镁合金表面超疏水化及耐腐蚀性能

采用硫酸刻蚀和接枝疏水长链的方法,成功制备出了具有超疏水特性的镁合金表面。采用红外光谱、扫描电镜和电化学测试等技术对超疏水镁合金表面进行了表征和分析。研究结果表明:硫酸处理使得镁合金表面产生微米/纳米二元复合的花状粗糙结构;硬脂酸的疏水长链通过化学键键接在镁合金表面,从而显著降低了镁合金表面的自由能。最终得到接触角可达152°、滚动角小于10°的超疏水表面,从而极大地提高了镁合金的耐腐蚀性能。     

镁合金超疏水表面制备的研究进展

利用超疏水表面可望减少材料与液体介质的直接接触来提高材料的耐蚀性能,在制备自清洁表面等方面得到了广泛研究。超疏水表面一般通过构造一定表面粗糙度和用低表面自由能物质修饰表面而成。在简要概括固体表面润湿性理论的基础上,针对镁合金的特点,综述了当前镁合金上超疏水表面制备的最新进展,并讨论了提高其性能的可能途径和未来的发展方向。     

AZ31镁合金基Cu-MOF-SA超疏水膜的制备及其耐腐蚀性能研究

腐蚀是影响镁及其合金大规模应用的关键技术难题之一,因可有效隔离金属基底与腐蚀介质的直接接触,从而降低腐蚀速率,制备超疏水表面成为提高镁合金耐蚀性的有效途径。通过一步电沉积方法,在AZ31镁合金基底上成功制备了铜-金属有机骨架-硬脂酸(Cu-MOF-SA)超疏水膜,并对超疏水膜的耐腐蚀性、化学稳定性和耐热性进行了综合研究。结果表明,表面的水接触角可达158°,超疏水膜覆盖的试样在3.5%NaCl溶液中表现出良好的耐腐蚀性能,相比AZ31镁合金基底,其腐蚀电位正移了0.24 V,腐蚀电流密度降低了1个数量级。在pH值为1～14的溶液中浸润24 h后,超疏水膜的水接触角仍可达135°以上,浸泡在pH=1的溶液24 h的超疏水膜的腐蚀电位比AZ31镁合金基底高0.21 V。在20～90℃空气中保温24 h后,超疏水膜的水接触角仍保持在154°以上,80℃下保温24 h后其腐蚀电位比AZ31镁合金基底的高0.22 V,腐蚀电流密度比AZ31镁合金基底的小1个数量级。结果表明,本研究制备的Cu-MOF-SA疏水膜具有良好的超疏水性和耐腐蚀性。     

MB8镁合金超疏水表面的制备和润湿性

通过激光加工在MB8镁合金表面构造具有规则结构的纹理,再制备1H,1H,2H,2H-全氟葵烷基三氯硅烷(FDTS)自组装分子膜,从而构建了MB8镁合金超疏水表面。用扫描电子显微镜和接触角测量仪观察和测量试样表面的形貌和润湿性。结果表明,激光加工在试样表面构造的粗糙结构和低表面能物质FDTS自组装分子膜使该试样具有超疏水性;经激光加工和沉积自组装分子膜后,MB8镁合金试样表面对水的接触角显著增大(达到150°以上)。将MB8镁合金超疏水表面加工成漂浮平台,承载能力的测试结果表明,超疏水平台的漂浮承载能力明显比非超疏水性平台的大,平台的承载能力与接触角的数值成正比。理论计算结果和"气垫"的存在表明,该超疏水表面符合Cassie-Baxter。状态模型,对接触角理论值与测量值的分析表明分级粗糙结构对超疏水表面构建有重要作用。     

AZ91D镁合金超疏水膜层的制备及其表征

采用简单易行的化学刻蚀方法,通过硝酸刻蚀、化学镀银和硬脂酸自组装改性处理,在AZ91D镁合金表面上成功制备出了超疏水膜层,进一步解释了该制备工艺的化学反应机理。利用扫描电子显微镜和视频光学接触角测量仪对AZ91D镁合金表面超疏水膜层的微观形貌和润湿性能进行了表征,利用能谱仪和光谱仪测定了膜层的表面化学组成。结果显示,釆用上述方法处理后的AZ91D镁合金表面呈现出良好的疏水性,水滴在试样表面的表观接触角为153°,滚动角为4°。     

金属基超疏水表面的制备及性能研究进展

本文综述了金属基超疏水材料的研究进展,重点讨论了金属基超疏水表面的主要制备方法,比较了不同制备方法的优缺点。同时,探讨了金属基超疏水表面的各种功能特性,并分析了金属基超疏水表面目前在制备和应用中存在的主要问题。指出金属基超疏水表面未来的重点发展方向是简化制备工艺、降低成本、提高超疏水表面的耐久性和稳定性以及制备具有自修复性能的金属超疏水表面。     

超疏水表面制备方法的比较

超疏水性是一种特殊的润湿性,它是指水滴与表面的静态接触角大于150°或者滑动角小于10°,其最初来源于“荷叶效应”。本文对近几年关于超疏水理论和自然界中超疏水现象研究进行介绍,并对超疏水表面的制备方法及其应用进行综述。分别总结了基于模板法、涂覆法、刻蚀法的超疏水表面制备方案的优缺点及其改进措施,重点阐述超疏水表面在金属表面抗腐蚀方面的应用。最后对具有特殊功能的超疏水表面的制备进行了介绍,如自愈性超疏水表面、润湿转变型超疏水表面。在制备方法中,模板法和涂覆法制备时间短、成本低,但稳定性和耐磨性较差;刻蚀法易于控制,但实用性受限。      

超疏水表面微纳结构设计与制备及润湿行为调控(Ⅱ)

超疏水表面因其优异的自洁排水性能可望在高科技领域和日常生活等方面有美好的应用前景。目前通过对荷叶表面微纳结构仿生已达到在亲水材料上制备超疏水表面的准商业化水平。然而,超疏水表面现有制备方法一般都工艺复杂和费用高昂,同时其超疏水性与其他材料性能很难相容,限制了其实际应用。对此,特别需要深入理论研究,优化设计表面微纳结构,同时充分利用外界作用调控其润湿行为,实现其在某些高科技领域的率先应用。针对超疏水表面研究的这些关键问题,重点评述了当前超疏水表面理论研究特别是表面几何设计方面的最新进展,总结了目前国内外制备超疏水表面的流行技术方法,进而讨论了利用外界作用调控超疏水行为的可能性。     

超疏水表面微纳结构设计与制备及润湿行为调控(Ⅰ)

超疏水表面因其优异的自洁排水性能可望在高科技领域和日常生活等方面有美好的应用前景.目前通过对荷叶表面微纳结构仿生已达到在亲水材料上制备超疏水表面的准商业化水平.然而,超疏水表面现有制备方法一般都工艺复杂和费用高昂,同时其超疏水性与其他材料性能很难相容,限制了其实际应用.对此,特别需要深入理论研究,优化设计表面微纳结构.同时充分利用外界作用调控其润湿行为,实现其在某些高科技领域的率先应用.针对超疏水表面研究的这些关键问题,重点评述了当前超疏水表面理论研究特别是表面几何设计方面的最新进展,总结了目前国内外制备超疏水表面的流行技术方法,进而讨论了利用外界作用调控超疏水行为的可能性.     

微纳米结构超疏水膜层的构建与性能研究进展

介绍了超疏水膜层制备的理论,综述了微纳米结构超疏水膜层的构建方法与纳米粒子在超疏水膜层制备中的应用。微纳米结构与低表面能是形成超疏水膜层的2个关键要素,目前的制备方法在一定程度上实现了基体表面的超疏水性能,但试验设备贵、操作复杂、成本高;改性纳米粒子在超疏水膜层制备中具有重要应用,但存在官能团不稳定、改性剂成本高、表面微观结构脆弱等问题。因此,研究易于操作、低成本的制备技术、获得耐用性好的膜层是超疏水材料的重要研究方向。     

Fabrication of hydrophobic/super-hydrophobic nanofilms on magnesium alloys by polymer plating

Hydrophobic/super-hydrophobic nanofilms with improved corrosion resistance were fabricated on the surfaces of Mg-Mn-Ce magnesium alloy by a surface modification technique, named as polymer plating, which has been developed to modify superficial characteristics of magnesium alloys with polymeric nanofilms through synthesized organic compounds of triazine dithiol containing functional groups. The nanofilms were prepared by the electrochemical and polymerization reactions during polymer plating analyzed from characteristics of Fourier transform infrared spectrophotometer, X-ray photoelectron spectroscopy and scanning electron microscopy. The fabricated nanofilms changed the surface wettability of blank magnesium alloy from hydrophilic to hydrophobic with contact angle 119.0° of distilled water with lower surface free energy of 20.59 mJ/m² and even super-hydrophobic with contact angle 158.3° with lowest surface free energy of 4.68 mJ/m² by different functional nanofilms on their surfaces. Alteration of wettability from hydrophilic to hydrophobic and super-hydrophobic resulted from their low surface free energy and surface morphology with micro- and nano-rough structures. The corrosion behaviors from potentiodynamic polarization and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) show that the super-hydrophobic nanofilm has higher corrosion resistance and stability in 0.1 mol/L NaCl solution and lower corrosion current density (I_corr) with R_ct increasing two orders of magnitude of 16,500 Ω·cm² compared to that obtained for blank of 485 Ω·cm².     

Research on super-hydrophobic surface of biodegradable magnesium alloys used for vascular stents

Micro-nanometer scale structure of nubby clusters overlay was constructed on the surface of an AZ31 magnesium alloy by a wet chemical method. The super-hydrophobicity was achieved with a water contact angle of 142° and a sliding angle of about 5°. The microstructure and composition of the super-hydrophobic surface were characterized by SEM and FTIR. Potentiodynamic polarization and electrochemical impedance spectroscopy were used to evaluate the corrosion behavior, and the hemocompatibility of the super-hydrophobic surface was investigated by means of hemolytic and platelet adhesion tests. Results showed that the super-hydrophobic treatment could improve the corrosion resistance of magnesium alloys in PBS and inhibit blood platelet adhesion on the surface, which implied excellent hemocompatibility with controlled degradation.     

超疏水表面的研究进展及制备技术

概括了固体表面的润湿理论,分析讨论了超疏水表面的制备技术,尤其是近几年较新的制备方法,同时回顾了超疏水表面技术在现实生活中最近的实际应用。此外,简单介绍了本研究小组结合上述方法制备的具有油水分离特性的表面。     

超疏水表面的研究进展及制备技术

概括了固体表面的润湿理论,分析讨论了超疏水表面的制备技术,尤其是近几年较新的制备方法,同时回顾了超疏水表面技术在现实生活中的实际应用。此外,简单介绍了上述方法制备的具有油水分离特性的表面。     

金属表面超疏水性的研究进展

超疏水金属表面在表面自清洁、抗腐蚀、流动减阻及微流体无损输送等方面有着潜在的应用价值.综述了金属表面巯水性在理论及实现方法上的新进展,介绍了目前国内外提高金属表面疏水性的途径,重点归纳了金属超疏水表面的制备方法及相关应用,展望了今后的研究方向.     

选区激光熔化精密成形轻质镁合金的研究进展

选区激光熔化成形作为一种新兴的增材制造工艺,可以实现轻质镁合金复杂构件的一体化精密成形。由于镁合金的化学性质活泼,镁合金的选区激光熔化成形相较于其他合金系更具挑战性,沉积构件的强度、塑性、韧性等力学性能指标整体偏低,抗腐蚀性能整体偏差,所以还需进一步提升其综合性能并拓展镁合金的应用领域。综述了近年来国内外关于镁合金选区激光熔化成形方面的研究,为镁合金的精密一体化成形提供相应的理论基础和指导策略。首先阐述了该新兴工艺的原理及特点,基于镁合金熔沸点低、饱和蒸气压高等特点,综合探讨了微裂纹、孔隙和杂质等缺陷的形核原理,提出了相应的缺陷控制策略。对沉积试样的微观组织进行了分析,并与传统工艺进行了比较,并基于此讨论了合金成分微调控和镁基复合材料这 2 种实现成分微调控的主要方案。最后结合热处理、热等静压等后处理方式调控微观组织,并对采用摩擦搅拌、激光冲击强化等强化工艺结合选区激光熔化的复合增材制造工艺在线闭合缺陷、调控微观组织等技术进行展望,希望可以进一步提升镁合金的综合性能,促进镁合金更广泛的工程应用。     

Fabrication of biomimetic super-hydrophobic surface on aluminum alloy

Inspired by microstructure characteristics of surfaces of typical plant leaves such as petal of red rose, the biomimetic super-hydrophobic surface of aluminum alloy has been successfully fabricated by laser processing and surface modification by DTS (CH₃(CH₂)₁₁Si(OCH₃)₃). The morphological features, chemical composition, and super-hydrophobicity of resultant surfaces were characterized by scanning electron microscopy, X-ray photoelectron spectroscopy, and water contact angle measurements. The super-hydrophobic surface exhibited a microstructure consisting of myriad micro-scale crater-like pits. It is found that the super-hydrophobicity is synchronously governed by both the surface chemical composition and geometrical microstructure structures. The highest water contact angle of resultant surface reaches as high as 161.0°. Moreover, corrosion resistance property of these prepared films against NaCl solution is elucidated using electrochemical measurements; it is found that the corrosion resistance of aluminum alloy is also considerably improved.     

镁及镁合金腐蚀最新研究进展

镁的平衡电位非常低，耐蚀性差，长期以来阻碍了镁及镁合金的应用，对近十年来国内外关于镁及镁合金的腐蚀行为以及表面防腐技术的研究进行了综述。     

物理气相沉积在镁合金表面防护领域的研究现状

镁合金表面耐腐蚀性能、耐磨性能较差,物理气相沉积(PVD)镀膜技术是一种提高镁合金表面性能的有效方法。总结了PVD镀膜防腐蚀层和耐磨层的特性,分析了涂层耐腐蚀耐磨的机理和存在的不足。综述了镁合金表面PVD膜层的研究进展,阐述了物理气相沉积技术对镁合金的表面改性的应用现状,并对该技术在镁合金上的发展进行了概括,指出了目前PVD技术在镁合金表面防护领域的新前景,为今后PVD技术对镁合金表面防护的研究与发展提供了相关参考。     

Anti-corrosion mechanism of epoxy-resin and different content Fe<Subscript>2</Subscript>O<Subscript>3</Subscript> coatings on magnesium alloy

In this study, anti-corrosion coatings were prepared and coated successfully on magnesium alloy substrates by mixing nanopowders, solvent, curing agent with epoxy resin. The effect of the amount of iron trioxide (Fe₂O₃) on the adhesion strength and corrosion resistance on magnesium alloy was investigated with standard protocols, and electrochemical measurements were also made in 3.5 wt.% NaCl solutions. The surface morphology and corrosion mechanism after corrosion tests was characterized using FESEM analysis. Nanoparticles in matrix acted as filler, and interstitial cross-linked spaces and other coating artifacts regions (micro cracks and voids) would all affect the anti-corrosion properties of coating. The results showed the proper powder content not only provided adhesion strength to these coatings but also improved obviously their anticorrosion. Hydrogen bound to the amine nitrogen (¹N) could take part in the curing process rather than hydrogen of the amide site due to the smaller ΔG and the more stable configuration.