双疏铝合金表面制备及其性能研究

摘要

由于铝合金表面耐磨性能较差，一直制约着该材料的应用。本文旨在通过改变铝合金表面润湿性，从而提高铝合金表面在水润滑条件下的摩擦学性能，为制备新型双疏耐磨铝合金表面提供理论依据和技术支持。
　　本文以船用铝合金为基体材料，利用在其表面构筑微结构与纳米粒子植入相结合的方法，制备具有微纳二级结构的仿生双疏表面，并研究其表面的润湿性与摩擦学特性。利用机械摩擦法和电化学腐蚀法探讨制备的双疏表面的耐久性，为提高铝合金耐久性能提供新的方法。
　　利用激光加工技术在5083船用铝合金表面刻蚀出间距为100μm的点阵和网格微结构，采用溶胶-凝胶法将SiO2纳米粒子涂覆在经激光加工的铝合金表面，制备出超疏水且疏油的表面。用接触角测量仪测量其表面接触角和滚动角，结果表明，相对于点阵微结构，网格微结构表面的超疏水和疏油性能更强，水接触角达到159.9°，对油（十六烷）的接触角达到142.0°。
　　采用多功能摩擦试验机探讨了双疏铝合金表面在水润滑和油润滑条件下的摩擦学特性。研究表明，同样的微结构表面，油润滑条件下的摩擦系数显著小于水润滑条件下的，且波动幅度更小，磨痕也更浅更窄。随表面疏水和疏油性能的提高，摩擦系数减小。磨痕深度变浅，宽度变窄。水润滑条件下，点阵微结构表面的摩擦系数大于网格微结构表面;而油润滑条件下，点阵微结构表面的摩擦系数小于网格微结构表面。双疏表面的制备显著提高了铝合金的摩擦学性能。
　　采用试样负载并在砂纸上摩擦滑行的方法测试耐久性，结果显示，当摩擦滑行距离达到10m时，光滑表面的接触角小于铝合金表面原始接触角72.3°，而激光刻蚀的网格和点阵依然疏水且网格的耐久性更强。采用电化学分析方法研究了双疏铝合金表面在海水环境中的耐腐蚀性能，结果表明，具有微纳双层结构的超疏水表面耐腐蚀性显著增强，可将铝合金的腐蚀阻抗提高2个数量级。这说明所制备的双疏表面对外力等机械作用具有了较强的耐受性且具有较强的耐腐蚀性能。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 铝合金的摩擦学研究现状

1．2 仿生表面在摩擦学领域的意义

1．3 水润滑研究现状

1．4 双疏表面的意义及研究现状

1．5 本论文研究内容及意义

1．5．1 研究内容

1．5．2 研究意义

第2章 实验仪器与方法

2．1 实验材料与试剂

2．1．1 实验材料

2．1．2 实验试剂

2．2 实验方法

2．2．1 表面微结构的构建

2．2．2 纳米二氧化硅涂层的制备

2．3 测试设备与测试方法

2．3．1 表面硬度及形貌测量

2．3．2 接触角和滚动角测量

2．3．3 摩擦磨损性能测量

2．3．4 耐久性评价

第3章 双疏铝合金表面润湿性研究

3．1 引言

3．2 激光加工试样的表面形貌

3．3 涂覆纳米二氧化硅试样的表面形貌

3．4 SiO2浓度对光滑试样表面润湿性的影响

3．5 微结构形貌和参数对润湿性的影响

3．6 水／油润湿性比较

3．7 本章小结

第4章 表面润湿性对水／油润滑摩擦学特性的影响

4．1 引言

4．2 表面摩擦系数

4．3 磨痕形貌

4．4 结论

第5章 双疏铝合金表面的耐久性

5．1 引言

5．2 摩擦前后表面的变化

5．3 耐海水腐蚀性能

5．4 结论

第6章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

攻读学位期间公开发表论文

致谢