高強(qiáng)鋁合金稀土超疏水防護(hù)膜研究.pdf

1、高強(qiáng)鋁合金不僅具有高于一般金屬材料的強(qiáng)度，還具有優(yōu)良的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、相對(duì)低的比重等特點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用于航天航空、汽車、建筑、機(jī)械制造、電工、化學(xué)化工等行業(yè)，其中在航天航空領(lǐng)域中的應(yīng)用最為重要和廣泛。但高強(qiáng)鋁合金由于合金相銅的存在而會(huì)產(chǎn)生晶間腐蝕，所以提高高強(qiáng)鋁合金的防護(hù)性能很重要，在所有防護(hù)方法中，超疏水膜層因其防護(hù)性、自清潔、抗霜凍等優(yōu)異性能而得到廣泛關(guān)注，雖然超疏水膜層的制備方法在近期已經(jīng)有過一些報(bào)道，但依然存在防護(hù)性能和耐久性

2、能較差以及金屬表面潤(rùn)濕性轉(zhuǎn)換困難等問題。
　　為了解決上述問題，在實(shí)驗(yàn)室前期工作的基礎(chǔ)上，本文提出了以稀土鹽La(NO3)3溶液為反應(yīng)介質(zhì)的水熱法，在高強(qiáng)鋁合金2024表面構(gòu)筑了納米結(jié)構(gòu)，并進(jìn)一步采用十二氟庚基丙基三甲氧基硅(Actyflon-G502)對(duì)水熱后的樣品進(jìn)行自組裝修飾，成功地在2024鋁合金表面上制備了稀土超疏水防護(hù)膜層。并且通過簡(jiǎn)單的退火與自組裝修飾處理在其表面上實(shí)現(xiàn)了潤(rùn)濕性在超親水和超疏水之間的可逆轉(zhuǎn)換。采用接觸

3、角測(cè)量?jī)x、聚焦離子束掃描電子顯微鏡(FIB-SEM)、X射線光電子能譜(XPS)、傅里葉變化紅外光譜(FTIR)對(duì)樣品表面進(jìn)行了表征，并考察了樣品的防護(hù)性能、耐久性能、粘附性能和自清潔性能。
　　與水的靜態(tài)接觸角(WCA)結(jié)果顯示經(jīng)過硝酸鑭水熱后的表面 WCA約為0°，為超親水性，經(jīng)過修飾后WCA變?yōu)?60°，為超疏水性質(zhì)。FIB-SEM結(jié)果顯示經(jīng)過硝酸鑭溶液水熱后的2024鋁合金表面有“銀杏葉”狀的納米結(jié)構(gòu)，經(jīng)過Actyflon

4、-G502修飾后，表面幾乎沒有變化，說明修飾過程不影響樣品微觀結(jié)構(gòu)。XPS結(jié)果顯示，經(jīng)過水熱后的樣品表面主要成分為L(zhǎng)a和Al的(氫)氧化物，F(xiàn)TIR結(jié)果進(jìn)一步證明了水熱后的樣品表面有大量羥基存在；經(jīng)過修飾后樣品表面出現(xiàn)了大量F、C、Si元素，證明了修飾后表面生成了C10F12H9Si(O-surface)3。接著對(duì)所制備的膜層進(jìn)行了防護(hù)性能、耐久性能以及粘附性能的測(cè)試。結(jié)果表明，該稀土超疏水防護(hù)膜在腐蝕介質(zhì)中有很好的防護(hù)性能，并且有耐長(zhǎng)

5、時(shí)間放置、耐高溫環(huán)境、耐化學(xué)環(huán)境、耐紫外光照以及耐磨損的能力，除此之外還具有很高的粘附性能。結(jié)合上述表征結(jié)果，探討了超疏水膜的成膜機(jī)理和耐久機(jī)理。研究表明Actyflon-G502是通過與水熱后表面羥基的縮合反應(yīng)而在表面形成C10F12H9Si(O-surface)3層；耐久性是由于 La(OH)3與Actyflon-G502很強(qiáng)的結(jié)合能力以及La2O3中La特有的電子結(jié)構(gòu)所形成的本身的疏水性能這個(gè)兩方面。
　　通過退火與低表面能

6、物質(zhì)自組裝修飾結(jié)合的處理方法在2024鋁合金表面上實(shí)現(xiàn)了潤(rùn)濕性的可逆轉(zhuǎn)換。WCA測(cè)試結(jié)果顯示稀土超疏水膜經(jīng)過退火后變?yōu)?°，而經(jīng)過再次自組裝修飾后又恢復(fù)到160°，而且經(jīng)過多次循環(huán)實(shí)驗(yàn)表明樣品有穩(wěn)定的可逆轉(zhuǎn)換能力。FIB-SEM結(jié)果表明樣品在經(jīng)過5次可逆循環(huán)以后納米結(jié)構(gòu)變得更加密集。XPS結(jié)果表明退火后表面有機(jī)物層C10F12H9Si(O-surface)3被分解，經(jīng)過再修飾又重新與Actyflon-G502自組裝生成超疏水膜。此外，除