中的线性扫描伏安曲线。 由途中曲线分析可以看出，在阳极活化区内，当样品电极表面涂有硅烷膜时，它的腐蚀电流密度相对较小，阳极电势从-0.2V增加到0.2V时，腐蚀电流密度仅仅变化了约为200E-06A/cm2，这说明式样的导电能力大大降低，硅烷膜的耐腐蚀效果显著。 26图4.52*的现行扫描伏安曲线（极化曲线）27总结本次实验对-APS硅烷的水解原理及工艺进行了分析，并深入研究了-APS中KH-560硅烷偶联剂金属表面硅烷膜制备工艺，并通过电化学工作站对硅烷膜的耐腐蚀性进行了定性定量分析。 通过本次实验我们得出以下几点结论 （1）实验通过对比选取了乙醇与蒸馏水混合最为硅烷偶联剂的水解溶剂,随着硅烷浓度的增加，我们通过缩短水解时间来提高硅烷溶液的稳定性。 并且通过电导率测得KH-560的最佳水解比例为V(KH-560):V(乙醇):V(H2O)=1（1317）（37），最佳水解时间在12h以内；pH值也最好保持在812h以内，这样保证了水解速度的加快并促进硅烷偶联剂的水解；温度的升高利于水解液的稳定，因此最佳水解温度为2040。 （2）经过本次正交试验法得到的铝合金表面KH-560硅烷偶联剂成膜的最佳工艺参数为每100ml硅烷乙醇水溶液比例为VKH-560V乙醇V去离子水=3:22:75，pH值为9.00，水解温度t=40，水解时间t”=8h，浸涂时间t1=40min，固化温度t2=120，固化时间t3=15min。 其中硅烷的乙醇水溶液比例以及浸涂时间对实验结果影响比较大，固化时间和pH值在合理范围区间内影响相对较小。 （3）KH-560硅烷偶联剂制备的硅烷膜对铝合金在质量分数为3.5NaCl溶液（模拟海水）条件下有非常好的耐腐蚀性，使工作电极大大降低自腐蚀电流密度，并使电极介面阻抗增加，自腐蚀电位正移。 28致谢本文是在郭永刚老师的悉心指导和严格要求下完成的。 感谢郭永刚老师在前期给了我们很大的帮助，给我们在设计思路上指引了方向，提供了实验经验，帮我们总结并纠正了学术和认知态度，使我们少走了不少弯路，在此表示由衷感谢。 在整个实验期间，吴海宏老师及研究生张显果学长仪器使用和实验方案上对我进行了指导和帮助，纠正了一些实验思路及操作，对于吴海宏老师和张显果学长的指导帮助我表示万分感谢。 毕业设计过程中，在与章斯诺同学进行关于实验题目和相关问题的探讨中，我从他身上学到了很多东西并拓展了自己的视野；在实验的操作过程中，我得到了章斯诺同学的鼎力协助。 在此，我向他表示感谢。 衷心感谢各位评委在百忙之中抽出宝贵的时间对论文的评审工作。 感谢所有给予过我支持、鼓励和真诚祝愿的人!29参考文献1虎