铝基超疏水表面的制备及性能研究

发布时间：2017-06-03 02:03

  本文关键词：铝基超疏水表面的制备及性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：铝是自然界中分布最广泛的金属元素，其有比强度高、比重小等优点，使得铝及铝合金在各个领域都有广泛的应用。铝虽然在空气中有很好的耐蚀性，但是铝的化学活泼性使得它在湿度较大的环境下或海水中的耐蚀性不是很好，这限制了铝及铝合金在工业上的应用。而超疏水的表面具有自清洁、抑制表面腐蚀等特性，因此在铝及铝合金表面制备超疏水涂层具有深远的意义。 本研究通过在铝基表面构造微纳米阶层结构，再用硬脂酸修饰后得到了超疏水表面，，并对超疏水表面的耐蚀性进行了测试分析。本文主要工作的内容和结果如下： 首先，用溶胶-凝胶法制备得到了氧化铝粉末以及氧化铝溶胶，用浸渍提拉法在玻璃片基底上涂覆一层氧化铝溶胶，通过热处理后得到氧化铝凝胶薄膜，再进行沸水粗糙处理以及聚乙烯亚胺和硬脂酸的表面修饰，得到了超疏水的氧化铝薄膜。通过接触角测量、扫描电镜和红外分析等对氧化铝薄膜的润湿性能、表面微观结构和键结构进行了研究，得到氧化铝薄膜的接触角为154.2°，其表面具有花瓣状的阶层结构和疏水的长碳链分子层组成，这使得氧化铝表面具有超疏水性。将超疏水薄膜在空气中室温放置一年后，其表面仍然具有超疏水特性，另外，用不同酸碱性的水进行接触角测量，水的pH值在1-11范围内时，该超疏水薄膜的接触角均在146°以上，这表明该薄膜的疏水特性比较稳定，有一定的耐蚀性。 其次，用沸水粗糙处理法在金属铝及铝合金表面构造微纳米粗糙结构，然后用聚乙烯亚胺和硬脂酸对其表面进行修饰，得到了超疏水纯铝和铝合金表面的接触角分别为155.6°和153.4°。通过扫描电镜得出超疏水铝及铝合金表面具有很好的微纳米双重粗糙结构。用极化曲线测试超疏水铝合金表面的耐蚀性能，得到接触角越大，耐蚀性能越好，且超疏水铝合金在3.5%NaCl溶液中腐蚀电位比未经任何处理的铝合金升高0.21V，电流密度下降3.67×10~(-5)A·cm~(-2)，很好的抑制了铝合金的腐蚀。 最后，同样用沸水粗糙处理法在金属铝及铝合金表面构造微纳米粗糙结构，然后用硬脂酸直接对其进行修饰，制备得到的超疏水铝合金和纯铝表面的接触角分别为154.1°和152.3°。通过扫描电子显微镜分析得出超疏水铝及铝合金表面具有很好的微纳米双重粗糙结构。用极化曲线测试超疏水铝合金表面的耐蚀性能，得到接触角越大，耐蚀性能越好，且超疏水铝合金在3.5%NaCl溶液中腐蚀电位比亲水表面的铝合金升高0.43V，电流密度下降一个数量级，提高了其耐蚀性。这些结果表明沸水粗糙化处理后，不吸附聚乙烯亚胺，直接用硬脂酸修饰后的铝及铝合金表面同样能达到超疏水，其耐蚀性也相应地得到了提高。
【关键词】：铝基体 溶胶-凝胶法 超疏水表面 耐腐蚀 表面微结构
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TG178
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 1 绪论11-22
• 1.1 铝及铝合金11-13
• 1.1.1 概述11
• 1.1.2 铝的性能特点及其应用11-12
• 1.1.3 铝及铝合金的腐蚀类型12
• 1.1.4 铝及铝合金在各种介质中的耐蚀性12-13
• 1.1.5 铝及铝合金的防腐现状13
• 1.2 超疏水表面13-16
• 1.2.1 接触角的定义14-15
• 1.2.2 Wenzel 模型15
• 1.2.3 Cassie 模型15-16
• 1.2.4 Cassie 和 Wenzel 模型间的转化16
• 1.3 金属超疏水表面的制备技术16-19
• 1.3.1 模板法17
• 1.3.2 分子自组装法17-18
• 1.3.3 化学刻蚀法18
• 1.3.4 电化学沉积法18
• 1.3.5 复合法18-19
• 1.3.6 阳极氧化法19
• 1.3.7 一步浸泡法19
• 1.4 金属超疏水表面制备技术中存在的问题19-20
• 1.5 金属超疏水表面的应用前景20
• 1.6 本课题的选题目的和研究内容20-22
• 2 溶胶-凝胶法制备超疏水氧化铝薄膜22-39
• 2.1 引言22
• 2.2 实验部分22-27
• 2.2.1 实验试剂和材料22
• 2.2.2 实验仪器22-23
• 2.2.3 实验方法23-25
• 2.2.4 测试及表征方法25-27
• 2.3 结果与讨论27-38
• 2.3.1 接触角分析27-28
• 2.3.2 化学结构分析28-29
• 2.3.3 物相分析29-30
• 2.3.4 试样的热性能表征30-32
• 2.3.5 形貌分析32
• 2.3.6 氧化铝超疏水表面的性能分析32-34
• 2.3.7 氧化铝表面的粘附性34-35
• 2.3.8 氧化铝超疏水表面的形成机制35-38
• 2.4 本章小结38-39
• 3 吸附 PEI 法超疏水铝基表面的制备及耐蚀性能研究39-55
• 3.1 引言39
• 3.2 实验部分39-42
• 3.2.1 基体材料39-40
• 3.2.2 实验试剂和实验仪器40
• 3.2.3 超疏水表面的制备40-42
• 3.2.4 试样表征方法42
• 3.3 结果与讨论42-54
• 3.3.1 制备条件对铝基表面疏水性能的影响42-48
• 3.3.2 超疏水表面的物相分析48-50
• 3.3.3 超疏水铝及铝合金表面的形貌表征50-51
• 3.3.4 超疏水铝合金表面的 X 射线光电子能谱分析51-52
• 3.3.5 超疏水铝及铝合金的耐蚀性能52-54
• 3.4 本章小结54-55
• 4 硬脂酸一步法制备铝基超疏水表面及耐蚀性能研究55-72
• 4.1 引言55
• 4.2 实验部分55-58
• 4.2.1 基体材料55
• 4.2.2 实验试剂和实验仪器55-56
• 4.2.3 铝及铝合金超疏水表面的制备56-57
• 4.2.4 实验的表征方法57-58
• 4.3 结果与讨论58-71
• 4.3.1 制备条件对铝基表面疏水性能的影响58-63
• 4.3.2 超疏水铝基表面的物相分析63-65
• 4.3.3 超疏水铝及铝合金表面的形貌表征65-67
• 4.3.4 超疏水铝合金表面的 X 射线光电子能谱分析67-68
• 4.3.5 超疏水铝合金表面的润湿机理68-69
• 4.3.6 超疏水铝合金的耐蚀性能69-71
• 4.4 本章小结71-72
• 5 结论与创新72-74
• 5.1 结论72
• 5.2 创新72-74
• 致谢74-75
• 参考文献75-79
• 攻读学位期间的研究成果79

【参考文献】

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1 王宝玲,吴兴惠,柳清菊,刘强,何愿华;溶胶-凝胶法制备氧化铝薄膜的研究[J];云南大学学报(自然科学版);2002年S1期

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本文编号：416994