高黏附性超疏水表面的制备及耐腐蚀性

利用电化学沉积技术在碳钢基底上制备了Co-Ni过渡层,再通过双辉等离子表面合金化技术(DGPSA)在过渡层上沉积了Cr涂层,经全氟辛基三氯硅烷(PFTEOS)溶液修饰后,制备出了具有高黏附性的超疏水表面。利用扫描电镜(SEM)、EDS、X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)、接触角测量仪、电化学测试等方法表征了涂层的形貌、物相组成、润湿性能、粘附性以及耐腐蚀性能,探究了DGPSA技术不同沉积时间对Cr涂层表面形貌和润湿性能的影响。结果表明,在沉积温度为750 ℃,沉积时间30 min 时,制备出了具有微纳米乳突状结构的高黏附性超疏水表面,水滴接触角达到159°,水滴在样品倾斜180°也不发生滚落。电化学测试结果证明制备的超疏水表面具有出色的耐腐蚀性能,对碳钢基底起到了良好的腐蚀防护作用。     

超疏水Ni-P-Al2O3纳米复合镀层的制备及耐腐蚀性能研究

为提高45钢基体材料的耐腐蚀性能,采用电化学法与氟硅烷修饰相结合的方式在45钢基体表面制备超疏水Ni-P-Al2O3纳米复合镀层,并对镀层的表面形貌、晶相结构、表面粗糙度、润湿性及耐蚀性能进行了研究。结果表明:采用电沉积法制备的Ni-P-Al2O3镀层表面均匀、致密,且无明显气孔缺陷,接触角测试表明其表面达到了超疏水状态,而经电化学加工后,镀层表面形成不规则的微凹坑结构,表面粗糙度值明显增大。经电化学测试,与普通Ni-P-Al2O3镀层相比,超疏水Ni-P-Al2O3镀层的腐蚀电流密度、腐蚀速率均更小,表现出优异的耐腐蚀性能。     

掺杂镍对镁合金表面冷喷涂锌基涂层性能的影响

目的研究镍添加对冷喷涂锌基涂层耐蚀性的影响,为镁合金提供有效的防护涂层。方法采用低压冷喷涂技术在镁合金基体表面分别制备锌基和锌/镍基复合涂层,通过微观观察、摩擦磨损实验、电化学极化法和电化学阻抗谱测试及全浸泡腐蚀试验,研究镁合金表面冷喷涂涂层的结构、摩擦磨损行为和耐蚀性。结果镁合金表面冷喷涂锌基涂层后,其硬度和耐磨性得到显著提高,掺镍后的锌/镍基涂层具有更高的硬度和耐磨性。锌基和锌/镍基涂层均能为镁合金提供腐蚀防护,锌/镍基涂层比锌基涂层具有更好的耐蚀性。相对镁合金来说,锌基涂层和锌/镍基涂层的自腐蚀电位分别正移了260 mV和560 mV;长期腐蚀后锌/镍基涂层形成了更致密的腐蚀产物膜,腐蚀电阻显著高于锌基涂层。结论冷喷涂锌基和锌/镍复合涂层均能对镁合金提供防护作用,掺杂镍后的锌/镍基复合涂层具有更高的硬度、耐磨性和耐蚀性。     

激光刻蚀法制备GH4169超疏水表面及性能研究

采用光纤激光打标机在GH4169基底上刻蚀出微观结构,并通过在1.0%氟硅烷(FAS)乙醇溶液中改性降低表面能制备GH4169超疏水表面。该超疏水表面能达到接触角大于160°且滚动角小于10°。通过扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、接触角测量仪对样品的微观结构、元素组成及润湿性进行表征和分析。采用单因素实验探究光纤激光打标机的扫描频率、功率以及速度对GH4169表面润湿性的影响规律,并对制备出的超疏水表面的粘附性和自清洁性进行了测试。     

金属钛表面微纳结构制备表征及其亲疏水性研究

利用阳极氧化法在TA1基底上制备了不同形貌的TiO2纳米薄膜。通过改变其氧化参数来控制薄膜的微观形貌,再在薄膜表面修饰低表面能物质以控制其表面能,制备出超亲水、亲水、疏水及超疏水表面,分析了影响表面润湿性的因素,材料表面微纳结构及表面能量共同决定固体表面的润湿性,在高能表面制备微纳结构则显示超亲水性,在低能表面制备微纳结构则表现超疏水性。实验表明,通过改变阳极氧化参数和表面修饰氟硅烷的方法控制TiO2表面的润湿性简单方便可行。     

具有超疏水表面的白铜在3.5%NaCl溶液中的电化学行为

通过化学刻蚀法和自组装技术,构建了白铜的超疏水表面.利用接触角测试和电化学分析技术探讨了制备工艺对疏水膜性能的影响.对不同刻蚀条件下制备的超疏水表面的电化学测试结果进行比较,结果表明:合适的表面粗糙结构是制备具有优良耐蚀性能的超疏水膜的关键.接触角测量和电化学测试结果表明:构建的白铜基超疏水表面的接触角可达152.8°,该超疏水膜能够大幅提高白铜在3.5%NaCl溶液中的耐蚀性能,缓蚀效率达到96.1%.     

电化学刻蚀法制备铝合金超疏水表面及其润湿性转变

目的通过简易环保的方法在铝合金基体上制备超疏水表面。方法采用电化学刻蚀和空气中保存法在铝合金基体上制备超疏水表面,用扫描电子显微镜、粗糙度测量仪和光学接触角测量仪对所得样品的微观形貌、表面粗糙度和润湿性进行分析。结果水滴在铝合金表面的接触角随着保存时间的增加而增大,电化学刻蚀所得超亲水表面逐渐表现出超疏水特性。12 d后表面趋于稳定,水滴在铝合金表面的接触角和滚动角分别为(152.3±4.5)°和(6.4±2.2)°。随着电化学刻蚀时间的增加,铝合金表面的润湿性减小。热处理可以使超疏水表面转为超亲水表面,在空气中保存后表面又恢复疏水性。结论试验所用中性环保的NaCl溶液作为电解液,极大地降低了试验对人体和环境的危害。并未使用有害的二次化学涂层作为表面能修饰材料,提高了试验的安全性和超疏水表面的稳定性。通过此简单环保的电化学刻蚀和空气中保存的方法成功地在铝合金基体上制备出了超疏水表面,所得表面展现出良好的疏水特性。     

混酸刻蚀-氟化处理制备X80管线钢双疏表面及其耐蚀性研究

通过酸性溶液对X80管线钢表面进行化学刻蚀,形成具有一定结构的微观粗糙形貌;然后通过低表面能物质十七氟癸基三乙氧基硅烷的修饰,降低钢材基底的表面能,从而成功地制备出超疏水疏油的双疏功能表面。研究了酸性刻蚀和氟化处理对表面形貌及其润湿性的影响,并通过电化学测试研究了双疏表面的耐蚀性能。结果表明:经过4 h的酸性刻蚀与氟化处理,所制备的超疏水疏油表面与去离子水,丙三醇,乙二醇和十六烷的接触角分别达到161°,156°,151.5°和146°,实现了超疏水与疏油的双疏效果。相比较未经处理的X80管线钢试样,双疏表面的腐蚀电位发生了正向移动,而腐蚀电流密度降低了两个数量级,说明双疏试样耐腐蚀性能得到了显著提高。     

AZ31镁合金表面超疏水耐腐蚀镍基复合涂层

结合化学沉积和电沉积技术,以动态氢气泡为模板,在AZ31镁合金表面制备了一种超疏水耐腐蚀的镍基复合涂层。涂层形貌、结构、组成、润湿性和腐蚀防护性能的表征结果表明,电沉积溶液中添加ZnO纳米粒子会改变多孔镍层的表面形貌,影响疏水能力。静态水接触角(WCA)测试表明,电沉积溶液中ZnO纳米粒子的浓度为5.0 g·L^-1时获得的电沉积镀层经硬脂酸改性后,具有最大的WCA值,达到160.8°±2.8°。相较于裸镁合金,该复合涂层腐蚀电位显著正移,腐蚀电流密度和电荷转移电阻分别降低和提升两个数量级以上,说明复合涂层对镁合金基底具备良好的腐蚀保护能力。     

超疏水表面技术在腐蚀防护领域中的研究进展

提高材料表面疏水性有利于降低其与水分等腐蚀性介质的相互作用,从而增强材料的耐腐蚀性。近年来,超疏水表面由于其非润湿性、自清洁性等特殊表面性质而受到广泛的关注,并且越来越多的研究已经将超疏水表面应用于腐蚀防护领域。材料表面的浸润性主要取决于表面化学性质及表面微观结构,因此提高材料表面的疏水性也往往通过降低材料的表面能、改变表面微观结构这两个方面入手。阐述了超疏水表面的浸润性机理,介绍了不同建立表面微观粗糙结构,增强材料疏水/超疏水性的方法,总结了超疏水表面技术在腐蚀防护领域的最新进展和存在的一些问题,并展望了超疏水防腐表面技术的未来发展方向。     

金属锌表面超疏水薄膜的耐蚀及摩擦学性能的表征

目的改善金属锌在海洋环境中的耐蚀及摩擦学性能。方法通过简单的化学刻蚀及自组装技术在金属锌表面制备超疏水薄膜,对薄膜的结构和润湿性进行了表征,研究了超疏水薄膜在模拟海水(3.5%Na Cl溶液)中的耐蚀性能和摩擦学性能。结果经N,N-二甲基甲酰胺水溶液刻蚀后,金属锌表面呈多尺度微纳的Zn O结构,Zn O结构经硬脂酸修饰后,表面呈现出超疏水特性,表面静态接触角达150°,滑动角小于5°。同时发现,在3.5%Na Cl水溶液中,金属锌表面超疏水薄膜具有优异的耐蚀性能,并能够显著降低摩擦和磨损。结论经简单的化学刻蚀及自组装技术可在锌表面构筑超疏水薄膜,薄膜在海洋环境下具有良好的耐蚀、减摩及耐磨性能。     

白铜基体低表面能复合膜的制备及其耐腐蚀性能研究

目的研究混合修饰构筑白铜超疏水表面的可行性及防腐性能。方法以白铜为基体,采用简单的化学刻蚀法,以硝酸银溶液作为刻蚀液,经肉豆蔻酸和十二硫醇的混合乙醇溶液修饰来制备超疏水白铜。采用接触角测量仪、XRD、FTIR、SEM、EDS对超疏水白铜表面性能和结构等进行了表征,并利用Tafel曲线和电化学阻抗谱研究低表面能复合膜的耐蚀性能。结果肉豆蔻酸和十二硫醇的疏水长链都组装到薄银层表面,其中肉豆蔻酸和薄银层的键合形式为双齿桥式复合模式,超疏水白铜表面形貌由微米级枝晶和纳米级乳突状结构组成,同时材料表面与水的接触角达到157.4°,表现出超疏水水平。此外,制备的超疏水白铜表面具有良好的化学稳定性和耐腐蚀性能,在水、有机溶液、3.5%Na Cl溶液中分别浸泡2 d,所有样品表面仍表现为超疏水水平。由Tafel极化曲线拟合参数计算可知,其缓蚀效率达到83.9%。结论以两种低表面能物质混合修饰来制备超疏水白铜表面的方法是可行且有效的,且该复合膜具有优良的耐腐蚀性能。     

具有超疏水表面的铜及铜合金耐蚀行为研究进展

随着铜及其合金的广泛应用,腐蚀问题也造成了巨大的社会和经济损失,超疏水表面处理是一种新型且非常有前景的金属防腐蚀方法。本文简要介绍了用于制备铜基超疏水表面的疏水材料和方法;重点分析了超疏水表面对铜及铜合金耐蚀性能的影响;归纳了超疏水表面防腐蚀的机理;总结了超疏水表面防腐蚀的技术障碍;最后提出了超疏水表面与缓蚀剂联合防腐蚀的新思路。     

Super-hydrophobic metal-complex film fabricated electrochemically on copper as a barrier to corrosive medium

Metal-complex film with super-hydrophobic property is fabricated on copper (Cu) surface with one-step electrochemical method in laurylamine/ethanol solution. “Dissolution–coordination–precipitation” model is proposed to illuminate formation mechanism of Cu(II)-laurylamine complex film. The super-hydrophobic film can act as a barrier to corrosion of underlying copper with inhibition efficiency close to 100%, and it maintains stability within a wide potential range. The origin of such corrosion protection property is explained from view point that hierarchical micro-structure of the super-hydrophobic film can maintain a stable air/liquid interface which inhibits erosion of corrosive medium.     

Super-hydrophobic surface treatment as corrosion protection for aluminum in seawater

“Underwater super-hydrophobic” surface applied in the corrosion protection was prepared by melting myristic acid (CH₃(CH₂)₁₂COOH) adsorbed onto the anodized aluminum. The static contact angle for seawater on the surface was measured to be 154°. The surface structure and composition were then characterized by means of scanning electron microscopy (SEM) with energy dispersive X-ray spectrum (EDS) and atomic force microscope (AFM). The electrochemical measurements showed that the super-hydrophobic surface significantly improved the corrosion resistance of aluminum in sterile seawater. In addition, the mechanism of the underwater super-hydrophobic surface applied in the corrosion resistance was discussed using a schematic.     

Mg-Li合金表面浅绿色超疏水复合膜层的制备及耐蚀性能研究

通过微弧氧化着色技术在Mg-Li合金表面生成浅绿色类陶瓷膜层,并在着色膜表面有机镀膜复合改性。用蒸馏水在镀膜表面的静态接触角以及动电位极化曲线和电化学阻抗谱测试,分别研究复合改性前后润湿性及耐蚀性。结果表明,微弧氧化着色表面通过有机镀膜生长了一层有机薄膜,接触角由近0°变为169.2°,实现了超亲水到超疏水的功能转化。Mg-Li合金基体经微弧氧化着色改性后,耐蚀性能明显提高,经复合改性后耐蚀性能进一步提高;与基体相比,超疏水复合膜在0.1 mol/L NaCl溶液中的动电位极化腐蚀电流密度减小3个数量级,电化学阻抗提高3个数量级。     

Liquid/solid contact mode of super-hydrophobic film in aqueous solution and its effect on corrosion resistance

Synthesised 3-undecyl-4-amino-5-mercapto-1,2,4-triazole (UAMT) was used to fabricate super-hydrophobic film on copper (Cu) using the one-step electrolysis method. The resultant layer formed from the alkyl-amino-mercapto-triazole-Cu(I) through precipitation mechanism. Super-hydrophobic film can contact with NaCl solution in two different modes (i.e., Cassie and Wenzel modes) depending on its immersion depth. Its corrosion protection mechanism varies with the contact mode. The film contacting with NaCl solution in the Cassie mode presents better protection effect due to the air trapped. It can remain stable within a wide potential range because of its excellent corrosion protection property and chemical stability.     

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。     

基于分形理论的疏水功能表面润湿性分析

为分析疏水功能表面的形貌参数对其润湿性的影响,以1060铝合金为基体材料,通过化学刻蚀预处理,电解刻蚀和硬脂酸修饰相结合的方法,制备疏水功能表面。通过调控化学刻蚀时间,使表面具有不同的微观形貌,进而改变其润湿性。利用扫描电子显微镜对疏水功能表面的微观形貌进行表征,利用接触角测量仪对其润湿性进行测定。基于图像处理技术,对疏水功能表面的微观形貌特征信息进行提取与分析。结果表明,同一表面在不同的放大倍数下,其灰度值分布统计具有相似的规律,说明所制备的疏水功能表面具备分形特征;利用差分盒子维数算法对表面维数进行计算,不同化学刻蚀时间所对应的表面维数与其润湿性的变化规律相吻合,说明维数是疏水功能表面的润湿性调控参数之一。     

Fabrication of super-hydrophobic surface on copper surface by polymer plating

The 6-(N-allyl-1,1,2,2-tetrahydroperfluorodecyl)amino-1,3,5-triazine-2,4-dithiol monosodium) (ATP) was used to fabricate polymeric thin film on pure copper plate to achieve super-hydrophobic surface. The copper plates were pretreated to gain rough surfaces by chemical etching before polymer plating. The polymer plating process of ATP on copper in Na₂CO₃ aqueous solution and the growth mechanism of poly(6-(N-allyl-1,1,2,2-tetrahydro-perfluorodecyl) amino-1,3,5-triazine-2,4-dithiol) (PAT) thin film was studied by means of cyclic voltammetry. The polymeric film was investigated by using X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), and the etched surfaces were observed by atomic force microscopy (AFM). A contact angle meter was applied to measure the contact angles with distilled water drops at ambient temperature. The experimental results indicated that the polymeric film formed on rough copper surface exhibits super-hydrophobic property with a distilled water contact angle of 155°. The wettability of copper surfaces was discussed on the basis of both Wenzel and Cassie theories. The etching and polymer plating processes are time-saving, inexpensive, environmental and fairly convenient to carry out. It is expected that this technique will advance the production of super-hydrophobic materials with new applications in large scale. Moreover, this kind of thin film can be used as a dielectric material due to its insulated feature.