AZ31B镁合金超疏水表面的制备及性能研究

发布时间：2020-05-28 13:32

【摘要】：镁合金具有密度低、比强度/比刚度高、导电性好、优异的电磁屏蔽性能等优点,作为重要的结构性金属之一,镁合金材料已经在汽车工业、电子行业、航天航空、光学设备等众多领域得到了广泛的应用。然而,由于镁合金耐蚀性极差,因而严重制约着其在工业领域的应用范围。通过在镁合金表面构筑超疏水表面,可以减少防腐涂层与腐蚀介质的直接接触,从而能够有效地提高镁合金耐腐蚀性和防腐涂层稳定性,同时超疏水表面的特殊功能也可以进一步扩大镁合金在工业中的应用。本论文以AZ31B镁合金作为研究对象,采用不同的合成方法(水热合成法、溶液喷涂法)在镁合金基体上构筑具有分级粗糙结构的超疏水膜层。通过SEM、EDS、XRD、FT-IR等分析测试手段对所制备的超疏水膜层产物的形貌、结构、组成进行研究,采用电化学极化测试法对超疏水膜层的耐腐蚀性能进行分析,通过磨损测试与粘合力测试考察了超疏水膜层与镁合金基体的结合情况。具体研究内容如下:1.通过水热刻蚀法在AZ31B镁合金表面构造粗糙表面结构,然后利用氟硅烷修饰粗糙表面的方法制备了镁合金超疏水表面。研究了不同浓度碱溶液对镁合金表面润湿性的影响。经过硅烷化后,镁合金超疏水表面的接触角达到了162.2°,电化学极化曲线测试结果表明超疏水表面有明显的抗腐蚀效果。磨损测试及粘合力测试结果表明,所制备的超疏水膜层经过6次磨擦后表面不再具有超疏水性能,超疏水膜层与镁合金基底粘合力达到了0级。2.采用一步水热法在AZ31B镁合金上制备超疏水表面。SEM结果表明,制备的超疏水表面由具有花瓣状和条状分层微/纳米级粗糙结构组成,超疏水表面最大接触角为163.3°,最小滚动角为2.8°。超疏水表面浸渍在3.5 wt.%NaCl溶液中时表现出良好的耐腐蚀性。磨损测试及粘合力测试结果表明,所制备的超疏水膜层经过2次磨擦后表面接触角小于150°,超疏水膜层与镁合金基底粘合力较差(5级)。3.通过喷涂法在AZ31B镁合金表面构建了具有微米和纳米级二元结构的超疏水涂层,考察了超疏水表面的耐腐蚀性,并研究了其对不同液体的润湿性。相较于纯AZ31B镁合金,超疏水膜腐蚀电流密度减小3个数量级,水接触角从32°增加到155°以上,耐腐蚀性明显改善。溶液pH和氯化钠(NaCl),氯化镁(MgCl_2),碘化钠(Na I)和乙酸钠(CH_3COONa)盐溶液对制备的超疏水表面的润湿性能几乎没有影响。而乙醇(C_2H_5OH),油酸钠(C_(17)H_(33)COONa)或十二烷基苯磺酸钠(C_(18)H_(28)NaO_3S)的水溶液对润湿性能有明显的影响。磨损测试结果表明,经过砂纸磨擦10次后,接触角保持在155°以上,滚动角小于2°;粘合力测试结果表明涂层与镁合金基底粘合力达到了0级。4.利用喷涂法在AZ31B镁合金表面制备了SiO_2/MWCNTs/PFOTES超疏水复合涂层,研究了TEOS、MWCNTs、PFOTES和NH_3·H_2O用量对超疏水表面性能的影响,通过电化学方法考察了超疏水涂层耐腐蚀性,结果表明超疏水表面腐蚀电流密度较于纯AZ31B镁合金下降了4个数量级,超疏水涂层显著提高了镁合金的耐腐蚀性。磨损测试及粘合力测试结果表明,所制备的超疏水膜层经过2次磨擦后表面接触角小于150°,超疏水膜层与镁合金基底具有粘合力较差(5级)。5.将氟化纳米二氧化硅粒子引入到聚偏二氟乙烯(PVDF)中,利用简便的喷涂工艺,在AZ31B镁合金表面制备了接触角为163.1°、滚动角2.2°的PVDF/PFOTES-Si O_2超疏水复合涂层。电化学极化曲线测试结果表明,制备的涂层具有良好的耐腐蚀性能。磨损测试和粘合力测试结果表明,制得的超疏水涂层与基底具有良好的耐磨擦性能及粘合性。6.利用盐雾腐蚀实验、实际卤水浸泡实验研究了制备的超疏水表面的耐腐蚀性。结果表明,镁合金的耐腐蚀性与其表面疏水性、组成成分及微观结构等有关,本研究中制备的微纳米二氧化硅涂层样品具有最优的耐腐蚀性。
【图文】：

照片,超疏水,化学刻蚀法,放大倍数

化学刻蚀法制备的超疏水表面不同放大倍数的 images of the superhydrophobic surface with differsion process and the photograph of the water conta建的表面具有分散性好模生产AZ91 镁合金超疏水表面 nm、宽约到的超疏水表面腐蚀电位为密度降低了性和抗菌性能的溶液中形微米球SEM建的表面具有分散性好、晶形易控制等优点生产制备。Wang[40]等利用水热法刻蚀和镁合金超疏水表面。AZ91 镁合金经过宽约 100-300 nm 的片状 Mg(OH)2覆盖超疏水表面腐蚀电位为-988 mV（较纯密度降低了 2 个数量级，此外，通过该方法性和抗菌性能。Wan[41]等将打磨好的镁合金的溶液中，利用一步水热法制备了镁合金超形微米球、康乃馨状微米级簇状物和康乃馨利用水热法刻蚀和较纯通过该方法利用一步水热法制备了镁合金超康乃馨状微米级簇状物和康乃馨

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大规模制备等特点。近年来，利用该方法已被广泛应用于的构筑[42-44]。5]将镁合金 AZ31 置于硫酸镍溶液与硬脂酸乙醇溶液的应 8 h 得到了超疏水表面，静态接触角达到了 156.7°，相比制备的超疏水表面具有减缓结冰且减少阻力的性能。S金在 80°C 下浸泡在 0.2 mol/L 的 CuSO4溶液中 10 min，经成了一层绿色膜层，通过 SEM 分析发发镁合金表面生成层状物（图 1.3），同样经过硬脂酸修饰后，获得的超疏.3°、滚动角为 3°，将所制备的超疏水表面置于空气中 8 个好的超疏水性能。Zang 等[47]通过将镁合金 AZ31 浸泡在金基体上形成一层 Fe(OH)3膜，，然后利用硬脂酸降低表面水表面，电化学阻抗谱测试及极化曲线测试表明制备的超腐蚀性。
【学位授予单位】：中国科学院大学(中国科学院青海盐湖研究所)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG178

【参考文献】