锌⁃氧化石墨烯复合涂层力学性能及耐腐蚀性能研究

doi:10.12422/j.issn.1672-6952.2025.06.010

摘要/Abstract

摘要：

为提高锌涂层的力学性能和耐腐蚀性，采用直流电沉积法制备了锌?氧化石墨烯（Zn-GO）复合涂层；通过扫描电子显微镜（SEM）、能谱分析（EDS）、X射线衍射（XRD）、单向拉伸实验（SSRT）及电化学测试等手段，系统地研究了Zn?GO复合涂层的微观结构、力学性能以及耐腐蚀性能，并与传统纯锌涂层进行了对比分析。结果表明，氧化石墨烯的添加显著优化了涂层的晶体结构，镀层的抗拉强度提高了约6.3%，屈服强度提高了约3.2%；Zn-GO复合涂层的腐蚀电流密度较纯锌涂层降低了80%，表现出优异的耐腐蚀性；Zn-GO复合涂层具有较长的耐腐蚀寿命；Zn-GO复合涂层在海洋防腐方面具有较高的应用潜力。

关键词: 氧化石墨烯, 复合涂层, 耐腐蚀性, 力学性能

Abstract:

To improve the mechanical properties and corrosion resistance of zinc coatings, zinc graphene oxide (Zn-GO) composite coatings were prepared by direct current electrodeposition method. The microstructure, mechanical properties, and corrosion resistance of Zn-GO composite coatings were systematically studied using scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive spectroscopy (EDS), X-ray diffraction (XRD), uniaxial tensile testing (SSRT), and electrochemical testing, and compared with traditional pure zinc coatings. The results showed that the addition of graphene oxide significantly optimized the crystal structure of the coating, increasing the tensile strength of the coating by about 6.3% and the yield strength by about 3.2%. The corrosion current density of Zn-GO composite coating was reduced by 80% compared to pure zinc coating, demonstrating excellent corrosion resistance. Zn?GO composite coating has a long corrosion resistance life. Zn-GO composite coating has high potential for application in marine anti-corrosion.

Key words: Graphene oxide, Composite coating, Corrosion resistance, Mechanical propertie

中图分类号:

TE85

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图/表 11

表1 电镀锌溶液的化学组成

Table 1 Chemical composition of electrogalvanizing solution

组分	质量浓度/（g·L^-1）
ZnSO₄·7H₂O	180.00
Na₂SO₄	30.00
NaCl	10.00
CTAB	0.05

图1 Zn涂层和Zn?GO复合涂层的SEM显微图（a） Zn涂层（b） Zn?GO 复合涂层

Fig.1 SEM micrographs of Zn coating and Zn?GO composite coating

图2 Zn涂层和Zn?GO复合涂层表面形态的EDS谱图

Fig.2 EDS spectra of surface morphology of Zn coating and Zn?GO composite coating

图3 Zn?GO复合涂层的能谱分析谱图

Fig.3 Energy spectrum analysis of Zn?GO composite coating

图4 Zn涂层和Zn?GO复合涂层的XRD谱图

Fig.4 XRD spectra of Zn coating and Zn?GO composite coating

图5 Zn涂层和Zn?GO复合涂层的截面形貌（a） Zn涂层（b） Zn?GO复合涂层

Fig.5 Sectional morphology of Zn coating and Zn?GO composite coating

图6 Zn涂层和Zn?GO复合涂层的应力?应变曲线

Fig.6 Stress strain curves of Zn coating and Zn?GO composite coating

图7 Zn涂层和Zn?GO复合涂层在质量分数为3.5%NaCl溶液中的电化学阻抗谱

Fig.7 Electrochemical impedance spectroscopy of Zn coating and Zn?GO composite coating in a 3.5% NaCl solution by mass fraction

图8 电化学拟合等效电路模型

Fig.8 Electrochemical fitting of the equivalent circuit model

表2 Zn涂层和Zn?GO复合涂层在质量分数为3.5% NaCl溶液中的EIS拟合数据结果

Table 2 EIS fitting data results of Zn coating and Zn?GO composite coating in a 3.5% NaCl solution by mass fraction

涂层	R_s/(Ω·cm²)	R_ct/（kΩ·cm²）	R_p/（kΩ·cm²）
Zn	5.28±0.21	30.58±1.45	41.36±1.67
Zn⁃GO	6.22±0.11	107.84±2.06	131.01±1.93

图9 Zn涂层和Zn?GO复合涂层盐雾120 h后的表面形貌（a） Zn涂层（b） Zn?GO复合涂层

Fig.9 Surface morphology of Zn coating and Zn?GO composite coating after salt spray for 120 hours

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