45~#钢超疏水表面的构筑及其防腐蚀和摩擦学性能研究

发布时间：2017-06-29 00:07

  本文关键词：45~#钢超疏水表面的构筑及其防腐蚀和摩擦学性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：碳钢因其价格低廉和良好的切削加工性而被广泛用于机械制造业,然而相对较差的耐磨损和耐腐蚀性能大大限制了碳钢的使用范围。虽然传统处理方法能有效的保护金属并减少材料的摩擦磨损,但是其操作复杂,有时会破坏环境并危害人类健康。近年来,受“荷叶效应”的启发,接触角大于150°的超疏水表面使得水分子很难渗入基材,同时还能有效的减小摩擦副间的实际接触面积,因而在提高材料的防腐蚀和摩擦学方面有着潜在的应用前景。本文通过化学刻蚀、水热合成、化学镀镍三种方法构筑了多种具有超疏水性能的45#钢,系统的研究了45#钢的结构组成与润湿行为、摩擦学、耐蚀性之间的关系。主要研究成果如下:(1)采用化学刻蚀法对45#钢表面进行织构化,得到具有微孔和纳米片状的多尺度等级结构,分析该粗糙结构的形成机制。然后用低表面能分子修饰使45#钢表面具有超疏水性能。极化曲线表明制备的超疏水45#钢能有效的阻止腐蚀性介质扩散到基材,从而对金属起到很好的保护作用。而且,该超疏水表面的摩擦系数能够在6000s内稳定保持在0.11左右。同时该表面在500g的载荷下,与砂纸对磨距离达到100cm时仍能保持超疏水性,表现出良好的减摩以及耐磨特性。(2)通过水热法在45#钢表面合成了三维花状结构的Mo S2,低表面能分子修饰后得到同时具有超疏水和超疏油性能的45#钢。探讨了不同反应时间对Mo S2形貌和润湿性能的影响。结果表明和未经处理的45#钢相比,极化曲线的自腐蚀电位升高而腐蚀电流密度减小,同时进一步考察了样品在3.5 wt%的Na Cl溶液中浸泡不同时间后接触角的变化。此外,该超疏水45#钢表面的摩擦系数在0.15左右,明显小于相同条件下基材的摩擦系数0.45,减摩性得到一定的改善。(3)采用化学镀法在45#钢表面获得具有微米突起、纳米棒状仿荷叶结构的镀镍层,低表面能分子修饰后得到超疏水45#钢。探讨镀镍时间对45#钢表面润湿性、摩擦学和防腐性能的影响。结果表明,施镀3h后样品表层均匀致密且镍层厚度能达到7μm。和基材相比,镀镍后的超疏水45#钢自腐蚀电位明显正移,表现出很好的耐蚀性。此外,该超疏水镀镍层的摩擦学性能也得到提高,摩擦系数保持在0.2左右,同时在500g的载荷下与砂纸对磨160cm时仍保持超疏水性。
【关键词】：45#钢 织构化 超疏水 摩擦学性能 防腐蚀性能
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG174.4
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-25
• 1.1 前言10-11
• 1.2 超疏水表面概述11-19
• 1.2.1 自然界中的超疏水现象11-13
• 1.2.2 超疏水表面的制备13-19
• 1.3 超疏水表面在金属防腐蚀和摩擦学方面的应用19-23
• 1.3.1 防腐蚀及其化学稳定性19-21
• 1.3.2 摩擦学性能21-23
• 1.4 研究目的与主要研究内容23-25
• 第二章 化学刻蚀法构筑超疏水45~#钢及其性能研究25-34
• 2.1 引言25
• 2.2 实验部分25-26
• 2.2.1 实验材料25-26
• 2.2.2 超疏水45~#钢的制备26
• 2.2.3 超疏水45~#钢表面的性能测试与表征26
• 2.3 结果与讨论26-33
• 2.3.1 45~#钢表面形貌及润湿行为26-30
• 2.3.2 超疏水45~#钢的防腐性能分析30-31
• 2.3.3 超疏水45~#钢的摩擦学性能分析31-33
• 2.4 本章小结33-34
• 第三章 水热沉积MoS_2构筑超疏水45~#钢及其性能研究34-46
• 3.1 引言34-35
• 3.2 实验部分35-36
• 3.2.1 实验材料35
• 3.2.2 超疏水45钢表面沉积MoS_235
• 3.2.3 超疏水45钢表面MoS_2的性能测试与表征35-36
• 3.3 结果与讨论36-44
• 3.3.1 45~#钢表面产物物相和形貌36-39
• 3.3.2 45~#钢表面MoS_2的润湿行为39-40
• 3.3.3 超疏水45~#钢的防腐性能分析40-43
• 3.3.4 超疏水45~#钢的摩擦学性能分析43-44
• 3.4 本章小结44-46
• 第四章 化学镀镍法构筑超疏水45~#钢及其性能研究46-57
• 4.1 引言46
• 4.2 实验部分46-48
• 4.2.1 实验材料46-47
• 4.2.2 超疏水45~#钢的制备47
• 4.2.3 超疏水45~#钢表面的性能测试与表征47-48
• 4.3 结果与讨论48-55
• 4.3.1 45~#钢表面镀镍层的物相和表面形貌48-50
• 4.3.2 45~#钢表面镀镍层的润湿行为50-51
• 4.3.3 超疏水45~#钢的防腐蚀性能分析51-53
• 4.3.4 超疏水45~#钢的摩擦学性能分析53-55
• 4.4 本章小结55-57
• 第五章 结论57-59
• 参考文献59-67
• 致谢67-68
• 在读期间发表的论文68

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