钛合金基体上极端润湿性表面的制备及其性能研究

摘要

常见的超疏水、超亲水、超疏油和超亲油等极端润湿性表面在自清洁、流体减阻、防雾、防结冰、液体运输以及油水分离等方面具有巨大的应用价值。极端润湿性表面的研究不仅有助于深入了解表面润湿性与其微结构的关系，而且促进了表面科学的发展。钛合金由于密度小、比强度高、耐热耐腐蚀性好的优异性能而广泛用于航空、航天、潜艇以及石油工业等行业。因此，在钛合金基体上制备极端润湿性表面具有重要的研究意义。
　　本论文主要研究了超疏水、超双疏和水下超疏油这三种极端润湿性表面的制备。首先，提出了在乙酸铅溶液中利用化学沉积法制备钛合金超疏水表面，该表面沉积的微米级突起和纳米级颗粒状结构类似于荷叶上表面的微观形貌。采用扫描电子显微镜、能谱分析仪、X射线衍射仪、粗糙度轮廓仪和接触角测量仪等表征了钛合金超疏水表面的微观形貌、化学组成、表面粗糙度以及动静态接触角随着乙酸铅溶液浸泡时间变化的规律，探究了钛合金超疏水表面的自清洁性并分析了其实现机理。
　　其次，在钛合金超双疏表面制备方面，为了克服超疏水表面较差的疏油性，启发于二氧化钛纳米管的形成过程，提出了采用一步阳极氧化的方法在钛合金基体上构造出具有特殊凹角结构的微观形貌，经过低表面能物质修饰后，该钛合金表面获得超双疏性，对水和油类液体均具有极大的排斥性。表征了钛合金超双疏表面的润湿性、微观形貌以及化学组成，并分析了具有凹角结构的微观形貌的形成机理；通过设计稳定性和摩擦性实验探究了钛合金超双疏表面的耐久性、耐酸碱性和抗磨性。
　　空气中的超双疏表面置于水下时变为亲油表面而失去超疏油性。对此，本文提出了在钛合金基体上通过电化学刻蚀的方法制备水下超疏油表面，该表面在空气中呈现超亲水性，置于水中时则表现为超疏油性，探究了该表面润湿性的转换原理以及水相中油滴与钛合金表面之间的粘附情况，制得的水下超疏油表面能够适应复杂苛刻的环境，可以用于钛合金表面的水下自清洁、防油污和防腐蚀。

目录

声明

1 绪论

1. 1 课题研究背景及意义

1. 2 极端润湿性表面制备的常用方法

1. 3 极端润湿性表面的基础理论

1. 4 主要研究内容

2 空气中自清洁性的钛合金超疏水表面制备

2. 1 引言

2. 2 制备装置与表征仪器

2. 3 超疏水表面的制备过程

2. 4 钛合金超疏水表面的表征

2. 5 超疏水表面的耐久性和自清洁性分析

2. 6 小结

3 空气中钛合金超双疏表面的制备

3. 1 引言

3. 2 制备装置与表征仪器

3. 3 超双疏表面的制备过程

3. 4超双疏表面的表征

3. 5 超双疏表面的稳定性分析

3. 6 小结

4 水相中钛合金超疏油表面的制备

4. 1 引言

4. 2 制备装置与表征仪器

4. 3 钛合金基体水下超疏油表面的表征

4. 4 水下超疏油表面的稳定性分析

4. 5 小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢