一种用于不锈钢的非晶化MOFs防腐薄膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于不锈钢的非晶化金属有机框架材料(metal

【技术实现步骤摘要】
一种用于不锈钢的非晶化MOFs防腐薄膜及其制备方法


[0001]本专利技术涉及耐腐蚀薄膜
，具体涉及一种用于不锈钢的非晶化MOFs防腐薄膜及其制备方法。

技术介绍

[0002]目前，在海洋开发研究中，海洋腐蚀一直是一个难以攻克的问题，海洋环境中金属腐蚀的复杂性和严重破坏性使得海洋腐蚀研究具有相当的必要性和重要意义。不锈钢材料具有良好的力学性能以及加工成型性能，而且具有优异的耐腐蚀和抗氧化能力，在海洋装备中得到了广泛应用。然而，不锈钢材料的腐蚀仍然难以完全避免，这是因为不锈钢材料在侵蚀性阴离子存在的介质中，非常容易发生点蚀。
[0003]MOFs作为一种新型功能材料，其具有可调的结构和功能、大的表面积以及丰富的活性位点等优异特性，使其成为与石墨烯类似的万能材料，在传感检测、气体存储、吸附分离、异相催化、药物传递、生物成像、能源材料、质子传导等几乎所有领域都广泛的研究及良好的应用前景。然而，MOFs是一种由金属离子或金属簇与有机配体通过配位作用结合在一起的三维立体结构，水分子和阴离子可以轻易的破坏这种三维立体结构，并且MOFs结构中的金属离子很难直接与不锈钢中材料的金属离子发生置换反应，MOFs薄膜与金属基体的结合强度问题一直没有得到良好的解决，因此，导致MOFs薄膜材料在不锈钢材料腐蚀防护领域的应用较少。

技术实现思路

[0004]为解决上述问题，本专利技术提供了一种用于不锈钢的非晶化MOFs防腐薄膜及其制备方法。
[0005]为实现上述目的，本专利技术具体采用如下技术方案：/>[0006]一种用于不锈钢的非晶化MOFs防腐薄膜的其制备方法，包括如下步骤：
[0007](1)预处理
[0008]采用砂纸对不锈钢基体表面进行打磨处理并抛光，并用有机溶剂清洗，干燥备用；
[0009](2)镀铝膜
[0010]通过磁控溅射方法在预处理后的不锈钢基体表面镀铝膜，得到镀有铝膜的不锈钢材料；(3)制备MOFs薄膜
[0011](3
‑
1)将Zn(NO3)2·
6H2O、咪唑、苯并咪唑溶于N,N
‑
二甲基甲酰胺(DMF)溶液并充分搅拌，得到配制的DMF溶液；
[0012](3
‑
2)将镀有铝膜的不锈钢材料放入聚四氟乙烯反应釜中，并倒入所配制的DMF溶液，将反应釜放入恒温鼓风干燥箱中，在120～150℃反应3～48h；
[0013](3
‑
3)将反应完成后的不锈钢材料分别在DMF溶液及无水甲醇溶液中浸泡10～20h，然后取出并放入恒温真空干燥箱中，在60～90℃下干燥5～10h，得到覆有MOFs薄膜的不锈钢材料；
[0014](4)将MOFs薄膜非晶化
[0015]将覆有MOFs薄膜的不锈钢材料放入管式炉中，通入氩气持续20～40min，然后进行热处理使MOFs薄膜非晶化，热处理完成后自然冷却至室温。
[0016]在上述技术方案中，由于MOFs结构中的金属离子很难与不锈钢金属离子发生置换反应，MOFs薄膜与不锈钢基体的结合力将弱，MOFs薄膜容易从不锈钢基体表面剥离，从而影响其耐蚀性，因此，我们首先在不锈钢基体表面采用磁控溅射方法镀一层铝膜，采用磁控溅射方法所镀的铝膜与不锈钢基体结合强度高，且厚度均匀、稳定性好；然后在镀有铝膜的不锈钢材料上制备MOFs薄膜，即在铝膜上生长一层MOFs薄膜，通过铝膜间接地增强MOFs薄膜与不锈钢基体之间的结合强度；另外，在上述技术方案中，还提出了对不锈钢材料表面的MOFs薄膜通过热处理使其非晶化，通过非晶化降低其孔隙率，以进一步提高MOFs薄膜的耐蚀性及稳定性。
[0017]进一步地，所述步骤(1)中依次使用400#、800#、1500#、2000#砂纸对不锈钢基体表面进行打磨。
[0018]进一步地，所述步骤(1)中清洗过程为：依次使用无水乙醇溶液、丙酮溶液、无水乙醇溶液进行清洗，并分别超声震荡20min。
[0019]进一步地，所述步骤(2)中磁控溅射参数为：溅射压强0.02～0.1Pa，溅射温度260～350℃，溅射功率150～200W，溅射时间40～80min，氩气流量30～50sccm。
[0020]进一步地，所述步骤(3
‑
1)配制的DMF溶液中Zn(NO3)2·
6H2O、咪唑及苯并咪唑的摩尔浓度比为1:13.5:0.5～3。
[0021]进一步地，所述步骤(4)中热处理温度为420～450℃，热处理保温时间为20～60min，升温速率为8～12℃/min。
[0022]进一步地，所述步骤(4)中热处理温度为440℃，热处理保温时间为30min，升温速率为10℃/min。
[0023]本专利技术还提供一种用于不锈钢的非晶化MOFs防腐薄膜，其采用上述方法制备得到。
[0024]本专利技术具有如下有益效果：
[0025](1)本专利技术首先采用磁控溅射方法在不锈钢基体表面镀一层铝膜，其稳定好、厚度均匀，且与不锈钢基体的结合力强；然后在铝膜上生长一层MOFs薄膜，MOFs结构中的金属离子可以与不锈钢表面铝膜的铝单质发生置换反应，通过镀一层铝膜增强MOFs薄膜与不锈钢基体之间的结合强度，防止MOFs薄膜从不锈钢基体表面剥离，可以增强不锈钢材料的耐蚀性；
[0026](2)本专利技术通过热处理使MOFs薄膜非晶化，降低其孔隙率，进一步提高MOFs薄膜的耐蚀性及稳定性；
[0027](3)通过本专利技术的制备方法所制备的MOFs薄膜膜层生长均匀致密，且制备方法简单可控。
附图说明
[0028]下面结合附图对本专利技术作进一步说明：
[0029]图1为本专利技术实施例所提供具有耐蚀性MOFs薄膜的制备方法的流程示意图；
[0030]图2为实施例2中步骤(2)所制备的镀有铝膜的不锈钢试样表面的SEM图(放大倍数为50000)；
[0031]图3为本专利技术实施例1至实施例3中步骤(3)所制备的覆有未非晶化的MOFs薄膜的不锈钢试样表面的SEM图；
[0032]图4为本专利技术实施例1至实施例3中步骤(3)所制备的覆有未非晶化的MOFs薄膜的不锈钢试样表面的XRD图；
[0033]图5为本专利技术实施例1至实施例3中步骤(4)所制备的覆有非晶化MOFs薄膜的不锈钢试样表面的SEM图；
[0034]图6为本专利技术实施例1至实施例3中步骤(4)所制备的覆有非晶化MOFs薄膜的不锈钢试样表面的XRD图；
[0035]如图7所示为实施例1至实施例3中步骤(3)所制备的覆有未非晶化的MOFs薄膜的DSC图；
[0036]图8为本专利技术实施例1和实施例2所制备的覆有非晶化MOFs薄膜的不锈钢试样的浸泡腐蚀失重测试结果；
[0037]图9为本专利技术实施例1中在130℃反应12h时制备的不锈钢试样、对比例1及对比例3制备的不锈钢试样及不锈钢基体试样的阻抗曲线。
具体实施方式
[0038]为了使本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于不锈钢的非晶化MOFs防腐薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)预处理采用砂纸对不锈钢基体表面进行打磨处理并抛光，并用有机溶剂清洗，干燥备用；(2)镀铝膜通过磁控溅射方法在预处理后的不锈钢基体表面镀铝膜，得到镀有铝膜的不锈钢材料；(3)制备MOFs薄膜(3
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1)将Zn(NO3)2·
6H2O、咪唑、苯并咪唑溶于N,N
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二甲基甲酰胺(DMF)溶液并充分搅拌，得到配制的DMF溶液；(3
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2)将镀有铝膜的不锈钢材料放入聚四氟乙烯反应釜中，并倒入所配制的DMF溶液，将反应釜放入恒温鼓风干燥箱中，在120～150℃反应3～48h；(3
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3)将反应完成后的不锈钢材料分别在DMF溶液及无水甲醇溶液中浸泡10～20h，然后取出放入恒温真空干燥箱中，在60～90℃下干燥5～10h，得到覆有MOFs薄膜的不锈钢材料；(4)将MOFs薄膜非晶化将覆有MOFs薄膜的不锈钢材料放入管式炉中，通入氩气持续20～40min，然后进行热处理使MOFs薄膜非晶化，热处理完成后自然冷却至室温。2.根据权利要求1所述的一种用于不锈钢的非晶化MOFs防腐薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：李健，张宇昊，崔洪芝，宋晓杰，王全志，魏娜，练晓娟，王硕，朱秀花，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：