电沉积壳聚糖-镝复合涂层缓蚀性的研究

陈 敏，肖亚平，杜 涛，任乔林，覃彩芹，李 伟*

(1.孝感供电公司检修公司，湖北 孝感 432000;2.湖北工程学院，湖北 孝感 432000)

电沉积壳聚糖-镝复合涂层缓蚀性的研究

陈 敏1，肖亚平1，杜 涛1，任乔林1，覃彩芹2，李 伟2*

(1.孝感供电公司检修公司，湖北 孝感 432000;2.湖北工程学院，湖北 孝感 432000)

以壳聚糖和镝为原料，利用电沉积技术在铜片上形成新型的壳聚糖-镝复合涂层。涂层的耐腐蚀性采用电子扫描显微镜(SEM)、X射线能谱(EDS)、动电位极化测量(TAFEL曲线)和电化学交流阻抗(EIS)进行研究。试验结果表明，在电压为5V，沉积时间为5min，溶液pH=3.8的室温条件下可以在铜表面形成稳定、均匀的壳聚糖-镝复合涂层，该涂层能够显著提高铜片在酸性体系中的缓蚀性。

壳聚糖；镝；电沉积

变压器的严重事故不但会导致自身的损坏，还会中断电力供应，给社会造成巨大的经济损失[1-3]。变压器内部的铜金属部件极容易受到绝缘油中酸性物质、过氧化物、重金属盐、硫、氨，以及硫和氨化合物的攻击，导致铜部件被腐蚀。铜污染物导电层会沉积在包覆着铜绕组的绝缘纸表面，并在绝缘纸层与层之间逐渐积聚，导致变压器绕组圆盘之间或者导体之间电弧的形成，从而缩短变压器安全运行寿命。目前有关变压器铜材料受腐蚀的研究，日渐引起国内外研究学者和工程人员的广泛关注[4]。

我们利用壳聚糖上氨基和羟基的配位能力，将稀土镝化合物加入其中制成溶液，然后通过电沉积过程在铜片表面形成新型的壳聚糖-稀土复合涂层，采用三电极体系测量所制备的铜片的交流阻抗谱图(包括阻纳的复平面Nyquist图，阻抗波特Bode图)，获取相关元件的参数以研究电极界面信息，考察不同条件下获得的涂层对于铜片耐腐蚀性能方面的影响。

表1

1 材料与方法

1.1主要试剂和材料

电化学工作站(CHI660D，上海辰华仪器有限公司)，以铜片为工作电极，甘汞电极为参比电极, 铂丝为对电极组成三电极系统。扫描电子显微镜(S-4800，日本Hitachi公司)观察微观形貌。

1.2镀层铜片的制备

1.2.1 配制壳聚糖溶液

在电子天平上称取0.5g的壳聚糖，盛放在清洗干燥过的洁净锥形瓶中，再用量筒量取125mL的2%醋酸溶液(用冰乙酸按体积比配置)倒入锥形瓶中，溶解壳聚糖。待一段时间充分溶解后，安装好已洗净稍干燥的抽滤装置，对壳聚糖溶液进行抽滤除杂。抽滤完成后，将滤液转移至洁净干燥的烧杯中盛放[15]。

1.2.2 配制稀土-镝溶液

在电子天平上分别称取氧化镝1mg，5mg，10mg，50mg，100mg盛放在五个小烧杯中，然后往小烧杯中滴加数滴硝酸，并加以蒸馏水稀释，在加热的条件下使氧化镝溶解成溶液。

1.2.3 铜片的前处理

将铜片利用刻度尺裁剪成长3cm×宽1cm的样片，用纸巾拭去铜片表面上的油污。取一个烧杯，量取适量的盐酸倒入烧杯，并添以蒸馏水配成稀盐酸溶液。然后将铜片置于其中浸泡5～10min，用镊子取出放在洁净的滤纸上，倒上去污粉，用纱布对铜片表面进行打磨，擦拭。打磨擦拭完成后将铜片放到盛有无水乙醇的烧杯中，在超声波清洗器中超声洗涤10～20min，再依次放入稀盐酸、蒸馏水中清洗[16]。

1.2.4 电沉积过程

电沉积之前，将壳聚糖溶液和稀土氧化镝的溶液混合，利用氢氧化钠溶液和稀硝酸进行pH调节，用精密pH试纸进行对照，将pH调到3.8。室温下，直流电源正极接铂电极，负极用接线夹夹住处理好的铜片，伸入至溶液体系中。电沉积电压调在5V，时间4～5min。

1.3.5 镀层铜片的交联

电沉积完成的铜片取出，放在电子万用炉上烘烤。烘干后，放在2%的戊二醛[17]溶液中交联1～2min，取出，再次烘干，放入自封袋中待用。

2 结果与讨论

2.1样品表面形貌、成分分析

图1 空白铜片(A)、壳聚糖涂层铜片(B、C)和壳聚糖-镝复合涂层的扫描电镜测试

经过前处理过的空白铜片，表面可以看到明显的打磨痕迹(图1A)。对比发现，经过电沉积过程后壳聚糖溶液能够在空白铜片表面形成均匀的镀层(图1B、图1C)，在较大的放大倍数下镀层有一定的孔隙率。而添加稀土镝化合物后，经过电沉积，在铜片上形成的镀层更加的致密(图1D、图1E)，空隙数量明显减少，EDS分析(图2)表明涂层中的稀土镝含量为3.97%(wt%)，说明稀土镝化合物的加入能够有效改进镀层的平整性和致密度，从而提高铜片的耐腐蚀性。

图2 壳聚糖-镝复合涂层的X射线能谱分析

2.2 TAFEL曲线分析

采用三电极体系测量TAFEL曲线(图3)，甘汞电极作参比电极，铂丝电极作对电极，镀层铜片作研究电极。通过对比(表2)，发现氧化镝含量0.0667g/L的镀层铜片的腐蚀电位是最高的，即其的缓蚀性最强，而稀土氧化镝浓度过高或过低都会引起极化曲线的负移。

图3 不同稀土化合物浓度下处理的铜片测试Tafel曲线

表2 不同稀土化合物浓度下处理的铜片的腐蚀电位

2.3 EIS分析

图4 不同稀土化合物浓度下处理的铜片的交流阻抗分析

交流阻抗的测试依然采用三电极体系，用Autolab和软件NOVA 1.8进行测试，测试结果表明电镀液中稀土化合物的浓度变化对交流阻抗(图4)与极化曲线的影响规律基本一致，氧化镝浓度为0.0667g/L时得到的复合镀层电阻最高，从而能够有效降低腐蚀电流强度，提高铜片的耐腐蚀性。

2.4耐酸性测试

样品在0.5mol/L的硝酸中浸泡48h后，通过重量法计算腐蚀后的样品失重，结果(表3)表明Cu的失重率最大，壳聚糖的铜片失重率次之，氧化镝浓度为0.0667g/L时处理的铜片失重率最小，说明相对于单纯的壳聚糖涂层，壳聚糖-镝复合涂层能够更好的提高铜片的缓蚀性。

表3 样品腐蚀后失重率

3 结论

将壳聚糖与稀土化合物以溶液态混合，利用电沉积技术在铜片上形成了致密、均匀的新型壳聚糖-镝复合涂层，EDS分析表明涂层中的稀土镝含量为3.97%(wt%)。该涂层能够有效提高铜的腐蚀电位、降低铜片的腐蚀电流强度、减小铜片在酸性体系中的失重率，在酸性体系中对铜具有良好的缓蚀性。

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(责任编辑：张凯兵)

StudyofStabilityandCorrosionInhibitionofElectrophoreticDepositedChitosan-dysprosiumonCopper

Chen Min1，Xiao Yaping1，Du Tao1，Ren Qiaolin1，Qin Caiqin2，Li Wei2

(1.MaintenanceCompanyofXiaoganPowerSupply，Xiaogan,Hubei432000,China;2.SchoolofChemistryandMaterialScience,HubeiEngineeringUniversity，Xiaogan,Hubei432000,China)

The electrophoretic deposition (EPD) of chitosan (CS) and dysprosium on copper substrates was done in the experiment. The stability and corrosion inhibition of the new kind of chitosan-dysprosium coating on copper was investigated by scanning electron microscopy (SEM), energy dispersion spectrum(EDS), potentiodynamic polarization measurements (TAFEL), and electrochemical impedance spectroscopy (EIS). Results indicated that stable and uniform coating on copper surface could be formed at the voltage of 5V, the deposition time of 5min, solution pH=3.8 and room temperature. The coating could significantly improve the corrosion inhibition of copper in scid system.

chitosan; dysprosium; electrodeposition

O636.1

A

2095-4824(2013)06-0020-04

2013-10-15

湖北省电力公司2013年科技项目(2001)

陈 敏(1977- )，女，湖北孝感人，孝感供电公司检修公司工程师。

李 伟(1979- )，男，湖北孝感人，湖北工程学院化学与材料科学学院教师，博士，本文通讯作者。