激光纹理加工Ti6A14V的润湿性及抗空蚀特性研究

摘要

钛以其轻质、高比强、高比刚、高耐蚀、无磁性等优异性能被称为“海洋金属”,成为海洋工程,尤其是海洋军事工程中的重要材料。钛合金材料的使用可以大大提高舰船的整体性能,因此开发高性能的钛合金材料可以增强舰船作战能力和降低舰船服役期的成本。
　　 空化和空蚀对船舶螺旋桨、海洋工程结构物的有害作用已被充分证明,并且进行了广泛研究。由于超疏水表面具有自清洁、减阻、抑制表面腐蚀和氧化等优点,其在海洋工程领域存在巨大优势。制备超疏水钛合金表面并运用于船体,有望在船舶的抗空蚀方面实现新的突破。但有关表面的润湿性对表面抗空蚀特性的影响的研究还鲜有报道。
　　 本文利用激光表面纹理加工和自组装分子膜改变钛合金表面润湿性,研究表面的润湿性对表面抗空蚀特性的影响,为制备新型抗空蚀钛合金材料提供理论依据和技术支持。本文主要工作如下:
　　 1、利用激光加工技术在Ti6Al4V表面加工点阵状纹理并分别沉积1H,1H,2H,2H-全氟十二烷基三氯硅烷(FDTS)、1H,1H,2H,2H-全氟辛烷基三氯硅烷(FOTS)、三氯十八硅烷(OTS)和3-巯基丙基三甲氧基硅烷(MPS)四种自组装分子膜,从而改变了Ti6Al4V的表面润湿性。接触角由大到小的排序为:FDTS>FOTS>OTS>MPS。接触角最大可达到164.5°,形成超疏水钛合金表面。
　　 2、将实测接触角与Wenzel模式和Cassie模式计算出的理论接触角比较发现,实测接触角大于150°时接近Cassie模型计算出的接触角,而小于150°时接近Wenzel模型计算出的接触角。改变纹理的间距和选择不同的自组装分子膜,可以控制表面接触角的大小。
　　 3、为研究表面润湿性和纹理结构对表面抗空蚀特性的影响,利用激光加工技术在Ti6Al4V表面分别加工出直线和网格纹理。沉积FOTS自组装分子膜后,表面疏水性增强,抗空蚀能力提高,且网格纹理的表面抗空蚀能力强于直线纹理的。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 钛合金在海洋工程中的应用

1.2 空化与空蚀

1.3 润湿性的表征

1.4 材料表面润湿性对空蚀性能的影响

1.5 超疏水表面的起源

1.6 超疏水表面的优异性能及应用前景

1.7 超疏水表面的制备方法

1.8 研究内容和研究意义

1.8.1 研究内容

1.8.2 研究意义

第2章 实验仪器及实验方法

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 实验设备和仪器

2.2.1 实验设备

2.2.2 实验仪器

2.3 实验方法

2.3.1 试样制备

2.3.2 自组装分子膜制备

2.3.3 图像处理

第3章 激光纹理加工试样的形貌表征

3.1 激光纹理加工试样的表面形貌

3.2 激光纹理加工试样的表面接触角和表面粗糙度

3.3 激光纹理加工试样的表面硬度和横截面硬度

3.4 激光纹理加工试样的组织结构

3.5 本章小结

第4章 表面纹理和自组装分子膜对润湿性的影响

4.1 引言

4.2 纹理结构参数与表面接触角的定量关系

4.3 实验使用的自组装分子膜

4.3.1 四种自组装分子膜的分子结构

4.3.2 四种自组装分子膜在钛合金表面的成膜机理

4.4 沉积四种自组装分子膜试样的表面接触角

4.5 试样的表面粗糙度与表面接触角的关系

4.6 本章小结

第5章 表面润湿性对空蚀性能的影响

5.1 引言

5.2 空蚀形貌

5.2.1 空蚀时间为60min的空蚀形貌

5.2.2 空蚀时间为120min的空蚀形貌

5.3 空蚀面积

5.3.1 空蚀时间为60min的空蚀面积

5.3.2 空蚀时间为120min的空蚀面积

5.4 本章小结

第6章 结论和展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间公开发表的学术论文

致谢