金属表面具有特殊浸润性纳米薄膜的制备与应用研究

摘要

通过对金属材料表面性能的改性，能够赋予其表面不同的浸润特性，并拓宽使用范围。因此，研究在金属表面制备具有特殊浸润性的纳米薄膜制备方法具有重要的理论意义和工程应用价值。 本文采用机镀膜方法，在纯铝、不锈钢、球墨铸铁表面实现了具有不同浸润性纳米薄膜的制备与研究，得出了如下主要结论： (1)以有机物AF<,17>N为溶质，通过水合联氨对铝表面进行预处理与有机镀膜相结合的方法，实现了铝表面疏水功能改性。研究表明：薄膜形成过程分为形核、生长和膜层间增厚的三个阶段，提高温度有利于薄膜的生长；当有机镀膜电压为1 V vs SCE时，在15℃下镀膜时间为15 min时，铝表面疏水效果最佳，其接触角达到135.7°。 (2)采用Beck位错刻蚀剂对铝表面进行化学刻蚀预处理，然后进行有机镀膜(溶质为AF<,17>N)，用激光共聚焦观察、接触角测量及表面自由能测定等技术对有机镀膜铝表面进行了表征。结果表明：位错刻蚀剂刻蚀预处理后铝表面具有微一纳二重结构；经过有机镀膜处理后铝表面呈现了超疏水特性，当位错刻蚀时间为20 s时铝表面有机镀膜后接触角最大，其值高达168.7°，而且滚动角小于0.5°；薄膜的形成过程为AF<17>N单体先与铝表面原子电化学反应形核，当形成连续的膜层后再进行膜层间生长；铝表面超疏水改性的最佳工艺参数为有机镀膜温度25℃、电流密度0.15 mA/cm<'2>、镀膜时间2 min。 (3)选用三种不同的溶质(分别简称为TTN、DHN和AF<,17>N)，通过有机镀膜方法，对不锈钢表面进行改性。研究结果表明：经过TTN溶液有机镀膜后，不锈钢表面表现为亲水性，而经过DHN和AF<,17>N溶液有机镀膜后，其表面具有良好的疏水性。 (4)通过有机镀膜方法，在高强韧球墨铸铁表面制备了能与乙丙橡胶和丙稀酸橡胶反应的功能纳米薄膜，实现了橡胶/铸铁直接接合。研究发现：提高交联温度有利于加速乙丙橡胶与铸铁表面的DAN薄膜交联反应的进行；经过耐热、耐水试验后乙丙橡胶/铸铁接合件的剥离试验结果表明，最佳交联温度为145℃，此时乙丙橡胶/铸铁接合件具有优异的耐热性能和良好的耐水性能；在丙烯酸橡胶同铸铁直接接合时，在温度为180℃、交联时间为18 min条件下，得到高剥离强度的丙烯酸橡胶/铸铁接合件，所得出的最佳工艺条件为电流密度0.1 mA/cm<'2>、镀膜时间30 min。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1引言

1.2功能纳米薄膜制备技术的研究进展

1.3表面浸润性改性技术的研究概况

1.3.1固体表面浸润性

1.3.2亲水功能薄膜

1.3.3疏水表面制备技术

1.4本课题的研究目的、意义和内容

1.4.1研究目的和意义

1.4.2研究内容

1.4.3课题来源

第二章铝表面疏水功能薄膜的制备

2.1引言

2.2实验

2.2.1试验材料和试剂

2.2.2试样的制备

2.3试验结果与分析

2.3.1铝表面电化学反应特性及浸润性

2.3.2有机镀膜温度和时间对铝表面浸润性的影响

2.4本章小结

第三章铝表面超疏水功能改性

3.1引言

3.2实验

3.2.1试验材料和试剂

3.2.2试样的制备

3.3试验结果与分析

3.3.1位错刻蚀的原理

3.3.2位错刻蚀对铝表面结构及其浸润性的影响

3.3.3铝表面超疏水性的形成机理

3.3.4薄膜生长反应机理的探讨

3.3.5有机镀膜温度和电流密度对铝表面超疏水性能的影响

3.4本章小结

第四章不锈钢表面亲—疏水功能薄膜的制备

4.1引言

4.2实验

4.2.1试验材料和试剂

4.2.2有机镀膜

4.3试验结果与分析

4.3.1功能基团对不锈钢表面接触角的影响

4.3.2功能基团对不锈钢表面自由能的影响

4.4本章小结

第五章亲水功能纳米薄膜改性铸铁与橡胶的直接接合

5.1引言

5.2实验

5.2.1实验材料和试剂

5.2.2试样的制备

5.2.3接合强度测定

5.3试验结果与分析

5.3.1有机镀膜时间对薄膜厚度的影响

5.3.2橡胶交联参数对铸铁与乙丙橡胶接合性能的影响

5.3.3有机镀膜时间和电流密度对铸铁与丙烯酸橡胶接合性能的影响

5.4本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢

评定意见