不锈钢超疏水性表面的制备及性能研究

摘要

具有超疏水性能的不锈钢材料在现实工业中有极广泛的应用性能，超疏水表面不但具有较好的疏水性，而且其在防腐蚀、抗结冰和自清洁等方面也有较大的应用价值，目前研究制备稳定有效的不锈钢超疏水表面仍是一项挑战。构筑不锈钢超疏水表面必须同时满足两方面的要求：1、表面具有微/纳米复合形貌，这是构筑超疏水表面的基础；2、在具有复合形貌的基体表面修饰有机疏水基团。目前制备超疏水表面常用的方法有水热法、化学腐蚀法、电化学腐蚀等，但这些方法都对基材有一定的要求且都有一定的破坏性。针对以上情况，本文试验研究了一种高效且应用广泛的不锈钢超疏水表面的制备方法。
　　论文首先对硅烷偶联剂KH550进行了水解探究，再用制备而成的硅烷偶联剂KH550水解液对纳米二氧化硅进行氨基化改性。将氨基化改性后的纳米二氧化硅均匀分散在稀释后的水性丙烯酸涂料中，在不锈钢基体表面进行涂覆后，基体表面形成微纳米级结构，然后进行硬脂酸的自组装反应，在基体表面修饰疏水长链，超疏水性不锈钢表面得以形成。
　　通过正交实验结果表明：改性纳米二氧化硅添加量为1.2％，硬脂酸乙醇溶液浓度为10%，自组装反应时间为3h时，基体表面接触角可达到152.8°，制备而成的超疏水表面的疏水效果最好。实验进一步探究了纳米粒子添加量、自组装时间、硬脂酸溶液浓度等单因素对表面接触角的影响机理，发现三个因素都是通过改变不锈钢基体的表面形貌对接触角起到影响。
　　对制备的超疏水不锈钢表面测试结果表明：材料表面的表面自由能降低了87.34%，滚动角为10°，具有较好的自清洁能力。除此之外，在一定温度范围内，超疏水不锈钢表面比空白表面抗结冰时间提高了近65倍。利用电化学工作站对超疏水表面的抗腐蚀性能测试结果表明：超疏水表面比空白表面的电极阻力有了较为明显的增加，表明超疏水表面的防腐蚀性能增加显著。

目录

声明

1 绪论

1.1 超疏水现象及原理

1.2 超疏水表面制备方法

1.3 超疏水表面的应用

1.4 研究目的和内容

2.1 实验试剂及设备

2.2 主要实验材料介绍

2.3 实验研究

2.4 主要表征手段

3 不锈钢超疏水性表面的制备过程

3.1 实验过程

3.2 不同实验条件对硅烷偶联剂KH550水解反应的影响

3.3 硅烷偶联剂用量对纳米二氧化硅改性效果的影响

3.4 不同实验条件对不锈钢超疏水涂层制备的影响

3.5 本章小结

4 不锈钢超疏水表面的性能研究

4.1 防腐蚀性能

4.2 超疏水性能

4.3 表面形貌

4.4 抗结冰性能

4.5 自清洁性能

4.6 稳定性能

4.7 本章小结

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

攻读硕士期间主要成果

致谢

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