超疏水鋁合金表面的制備及耐腐蝕和防覆冰性能研究.pdf

1、鋁及鋁合金因其良好的物理、化學(xué)性能,在海洋工業(yè)、電力系統(tǒng)和航空等領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。然而,鋁合金存在在海水中易發(fā)生腐蝕、在過冷環(huán)境中表面極易產(chǎn)生覆冰等問題。而近年來,受“荷葉效應(yīng)”的啟發(fā),與水滴接觸角大于150°的超疏水表面由于其強(qiáng)大的疏水特性使得水分子難以滲入超疏水表面內(nèi)部,因而具有優(yōu)異的自清潔、耐腐蝕等性能。因此,如果能夠通過簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)的方法在鋁及其合金表面構(gòu)建得到超疏水層,那必將有效改善鋁及其合金的自清潔、耐腐蝕和防覆冰等性能,這

2、對(duì)提高鋁及其合金在海水中的耐腐蝕性能和在極端天氣下的防覆冰性能等具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。
　　本論文采用兩種簡(jiǎn)單新穎的方法構(gòu)建了鋁合金超疏水表面,并研究了其表面耐腐蝕、防覆冰以及自清潔等性能,主要研究?jī)?nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)如下:
　　(1)采用簡(jiǎn)便、環(huán)境友好的沸水處理方法使鋁合金表面粗糙化,然后經(jīng)硬脂酸進(jìn)行表面修飾后,得到接觸角可達(dá)到155°、滾動(dòng)角低于5°的超疏水鋁合金表面。考察了沸水處理時(shí)間和硬脂酸浸泡時(shí)間對(duì)鋁合金表面微結(jié)構(gòu)和表面

3、潤(rùn)濕性的影響,最終確定了沸水處理時(shí)間為5 min、硬脂酸浸泡時(shí)間為40 h的最佳制備工藝。研究結(jié)果表明:沸水處理時(shí)間影響表面的孔形態(tài)和結(jié)構(gòu)以及粗糙化程度,而硬脂酸浸泡時(shí)間影響表面疏水性烴基長(zhǎng)鏈接枝的數(shù)量和質(zhì)量,從而影響花朵狀微結(jié)構(gòu)的形成和生長(zhǎng)。
　　(2)通過一步浸泡法在鋁合金表面制備得到超疏水膜,考察了醇/水體積比對(duì)鋁合金表面接觸角的影響規(guī)律,探討了鋁合金表面疏水性的形成機(jī)理。最終確定的最優(yōu)工藝參數(shù)為:硬脂酸濃度為10 mmol

4、/L、浸泡時(shí)間為35 h、乙醇和水的體積比為1:3。此時(shí)表面接觸角達(dá)到156.2°、滾動(dòng)角低于5°。采用 FE-SEM、FT-IR、XPS等對(duì)試樣的表面形貌和表面化學(xué)成分進(jìn)行了表征分析。通過Cassie理論對(duì)超疏水鋁合金表面的超疏水機(jī)理進(jìn)行了分析,結(jié)果表明,水與表面形成了非均勻接觸,5％的面積是水滴和基體接觸,而95%的面積是水滴和空氣接觸。
　　(3)采用動(dòng)態(tài)極化曲線分析了沸水處理法和一步浸泡法所制備的超疏水鋁合金表面的耐腐蝕性

5、能。結(jié)果表明:相對(duì)于未經(jīng)處理的鋁合金,超疏水性鋁合金試樣的腐蝕電流密度降低而腐蝕電位升高,說明超疏水膜抑制了鋁合金的腐蝕反應(yīng)過程,從而提高了鋁合金的耐腐蝕性能。進(jìn)一步考察了試樣在3.5 wt%的NaCl溶液中浸泡不同時(shí)間后表面接觸角和表面形貌的變化,研究了超疏水表面的耐蝕性和穩(wěn)定性。進(jìn)而探討了超疏水鋁合金表面的耐腐蝕性機(jī)理。
　　(4)通過鋁合金表面水滴結(jié)冰實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)超疏水鋁合金表面開始結(jié)冰溫度比普通鋁合金表面降低了約2℃;在同一