题目：一种新型溶胶凝胶表面防护材料的制备及应用研究

近年来，溶胶凝胶（Sol-Gel）膜层技术以其环境友好、耐蚀性高以及与基体结合性能强等优势成为研究的热点之一。有机硅烷是Sol-Gel领域常用的前驱体物质，能够通过氢键吸附在试样表面，进而形成牢固的共价键，最终获得具有强结合力的Sol-Gel膜层。本文从有机无机掺杂溶胶材料反应体系出发，研究出一种涂层结合力增强的Sol-Gel防护材料，并将该Sol-Gel材料用于航空航天常用结构材料钛合金和碳纤维复合材料，研究了Sol-Gel膜层对材料漆膜结合力、耐蚀性等的影响。

研究了制备过程中正丙醇锆（TPOZ）和缩水甘油醚丙基三甲氧基硅烷（GPTMS）的硅锆比、溶剂类型、缓蚀剂添加等主要因素对Sol-Gel技术的影响规律及机制。采用扫描电子显微镜、X射线光电子能谱、红外光谱等方法对溶胶材料及Sol-Gel膜层进行了研究，研究结果显示，当Zr/ Si比为0.5时，掺杂的TPOZ完全纳入涂层中，无氧化锆晶体簇形成，膜层致密、显微硬度高和耐腐蚀性优异。在不改变其它组分的前提下，对比甲醇和乙醇作为溶剂，使用甲醇作为溶剂可以可以提高膜层的致密性及覆盖完整度。盐雾和电化学测试结果显示，使用乙醇甲醇作为溶剂的Sol-Gel膜层防护性能好。添加适量浓度的乙酸铈作为缓蚀剂可以提高Sol-Gel膜层的耐蚀性，且不会影响涂层的完整性。当乙酸铈为最佳浓度0.01M时，涂层更加均匀，涂覆性更好，耐蚀性和稳定性好。

采用有机无机杂化Sol-Gel技术对钛合金阳极氧化膜进行了封闭研究。通过扫描电子显微镜、疲劳试验、盐雾试验等表征测试手段，研究了溶胶凝胶封闭对钛合金阳极氧化膜成膜、膜层性能以及对基体疲劳性能的影响。当酒石酸浓度为30 g/L时，TA15钛合金阳极氧化膜的溶解速率最低，形成的膜光滑、结晶度最小。酒石酸阳极化的试样氢含量为0.0021%，相比于未阳极氧化试样的0.0020%，氢含量的增加小于5％，远小于传统硫酸盐酸阳极极化的0.0046%，对合金疲劳寿命的影响较小。因为溶胶凝胶封闭能够使氧化膜变得致密，降低基体产生疲劳源的概率，用有机无机杂化Sol-Gel技术对酒石酸阳极氧化膜后的膜层进行封闭后，氧化膜的耐腐蚀性能提高，在本次测试实验中，试样的中值疲劳寿命提高9.1%。

以溶胶作为偶联剂对碳纤维、碳纤维复合材料进行偶联处理，研究了溶胶对碳纤维、树脂界面性能和碳纤维复合材料漆膜结合力的影响。涂敷Sol-Gel后的镍镀层表面相对平整，羟基等表面极性基团增加，Si-O-Si吸收峰较强，表面涂覆的偶联剂膜层完整。纤维/环氧树脂的界面形貌较好，无气泡，减轻了断点两侧的脱粘现象，单丝饱和断点数增加到65。镀镍碳纤维与环氧树脂的接触角由90°减小到73°，浸润性得到很好的改善。Sol-Gel偶联处理后，纤维/树脂的界面剪切强度提高一倍左右，由原来的34.87±2.23MPa提高到了72.5±3.77MPa，。Sol-Gel涂层同样改善了碳纤维复合材料和漆膜的界面性能。未涂覆溶胶凝胶膜层的漆膜结合力约为25Mpa，且多为胶黏剂与试柱的胶接破坏，而涂覆溶胶凝胶后漆膜结合力约为45 Mpa，提高了80％以上，破坏形式多为复合材料的内聚破坏，证明实际的漆膜结合力大于复合材料的内聚力。