基于微/纳二元结构镁合金超疏水膜层的制备

利用微弧氧化技术在镁合金表面制备微米级粗糙结构,采用环氧树脂溶液和纳米二氧化硅分散液对该表面进行涂覆处理,再利用全氟硅烷改性,制备得到具有超疏水性的复合膜层。采用扫描电镜、X射线衍射仪、接触角测量仪、高速摄影系统和电化学工作站评价膜层的形貌结构、润湿性和耐蚀性。结果表明:微弧氧化层所具有的微米级结构和纳米二氧化硅颗粒组成的微/纳二元粗糙结构对疏水性的提高具有重要作用;复合膜层表面的接触角随二氧化硅分散液浓度的提高呈现先增加后减小的趋势,并最终逐渐稳定在150°左右;当二氧化硅分散液溶度为10 g/L时,复合表面的接触角最大可达161°。同时该表面对水滴呈现低黏附特性。动电位极化曲线表明:与镁合金基底相比,微弧氧化层和复合膜层的耐蚀性提高2~3个数量级。     

铝表面超疏水复合涂层的制备及其表面性能

目的 通过在纯铝表面构筑超疏水涂层,优化金属铝表面,并强化其应用性能。方法 采用阳极氧化法在铝表面构筑具有纳米孔洞的Al2O3薄膜,再利用全氟癸基三乙氧基硅烷修饰表面,得到超疏水复合涂层,并研究氧化电位和表面修饰时间对纳米结构的构筑及疏水性能的影响,研究超疏水复合涂层表面润湿性、防污、自清洁和抗结冰性能。结果 控制阳极氧化条件,在氧化电位为16～18V、氧化时间为1h时,得到1～2μm的“花瓣”聚集叠加成的多级粗糙结构。通过6 h的表面修饰,得到了接触角为163.6°的超疏水性复合膜层。进一步对该超疏水膜层的性能进行分析发现,经超疏水膜层修饰后铝具有优异的防污性能;相较于纯铝,经超疏水膜层修饰后铝片的电化学阻抗模值高达105?·cm2,而电流密度仅为1.81×10-9 A/cm2;在高温和低温环境下,超疏水膜层均能保持超疏水性能;经砂纸来回打磨200 cm后,膜层的接触角仍大于150°。结论 经阳极氧化纯铝得到具有多级粗糙结构的阳极氧化膜,并通过表面修饰可制备接触角高达163.6°的超疏水性复合膜层。该超疏水复合涂层具有优异的耐腐蚀性、自清洁性、耐污染性,以及良好的耐蚀性、机械稳定性和...     

玻璃表面二氧化硅基超疏水膜的研究进展

超疏水表面带来一些可贵的界面性质,包括防结冰、防污染、防氧化等。对于工业产品中常用的玻璃等无机材料,研究人员参照自然界超疏水物质的结构和成分,借助含碳、氟等元素的物质,通过各种方法,合成具有微米-纳米二重粗糙结构和低表面能的有机-无机杂化涂层与基材结合,从而制备超疏水表面。因玻璃表面亲水性的固有性质,在平板显示、触摸屏、太阳电池盖板、玻璃幕墙等领域,解决既能满足光学性能指标,又能实现疏水性和抗污染性的问题尤为重要。首先讨论了粗糙表面的固液复合接触和非复合接触两种理论模型,进而阐述了超疏水玻璃的实现要素和基于二氧化硅的超疏水膜的制备方法。梳理了以溶胶-凝胶法为基础的玻璃表面二氧化硅基透明超疏水膜的制备技术进展,根据涂膜次数、溶胶组成、膜层粗糙结构的实现方法等,将现有制备技术分类、归纳为三种制备路线：共前驱体合成改性二氧化硅溶胶制备单层超疏水膜,表面改性法制备多层结构超疏水膜,添加二氧化硅颗粒引入粗糙层法。指出了各种方法的超疏水原理、膜层特点,分析了部分制备实例的疏水性、粗糙结构、光学透过率等性质的影响因素。对于溶胶-凝胶法制备的SiO2基超疏水玻璃,实现超疏水性的同时,如何保持玻璃良好的透明性以及膜层的耐磨性、持久性,是需要重点研究的方向。     

Mg-Mn-Ce镁合金表面超疏水复合膜层的制备及耐腐蚀性能

采用微弧氧化技术和有机镀膜技术相结合的复合处理方法实现Mg-Mn-Ce镁合金表面改性,获得超疏水复合膜层,研究微弧氧化膜的表面特征、有机镀膜电化学反应过程、复合膜层的润湿特性和耐腐蚀性能。结果表明:镁合金经微弧氧化处理后由于微弧氧化膜表面呈微纳多孔结构,表现为超亲水特性,其蒸馏水的静态接触角接近0°;在微弧氧化膜上经有机镀膜后,其形成的有机薄膜的静态接触角高达173.3°,表现出优良的超疏水特性。镁合金经微弧氧化处理后具有良好的耐腐蚀性能,经有机镀膜超疏水复合处理后,耐腐蚀性能得到进一步提高。复合膜层在3.5%NaCl溶液中,与基体相比动电位极化腐蚀电流密度减小了3个数量级、而电化学阻抗提高了3个数量级,耐腐蚀性能明显改善。微弧氧化与有机镀膜相结合的复合处理使镁合金表面在实现超亲水-超疏水功能转换的同时显著提高镁合金的耐腐蚀性能。     

铝基碳化硅复合材料超疏水表面的蚀刻制备及性能表征

通过简单的盐酸溶液蚀刻方法在2024铝基碳化硅复合材料基体上制备出超疏水表面,电镜观察结果显示,蚀刻后复合材料中碳化硅颗粒自身作为超疏水结构所必需的微米级结构,而碳化硅微粒上又具有纳米级颗粒,形成了类似荷叶表面的微米-纳米二级复合结构。结合氟硅烷修饰,获得了接触角高达157.02°,滚动角5°的超疏水表面。实验研究了不同蚀刻液浓度和时间对表面疏水性的影响,得到特定条件下的最佳工艺参数:盐酸溶液浓度15%(质量分数),蚀刻时间2 min。性能测试结果表明,所制超疏水表面具有较好的抗酸碱性能、稳定性、耐磨性和抗腐蚀性能。     

加工参数对AZ91D镁合金表面超疏水性能的影响

通过优化加工参数,在镁合金表面获得优良的超疏水性能。用激光刻蚀法获得微米结构,结合纳米涂覆技术制备微/纳米复合结构,再结合低表面能物质,制得超疏水表面。系统研究了加工参数对超疏水性能的影响。通过接触角和滚动角测试,评价镁合金表面的超疏水性,并通过扫描电子显微镜对复合结构表面形貌进行分析。采用涂覆法在激光加工后的基体上成功获得了超疏水改性层。加工参数对AZ91D镁合金超疏水性具有重要的影响。当采用点阵形貌,点阵间距50μm,加工电流为15 A,纳米分散液浓度15 g/L时,AZ91D超疏水表面的静态接触角达到最大值161.1°,滑动角为2.109°,超疏水性能达到最佳。     

AZ31镁合金微弧氧化与有机镀膜的复合表面改性及功能特性

采用微弧氧化与有机镀膜技术对AZ31镁合金进行复合表面改性,分别对微弧氧化膜的形成过程及表面特征、微弧氧化膜表面有机镀膜过程、微弧氧化膜与复合膜的润湿性及耐腐蚀性进行研究.结果表明镁合金经微弧氧化改性后,由于表面具有微纳多孔粗糙结构,同时具有较高的表面自由能和极性分量,与蒸馏水接触时存在较强的范德华力和毛细管吸附力,且对强极性水分子具有很强的相溶性,使其蒸馏水的静态接触角接近0°,表现为超亲水特性;而微弧氧化膜表面再经有机镀膜复合改性后,具有较低的表面自由能,对强极性水分子具有一定的排斥作用,使其静态接触角达到113.7°,表现为疏水特性;微弧氧化膜经有机镀膜表面改性后,耐腐蚀性能明显改善,疏水复合膜层在0.1mol/LNaCl溶液中,与基体相比,其动电位极化腐蚀电流密度减小3个数量级,而电化学阻抗提高3个数量级,表现为类似纯电容行为.     

微纳超疏水钛合金表面的制备及其性能研究

目的 制备超疏水自清洁的Ti6Al4V合金表面。方法 首先使用飞秒激光在Ti6Al4V合金表面预制备微米级结构,然后将预制备的样品置于1.0 mol/L的氢氧化钠溶液中,在超声水浴状态下进行电化学去合金,获得微纳米复合结构。经表面改性后,得到微纳超疏水钛合金表面。结果 经复合制备的微纳超疏水表面结构由微米级的梯形凸柱阵列,以及通过电化学去合金形成的三维纳米孔洞骨架和沉积的微米或亚微米金属氧化物组成。经过表面改性后,该微纳复合结构表面呈现优异的超疏水性,其接触角可达162.5°,滚动角低至3.4°。自清洁性能测试结果表明,该微纳超疏水钛合金表面展现出优异的低黏附性和自清洁性,1滴水对表面的清洁效率达到99.8%。激光加工参数与静态水接触角之间的关系表明,接触角与扫描间距呈负相关,与能量密度、重复次数呈正相关。结论 飞秒激光结合电化学去合金方法制备的具有微纳结构的钛合金表面呈现出优异的超疏水自清洁性能,通过改变激光加工参数能够有效增大表面的静态水接触角,为后续研究提供了一定参考。     

超疏水涂层的制备及其性能

通过在有机硅改性丙烯酸树脂中加入具有疏水作用的纳米及微米级颗粒,在碳钢表面制备超疏水涂层。利用扫描电镜和接触角测定仪对涂层表面的微观结构及疏水性能进行表征,结果表明：该涂层结构与荷叶表面的微观结构很相似,水滴与涂层表面的接触角达到了150°,涂层具有超疏水性能。     

化学刻蚀-阳极氧化复合制备钛合金超疏水表面试验研究

目的 提高TC4钛合金超疏水表面的疏水性、耐腐蚀性与力学性能。方法 首先选择化学刻蚀法对TC4钛合金进行处理制备出微米级结构，再采用阳极氧化法制备出纳米级结构，最终在试样表面制备出了具有微纳分级结构的超疏水表面。通过观察微观结构表面、Tafel测试、线性磨损试验、抗冲击性测试以及防冰性能测试，分别对H₂O₂刻蚀、强酸刻蚀、阳极氧化、H₂O₂刻蚀-阳极氧化和强酸刻蚀-阳极氧化制备的超疏水表面进行性能对比。结果 使用双氧水-碳酸氢钠混合溶液制备出的超疏水表面接触角为156.4°，滚动角为2.7°；硫酸-盐酸混合溶液制备出的超疏水表面接触角为153.1°，滚动角为7.6°；阳极氧化法制备的超疏水表面接触角为156.3°，滚动角为4.2°；双氧水-碳酸氢钠混合溶液刻蚀并阳极氧化处理后，表面接触角为157.6°，使用硫酸-盐酸混合溶液刻蚀并阳极氧化处理后，表面接触角为155.9°，二者滚动角均小于2°。复合方法制备的表面疏水性能优于单一方法制备的超疏水表面。超疏水试样的OCP都高于TC4钛合金，经过强酸刻蚀和...     

预处理对压铸镁合金微弧氧化膜的影响

微弧氧化前,用打磨和喷砂两种方法对基材进行预处理,获得两种氧化膜试样,对比了这两种试样的形貌、化学组成及耐腐蚀性能,分析了预处理方法对微弧氧化电压值的影响。结果表明:打磨后微弧氧化的电压值高于喷砂后微弧氧化;微弧氧化膜的耐蚀性能较基体大幅度提高,打磨试样的耐蚀性能较喷砂试样提高了40%左右;喷砂试样的氧化膜表面整体保留了喷砂后粗糙不平的形貌,而打磨试样的氧化膜较喷砂试样平整,微孔尺寸均匀且较喷砂试样的尺寸小;氧化膜表面的化学成分主要有O,Mg,Si,Al等,预处理对氧化膜化学成分及含量的影响不显著。     

7075铝合金微弧氧化膜硅溶胶封孔工艺及其性能

对微弧氧化后的7075铝合金进行硅溶胶封孔处理,采用扫描电镜、X衍射仪、高温摩擦磨损试验机和电化学工作站对硅溶胶封孔前后微弧氧化膜层的微观表面形貌、截面形貌、相组成、耐磨性和耐腐蚀性进行观察分析,研究了硅溶胶-凝胶不同封孔工艺对封孔效果的影响。结果表明,相对于微弧氧化膜层,封孔后的微弧氧化膜层微孔明显减少,膜层的粗糙度降低,耐磨性得到提高。封孔后的铝合金微弧氧化膜腐蚀电位由-0.62 V(vs SCE)正移到-0.36 V(vs SCE),腐蚀电流密度由2.44×10^-3 A·cm^-2下降到2.03×10^-4 A·cm^-2,耐腐蚀能力得到显著提高。通过浸渍提拉法封孔的微弧氧化膜层的耐腐蚀性比旋涂法封孔的更好。     

TLM合金表面微弧氧化膜的制备及其生物相容性研究

在新型近β钛合金TLM(Ti-3Zr-2Sn-3Mo-15Nb)表面分别用3种不同的微弧氧化工艺(普通微弧氧化、复相微弧氧化、紫外光照射微弧氧化)镀上一层TiO2薄膜,并考察了3种薄膜的亲水性和抗腐蚀性能。XRD和SEM测试结果表明,3种微弧氧化膜均是多孔膜,主要由金红石相和锐钛矿相组成,普通微弧氧化法和紫外光照射微弧氧化法制备的薄膜表面更为光滑;接触角测试结果表明,紫外光照射微弧氧化膜的表面亲水性最好;电化学腐蚀实验显示,3种工艺所得的氧化膜都具有较好的抗腐蚀性能,普通微弧氧化膜的抗腐蚀能力稍好于另外两种薄膜。     

过电压对镁合金微弧氧化膜层性能的影响

采用自行研制的大功率微弧氧化电源在频率700 Hz、占空比20%的条件下进行微弧氧化实验:并测量陶瓷膜层的厚度,观察膜层微观形貌,通过盐雾试验来评定陶瓷膜层的耐蚀性.研究发现:随过电压的升高,镁合金微弧氧化膜层厚度增加,表面熔融物颗粒增大,膜层表面变粗糙,陶瓷层的耐蚀性呈先增加后降低的趋势;并且陶瓷膜层耐蚀性在过电压为100～150 V时较好,因此镁合金微弧氧化要选择适当的过电压.     

旋带掩模电解织构化圆柱表面及其润湿性分析

在圆柱面工件上高效、低成本地创制功能化极端润湿性表面仍面临重大技术挑战。对此提出旋带掩模电解织构技术。该技术直接选用市售带状柔性电绝缘多孔高分子编织布为活动掩模，以中性盐Na NO3溶液为电解液，基于旋带电解印制方式对金属圆柱表面进行织构化处理。介绍其工作原理，分析圆柱表面微织构形貌与几何廓形的演化过程，试验探究极间电压、旋带速度、加工次数等对表面织构特征的影响，评测氟化后的不同微结构特征的织构化表面的润湿性。结果表明：圆柱表面织构特征显著受加工次数的影响，随加工次数的增加，圆柱表面经历“反复复制”掩模印制阵列凹凸微结构、阵列凹凸微结构叠错-细化、微纳米分级结构分级化等表面微织构化演化过程；用时仅需249 s制备的外径49 cm、长50 cm的SUS304圆柱面（氟化后）微-纳米分级结构表面对水/甘油/十六烷的接触角分别为160.4°、 158.5°、 153.6°、滚动角分别为2.1°、5.6°、8.6°；呈现优异的超双疏极端润湿性且机械耐久性好。旋带掩模电解织构技术在圆柱面工件制取机械耐久性极端润湿性功能表面方面呈现高效、低成本、便于实施等优势。     

纳米二氧化锆对TC4钛合金微弧氧化膜的影响

利用多功能微弧氧化电源,采用目前工艺较为成熟和应用最广泛的电参数对TC4钛合金进行微弧氧化,并在电解液中添加不同浓度的纳米二氧化锆,对比微弧氧化膜层的微观形貌和综合力学性能,探究纳米二氧化锆对膜层的影响。实验结果表明,随着纳米二氧化锆浓度的增加,膜层厚度几乎不发生变化,但膜层的成分和含量发生改变：膜层中出现板钛矿相,且含量不断增加。当纳米二氧化锆浓度为2 g/L时,膜层的粗糙度相比未添加纳米二氧化锆时大幅下降,膜层耐磨性能最好,且此时膜层表面微孔直径最小且尺寸均匀,耐腐蚀性能最佳。     

TiN颗粒对镁合金微弧氧化过程及膜层性能的影响

目的分析Ti N颗粒在镁合金微弧氧化过程中的作用,并研究其在膜层中对镁合金硬度、耐磨和耐蚀等性能的影响。方法通过在微弧氧化电解液中添加2.7μm Ti N颗粒,并使其充分分散于电解液中,使电解液中Ti N颗粒的质量浓度分别为0、2、4、6 g/L,并控制其他实验参数(如电流密度、频率、占空比和氧化时间)一样的情况下进行实验,通过电子显微镜、涂层厚度测厚仪、显微维氏硬度计、X射线衍射和电化学工作站,分别从膜层的表面形貌、厚度、硬度、相组成及耐蚀性等方面,研究了Ti N颗粒对镁合金微弧氧化膜层性能的影响。结果在微弧氧化电解液中添加Ti N颗粒后,相同电化学参数下制得的微弧氧化膜层变得致密,厚度、硬度有所增加,氧化膜层主要由Mg、MgO、Mg2Zr5O12、Ti N组成。极化曲线显示,加入Ti N颗粒,制备的微弧氧化膜层比未加入Ti N颗粒制得的膜层的腐蚀电流下降了2个数量级。阻抗图谱表明,电阻值增加了1个数量级。结论 Ti N颗粒能够随镁合金的微弧氧化过程进入制得的氧化膜层中,并且能够增加膜层厚度和硬度,使膜层的耐磨、耐蚀性得到提高。     

2A12铝合金微弧氧化膜的高温氧化性能

对2A12铝合金表面的微弧氧化膜进行了高温氧化实验研究。结果表明：微弧氧化膜层的高温抗氧化性能随着温度的升高而降低,但氧化指数均在2以上,说明微弧氧化膜层对于2A12铝合金起到了保护作用,有效地阻止了高温氧化时的氧扩散。微弧氧化膜层抗空冷热震性能要优于抗水冷热震性能,在60次热震循环后,水冷热震的合金边角处出现膜层脱落现象,而空冷热震的合金只在表面出现裂纹,没有膜层脱落现象出现。微弧氧化膜热震失效主要由膜层与基体热膨胀系数不同、膜层与H₂O、氧气反应分别生成氢氧化物与氧化物所导致;膜层内部的CeO₂起到减小孔径的作用,在热震反应初期能够有效地降低热震对膜层的影响,但随着循环次数增多,生成碱式碳酸盐和氢氧化物,导致微弧氧化膜失效。