[发明专利]一种阻变型ZnO耐蚀薄膜及其制备方法

说明书

本发明公开一种阻变型ZnO耐蚀薄膜及其制备方法，首先制备氧化锌以及镁掺杂氧化锌的溶胶，在基底上进行喷涂之后，进行煅烧以制备出ZnO薄膜以及Mg掺杂的ZnO阻变薄膜(Mgsubgt;x/subgt;Znsubgt;1‑x/subgt;O)。在本发明的技术方案中，利用阻变薄膜吸附和结合氧气的能力，大大减慢氧气向金属表面的扩散速度，从而减缓氧化的发生；而且还可通过改变Mg的掺杂浓度控制薄膜的氧空位含量获得具有不同电阻值的耐蚀薄膜。

技术领域

本发明涉及一种阻变型耐蚀保护薄膜的制备方法，具体来说是一种含氧空位缺陷的ZnO薄膜，可以通过控制制备条件来改变薄膜的电阻值。

背景技术

钢在在服役过程中一般都会处在介质环境中，而钢在介质中发生的最主要的腐蚀形式就是电化学腐蚀。从本质上说，钢的电化学腐蚀原理由铁的阳极溶解Fe→Fe²⁺+2e^-与氧去极化O₂+2H₂O+4e^-→4OH^-或氢去极化2H⁺+2e^-→H₂过程组成，从而使钢材表面形成大量氧化物，导致钢铁各种性能的下降，造成大量财产损失。钢表面的锈层，包括铁的氧化物Fe(OH)₂、Fe(OH)₃、α-FeOOH、β-FeOOH、γ-FeOOH和δ-FeOOH等。其中α-FeOOH就是一种很好的保护锈层(M.Yamashita,H.Miyuki,H.Nagano,T.Misawa,Proceedings of13thInternational Corrosion Congress,Melbourne,1996,pp.258–264.)。但是在自然环境下，钢铁表面形成的锈层结构疏松，耐蚀性不强，不能起到保护的作用。而要想在自然环境下得到致密的保护性锈层，需要数年的时间，显然，在这样的形成时间下，钢铁已经开始失效，意义不大。

针对这种情况，在碳钢中加入Cu、Cr、P、Ni、Co、Si、Al、Co等合金元素，可以促进锈层中α-FeOOH的形成与致密化，并在内锈层中形成具有阳离子选择性的α-Fe_1-xCr_xOOH或Fe₂CrO₄等尖晶石型氧化物(钝化膜)，从而有效地隔离了腐蚀介质与钢基体的接触、阻止了水和腐蚀性离子(如Cl^-、SO₄^2-等)的浸入，从而起到了减缓腐蚀的效果(董杰，董俊华，韩恩厚，等.低碳钢在模拟酸与大气条件下的腐蚀演化[J].腐蚀科学与防护技术，2009,21(1)：1-4.)。

除了改变钢铁自身的元素组成和结构外，常见的保护措施还有改变环境、电化学防护、涂层保护等方法。其中，涂层保护法因为其成本价格低廉，操作简单等特点，目前已经成为使用最为广泛的腐蚀防护方法。涂层防护，主要包括金属涂层、非金属涂层和化学转化膜等。金属涂层，是通过物理方法或化学(电化学)方法等将锌、镉等阳极性涂层及镍、锡等阴极性涂层沉积在材料表面；但存在制备温度高(热浸镀、渗镀、堆焊等)、设备较复杂(等离子喷涂、真空蒸镀等)、脆性大(电镀、化学镀等)、对环境有污染(电镀、化学镀等)等缺点，一定程度上限制了金属涂层在防腐蚀过程中的应有作用。非金属涂层的原理是通过有机高分子和陶瓷等膜层隔绝腐蚀介质从而达到防护的效果。但是这类涂层普遍厚度较高，不够美观。化学转化膜是通过钢铁中铁原子与转化溶液中的物质发生化学反应从而形成一层耐蚀性的膜层，效果最为突出的是Cr离子转化膜，但是由于Cr元素具有毒性，这种转化膜基本已经被禁止使用。所以寻找一种良好的耐蚀性保护涂层是十分必要的。