金属表面PDA/PTFE超疏水涂层抑垢与耐腐蚀性能

超疏水涂层具有极广的应用前景，然而在金属表面制备稳定的超疏水涂层具有一定挑战。为提高涂层稳定性，本文通过简单浸泡法在不锈钢表面形成稳定的聚多巴胺（PDA）中间涂层，随后采用电泳沉积法在PDA修饰后的表面制备聚四氟乙烯（PTFE）超疏水涂层。测试中采用场发射扫描电镜、接触角测试仪及电化学测试仪进行PDA/PTFE涂层分析和表征。制备的PDA/PTFE涂层表面呈现凸起结构，提高电沉积制备时间与溶液中水含量，涂层表面水接触角呈现先增加后降低的变化趋势，制备涂层中最大水接触角为160.2°±1.3°，相应涂层的表面能为5.57mN/m。胶带剥离与砂纸磨损试验表明，PDA/PTFE涂层具有较好的稳定性。污垢沉积试验表明，浸泡在50℃、70℃与90℃碳酸钙过饱和溶液12h后，与不锈钢相比，涂层抑垢率分别为64.71%、72.22%与81.25%。电化学测试表明，PDA/PTFE超疏水涂层具有较好的耐腐蚀性能，与不锈钢相比，涂层缓蚀率为95.1%。     

碳钢表面超疏水锌涂层的制备及防腐性能

采用电化学沉积法,通过改变电流密度和沉积时间,在碳钢基体上生成锌(Zn)镀层的分层结构,再经十四酸改性,制备出具有微纳米结构的超疏水Zn涂层.通过场发射扫描电子显微镜(FESEM)、激光共聚焦显微镜(CLSM)、X射线光电子能谱仪(XPS)和接触角测量仪表征了超疏水Zn涂层的表面形貌、粗糙度、化学组成和润湿性能.结果发现,当电流密度为0.18 A/cm2,沉积时间为9 min时,制备的改性Zn涂层对水呈现出160°的接触角和1.3°的滚动角,具有优异的超疏水性和自清洁性.在砂纸磨损、刀片划擦、胶带剥离等外力破坏的过程中,该改性Zn涂层表现出较强的机械稳定性和耐用性.此外,超疏水Zn涂层在3.5％NaCl溶液中的腐蚀电流密度约为Zn镀层的1/4以及裸钢的1/45,并对pH=2～12的酸碱溶液有一定的耐受性,可为碳钢提供优异的腐蚀保护.     

不锈钢双极板耐腐蚀涂层制备及性能

采用室温恒压电化学氮化技术在316L不锈钢表面成功制备了氮化涂层.通过X射线光电子能谱(XPS)、电化学阻抗(EIS)、动电位极化和接触角测量等方法对涂层的组成、疏水性和耐腐蚀性进行了分析.结果表明:涂层表面主要由铬的氧化物和混合氮化物(CrN+Cr2N)组成.氮化不锈钢接触角由改性前的76.2°提高到106.7°,腐蚀电位较裸钢提高了530 mV,腐蚀电流密度下降了3个数量级,说明氮化涂层能够有效保护不锈钢基底免受腐蚀.此外,在模拟PEMFC阴极环境中进行了10 h的恒电位极化测试,腐蚀电流密度小于1μA cm-2,验证了涂层长期的稳定性.     

低表面能环氧树脂超疏水涂层的制备与研究

制备工艺复杂、表面粗糙结构耐久性差等因素制约了超疏水涂层在现实中的大规模应用。本研究采用十八烷酸对环己二胺四官能团环氧树脂(AG602)接枝改性制备了低表面能环氧树脂SAEP,并将SAEP与疏水纳米二氧化硅粒子共混后涂膜,对其热固化后涂层的性能进行研究。结果表明：当nmSiO₂质量分数为30%时,涂层表面具备超疏水性,水接触角为156.5°,滚动角为5.1°。涂层在承受砂纸45次循环打磨后仍能保持超疏水性。此外,涂层还具备优良的自清洁能力与耐酸碱腐蚀能力。     

Cu/Ni复合仿生超滑表面耐蚀性能研究

本文针对碳钢在海洋环境中腐蚀严重的问题,采用水热法结合化学气相沉积技术及注入润滑油的三步法在碳钢表面制备了Cu/Ni复合仿生超滑表面。研究了仿生超滑表面对碳钢基体的腐蚀防护性能的影响。通过扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(EDS)分析了碳钢表面水热反应2 h后形成的Cu/Ni涂层的形貌及组成成分;通过接触角测试分析了Cu/Ni疏水表面的润湿性;运用动电位极化曲线和交流阻抗谱(EIS)研究了仿生超滑表面在3.5 wt.%NaCl溶液中的耐蚀性能。结果表明,Cu/Ni膜层呈现微纳米级粗糙结构,Cu/Ni膜层疏水涂层与水滴的接触角为127.8±1°,Cu/Ni仿生超滑表面腐蚀电流密度为2.96×10-7A·cm-2,相比于碳钢基体降低了2个数量级,对碳钢基体具有一定腐蚀防护作用。     

聚酯织物表面铜的无电沉积与润湿性及抗菌性研究

本文以聚多巴胺为粘结层,在聚酯织物表面通过溶液无电沉积法(醋酸铜为铜源、抗坏血酸为还原剂)制备了具有粗糙结构的金属铜;经十二硫醇处理后,制备了超疏水聚酯织物(接触角为161.8°,滚动角为8°)。利用热重分析仪、场发射扫描电子显微镜、X射线光电子能谱/X射线衍射、接触角测量仪等设备对铜沉积量、样品表面形貌、化学组成、表面润湿性进行了表征。进一步讨论了样品加速水洗条件下超疏水耐用性和抗菌性。结果表明,经4次加速水洗后,样品表面接触角仍高达152°,滚动角为22°。经4次加速水洗后,超疏水织物表面仍具有优异的抗菌性性能(金黄色葡萄球菌的抑菌率为99.85%,大肠杆菌的抑菌率为99.99%)。     

铝合金表面耐久性超疏水防护膜的制备与表征

通过酸刻蚀-沸水浴处理构筑微纳米分级结构，进而通过喷涂含有磷酸铝胶黏剂（AP）和低表面能物质——全氟辛基三氯硅烷（PFOTS）的悬浮液增强结合力并降低表面能，从而在国产7B04铝合金表面制备了耐久性超疏水防护膜。利用场发射扫描电子显微镜（FESEM）、X射线光电子能谱仪（XPS）、傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）、接触角测试仪（CA）、电化学阻抗谱（EIS）等技术以及多种环境模拟实验对样品进行了表征，结果显示，制备的防护膜表面水静态接触角（WCA）高达158.4°，滑动角（SA）为0°，呈现出超疏水和低黏附性；膜层电阻（R_c）约为101.55 kΩ·cm²，在NaCl腐蚀介质中的电荷转移电阻（R_t）增大了近2个数量级，表现出优异的防护性能；样品可以经受多种破坏，具有理想的机械耐久性、化学耐久性和环境耐久性。     

TC4钛合金超疏水涂层的制备及性能

采用阳极氧化和低表面能物质修饰的方法在TC4钛合金表面制备超疏水涂层.工艺过程为:在由0.5 mol/L H2SO4、0.2 g/L NH4HF2和0.8 g/L Ce(SO4)·4H2O组成电解液(5°C)中以电压100 V阳极氧化1 h,再于三乙氧基-1H,1H,2H,2H-十三氟-N-辛基硅烷的乙醇溶液中浸泡2 h,最后真空烘干1 h.通过扫描电镜(SEM)观察超疏水涂层的微观形貌,X射线光电子能谱仪(XPS)分析超疏水涂层表面的元素组成及其化学态,X射线衍射仪(XRD)分析超疏水涂层表面的物相组成,并考察了超疏水涂层的耐久性和耐蚀性.结果表明,TC4钛合金阳极氧化后能在其表面形成微纳级粗糙结构,其特征是凸起火山岩状结构上密集分布了许多直径100～200 nm的孔洞;再经超疏水修饰后,水接触角最高可达170°,滚动角小于2°.超疏水涂层表面含有O、F、Ti、C、N、Al等元素,其中F主要是以─CF3和金属氟化物的形式存在,而其物相成分主要是锐钛矿TiO2和少量的金红石TiO2.超疏水涂层对腐蚀介质有阻隔作用,使其不易与金属基底接触而引发腐蚀,从而提高了TC4钛合金的耐蚀性.在自来水和3.5％NaCl溶液浸泡试验以及紫外线照射试验的结果表明,该超疏水涂层具备一定的耐久性.     

工艺参数对喷射电沉积镍镀层微观结构和疏水性的影响

[目的]Q235钢结构件的服役环境一般较恶劣,要对其进行适当的表面处理来提高其耐蚀性。[方法]先在Q235钢表面喷射电沉积镍,再采用0.3 mol/L硬脂酸溶液浸泡修饰12 h,得到疏水的镍镀层。通过接触角测量仪、超景深三维显微镜和场发射扫描电镜分析了不同脉冲参数下电沉积所得镍镀层表面的水接触角、粗糙度和微观形貌,并利用电化学工作站对镀层的耐腐蚀性能进行分析。[结果]随着峰值电流密度、占空比或电沉积时间的增大,Ni镀层的水接触角和表面粗糙度都呈先增大后减小的变化趋势。在峰值电流密度为0.15 A/cm²、占空比为50%的条件下喷射电沉积10 min所得的Ni镀层经化学修饰后水接触角为146.3°,耐蚀性最好。[结论]在Q235钢表面采用喷射电沉积镍加化学修饰的方法可获得超疏水表面,显著提高其耐蚀性。     

等离子喷涂制备疏水氧化钇稳定氧化锆涂层及其抗垢耐蚀性研究

针对水环真空泵叶轮叶片、壳体等关键部件的结垢与腐蚀问题，采用等离子喷涂工艺和硬脂酸表面修饰的方法在Q235B基体表面制备疏水的氧化钇稳定氧化锆(YSZ)涂层。采用扫描电子显微镜、能谱仪、万能拉伸试验机、接触角测量仪等仪器和结垢试验、电化学试验等方法对涂层的微观结构及性能进行表征。结果表明，YSZ涂层表面具有“乳突”状的微纳结构，组织结构较为致密。Ni Cr Mo Fe粘结层的添加使涂层的结合强度提高了31%。硬脂酸修饰后涂层表面的平均水接触角达到141.8°，在过饱和碳酸钙溶液中浸泡后的结垢少，在3.5%NaCl溶液中的腐蚀电流密度与基体相比降低了94%，表现出良好的抗垢耐蚀性能。     

铜基超疏水表面的电沉积法制备及其耐蚀性能研究

采用电沉积(ED)方法在铜基上制得了由微球和微孔构成的微米级粗糙表面,用过硫酸钾和氢氧化钠的混合溶液处理后,在镀层上形成了Cu(OH)2纳米条/CuO微球的微纳米粗糙结构,再经过氟硅烷修饰得到超疏水表面。表面的静态接触角(CA)最大达到了158.5°。在3.5%(wt)的NaCl溶液中用三电极体系测得了实验制备的超疏水表面的极化曲线,腐蚀电位比光滑铜表面正移了23 mV,腐蚀电流降低了2个数量级,缓蚀效率高达97.7%。为超疏水表面的实用性探索提供基础。     

复合流体涂层用于Cu金属的防腐蚀研究

采用电沉积法在纯铜表面制备了树枝状Cu₂O,经过正十二硫醇改性制备超疏水涂层,将疏水化的Fe₃O₄纳米颗粒与油相混合,注入超疏水铜表面,制备复合流体涂层。采用扫描电镜(SEM)、接触角测试仪对涂层不同阶段的形貌结构、润湿性进行了分析,采用扫描开尔文探针(SKP)研究了超疏水涂层、复合流体涂层与纯铜表面的电位变化,采用电化学阻抗谱和极化曲线等方法研究了超疏水涂层、复合流体涂层在大气环境和3.5 wt.%NaCl溶液中的耐腐蚀性能。结果表明,复合流体涂层在3.5 wt.%NaCl溶液中浸泡20 d后,腐蚀电流仍小于超疏水涂层和纯铜的腐蚀电流密度,复合流体涂层具有较好的耐久性和耐腐蚀性。     

环氧/聚二甲基硅氧烷/MCM-41超疏水涂层的制备与性能研究

针对常规超疏水涂层制备工艺繁琐等问题，以介孔SiO₂纳米颗粒(MCM-41)为填料和载体，聚二甲基硅氧烷(PDMS)为低表面能改性剂，环氧树脂及其固化剂为成膜物，采用喷涂法制备了超疏水涂层。通过场发射扫描电子显微镜、共聚焦显微镜、接触角测量仪、拉伸试验机对其表面形貌、结构、疏水性及附着力进行表征。重点考察了PDMS改性的MCM-41(MCM-41/PDMS)和树脂基体质量比对涂层性能的影响。结果表明：当MCM-41/PDMS质量分数为55%，可以得到涂层疏水性(接触角150°，滚动角9°)和附着力(7.33 MPa)的最佳匹配，涂层经过胶带剥离300次和磨损150周期后，水接触角仍大于150°。     

荷叶表面微观结构的探究及超疏水铜的制备和表征

采用光学显微镜和原子力显微镜对荷叶结构进行观测,了解荷叶的微观结构及超疏水的原因。采用简单便捷的方法制备出了具有不同黏附性能的超疏水表面。通过控制氨气对金属铜表面的腐蚀时间,制备了超疏水表面铜。利用低表面能氟硅烷修饰后,表面表现出超疏水特性,接触角均大于100°。     

基于单宁酸制备可喷涂超疏水材料

通过正硅酸乙酯水解合成了二氧化硅纳米粒子并形成凝胶颗粒,加入单宁酸以优化其形貌,以六甲基二硅氮烷为表面改性剂,合成了具有低表面能的超疏水喷涂材料。并用动态光散射仪(DLS)与扫描电镜(SEM)对其表征。将其分散于乙醇,并对纸张、玻璃、铝箔、木板、棉质纺织物、塑料泡沫等常见表面进行喷涂,均在短时间内构成了超疏水表面,水接触角均在150.0°以上。随后,考察了所制备超疏水涂层在受外力破坏后的自修复性与耐磨性。结果显示:1 g/L的喷涂液仅需喷三层即可构建超疏水表面,得到的涂层具有良好的透明性;超疏水涂层在受外力损坏后可用有机溶剂进行快速简易的自修复;且喷涂后的玻璃片在砂纸上负重磨损距离达到1000 mm后,接触角从153.5°降至105.5°,再喷一层即可恢复到154.0°。     

改性SiO2/聚硅氧烷无氟超疏水涂层的制备及性能

为了提高基体材料的防污能力,在基体表面制备了一种无氟超疏水复合涂层。首先,使用十六烷基三甲氧基硅烷(HDTMS)对二氧化硅(SiO_2)微纳米颗粒进行疏水改性,其次,将改性后的SiO_2颗粒与有机硅烷混合,利用硅烷的水解、聚合在基体材料的表面得到一层稳定的无氟超疏水复合涂层。采用FTIR、TGA、SEM、AFM和接触角测量仪对涂层的化学组成、表面微观结构和疏水性能进行表征。结果表明:复合涂层表面具有微纳米尺度的粗糙结构,并具有优异的自清洁性和耐磨损性;未磨损前接触角达151°,磨损100周次后接触角进一步提高至161°。     

45#钢表面Ni-W/ZnO超疏水复合涂层的制备及性能研究

采用电沉积工艺并结合喷涂法在45#钢表面制备Ni-W/ZnO超疏水复合涂层,表征了复合涂层的微观形貌和主要成分,并对复合涂层的疏水性、机械稳定性及耐蚀性进行测试分析。结果表明：复合涂层表面形成微纳米分级结构,主要成分为Ni、W、Zn、O、C和Si元素,改性ZnO颗粒在复合涂层中呈较均匀分散状态。复合涂层表面水滴接触角达到151.4°,表现出超疏水性能,并且经20次胶带提拉、20次砂粒冲击和20个周期砂纸摩擦后接触角仍然大于150°,能稳定地保持超疏水性能而且具有良好的机械稳定性。复合涂层还表现出优异的耐蚀性,其腐蚀电流密度仅为6.79×10^-7 A/cm²,极化电阻达到3.25×10⁴Ω·cm²,相比于常规Ni-W合金镀层,能为45#钢提供理想的腐蚀防护作用。     

辊式涂布法构建纸基牢固超疏水表面

采用辊式涂布的方法在纸基材料上构建超疏水表面，并对超疏水表面的牢固性、自清洁性和疏水性能进行评价。用γ-氨丙基三乙氧基硅烷和1H,1H,2H,2H-全氟辛基三乙氧基硅烷（POTS）对微米级和纳米级两种尺寸的TiO₂粒子进行疏水改性处理，然后将改性后的微/纳米TiO₂涂布在纸基材料表面。采用红外光谱（FTIR）对改性后的微/纳米TiO₂的化学组成进行了分析，采用扫描电镜（SEM）对涂布纸表面结构进行了表征，通过接触角、耐磨性和自洁净测试评价了涂层表面的超疏水性、牢固性和自清洁性。改性TiO₂的FTIR分析显示在1000～1500cm^-1之间出现多个C—F键的伸缩振动峰，表明POTS通过化学键与TiO₂表面发生了结合。涂布纸表面的SEM分析可以看出，纸基材料表面上均匀分布了微米和纳米尺寸的TiO₂颗粒，具备了类似荷叶表面微-纳结构的粗糙表面。涂层表面的水接触角为153°±1.5°，滚动角为3.5°±0.5°，水滴在涂层表面呈球形，极易滑落，涂层在水中浸泡7天后，接触角没有发生明显变化，表明纸张表面具备了优异的超疏水性能，且疏水稳定性较好。涂层表面经过10次循环磨损试验后，接触角仍能达到150°，滚动角为9°，表明机械摩擦没有对涂布纸表面的化学成分和粗糙结构造成明显的破坏，超疏水表面的牢固性较好。自洁净测试表明，涂布纸表面具有良好的自清洁和防污性能。该工艺过程操作简单，易于实现工业化生产，为在纸基表面构建综合性能优异的超疏水表面提供了一种新的便利途径。     

超疏水涂料的制备及性能研究

以氟树脂为原料,以纳米二氧化硅粒子为改性剂并加入助剂,采用水浴共混制备超疏水涂料。通过在玻璃板自然风干得超疏水涂层。采用傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)、热重分析仪(TG)和扫描电子显微镜(SEM)等分析方法对超疏水涂料涂层表面进行系统表征。讨论氟树脂、纳米二氧化硅及甲基丙烯酸甲酯(MMA)的用量对涂层疏水性能影响,探索涂层微观粗糙结构对接触角的影响,确定涂层的最佳工艺条件,获得静态接触角为151°、滚动角为4.8°的超疏水涂料。     

电流密度对超疏水Ni-MoS2-Al2O3复合镀层润湿性的影响

针对腐蚀介质对不锈钢表面的点蚀问题,以304L不锈钢为基体,通过复合电沉积方法制备超疏水Ni-MoS2-Al2O3复合镀层,探究不同电流密度对表面形貌、元素含量和润湿性的影响,并与纯镍涂层进行比较.结果表明:当加入MoS2和Al2O3颗粒后,镍的成核过程发生变化,镀层表面含有大量团簇状的微纳米球凸起.在电流密度为8 A/dm2的实验条件下,经过硬脂酸乙醇溶液改性后,接触角的最大值为159.6°,具有良好的疏水性、低附着力和自清洁性.且镀层中MoS2和Al2O3颗粒含量最高,分别为5.6％和7.1％.