【摘 要】
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镁合金材料比重轻、比强度高、比刚度高,广泛应用于航空航天、电子器件、新能源汽车等领域。然而镁合金化学性质活泼,极易与外界环境发生反应,因此提高其防腐蚀性能至关重要。涂覆有机涂层是目前提高镁合金防腐性能最常用的手段,然而功能单一的涂层保护能力有限,一旦受损防腐性能会迅速下降。本文从形状记忆辅助自修复的研究思路入手,引入高结合强度的可逆四重氢键,物理掺杂具有光热转换效果的纳米碳球,成功制备了一种同时具
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镁合金材料比重轻、比强度高、比刚度高,广泛应用于航空航天、电子器件、新能源汽车等领域。然而镁合金化学性质活泼,极易与外界环境发生反应,因此提高其防腐蚀性能至关重要。涂覆有机涂层是目前提高镁合金防腐性能最常用的手段,然而功能单一的涂层保护能力有限,一旦受损防腐性能会迅速下降。本文从形状记忆辅助自修复的研究思路入手,引入高结合强度的可逆四重氢键,物理掺杂具有光热转换效果的纳米碳球,成功制备了一种同时具有形状记忆、光热转换和自修复功能的聚氨酯复合材料,将其用于镁合金表面防腐,用以提高材料的使用寿命,降低维护成本。主要研究内容如下:（1）采用溶液聚合法制备形状记忆聚氨酯（SMPUx）基体,将可逆四重氢键（UPy）引入SMPUx分子链上,得到形状记忆-氢键协同作用的自修复聚氨酯材料。首先探究了不同分子量聚醚二醇（PTMG）配比对SMPUx力学性能和形状记忆性能的影响,当PTMG-1000:PTMG-250=4:1时得到的SMPU3性能最佳,拉伸强度3.0 MPa,形状恢复率84.4%;然后采用一锅法制备了UPy,UPy的引入在SMPUx分子链间形成了新的物理交联点,进一步增强了体系的微相分离,当UPy含量为30%时制得的SMPU3-U30材料拉伸强度和形状恢复率升高到了9.1 MPa和90.6%;SMPU3-U30材料的修复效率随着温度升高、裂纹尺寸减小而升高,80℃处理2 h其拉伸强度修复率达94.5%,UPy的加入赋予材料本征自修复能力的同时增强了其力学性能。（2）高温煅烧制得具有光热转换效果的纳米碳球（CS）,将CS分散在SMPU3-U30树脂中得到光-热双重响应的自修复聚氨酯(SMPU3-U30@CS)复合材料。CS悬浊液（0.5wt.%）在4 W/cm~2的近红外光（NIR）照射下5 min温度升高到79.7℃,表明CS具有良好的光热转换性能;CS含量为0.5 wt.%的SMPU3-U30@CS-0.5样品综合性能最佳,拉伸强度8.4 MPa,断裂伸长率194.9%,NIR照射3 min温度可达83.9℃;SMPU3-U30@CS-0.5材料在NIR照射下形状记忆效应可实现远程、分步、阶段性控制,80℃热驱动时材料裂纹需90 min才能闭合,而NIR照射下仅60 s裂纹便可闭合,光修复针对的是产生缺陷的局部,修复过程更加精准高效且节能环保。（3）将SMPU3-U30和SMPU3-U30@CS-0.5旋涂于镁合金表面,对涂层基础性能及防腐性能进行系统研究。CS的加入使涂层硬度由B升到HB,附着力由1级下降为2级,接触角由72.1°升高到80.7°;两种涂层均具有优异的防腐效果,且涂层越厚防腐效果越好;CS的加入使涂层具有了迷宫效应和疏水性能,进一步提高了其防腐性能,自腐蚀电位由-1.38 V升高到-1.34 V,阻抗模值|Z|1Hz由10~6 ohm·cm~2升高到10~8 ohm·cm~2;SMPU3-U30@CS-0.5涂层具有优异的自愈和防腐性能,NIR下300 s涂层耐蚀性恢复良好,光修复效率远高于单纯热修复,具备更大的应用潜力。
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