钛合金表面润湿性调控及其耐受性研究

发布时间：2018-04-11 00:02

本文选题：钛合金 + 疏水　；参考：《大连海事大学》2015年硕士论文

【摘要】：建设海洋工程是实现“中国梦”的重要途径。但几乎所有的海洋工程设施都受油污和海洋生物的危害。仿生学研究表明,鲨鱼皮的表面形貌和疏水性可避免油污和海洋生物在其表面附着。基于鲨鱼皮效应,通过制备具有仿生结构的疏水／疏油表面有望从根本上解决油污和海洋生物对海洋工程设施的侵害。本文以船用钛合金Ti6A14V为基体材料,利用激光加工和溶胶-凝胶法涂覆纳米Si02,制备具有不同润湿性的疏水/疏油表面,并研究其对油(正十六烷)和海洋生物(小球藻)的耐受性,主要研究内容和结果如下：1.利用激光加工在Ti6A14V表面构筑网格、直线、点阵3种仿生微结构,利用溶胶-凝胶法在微结构表面涂覆纳米Si02,并通过低表面能修饰获得具有不同润湿性的表面。实验结果表明,随着微结构间距的增大,接触角减小。网格微结构表面最难润湿,其次是直线,再次是点阵。网格微结构表面接触角最大可达161.1。,滚动角最小只有0.57°。2.低表面能修饰的未涂覆Si02的微结构表面符合Wenzel模型,达到疏水状态；而涂覆Si02的微结构表面符合Cassie模型,达到超疏水状态。3.比较上述表面对水、海水(人工配制)和油(正十六烷)的润湿性发现,低表面能修饰的未涂覆Si02的微结构表面对油的接触角小于90°,表面呈亲油状态；而涂覆Si02的微结构表面对油的接触角大于90°,达到疏油状态,但未达到超疏油状态。各种表面的水接触角最大,其次是海水接触角,油接触角最小。本研究制备出超疏水／疏油的双疏钛合金表面,水接触角最大可达到161.1°,油接触角最大可达到106.6。4.不同润湿性表面在油(正十六烷)中的耐受性实验表明,表面浸于纯度99.7%的正十六烷中12小时之后,低表面能修饰的涂覆Si02的表面润湿性变化很小,接触角减小最多不超过5°；而未涂覆Si02的表面接触角减小最多为20°。网格接触角变化量最小,其次直线,再次是点阵。并且间距越小,接触角变化量越小。这是由于表面对油较大的接触角使其不易被油润湿,从而避免油污染,且涂覆Si02的符合Cassie模型的表面截留空气进一步阻挡了油对表面的污染。5.实海挂板实验定性显示,表面生物附着量与其接触角有关,附着量由大到小的顺序为：超亲水点阵表面亲水光滑表面涂覆SiO2的超疏水点阵表面。通过生物显微镜观察,表面附着生物为藻类。超疏水表面具有优异的抗海洋生物附着的性能。6.为定量研究不同润湿性表面的附着量与接触角的关系,对制备的具有不同润湿性的表面进行了实验室内的小球藻沉浸实验。结果表明,小球藻附着量由多至少的顺序为：点阵直线网格点阵(涂覆SiO2)直线(涂覆SiO2)网格(涂覆SiO2)。即表面接触角越大,小球藻附着量越少,对海洋生物的耐受性越强。7.利用动态冲刷实验评价小球藻的附着强度,结果表明,附着强度由强至弱的顺序为：点阵直线网格点阵(涂覆SiO2).直线(涂覆SiO2)网格(涂覆Si02)。符合Cassie模型的具有小滚动角的表面,小球藻的附着强度更弱。本研究制备的符合Cassie模型的超疏水/疏油表面具有优异的耐油污污染和抗海洋生物附着性能。
[Abstract]:Based on shark skin effect , the surface morphology and hydrophobicity of shark skin are expected to prevent oil pollution and marine life from adhering to marine engineering facilities .
The microstructure surface of Si02 coated with Si02 conforms to Cassie ' s model to reach super - hydrophobic state . 3 . Comparing the above - mentioned surface to water , sea water ( manual preparation ) and oil ( n - hexadecane ) wettability , the contact angle of the surface of microstructure with low surface energy modified uncoated Si02 on oil is less than 90 掳 , and the surface is lipophilic state ;
The experimental results show that the surface wettability of coated Si02 with low surface energy can be changed very little after 12 hours in n - hexadecane with purity of 99.7 % , and the contact angle can be reduced by up to 5 掳 .
The results show that the contact angle between the surface and the surface is small , the smaller the contact angle of the surface , the more resistant to the surface . The results show that the surface bioadhesion amount is higher than that of the surface .

【学位授予单位】：大连海事大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U668.2

【参考文献】