一步电化学改性法制备超疏水性CuO/CuSA2和Ni(OH)2和NiSA2层及其腐蚀行为研究

摘要

近年来，具有特殊润湿性的超疏水表面材料因其具有理论研究价值及广阔的应用前景，得到了许多科研工作者的关注。固体表面的超疏水性能由表面微观结构和表面自由能共同决定。通常情况下，制备超疏水表面需要两步:即提高固体表面粗糙度和降低表面自由能。本研究成功地应用一步电化学改性法，在铝合金表面分别制备了两种类型的超疏水性层，它们对提高铝合金的耐腐蚀性能具有重要意义。本文对其制备方法和耐腐蚀性能进行了系统研究，主要结果如下: 1.铝合金表面超疏水性CuO/CuSA2层的制备 将铝合金薄片放置于三水合硝酸铜和硬脂酸的乙醇溶液中，施加直流电压，在阴极铝合金薄片上可形成纳米尺寸玫瑰花瓣状的低表面能CuSA2和多层次微-纳米葡萄状团簇结构的CuO。 溶液中Cu2+/SA摩尔比、改性时间和直流电压是制备超疏水性CuO/CuSA2层的重要参数。实验显示可以获得超疏水CuO/CuSA2层的参数范围分别是:当电压为10V，改性时间为10min，溶液中Cu2+/SA摩尔比在0.1-1.6之间;当电压为10V，Cu2+/SA摩尔比为0.5时，改性时间在3-20min范围内;Cu2+/SA摩尔比为0.5，改性时间为10min时，直流电压在4-25V范围内。 在上述参数范围中，最优化条件下(溶液中Cu2+/SA摩尔比为0.5，施加10V直流电压，电化学改性10min)得到性能最优的超疏水性CuO/CuSA2层，其表面粗糙度和静态接触角高达3.61μm和162°，而接触角滞后降低至1.52°。 2.铝合金表面超疏水性CuO/CuSA2层的腐蚀行为研究 电极测试和电化学阻抗方法研究表明采用上述条件获得的超疏水性层/铝合金体系在3.0wt.％NaCl溶液中的耐腐蚀性能有大幅度的提高。 其中采用最优化参数制备的超疏水性CuO/CuSA2层极化电阻是铝合金基体的66倍，而电荷转移电阻值从1.56kΩ·cm2（铝合金）急剧增加到1.13×103kΩ·cm2。 3.铝合金表面超疏水性Ni(OH)2/NiSA2层的制备 以六水合硝酸镍和硬脂酸的乙醇溶液为改性溶液，在铝合金表面可以制备出低表面能微-纳米花菜状团簇Ni(OH)2/NiSA2层，使铝合金表面由亲水性向超疏水性转化。 溶液中Ni2+/SA摩尔比、改性时间和直流电压对制备样品的微观形貌和润湿行为有重要影响。在最优化条件下（即溶液中Ni2+/SA摩尔比为0.4，直流电压为20V，改性时间为10min)得到覆盖有超疏水性Ni(OH)2/NiSA2层的铝合金样品，与水的静态接触角高达160°，接触角滞后为2.1°。 4.铝合金表面超疏水性Ni(OH)2/NiSA2层的腐蚀行为研究 在3.5wt.％和3.0wt.％NaCl溶液的腐蚀环境中，覆盖有超疏水性Ni(OH)2/NiSA2层铝合金的耐腐蚀性能大幅度提高。 其中采用上述优化参数下所制备的超疏水性Ni(OH)2/NiSA2层，电化学腐蚀后，其极化电阻是铝合金基体极化电阻的280倍，而电荷转移电阻提高到1.63×104kΩ·cm2。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1超疏水表面润湿性相关理论

1．1．1润湿性和接触角

1．1．2滚动角和接触角滞后

1．1．3 Young’S方程

1．1．4 Wenzel模型

1．1．5 Cassie模型

1．1．7 Wenzel模型和Cassie模型间转换

1．2超疏水表面的制备方法

1．2．1刻蚀法

1．2．2溶胶-凝胶法

1．2．3表面官能化法

1．2．4电化学改性法

1．2．5其他制备方法

1．3超疏水表面的应用

1．3．1金属防腐

1．3．2其他应用

1．4本文研究的意义及主要内容

1．4．1铝合金的腐蚀

1．4．2超疏水涂层及其腐蚀防护研究的意义

1．4．3主要研究内容

第2章实验装置及检测设备

2．1实验材料

2．1．1铝合金板材

2．1．2化学试剂

2．2超疏水表面的制备工艺

2．2．1化学清洁

2．2．2超疏水表面的制备

2．3表面分析

2．3．1表面形貌分析

2．3．2化学组成分析

2．4润湿行为测试

2．5电化学腐蚀测试

第3章铝合金表面超疏水性CuO／CuSA2层的制备与表征

3．1引言

3．2硬脂酸乙醇溶液改性铝合金样品表面润湿行为研究

3．3溶液中Cu2+／SA摩尔比对铝合金表面超疏水性层制备的影响

3．3．1 CuO／CuSA2层的微观形貌表征

3．3．2 CuO／CuSA2层的化学组成分析

3．3．3 CuO／CuSA2层的形成原理

3．3．4 Cu2+／SA摩尔比对CuO／CuSA2层润湿性的影响

3．4电化学改性时间对铝合金表面超疏水性层制备的影响

3．4．1 CuO／CuSA2层的微观形貌表征

3．4．2 CuO／CuSA2层的红外光谱结果分析

3．4．3改性时间对CuO／CuSA2层润湿性的影响

3．5电化学改性直流电压对铝合金表面超疏水性层制备的影响

3．5．1 CuO／CuSA2层的微观形貌表征

3．5．2 CuO／CuSA2层的红外光谱结果分析

3．5．3改性直流电压对CuO／CuSA2层润湿性的影响

3．6小-结

第4章铝合金表面超疏水性CuO／CuSA2层腐蚀行为研究

4．1引言

4．2实验材料

4．3 Cu2+／SA摩尔比溶液中制备的超疏水性层／铝合金的腐蚀研究

4．3．1极化曲线分析

4．3．2腐蚀后表面形貌表征

4．3．3腐蚀后表面红外光谱结果分析

4．3．4电化学阻抗图谱研究

4．4不同电化学改性时间制备的超疏水性层／铝合金的腐蚀研究

4．4．1极化曲线分析

4．4．2腐蚀后表面形貌表征

4．4．3腐蚀后表面红外光谱结果分析

4．4．4电化学阻抗图谱研究

4．5浸泡时间对超疏水性层阻抗谱特征影响的研究

4．6超疏水性CuO／CuSA2层的耐腐蚀原理

4．7小结

第5章铝合金表面超疏水性Ni(OH)2／NiSA2层的制备与表征

5．1引言

5．2．1 Ni(OH)2／NiSA2层的微观形貌表征

5．2．2 Ni(OH)2／NiSA2层的化学组成分析

5．2．3 Ni(OH)2／NiSA2层的形成原理

5．2．4 Ni2+／SA摩尔比对Ni(OH)2／NiSA2层润湿性的影响

5．3电化学改性时间对铝合金表面超疏水性层制备的影响

5．3．1 Ni(OH)2／NiSA2层的微观形貌表征

5．3．2 Ni(OH)2／NiSA2层的化学组成分析

5．3．3改性时间对Ni(OH)2／NiSA2层润湿性的影响

5．4电化学改性直流电压对铝合金表面超疏水性层制备的影响

5．4．1 Ni(OH)2／NiSA2层的微观形貌表征

5．4．2 Ni(OH)2／NiSA2层的红外光谱结果分析

5．4．3改性直流电压对Ni(OH)2／NiSA2层润湿性的影响

5．5小结

第6章铝合金表面超疏水性Ni(OH)2／NiSA2层腐蚀行为研究

6．1引言

6．2实验材料

6．3 Ni2+／SA摩尔比溶液中制备的超疏水性层／铝合金的腐蚀研究

6．3．1极化曲线分析

6．3．2腐蚀后表面形貌表征

6．3．3腐蚀后表面红外光谱结果分析

6．3．4电化学阻抗图谱研究

6．4不同电化学改性时间制备的超疏水性层／铝合金的腐蚀研究

6．4．1极化曲线分析

6．4．2腐蚀后表面形貌表征

6．4．3腐蚀后表面红外光谱结果分析

6．4．4电化学阻抗图谱研究

6．5超疏水性Ni(OH)2／NiSA2层的耐腐蚀原理

6．6小结

第7章结论

参考文献

致谢

博士期间取得的科研成果

作者简介