AZ31镁合金表面三种过渡金属超疏水表面的构筑及其性能研究

发布时间：2020-09-08 22:57

　　人们受到自然界中超疏水动植物表面的启发,研制出了具有超疏水性能的功能表面并得到了广泛的关注。镁合金由于其地表含量大、其密度低、比强度高、阻尼性能好、切削加工性能优良等一系列优点,让镁合金慢慢的走入了人们的视野。但是耐腐蚀性差是镁合金面临的主要问题,一直以来极大的限制了镁合金在各个领域的应用。镁合金表面构筑超疏水表面,可以有效地减少基底与腐蚀介质的接触面积,很好的解决这个问题。本论文通过分别用水热法、提拉法、化学转化膜、浸泡法以及化学刻蚀法在镁合金表面构筑超疏水膜层。通过EDS、SEM、FT-IR、XRD等分析测试手段对制备出的样品的组成、形貌、结构进行分析,通过接触角测试仪、摩擦磨损测试、模拟海水浸泡测试、电化学测试(EIS及IE)以及抗海藻试验等测试手段对所制备表面的抗冰、长期稳定、防污以及耐腐蚀性能进行综合分析。通过浸渍法与水热法的结合在镁合金表面构造出氧化锌纳米棒,以及单层无衬底花状氧化锌纳米结构,对比两种膜层,氧化锌纳米棒更加致密。测得两个超疏水表面静态接触角都可以达到150°以上,甚至接近160°,且超疏水膜层在空气中可以保持7个月以上之久,对不同酸碱度的液滴仍然具有疏水性能,具有优良的长期稳定性。通过化学镀镍、水热法和浸泡法再AZ31镁合金上制备出Ni-P-NiO超疏水表面。通过化学镀镍的方法,在镁合金基地上与外界形成了一个隔离层,有效的防止了外界与镁合金基底的接触,并在Ni-P表面构筑超疏水NiO表面进一步加强了对镁合金基底的保护并使其表面具有超疏水的特性。通过计算,从理论上证明其疏水性,并通过摩擦磨损,化学稳定性以及长期稳定性等测试,证明了其具有很好的适应恶劣环境的能力。通过电化学工作站进行了对比实验,膜层表现出了出色的耐腐蚀性能。以AZ31镁合金为基底,运用浸泡法和液相化学刻蚀法在AZ31镁合金上构筑出抗海藻Ag@MCM-41超疏水表面。对镁合金进行氟化处理后,表面更加致密。对样品进行了不同温度,不同pH值下的接触角的测定;通过摩擦磨损实验,证明了其具有良好的减摩性并提高了镁合金的耐磨性;通过血球计数板测试法验证了其抗海藻的能力;通过电化学阻抗测试发现,超疏水表面具有较高的阻抗值,提升了镁合金的耐腐蚀性。
【学位单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TG174.4
【部分图文】：

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角（ADV）θ ，沿滚动方向后面的动态接触角最小，称为后退接触角为接触角滞后[15]；水滴滚动时所需要的固体表面最小倾斜角被称如图 1.1(b)所示。固体材料表面静态接触角的大小介于接触角滞后和前进接触角和后退接触角的差值称为动态接触角滞后( CAH)Δθ 。特角大于 150o，滚动角小于 10o 时，固体表面被称为自清洁表面，这要的依据。固体表面动态接触角滞后与滚动角之间的关系用下方的中γLA表示气体与液体界面的表面张力，m 和ω分别表示液滴的质量表示所在位置重力加速度。由方程 1.1 所示，固体表面的滚动接触角，也可以说与前进角与后退角的差值成正比。而滚动角和动态接触角面自清洁能力的标准。换言之，对表面液体的亲和力的一种体现，亲动态接触角滞后也就越大，自清洁能力就越差，粘度也越大。（）（）LVRECADVmg sinα ω=γcosθ-cosθ

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第 1 章绪论面积越大，所提供的能量就越大，实际面积的投影面积比理论面积要小。Wenzel 利用Young 的理论结合表面粗糙因子 r 推导出来了经典的 Wenzel 方程：（1-3）试中 θR表示实际固体表面静态接触角（粗糙）。r 是无量纲参数，一般大于 1，理想状态下等于 1。 θ0<90°时，实际静态接触角小于理想静态接触角，并实际静态接触角随着 r 的降低而增加。 θ0>90°时，实际静态接触角大于理想静态接触角，粗糙度的增加也会对实际静态接触角的增加有帮助。综上看来接触角有个临界值，来区分疏水与亲水表现的。在这个临界值一下，亲水越亲水，临界值以上，疏水越疏水。R0cosθ =rcosθ

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图 3.1 不同反应温度合成的样品接触角测试图面应该满足两个要求：1.粗糙结构；2.低表面能物质修糙结构的变化以及时间对微观结构的影响，需要直接的试样分别进行 SEM 测试，表面形貌结果如图 3.2 所示不同制备出来的不同的 SEM 图，如图所示，从（A）图可的时候表面生长出微纳级别花状氧化锌粗糙结构，足以时间增加到 6 h（D）的时候，表面上生长的氧化锌成六成了有层级结构的微纳结构，粗糙程度得以增加，使得积密集对膜层的稳定性也有所提高。而随着时间进一步已经从纳米棒转化为纳米片，片层堆积形成了三维纳米纳米棒之间的间距。从图 3.1 可以看出，虽然粗糙度也疏水效果好。而时间继续增加，不仅粗糙程度在下降，由图 3.1 所示，在反应时间为 5~8 h 的区间，经过修饰角均达到了 150°以上，因此可以断定，在 5~8 h 的区间

【参考文献】