超疏水表面在鎂合金上的制備及其性能應用研究.pdf

1、鎂及鎂合金作為最輕的金屬結構材料，具有密度低、比強度/比剛度高、鑄造性能和切削加工性能好以及回收率高等優(yōu)點受到了人們的廣泛關注，在航天航空、汽車制造、電子工業(yè)及國防軍工等領域得到了日益廣泛的應用，被譽為“21世紀綠色工程材料”。但是，鎂合金的高化學活性引發(fā)的腐蝕，極大地限制了鎂合金的應用范圍。因此，提高鎂合金的耐腐蝕性能對于其廣泛應用具有重要意義，其中鎂合金的表面改性技術是一種低成本、簡單、有效且易于實施的方法。
　　超疏水表面具

2、有自清潔、抗腐蝕、防污、油水分離等多種特殊功能，在自清潔、減阻、金屬防腐、國防建設領域中有著廣闊的應用前景。鎂合金在潮濕的大氣環(huán)境和溶液環(huán)境中都極易發(fā)生腐蝕，而超疏水表面具有高度的拒水能力，可以有效地阻礙鎂合金表面被潤濕，避免鎂合金與腐蝕溶液直接接觸，因而在鎂合金上制備超疏水表面是一種很有效的防腐方法。而且超疏水表面所具有的其他特殊功能也可以擴大鎂合金的應用范圍。
　　本論文中，我們采用首先構筑粗糙結構再降低表面能的兩步法，以電沉

3、積為主的制備技術，在鎂合金上成功地制備出三種不同組成且性能良好的超疏水表面:(1)耐腐蝕的超疏水氧化銅表面;(2)耐機械摩擦、抗腐蝕的自清潔超疏水鎳表面;(3)高耐腐蝕耐磨的自清潔性超疏水Ni-Co表面，同時對其結構和有關性能進行了詳細表征。
　　(1)耐腐蝕性超疏水氧化銅表面的研究。采用電沉積和堿性陽極氧化處理相結合的方法首先在鎂合金上構筑羽毛狀氧化銅復合結構，再利用十二烷酸降低其表面能制得超疏水氧化銅表面，接觸角為155.5±

4、1.3°，滾動角為3°。極化測試表明，具有超疏水表面試樣的自腐蝕電位向正移動了1255 mV，腐蝕電流密度降低約1個數(shù)量級;中性3.5 wt.％ NaCl腐蝕介質浸泡實驗顯示，浸泡1440 min后，超疏水表面的膜值依然較高于鎂合金基體，說明超疏水表面能有效提高鎂合金的耐蝕能力。分析了鎂合金表面疏水性的形成原因并獲得最優(yōu)的工藝參數(shù)，同時探討了超疏水表面的抗腐蝕機理。此外，獲得的超疏水表面還具有高的硬度。
　　(2)耐磨、抗腐蝕性自

5、清潔超疏水鎳表面的研究。采用電沉積技術在鎂合金上構筑松球狀復合結構的鎳鍍層，再經十八烷酸修飾制得超疏水表面，接觸角高達163.3±0.7°，滾動角為1°。中性3.5 wt.％ NaCl腐蝕介質極化測試和浸泡實驗表明，含有超疏水表面試樣的自腐蝕電位提高了1208 mV，腐蝕電流密度降低了2個數(shù)量級，腐蝕速率降低約3個數(shù)量級，且浸泡48 h后仍具有較高膜值，顯示出良好的腐蝕保護作用。耐摩擦實驗表明在摩擦700 mm后，超疏水表面的接觸角仍高

6、于150°，顯示出良好的機械耐磨性。同時，超疏水表面還具備自清潔作用，良好的化學穩(wěn)定性及長期穩(wěn)定性。
　　(3)高耐腐蝕、耐磨自清潔性超疏水Ni-Co表面的研究。在鎂合金上利用電沉積法構筑花狀復合結構的Ni-Co合金鍍層，再降低其表面能制得超疏水表面，接觸角高達167.3±1.3°，滾動角為1°。極化測試表明，相對于未處理的鎂合金試樣，超疏水鎂合金的自腐蝕電位提高了1425 mV，腐蝕電流密度和腐蝕速率均降低3個數(shù)量級;且電化學阻