铜基超疏水表面的制备及其耐腐蚀性能研究

发布时间：2017-12-17 00:31

  本文关键词：铜基超疏水表面的制备及其耐腐蚀性能研究

  更多相关文章： 超疏水 金属铜 电刷镀 表面结构和形态 耐蚀性能

【摘要】：金属铜由于其优良的导电性、导热性和机械加工性等性能,在日常生活以及工业生产中广泛使用。但是,当金属铜在大气环境下,特别是含有腐蚀性介质的环境下,其表面很容易发生比较严重的腐蚀,从而降低其使用性能及其寿命,因此,降低金属铜的腐蚀速率问题吸引了许多研究人员的注意。近年来,科研人员发现超疏水表面具有提高金属材料耐腐蚀性的性能。本论文使用将机械刻划和电刷镀相结合的方法,在铜金属基体表面构造出粗糙结构,获得了四种不同形貌的试样。使用场发射扫描电镜和激光共聚焦显微镜对试样表面微观结构以及表面形态进行表征,使用XRD、XPS对试样表面的化学组成进行测试分析,使用接触角测量仪对超疏水试样和裸铜试样的接触角进行测试,随后阐释了表面形态以及化学组成与润湿性能之间的关系,观察并分析了超疏水试样在水下的润湿效果,最后测试了超疏水试样和裸铜试样在腐蚀性介质中的耐腐蚀性能,主要结果如下:1.通过场发射扫描电镜对试样表面微观结构进行表征,发现试样表面具有不同沟槽深度的规则结构,而且试样表面形成了特殊的微纳米三级分级结构,具体表现微米级的沟槽结构,亚微米级的团簇结构和纳米级的颗粒结构,这种结构是试样在制备过程的不同阶段而逐渐形成的,通过对比不同试样的表面形貌可以发现,试样最佳的沟槽深度为25.6μm,在此沟槽深度下,各部位乳突颗粒形状良好。2.利用光学接触角测量仪对不同深度沟槽下的铜片试样的静态接触角进行测试,发现铜片试样Ⅱ的接触角可达152.7°,达到了超疏水效果;铜片试样在浸入水下后可以观察到自然光的反射现象,说明试样与水之间形成特殊的空气膜层,试样表面的润湿方式符合Cassie理论。3.利用电化学工作站测试超疏水铜片试样和裸铜试样,得到超疏水试样和裸铜试样在3.5wt.%氯化钠溶液中的极化曲线和阻抗谱形态。使用ZSimp Win对阻抗曲线进行拟合,构建适合的拟合电路并分析其腐蚀机理。数据结果表明,超疏水试样极化曲线的自腐蚀电流密度相对于裸铜试样显著降低,其大小相比裸铜试样减小了一个数量级。超疏水试样的容抗弧半径远远大于裸铜试样的容抗弧半径,阻抗值相比裸铜试样高一个数量级,这也表明超疏水试样的耐腐蚀性相比裸铜试样有极大的提升,表明超疏水试样表面对铜基体的耐腐蚀能力得到极大的增强。将制得的试样暴露在不同的酸碱环境下并测量各自的接触角,结果发现,接触角变化较小,表明我们所制备的超疏水铜片试样具有较好的耐蚀性。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TG174.4

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本文编号：1298080