铝基超疏水表面腐蚀防护性能若干影响因素探究

摘要

将超疏水样品浸入水中，在固液界面会形成一层水下滞留空气层。水下滞留空气层能够隔绝水中腐蚀性离子（如Cl-）与固体表面的直接接触，从而使得超疏水表面具有优异的抗腐蚀性能。然而，迄今为止，对于影响超疏水表面水下滞留空气层稳定性及其耐腐蚀性能的关键因素（如静水压、温度、腐蚀介质形态）都没有深入研究。本论文以铝合金为基材，依次将其浸入稀盐酸、沸水、硬脂酸/乙醇溶液，从而制备得到超疏水样品。通过分析样品表面润湿性、表面成分、表面形貌的变化，考察静水压、温度等因素对超疏水样品在氯化钠水溶液中腐蚀行为的影响；进一步考察超疏水样品在中性盐雾中的腐蚀行为。主要研究内容及研究结果如下： （1）表面形貌与润湿性。依次经盐酸蚀刻、沸水处理后，铝合金样品表面均匀分布着微米级阶梯结构（盐酸刻蚀产生）和纳米凸起（沸水处理产生）。经硬脂酸（STA）修饰后，制备的Al-HCl-H2O-STA样品具有很好的超疏水性能，接触角为166.9±2.2°，滚动角约为2°。 （2）静水压对疏水样品腐蚀行为的影响。将Al-HCl-H2O-STA超疏水样品浸没在不同静水压（0 kPa、1 kPa、15 kPa）下的NaCl水溶液（3.5 wt%）中，每天（24h）取出对其表面润湿性进行测量。实验结果表明，在0 kPa条件下，样品表面超疏水性能退化最慢，浸没30天后接触角仍维持在146°左右，滚动角维持在32°左右。1 kPa条件下，30天后接触角下降至在103°左右，滚动角为90°。在15 kPa条件下，样品超疏水性退化最快，30天后接触角下降至85°左右，滚动角为90°。同时，还对样品表面形貌和表面元素含量进行了表征。结果表明，与原始超疏水样品相比，随着静水压的增加，表面含碳量逐渐下降，表面形貌变化越来越大。这些结果表明，在较大的静水压作用下，存在于固液界面的水下滞留空气层易被挤压出去，表面腐蚀防护性能变差。 （3）温度对疏水样品腐蚀行为的影响。将Al-HCl-H2O-STA超疏水样品浸没在不同温度（20℃、40℃、60℃）的NaCl水溶液（3.5 wt%）中，每天（24 h）取出对其表面润湿性进行测量。结果表明，5天后，浸没在20℃的NaCl水溶液中的超疏水样品仍具有疏水性（134.3±2.5°），而浸没在40℃和60℃的NaCl水溶液中的超疏水样品表面变得亲水，接触角分别下降至62.7±6°、49.8±4.8°。同时，对样品表面形貌和表面元素含量进行了表征。结果表明，与原始超疏水样品相比，随着温度的增加，表面含碳量逐渐下降，表面形貌变化越来越大。这些结果表明，STA分子在较高的温度下易于从固态表面脱落。因此，Al-HCl-H2O-STA超疏水样品在较高温度的NaCl水溶液中腐蚀防护性能变差。 （4）耐盐雾腐蚀性能。考察Al-HCl-H2O-STA超疏水样品及普通疏水样品Al-H2O-STA（接触角为135.5±2.2°）与Al-STA（接触角为128.1±3.4°）暴露在中性盐雾环境中表面润湿性、表面形貌、表面元素含量的变化。结果表明，暴露在中性盐雾中108h后， Al-HCl-H2O-STA样品表面接触角仍维持在109±3.9°，而对照组Al-H2O-STA样品与Al-STA样品接触角分别下降至86±3.5°与31±4.8°。与普通疏水样品（即Al-H2O-STA样品与Al-STA样品）相比， Al-HCl-H2O-STA超疏水样品表面形貌变化与表面碳元素相对含量下降更小。这些结果表明Al-HCl-H2O-STA超疏水样品耐盐雾腐蚀性能较好。

目录

第1章绪论

1.1引言

1.2铝及其合金的腐蚀防护

1.2.1铝及其合金的腐蚀类型

1.2.2铝及其合金的腐蚀防护方法

1.3超疏水表面的理论

1.3.1大自然中的超疏水现象

1.3.2超疏水的定义

1.3.3理论模型

1.4超疏水表面的制备方法

1.4.1化学气相沉淀法

1.4.2模板法

1.4.3水热法

1.4.4化学蚀刻法

1.4.5溶胶-凝胶法

1.4.6自组装法

1.5超疏水表面防腐蚀性能研究

1.6课题研究意义及内容

1.6.1课题研究的意义

1.6.2课题研究内容

第2章 超疏水表面的制备与表征

2.1实验材料、仪器及设备

2.1.1实验材料

2.1.2实验仪器及设备

2.2实验过程

2.2.1制备流程

2.3测试与表征

2.3.1表面润湿性测试

2.3.2表面形貌表征

2.3.3表面化学成分分析

2.3.4晶体结构表征

2.3.5静水压对超疏水腐蚀行为的影响

2.3.6温度对样品腐蚀的影响

2.3.7样品盐雾实验稳定型测试

第3章 超疏水表面腐蚀行为研究

3.1样品润湿性与形貌表征

3.2 NaCl溶液中腐蚀防护性能研究

3.2.1压力对腐蚀防护性能的影响

3.2.2温度对腐蚀防护性能的影响

3.3盐雾腐蚀性能研究

第4章 总结与展望

4.1结论

4.2展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢

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