轻合金表面超疏水涂层的制备与性能的研究.pdfVIP

II Study on Preparation and Properties of Super-hydrophobic Coating on Light Alloy A Thesis Submitted to Chongqing University in Partial Fulfillment of the Requirement for the Degree of Master of Science By Yin Bo Supervised by Prof. Fang Liang Major: Condensed Matter Physics College of Physics of Chongqing University, Chongqing, China May, 2011 II 中文摘要 摘 要 超疏水表面具有自清洁、防污、疏水、抑制表面腐蚀和氧化等特性，在自清 洁、减阻、生物医学材料等工农业生产、国防建设领域中有着广阔的应用前景。 超疏水表面的制备一般采用在疏水性表面构建粗糙结构或在粗糙表面修饰低表面 能物质两种方法，其中典型的有模板、自组装、化学气相沉积、电化学沉积、溶 胶-凝胶等传统方法，这些方法大多需要特殊的加工设备或复杂的工艺过程，缺乏 大规模制备的操作性，因此，有必要研究成本低廉、过程可控、尺寸可调、适用 性好、适合大面积制备的超疏水表面的制备方法。 本文在分析超疏水涂层制备技术发展现状的基础上，针对目前超疏水涂层制 备过程中存在的问题，从理论分析和实验研究两方面着手，报道了三种简单、方 便的超疏水涂层的制备技术，成功地在镁、铝两种轻合金基体上获得了超疏水涂 层，用 FE-SEM、CA、XPS 、Polarization Curve 等手段对涂层的性能进行了表征。 本文主要工作如下： 1. 采用化学刻蚀与表面修饰相结合的方法在镁合金表面制备了超疏水涂层。 结果表明，在镁合金表面形成了微/纳粗糙多孔结构；水滴与涂层上的接触角达到 157.3 ±0.5°，滚动角小于 10°；电化学测试结果表明，含有超疏水涂层试样的腐蚀 电位正移，并且自腐蚀电流密度与未处理试样相比降低了 3 个数量级，说明超疏 水涂层体系的存在能提高镁合金的耐腐蚀性能。讨论了不同刻蚀时间、不同刻蚀 液浓度对表面接触角的影响，分析了镁合金表面疏水性的形成原因并确定了较优 的工艺参数。 2. 采用化学刻蚀与表面修饰相结合的方法在铝合金表面制备了超疏水涂层。 发现在铝合金表面上形成了由长方形的凸台和凹坑构成的深浅相间的微纳米结 构，这些微纳米结构相互连通形成凹凸不平的 “迷宫”结构；水滴在涂层上的接 触角达到 161.2 ± 1.7°，滚动角小于 8°；电化学测试结果表明，含有超疏水涂层试 样的腐蚀电位正移，并且自腐蚀电流密度与未处理试样相比降低了 4 个数量级， 4 说明超疏水涂层体系的存在能提高铝合金的耐腐蚀性能。采用 L (3 )正交试验表设 9 计考查了氢氟酸浓度、氢氟酸刻蚀时间、盐酸浓度、盐酸刻蚀时间等工艺参数对 铝合金疏水性能的影响，分析了铝合金表面疏水性的形成原因并确定较优的工艺 参数。 3. 采用阳极氧化、化学刻蚀与表面修饰相结合的方法在铝合金表面制备了超 疏水涂层。结果表明，铝合金表面上形成了一层具有叶子状微纳米结构的膜。每 个叶片之间存在大量的裂纹和微孔；水滴在涂层上的接触角达到 167.7 ± 1.2°，滚 I 重庆大学硕士学位