高强铝合金稀土超疏水防护膜研究

发布时间：2017-08-15 23:31

  本文关键词：高强铝合金稀土超疏水防护膜研究

  更多相关文章： 超疏水 水热法 仿生结构 稳定性 可逆转换

【摘要】：高强铝合金不仅具有高于一般金属材料的强度,还具有优良的导电性、导热性、相对低的比重等特点,因此被广泛应用于航天航空、汽车、建筑、机械制造、电工、化学化工等行业,其中在航天航空领域中的应用最为重要和广泛。但高强铝合金由于合金相铜的存在而会产生晶间腐蚀,所以提高高强铝合金的防护性能很重要,在所有防护方法中,超疏水膜层因其防护性、自清洁、抗霜冻等优异性能而得到广泛关注,虽然超疏水膜层的制备方法在近期已经有过一些报道,但依然存在防护性能和耐久性能较差以及金属表面润湿性转换困难等问题。为了解决上述问题,在实验室前期工作的基础上,本文提出了以稀土盐La(NO3)3溶液为反应介质的水热法,在高强铝合金2024表面构筑了纳米结构,并进一步采用十二氟庚基丙基三甲氧基硅(Actyflon-G502)对水热后的样品进行自组装修饰,成功地在2024铝合金表面上制备了稀土超疏水防护膜层。并且通过简单的退火与自组装修饰处理在其表面上实现了润湿性在超亲水和超疏水之间的可逆转换。采用接触角测量仪、聚焦离子束扫描电子显微镜(FIB-SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、傅里叶变化红外光谱(FTIR)对样品表面进行了表征,并考察了样品的防护性能、耐久性能、粘附性能和自清洁性能。与水的静态接触角(WCA)结果显示经过硝酸镧水热后的表面WCA约为0°,为超亲水性,经过修饰后WCA变为160°,为超疏水性质。FIB-SEM结果显示经过硝酸镧溶液水热后的2024铝合金表面有“银杏叶”状的纳米结构,经过Actyflon-G502修饰后,表面几乎没有变化,说明修饰过程不影响样品微观结构。XPS结果显示,经过水热后的样品表面主要成分为La和Al的(氢)氧化物,FTIR结果进一步证明了水热后的样品表面有大量羟基存在;经过修饰后样品表面出现了大量F、C、Si元素,证明了修饰后表面生成了C10F12H9Si(O-surface)3。接着对所制备的膜层进行了防护性能、耐久性能以及粘附性能的测试。结果表明,该稀土超疏水防护膜在腐蚀介质中有很好的防护性能,并且有耐长时间放置、耐高温环境、耐化学环境、耐紫外光照以及耐磨损的能力,除此之外还具有很高的粘附性能。结合上述表征结果,探讨了超疏水膜的成膜机理和耐久机理。研究表明Actyflon-G502是通过与水热后表面羟基的缩合反应而在表面形成C10F12H9Si(O-surface)3层;耐久性是由于La(OH)3与Actyflon-G502很强的结合能力以及La2O3中La特有的电子结构所形成的本身的疏水性能这个两方面。通过退火与低表面能物质自组装修饰结合的处理方法在2024铝合金表面上实现了润湿性的可逆转换。WCA测试结果显示稀土超疏水膜经过退火后变为0°,而经过再次自组装修饰后又恢复到160°,而且经过多次循环实验表明样品有稳定的可逆转换能力。FIB-SEM结果表明样品在经过5次可逆循环以后纳米结构变得更加密集。XPS结果表明退火后表面有机物层C10F12H9Si(O-surface)3被分解,经过再修饰又重新与Actyflon-G502自组装生成超疏水膜。此外,除上述表征结果,还考察了经过超疏水-超亲水可逆循环5次后的样品的防护性能和自清洁性能,并与可逆循环前的样品进行对比,探究可逆循环对样品性能的影响。结果表明,经过5次可逆循环后的样品依然具有防护性能,但是其粘附性显著减小,其滚动角(SA)小于3°,具有良好的自清洁能力。除此之外,还结合上述表征结果讨论了润湿性可逆转换机理。
【关键词】：超疏水 水热法 仿生结构 稳定性 可逆转换
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG174.4
【目录】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-10
• 1 绪论10-19
• 1.1 高强铝合金的性质及其应用10-11
• 1.1.1 高强铝合金的性质10-11
• 1.1.2 高强铝合金的应用11
• 1.2 高强铝合金的腐蚀与防护11-13
• 1.2.1 高强铝合金的腐蚀11-12
• 1.2.2 高强铝合金的防护12-13
• 1.3 高强铝合金超疏水防护膜的研究现状及发展动向13-18
• 1.3.1 高强铝合金超疏水防护膜的研究现状13-16
• 1.3.2 高强铝合金超疏水防护膜的发展动向16-18
• 1.4 本论文的研究目的和主要研究内容18-19
• 1.4.1 研究目的18
• 1.4.2 主要研究内容18-19
• 2 实验19-24
• 2.1 实验材料与主要试剂19
• 2.2 实验仪器及设备19-20
• 2.3 制备方法20
• 2.4 表征方法20-21
• 2.4.1 聚焦离子束扫描电子显微镜(FIB-SEM)20
• 2.4.2 傅里叶变化红外光谱(FTIR)20-21
• 2.4.3 X射线光电子能谱(XPS)21
• 2.4.4 接触角测量仪21
• 2.5 性能研究21-24
• 2.5.1 防护性能21-22
• 2.5.2 耐久性能22-23
• 2.5.3 自清洁性能23-24
• 3 稀土超疏水防护膜研究24-44
• 3.1 实验部分24-25
• 3.1.1 前处理24
• 3.1.2 水热实验24-25
• 3.1.3 自组装修饰25
• 3.1.4 对照样品25
• 3.1.5 表征方法25
• 3.1.6 性能研究25
• 3.2 性质表征25-31
• 3.2.1 润湿性能25-27
• 3.2.2 微观形貌27-28
• 3.2.3 化学组成28-31
• 3.3 性能研究31-38
• 3.3.1 防护性能31-32
• 3.3.2 粘附性能32-33
• 3.3.3 耐久性能33-38
• 3.4 机理研究38-43
• 3.4.1 成膜机理38-40
• 3.4.2 耐久机理40-43
• 3.5 小结43-44
• 4 润湿性可逆转换研究44-54
• 4.1 实验部分44
• 4.1.1 润湿性可逆转换实验44
• 4.1.2 表征方法44
• 4.1.3 性能研究44
• 4.2 性质表征44-49
• 4.2.1 润湿性能44-46
• 4.2.2 微观形貌46-47
• 4.2.3 化学组成47-49
• 4.3 性能研究49-52
• 4.3.1 防护性能49
• 4.3.2 自清洁性能49-52
• 4.4 可逆转换机理研究52
• 4.5 小结52-54
• 5 结论与展望54-56
• 5.1 小结54-55
• 5.2 展望55-56
• 致谢56-57
• 参考文献57-65
• 附录65
• A.作者在攻读硕士期间(拟)发表的论文65
• B.专利65

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