超疏水表面在鎂合金上的制備及其性能應(yīng)用研究.pdf

1、鎂及鎂合金作為最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，具有密度低、比強(qiáng)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(diǎn)受到了人們的廣泛關(guān)注，在航天航空、汽車制造、電子工業(yè)及國(guó)防軍工等領(lǐng)域得到了日益廣泛的應(yīng)用，被譽(yù)為“21世紀(jì)綠色工程材料”。但是，鎂合金的高化學(xué)活性引發(fā)的腐蝕，極大地限制了鎂合金的應(yīng)用范圍。因此，提高鎂合金的耐腐蝕性能對(duì)于其廣泛應(yīng)用具有重要意義，其中鎂合金的表面改性技術(shù)是一種低成本、簡(jiǎn)單、有效且易于實(shí)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(guó)防建設(shè)領(lǐng)域中有著廣闊的應(yīng)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(rùn)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(kuò)大鎂合金的應(yīng)用范圍。
　　本論文中，我們采用首先構(gòu)筑粗糙結(jié)構(gòu)再降低表面能的兩步法，以電沉

3、積為主的制備技術(shù)，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(jī)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(shí)對(duì)其結(jié)構(gòu)和有關(guān)性能進(jìn)行了詳細(xì)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(yáng)極氧化處理相結(jié)合的方法首先在鎂合金上構(gòu)筑羽毛狀氧化銅復(fù)合結(jié)構(gòu)，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(dòng)角為3°。極化測(cè)試表明，具有超疏水表面試樣的自腐蝕電位向正移動(dòng)了1255 mV，腐蝕電流密度降低約1個(gè)數(shù)量級(jí);中性3.5 wt.％ NaCl腐蝕介質(zhì)浸泡實(shí)驗(yàn)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(shuō)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(shí)探討了超疏水表面的抗腐蝕機(jī)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(shù)在鎂合金上構(gòu)筑松球狀復(fù)合結(jié)構(gòu)的鎳鍍層，再經(jīng)十八烷酸修飾制得超疏水表面，接觸角高達(dá)163.3±0.7°，滾動(dòng)角為1°。中性3.5 wt.％ NaCl腐蝕介質(zhì)極化測(cè)試和浸泡實(shí)驗(yàn)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(gè)數(shù)量級(jí)，腐蝕速率降低約3個(gè)數(shù)量級(jí)，且浸泡48 h后仍具有較高膜值，顯示出良好的腐蝕保護(hù)作用。耐摩擦實(shí)驗(yàn)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(jī)械耐磨性。同時(shí)，超疏水表面還具備自清潔作用，良好的化學(xué)穩(wěn)定性及長(zhǎng)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(gòu)筑花狀復(fù)合結(jié)構(gòu)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(dá)167.3±1.3°，滾動(dòng)角為1°。極化測(cè)試表明，相對(duì)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(gè)數(shù)量級(jí);且電化學(xué)阻