碳钢表面电镀Ni-TiO2镀层硬脂酸修饰制备超疏水表面

目的 在碳钢基体上制备超疏水表面,提高碳钢的耐海水腐蚀性能。方法 采用恒电流沉积结合硬脂酸修饰的方法,在碳钢表面制备超疏水Ni-TiO2复合镀层。通过扫描电子显微镜（SEM）、EDS能谱分析、傅里叶红外光谱仪（FTIR）、X射线衍射仪（XRD）,对样品的形貌、化学组成及晶型结构进行分析。通过接触角测量仪、自清洁测试,对试样的表面润湿性及自清洁性进行分析。利用电化学工作站测量样品的电化学阻抗谱和极化曲线,从而对样品的耐蚀性进行评价。结果 制备的Ni-TiO2复合镀层呈球形微纳米粗糙结构。经硬脂酸修饰后,接触角高达160.99°,具有良好的超疏水性和自清洁性能。制备的超疏水Ni-TiO2复合镀层在3.5%NaCl溶液中的自腐蚀电流密度为2.42×10-8 A/cm2,腐蚀速率为2.84×10-4 mm/a,对裸碳钢的缓蚀效率为99.41%,具有优异的腐蚀保护作用。此外,在3.5%NaCl溶液中浸泡60天后,超疏水Ni-TiO2复合镀层的电荷转移电阻Rct变化很小,镀层没有破损,具有长期防腐蚀性能。结论 在碳钢表面通过恒电流电沉积结合硬脂酸修饰制备的超疏水表面,能长期有效地提高碳钢对海水的耐腐蚀性能。     

纳米涂覆对材料表面润湿性的影响

为了探讨纳米涂覆对材料表面润湿性的影响,以塑料为基体进行了Cu、非晶态纳米SiO2涂层对试样润湿性影响的座滴试验研究,并利用扫描电镜(SEM)和接触角测量仪对试样界面微观形貌的变化进行了观察以及接触角的测定,最后采用多项对比和理论分析相结合的方法,对材料润湿性的改善机理做出解释。结果表明,纳米涂覆对材料表面润湿性的改善起到了重要作用,试样经非晶态纳米SiO2涂覆处理后,形成牢固的润湿界面,H2O/PVC(聚氯乙烯)的润湿角从45.2°减小到28.3°,润湿性显著提高。     

金属铝表面超疏水薄膜的构筑及减摩特性

目的改善铝基材料在干摩擦条件下的摩擦磨损性能。方法采用两步法在铝表面构筑稳定的超疏水薄膜。首先采用盐酸溶液刻蚀金属铝,在其表面构筑微纳织构;然后涂覆硬脂酸,降低表面能。利用SEM、XRD、FTIR、接触角测量仪及摩擦磨损试验机表征铝表面超疏水薄膜的表面形貌、化学组分、润湿性和减摩耐磨特性。结果 SEM及XRD分析表明,刻蚀后的铝表面呈现多尺度微纳结构。FTIR分析表明,脂肪酸以双配位结构与铝表面发生作用。接触角测试表明,所制备的薄膜呈现出良好的超疏水性能,静态接触角达150°,滑动角小于10°。摩擦学实验结果表明,制备的超疏水薄膜可明显改善铝基底的摩擦学性能,在干摩擦条件下与钢球对磨时,超疏水薄膜的摩擦系数保持在0.16左右,寿命超过10 000 s,而相同条件下未处理的金属铝摩擦系数超过0.6。结论采用盐酸溶液刻蚀金属铝,然后涂覆硬脂酸,可在铝表面构筑复合薄膜。薄膜不仅表现出明显的超疏水特性,同时具有良好的减摩耐磨性能。该方法技术简单,价格低廉,易于批量化生产,为改善微纳条件下铝及其合金的摩擦学性能提供了一个新的思路。     

氧化铝表面粗糙度对熔融铅润湿性及表面张力的影响

表面粗糙度是高温下的液态金属/陶瓷润湿性的重要影响因素.在923～1123 K的温度范围内研究氧化铝表面粗糙度对铅液滴接触角、接触直径、液滴高度、表面张力的影响.在冷却后使用SEM观察铅/基底界面的微观结构.通过使用几何平均法计算氧化铝基板的表面自由能进而解释铅液滴润湿行为的机理.结果表明,在铅液滴/氧化铝陶瓷系统中,...     

激光图案化铝合金表面的润湿性和各向异性研究

目的 研究水滴在超亲/超疏水图案化铝合金表面润湿性、滚动阻力各向异性和定向运输特性。方法 采用激光刻蚀和氟硅烷修饰的方法,加工出具有微网格图案的超疏水6061铝合金表面。在超疏水铝合金表面再次激光刻蚀加工出长方形、平行四边形和圆形的超亲水微流体通道。研究了亲水沟槽宽度和深度对超亲/超疏水表面各向异性润湿和各向异性滚动的影响,分析了重力作用下水滴沿微流体通道的运动情况。利用SEM、三维轮廓仪观察铝合金表面形貌。利用接触角测量仪观测水滴与表面的接触角与滚动角大小。利用高速摄像机观察水滴的运动情况。结果 水滴在超亲/超疏水铝合金表面表现出明显的润湿性各向异性和滚动阻力各向异性。10μL水滴在0.1 mm宽度的直线型沟槽上铺展,平行接触角θ_cp仅为93.9°;而垂直于线型沟槽方向,垂直接触角θ_cv却为152.6°。平行滚动角θ_rp为21.5°,而垂直滚动角θ_rv大于90°,水滴无法滚落。基于超亲/超疏水表面滚动阻力各向异性的特性,制备了依靠重力驱动实现微流体定向运输的铝合金表面。结论 亲水沟槽宽度对水滴在超...     

润湿性表面液滴导向运动的研究进展

润湿性表面的液滴操控技术由于其在微流控系统设计、生物医学分析、淡水收集、喷墨打印以及换热器等领域具有广阔的应用而备受学者关注.详细介绍了液固接触和液滴运动的基本理论.综述了近年来国内外学者对于润湿性表面上液滴导向传输技术的研究进展,按不同的润湿性表面涉及的不同驱动力,归纳了液滴在润湿性梯度表面上受表面梯度驱动、在超疏水...     

基底形貌及润湿性对表面异质形核的影响

采用化学刻蚀及氟硅烷修饰的方法,制备了具有不同粗糙程度及润湿特性的纯铝基底,将基底置于NH4Cl-70％H2O溶液中,以激冷的方式触发NH4Cl晶粒形核,并考察了基底形貌及润湿性对表面异质形核的影响规律和机制.结果表明,未修饰的粗糙纯铝基底表面与氯化铵晶胚之间的反应性润湿特性,使异质形核较易发生,随着粗糙度因子的增大,形核点增加;修饰后的粗糙基底表面覆有的氟硅烷抑制了反应性润湿特性,使异质形核不易发生,且随着粗糙度因子的增大,形核点减少.所观察到的实验现象与基于Wenzel模型的粗糙基底异质形核分析结论有较好的吻合.     

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。     

硫醇改性超疏水铜表面的耐候性及失效机理

目的 探究户外环境中导致硫醇改性超疏水铜表面失效的因素及其超疏水性失效的机制。方法 通过化学刻蚀法在铜表面构筑纳米结构，利用正十二硫醇进行表面改性，得到具有超疏水性的铜表面。将该表面置于户外进行耐候性研究，并通过4种模拟户外环境实验探究超疏水性失效的原因，包括组合循环实验（循环条件含紫外辐射、淋雨和凝露）、紫外辐射实验、水环境实验和温度实验。结果 超疏水铜表面经过10 d的户外实验后，其接触角由初始状态的158.5°降至131.1°，表明该表面的超疏水性能已失效。经过2次组合循环实验（每次循环的时间为12 h）、20 d紫外辐射实验及30 d水环境实验后，该表面的接触角分别降至130.3°、124.5°、131.7°，表明该表面均已失去超疏水性；经过40 d高温实验后，表面的超疏水性开始失效。XPS谱图表明，在超疏水性失效后该表面不存在硫元素，即正十二硫醇已经脱离表面。结论 超疏水铜表面的硫醇分子脱落是超疏水性失效的根本原因。紫外辐射、水和高温是导致超疏水铜表面超疏水性失效的主要因素。其中，紫外辐射或水对超疏水性的破坏速度比高温快。相较于单一因素（紫外辐射、水或高温），三者的协同作用更...     

钛合金表面主−被动抑菌改性方法研究进展

钛合金材料具有良好的耐腐蚀性、抗疲劳性和生物相容性,被广泛用于医疗领域,特别是可植入器械。医疗器械的型号多样、结构复杂、局部尺寸较小,且在使用过程中会接触多种媒介,极易黏附污渍,导致微生物的聚集,引发器械感染,安全、可靠的医疗器械是提高救治效率的关键。从细菌生长机制出发,将现有金属材料表面抑菌改性方法归纳为两大类:依靠抗菌涂层主动杀菌的改性方式和控制表面润湿性的被动抑制细菌黏附的改性方式。采用主动改性方式,虽然能从根本上杀死细菌,但是在实际应用中这些杀菌剂存在耐药性、成本高、生物毒性等问题。被动改性方式无法直接杀死细菌,一旦表面被细菌定植,就会失去抑菌效果。为了实现医疗器械表面高效、长时、安全的清洁,研究者提出主–被动协同抑菌改性方法,将化学杀菌方法与抗黏附抑菌方法相结合,充分发挥2种方法的优势,这是未来研究的重点。     

阳极氧化铝膜的表面接枝改性及润湿行为

目的通过对阳极氧化铝膜(AAO)表面化学接枝甲基丙烯酸甲酯,改变其表面的粗糙度和分子结构,从而实现AAO膜表面润湿行为的可控。方法采用二步阳极氧化法制备六方柱形的多孔AAO膜,结构高度有序,并对AAO膜表面进行硅烷化(KH-570)处理,采用活性聚合的方法在其表面接枝上甲基丙烯酸甲酯。采用原子力显微镜(AFM)、X射线衍射仪(XRD)和接触角测定仪对AAO膜及改性后的AAO膜进行了结构表征和润湿行为研究。探讨了阳极氧化的工艺条件及接枝甲基丙烯酸甲酯对AAO膜的形貌和润湿性能的影响。结果 AAO膜孔径在100 nm左右,六边形孔洞分布均匀,并且六边形孔洞垂直于AAO膜表面,孔洞与孔洞平行,通过对其表面接枝甲基丙烯酸甲酯,使得AAO膜的表面水接触角先增大后减小。结论 AAO膜表面的润湿行为,可以通过AAO膜表面化学改性和表面粗糙度共同作用而得以调控。     

硬脂酸添加剂对AZ91D镁合金阳极氧化膜耐蚀性的影响

目的通过含有硬脂酸添加剂的阳极氧化工艺,获得耐蚀性优异的镁合金阳极氧化膜。方法采用直流电源阳极氧化法,在含有2 g/L硬脂酸的碱性氧化液中进行阳极氧化。通过SEM、ImageJ软件和TT230测厚仪分析氧化膜的微观形貌和膜厚,通过FTIR、XPS和XRD分析膜层成分,通过电化学测试检测膜层的耐蚀性能。结果氧化液中添加硬脂酸后,制备的氧化膜层孔隙率降低,孔径减小,孔洞数量下降,厚度增大,致密度提高。膜层的自腐蚀电流密度为3.15×10^–7 A/cm^2,与未加硬脂酸制备的氧化膜相比,降低了2个数量级,耐蚀性显著提升。结论硬脂酸添加剂通过提升成膜电压,增强火花放电效应、表面活性剂作用,改变膜层成分等机制,提升膜层耐蚀性能。     

两种硅烷偶联剂修饰的铝合金表面超疏水性能研究

目的 探究硅烷偶联剂对铝合金超疏水表面性能的影响。方法 通过化学刻蚀并结合硅烷偶联剂修饰,在AMS 4037铝合金上制备超疏水表面。首先,通过HCl/H2O2混合液对铝合金进行刻蚀,在其表面构造具有多级蜂巢状的微/纳复合结构,再分别采用硅烷偶联剂和含氟硅烷进行疏水改性。详细研究2种改性剂的浓度对刻蚀铝合金表面润湿性的影响。采用接触角测量仪对材料表面润湿性和表面自由能进行测试,通过扫描电镜、能谱仪、激光共聚焦显微镜对表面微观结构和化学成分进行表征。同时,对2种硅烷偶联剂修饰的铝合金超疏水表面进行液滴冻结时间、防覆冰及自清洁行为测试。结果 铝合金表面的疏水性并不总是与改性剂的浓度呈正相关。当改性剂的质量分数为0.5%时,经硅烷偶联剂修饰后其刻蚀表面的接触角为156.3°,但滚动角大于30°,而经含氟硅烷修饰后其表面的接触角可达164.4°,滚动角为6°。液滴在硅烷偶联剂和含氟硅烷修饰后的超疏水表面的冻结时间分别为37、45 s。结论 相较于硅烷偶联剂修饰的刻蚀表面,含氟硅烷改性后其表面能更低,疏水效果更好。相较于未处理的铝合金表面,经硅烷偶联剂修饰后铝合金超疏水表面可显著抑制液滴的冻结过程,具有更长的冻结时间和延迟覆冰的能力,并且含氟硅烷修饰后表面的防冰性能更佳。自清洁实验也证明经含氟硅烷修饰后的表面具有更好的自清洁性能,其表面的微小灰尘颗粒更易被带走。     

基于响应曲面法的Ar-N2 等离子射流特性研究

目的研究等离子射流特性,提高射流品质,为工程实践提供支撑。方法通过响应曲面法,以粒子速度和温度为指标反映射流特性的变化,采用Box-Behnken-Design(BBD)设计分析电流(I)、主气流量(Q)以及次级气比例(C)对于射流特性的影响规律及其相互作用关系。结果对粒子速度的影响因素排序为Q_(Ar)IC,对粒子温度的影响因素排序为IQ_(Ar)C。该喷嘴下实现最佳加热效应的参数为:主气流量80 L/min、电流450 A、次级气比例22.5%。实现射流最佳加速效应的离子气及电参数为:主气流量140 L/min、次级气比例15%、电流400 A。在射流最佳加速效应对应参数下制备的AT40涂层均匀致密、孔隙少。结论运用响应曲面法分析和解决等离子射流特性影响问题具有科学性和可操作性,能够有效指导涂层制备。     

铝合金表面钼酸盐改进植酸转化膜的耐蚀性能

目的通过钼酸钠(SM)添加剂、SM前处理、SM后处理三种方案对铝合金表面植酸转化膜进行改进研究,以进一步提高其耐蚀性。方法通过动电位极化测试研究改进后铝合金在3.5%(质量分数)Na Cl溶液中的耐蚀性。结果随着SM添加剂浓度的增加,铝合金表面植酸转化膜的耐蚀性先增强再减弱,SM质量浓度为30 g/L时的腐蚀保护效率Pe最大,达95.5%,而不含SM时的Pe仅为86.8%。p H值太大(p H=8.0)或太小(p H=3.0)都不利于形成耐蚀性更好的膜层,p H值为6.0时的Pe达98.6%。SM后处理会严重影响植酸转化膜的耐蚀性,腐蚀电流密度Jcorr大幅增大;SM前处理可提高植酸转化膜的耐蚀性,Pe达98.2%;SM前处理与添加剂同时应用时,植酸转化膜耐蚀性提高幅度更显著,Jcorr仅为0.042μA/cm2,极化电阻Rp达222 kΩ·cm2,Pe达99.5%。结论 SM添加剂和SM前处理均可明显提高铝合金表面植酸转化膜的耐蚀性,且复合作用时的效果更显著,而SM后处理不能提高铝合金表面植酸转化膜的耐蚀性。     

金属锌与PTFE改性建筑陶瓷表面的润湿性能研究

目的 结合金属锌和聚四氟乙烯(PTFE)改性技术,制备具有微纳复合结构表面的超疏水、防污染、自清洁建筑陶瓷。方法 基于现有工业陶瓷生产方法,在陶瓷釉料中掺入质量分数为60%的金属锌粉,通过高温烧结在陶瓷表面构建微纳复合结构,随后在其表面喷涂PTFE涂料进行低表面能处理,从而制得超疏水性建筑陶瓷。利用扫描电镜和光学轮廓仪,观察陶瓷表面微纳形貌。通过X射线能谱仪,对陶瓷表面的化学元素组成进行分析。使用光学测量系统,测量水滴在陶瓷表面的静态接触角和滚动角。根据测试结果分析5种烧结温度对陶瓷表面微纳结构和润湿性能的影响。结果 随着烧结温度的升高,陶瓷表面的均方根粗糙度(S_q)先增大后减小,对应的疏水性能先增强后减弱。在1 000℃(保温10 min)烧结温度下,S_q达到最大值,为(17.52±2.54)μm,表现出最优的超疏水性能,其静态接触角和滚动角分别为165.6°和8.2°,并且该表面展示出良好的防污能力和耐磨性。结论 液滴与陶瓷表面接触时,由金属锌粉烧结形成的微纳复合结构和低表面能的PTFE起耦合协同作用,陶瓷表面与液滴形成固-液-气三相复合...     

基体表面形貌对Ni/Fe热喷涂及结合强度影响的原子模拟

通过分子动力学方法模拟了基体表面形貌对热喷涂的影响。研究了柱状粗糙表面和光滑表面对团簇展平、基体缺陷演化、应力分布、涂层与基体结合强度的影响。结果表明,基体表面形貌对热喷涂结合强度影响显著,粗糙表面不仅增加了团簇与基体的实际接触面积,提高了附着力,而且在界面结合处形成锚固效应,从而提高了界面结合强度。同时,基体表面形貌改变了界面区域的应力分布,柱状粗糙表面可以减小应力集中效应,降低临界应力,减轻对基体的损伤。此外,粗糙表面会阻碍团簇的滑移,减小了展平比。