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六方氮化硼基自修复涂层的结构设计及其钝化/缓蚀协同防护机理研究

批准号:
52101086
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
叶育伟
依托单位:
学科分类:
金属材料使役行为与表面工程
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
叶育伟

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
海洋极端环境下的腐蚀问题是海洋工程材料面临的最大挑战之一,石墨烯基防护涂层能显著提高海洋工程装备的防腐性。然而,石墨烯的高导电性容易引起电偶腐蚀,降低海洋工程装备的服役寿命。本项目围绕海洋环境金属装备面临的关键难题,将六方氮化硼的高效分散和自组装结构设计相结合,开发兼具耐腐蚀、抗渗透、长寿命的六方氮化硼基自修复涂层。通过利用六方氮化硼的高效分散性及绝缘性、苯胺三聚体的电活性及功能性碳点的缓蚀吸附性,提高涂层海洋环境下的耐蚀性及自修复性。通过系统科学的电化学试验和表征分析,揭示六方氮化硼基自修复涂层海水环境下的耐蚀行为及钝化/缓蚀协同防护机理,提出六方氮化硼基自修复涂层的自组装结构设计准则和制备工艺流程。本项目的实施不仅能拓展六方氮化硼基自修复涂层海水环境耐蚀领域的基础研究,也将为海水环境工程装备金属部件表面高性能防腐涂层的结构设计与制备提供科学基础和技术支撑,具有重要的科学价值和应用意义。
英文摘要
The corrosion in extreme marine environments is one of the biggest challenges faced by marine engineering materials. Graphene-based protective coatings can significantly improve the corrosion resistance of marine engineering equipment. However, the high conductivity of graphene can easily cause galvanic corrosion and reduce the service life of marine engineering equipment. According to the key challenges faced by metal equipment in marine environment, this project combines the efficient dispersion of hexagonal boron nitride and the design of self-assembled structures to develop a hexagonal boron nitride-based self-healing coating with good corrosion resistance, strong anti-permeability and long service life. By using the high-efficiency dispersibility and insulation of hexagonal boron nitride, the electrical activity of aniline trimer and the corrosion inhibition of functional carbon dots, the corrosion resistance and self-healing properties of the coating in the marine environment are improved. Through systematic and scientific electrochemical experiments and characterization analysis, the corrosion resistance behavior and passivation/inhibition synergistic protective mechanism of hexagonal boron nitride-based self-healing coating in seawater environment are studied, and the design criteria and preparation process of self-assembly structure of hexagonal boron nitride-based self-healing coating are proposed. The implementation of this project can not only expand the basic research of hexagonal boron nitride-based coating in the corrosion field of seawater environment, but also provide scientific basis and technical support for the structural design and preparation of high-performance anti-corrosive coating on metal part of engineering equipment in seawater environment, which have important scientific value and application significance.
海洋极端环境下的腐蚀问题是海洋工程材料面临的最大挑战之一。开发兼具耐腐蚀、抗渗透、长寿命的功能防护材料,是解决金属装备长效稳定运行最为可行的技术途径之一。本项目融合六方氮化硼及功能性腐蚀抑制剂的设计思想,提出六方氮化硼基自修复涂层的自组装结构设计理念;采用分子模拟计算与实验研究相结合的方法,深入揭示六方氮化硼基自修复涂层的物理阻隔和钝化/缓蚀协同防腐机制;并据此系统开展六方氮化硼基自修复涂层海水环境下的耐腐蚀行为研究,阐述其结构-功能一体化设计准则。研究发现:碳点是一种绿色高效的腐蚀抑制剂,能够提高金属在腐蚀介质中的耐蚀行为,通过杂原子掺杂构建新型绿色腐蚀抑制剂可提高其表面活性吸附位点,进而增强其与金属表面的结合,避免腐蚀介质的接触,结合分子动力学和量子化学模拟计算揭示了其原子/分子尺度上的吸附机理;在杂原子掺杂的基础上,通过优化稀土与杂原子的配比进一步优化碳点腐蚀抑制剂的结构,成功构建了一种钝化/缓蚀协同吸附的碳点腐蚀抑制剂,实现了金属在腐蚀环境下的高效防护;通过聚合物和多巴胺的结合,构建了新型聚合物改性多巴胺腐蚀抑制剂,增加了腐蚀抑制剂的水溶性和覆盖率,进一步提高其防护性;基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,从分子动力学和热力学角度出发,通过对不同环境下h-BN表面氧的吸附结构、吸附能、差分电荷密度、能带结构、偏态密度和能量势垒的分析,探究了不同环境下六方氮化硼表面氧的吸附与扩散行为,揭示了不同环境下六方氮化硼抗氧化腐蚀的机理。本项目为海水环境机械装备金属部件表面高性能防腐涂层的结构设计与制备提供科学基础和技术支撑,具有重要的科学价值和应用意义。
本征/外援一体化La,N-CDs@MOFs/s-h-BN基防护涂层的自组装结构设计及智能化修复机理研究
  • 批准号:
    52461016
  • 项目类别:
    地区科学基金项目
  • 资助金额:
    32.00万元
  • 批准年份:
    2024
  • 负责人:
    叶育伟
  • 依托单位:
国内基金
海外基金