鋁合金超疏水表面制備與耐腐蝕性能研究.pdf

1、本論文以鋁合金為基體材料，利用鹽酸刻蝕及沸水處理在其表面構(gòu)建微納米多級(jí)粗糙結(jié)構(gòu)，然后通過(guò)溶液浸泡法在其表面依次沉積雙-[3-(三乙氧基)硅丙基]四硫化物(BTESPT)和硬脂酸(STA)，成功制備出超疏水表面（接觸角為167.0±2.3°，滾動(dòng)角為3.5±0.8°）為了方便，將制備的超疏水樣品簡(jiǎn)記為Al-HCl-H2O-BTE-STA。利用場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡（FE-SEM）、X-射線光電子譜（XPS）、接觸角測(cè)量?jī)x等對(duì)樣品的表面形貌、

2、表面組成、表面潤(rùn)濕性進(jìn)行了表征；通過(guò)監(jiān)測(cè)樣品表面潤(rùn)濕性的變化，對(duì)超疏水樣品暴露在大氣環(huán)境及超聲振蕩的乙醇溶液中的穩(wěn)定性進(jìn)行了研究；通過(guò)監(jiān)測(cè)樣品表面形貌、表面成分和表面潤(rùn)濕性的變化，對(duì)樣品在不同環(huán)境中（靜態(tài)鹽水浸泡、動(dòng)態(tài)鹽水浸泡、中性鹽霧）的耐腐蝕性能進(jìn)行了研究。具體結(jié)果如下：
　　(1)表面形貌、成分、潤(rùn)濕性。經(jīng)鹽酸刻蝕后，鋁合金表面形成大量微米級(jí)階梯狀粗糙結(jié)構(gòu)，再經(jīng)沸水處理，微米級(jí)結(jié)構(gòu)上會(huì)生長(zhǎng)出一層致密的水合氧化鋁（AlOOH）

3、納米片。經(jīng)雙-[3-(三乙氧基)硅丙基]四硫化物(BTESPT)和硬脂酸(STA)修飾后，樣品表面靜態(tài)接觸角升至167.0±2.3°，滾動(dòng)角為3.5±0.8°。
　　(2)穩(wěn)定性。制備的超疏水樣品在大氣環(huán)境和超聲振蕩的乙醇中具有良好的穩(wěn)定性。暴露在大氣環(huán)境中(溫度為20-30℃，相對(duì)濕度為50-60％)100天后，樣品表面仍具有極佳的超疏水特性（靜態(tài)接觸角163.7±1.8°，滾動(dòng)角為10.0±1.1°）；在乙醇(40 KHz，1

4、00 W)中超聲振蕩60 min后，接觸角變?yōu)?59.9±2.5°，滾動(dòng)角變成20.0±1.2°。
　　(3)耐腐蝕性。
　　(i)超疏水樣品在靜止NaCl溶液（3.5 wt.%，18天）中的腐蝕。FE-SEM分析表明，浸泡前后表面微觀形貌基本不變。EDS分析表明，浸泡后表面氧元素相對(duì)含量增加，氧元素與鋁元素的含量比值[O]/[Al]由0.84提升至0.98。浸泡后，超疏水樣品接觸角仍高達(dá)152.4±2.1°，滾動(dòng)角增大至4

5、9.0±1.2°。
　　(ii)超疏水樣品在流動(dòng)NaCl溶液（3.5 wt.%，50 h）中的腐蝕。將超疏水樣品浸入流速分別為0.5 m/s、1.0 m/s、2 m/s的流動(dòng)NaCl溶液中50小時(shí)后，接觸角分別下降至165.2±1.5°、162.2±2.4°、155.6±1.7°，滾動(dòng)角變?yōu)?5.0±1.2°、18.7±2.3°、36.2±2.5°。FE-SEM分析表明，浸泡前后表面微觀形貌基本不變。EDS分析表明，當(dāng)流速為2 m

6、/s時(shí)，浸泡后表面氧元素與鋁元素含量的比值[O]/[Al]由0.84提升至0.91。
　　(iii)中性鹽霧試驗(yàn)(48小時(shí))：暴露在中性鹽霧環(huán)境中48 h后，超疏水表面微觀形貌變化不大，表面氧元素于鋁元素的含量比值[O]/[Al]由0.84變成了0.96，接觸角和滾動(dòng)角分別變成159.5±2.0°、24.0±1.1°。
　　特別需要指出的是，在相同的實(shí)驗(yàn)條件下，本論文制備的Al-HCl-H2O-BTE-STA超疏水樣品與其對(duì)

7、照超疏水樣品（如只具有微米級(jí)粗糙結(jié)構(gòu)的超疏水表面Al-HCl-BTE-STA，不含BTESPT層的Al-HCl-H2O-STA等）相比具有突出的穩(wěn)定性和耐腐蝕性。這主要是由于以下原因：
　　(1)沸水處理在表面引入了氧化層。一方面，氧化層具有阻隔效應(yīng)，能夠延緩腐蝕發(fā)生；另一方面，氧化層表面的羥基有利于提高BTESPT薄膜與基體之間的結(jié)合，從而增強(qiáng)薄膜穩(wěn)定性。
　　(2)BTESPT/STA雙層薄膜提高了樣品的耐腐蝕性。BTE