基于磁控溅射–氟化改性的新型ZnO/SiO2复合超疏水涂层防冰性能研究

目的 通过磁控溅射及表面氟化修饰不同纳米尺度的氧化锌(ZnO)和二氧化硅(SiO2)粒子,获得一种新型的ZnO/SiO2复合超疏水涂层。方法 研究不同氟化修饰剂对新型ZnO/SiO2复合超疏水涂层防冰性能的影响。采用光学接触角测量仪、扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶红外光谱仪(FTIR)对涂层的水接触角(CA)、滚动角(SA)、微观膜层形貌以及氟化前后化学键的改变进行分析。采用自制结冰装置及数显拉力计对涂层在高湿低温环境中的结冰时间和冰层在涂层表面的黏附强度进行测试。结果 磁控溅射ZnO和SiO2纳米粒子复合制膜得到的粒子排列状态规则,并且两种不同尺寸粒子的掺混使得涂层表面呈多簇状微纳米二级结构,能够很好地降低液滴与表面的附着力;分别选用十七氟癸基三乙氧基硅烷(FAS-17)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷(G502)、十六烷基三甲氧基硅烷(HDTMS)4种氟化修饰剂对涂层表面进行整体修饰,其中,FAS-17修饰后的涂层表面防冰效果最好,其液–气复合接触面积比例达到了94.38%,接触角和滚动角达到最佳,分别为164.7°和3°,且冰在表面的黏附强度降低至3.8 kPa;在湿度为60%,温度分别为–2、–10及–20 ℃的条件下,涂层延缓结冰时间分别为244 6、160 4、137 s。结论 采用不同纳米尺度的ZnO和SiO2纳米粒子,经过磁控溅射和整体表面改性可以得到簇状结构的新型复合超疏水涂层。通过FAS-17乙醇溶液进行表面氟化修饰,更加显著地提高了涂层的超疏水性能。     

TiO2超疏水膜的制备及影响因素

采用溶胶-凝胶法于金属基片上制备了TiO2膜,经表面修饰低表面能物质1H,1H,2H,2H-十七氟癸基三甲氧基硅烷(FAS)后,呈现良好的超疏水性能,通过实验优化确定了最佳实验条件,得到最佳TiO2超疏水表面,其与水的接触角达到173.7°。并研究了聚乙二醇(PEG)含量、TiO2纳米粒子含量和烧结温度和时间对超疏水性能的影响。     

楔形亲油轨道-超疏水复合图案化表面液滴引导及润滑增效研究

目的 实现液滴及润滑油在超疏水表面定向引导,并将其运用于机械摩擦副,改善摩擦润滑性能。方法 提出一种简单的超疏水高疏油涂层制备方法,即在硅烷耦合剂作用下利用1H,1H,2H,2H-全氟癸基三乙氧基硅烷（FAS-17）改性气相纳米二氧化硅,经交联固化处理后制得具有超疏水高疏油特性的涂层。通过FT-IR分析涂层成分、SEM观测涂层形貌,验证了涂层制备方案的有效性。通过纳秒激光在疏油涂层上加工亲油楔形图案化表面,进行表面流体引导实验。通过开展球-盘标准摩擦实验和滚动轴承温升实验来验证楔形亲油图案化表面流体引导,用于实现机械摩擦润滑增效的有效性。结果 通过对涂层表面进行成分分析,验证了C-F键长链在二氧化硅粒子表面上的成功枝接。通过对涂层表面进行形貌观测,验证了表面微纳米粗糙结构的成功构建。所制备得到涂层表面去离子水、PAO4、石蜡油、白油、PAO6、齿轮油接触角分别为157°、142°、143°、144°、136°、145°。相比之下,普通铝板表面去离子水、PAO4、石蜡油、白油、PAO6、齿轮油接触角分别为46°、16°、17°、20°、15°、24°,涂层具有优异的超疏水高疏油特性。通过...     

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...     

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。     

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。     

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。     

超滑表面(LIS/SLIPS)的设计与制备研究进展

仿生猪笼草结构的超滑表面(LIS/SLIPS)是一种通过将低表面能液体注入微纳孔而形成的固液复合结构,其具有优异的疏液、不粘附、自修复等特性,成为表界面领域的研究热点。综述了超滑表面制备过程中的经验、争议、误解与盲点,并讨论了超滑表面可能产生的失效。通过对比超滑表面与超疏水涂层结构的差异,分析了超滑涂层在滑动性、稳定性、自修复性等方面与超疏水的联系、区别以及超滑涂层表面四个相态间的作用关系,总结出超滑涂层设计的基本物理模型。从超滑涂层制备工艺,包括基底制备、基底修饰、润滑油选择、润滑油灌注等四个方面,详细梳理了超滑表面制备要点及选材标准,并讨论了超滑表面制备工艺存在的诸多争议。研究发现,超滑表面多孔结构的粗糙度对于形成稳定界面至关重要,有着其特殊的尺寸范围。为了追求疏液性能而选取表面能过低的润滑油不可取,过低表面能反而会引起cloak效应,最终导致油膜流失,而如何将润滑油完全填充到多孔结构中也被许多学者忽视,并且不合理的设计制备以及服役环境也将造成超滑表面的失效。最后展望了未来超滑表面制备应朝着工艺简化、性能稳定长效、多功能化、智能化方向发展。     

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。     

镁合金超疏水涂层研究进展

在镁合金基体上构建超疏水涂层可提高镁合金的耐腐蚀性能.介绍了镁合金超疏水涂层的研究进展、超疏水涂层的定义及其疏水原理,归纳了在镁合金基体上制备超疏水涂层的主要方法,对刻蚀法、喷涂法、水热合成法、溶液沉积法、电化学沉积法、溶液-凝胶法等方法进行了重点论述,讨论了各种制备方法的优缺点,分析了目前超疏水涂层制备及应用中所存在...     

镁合金表面防腐蚀超疏水涂层制备研究进展

镁合金是一种有发展前途的绿色工程金属材料，但其较差的抗腐蚀性能限制了它的大规模应用。对镁合金表面进行超疏水处理，能够极大地提高镁合金的耐腐蚀性能。当超疏水试样浸泡在腐蚀溶液中时，该结构将在腐蚀介质中形成固-气-液界面层，减少镁合金表面与腐蚀介质之间的接触面积，从而降低腐蚀速度。超疏水表面需要满足微纳米结构和低表面能2个必要条件。可以采用二步法或一步法在镁合金表面制备超疏水表面，详细介绍了在镁合金表面构造微纳米结构的方法，包括激光处理、机加工、化学刻蚀、化学镀、电化学沉积、阳极氧化、微弧氧化、水热合成和喷涂等方法。超疏水表面一旦受到机械损伤，微纳米结构无法满足条件，超疏水表面的“气垫效应”消失，腐蚀介质就会直接与微纳米结构接触，因此需要保证构建的微纳米粗糙结构对镁基体具有良好的保护作用并具有自愈功能。通过制备复合涂层，提高下层微纳米结构的自愈合性能，上层涂层的超疏水性与下层涂层的良好物理屏障能力的协同效应可以改善涂层的长久耐腐蚀性能。综述了在镁合金上制备具有良好耐腐蚀性能的复合超疏水表面的方法，并对镁合金超疏水表面防护技术的研究方向进行了展望。     

静电喷涂高附着力疏水涂层及其性能

目的提高静电喷涂疏水涂层的附着力。方法采用硅烷偶联剂和聚二甲基硅氧烷制备了表面改性疏水二氧化硅粉末。将一定比例的聚偏氟乙烯粉末、超高分子量聚乙烯粉末与疏水二氧化硅粉末混合,制备了复合型疏水粉末。使用环氧树脂、固化剂、活性剂等配制了导电环氧树脂。通过静电喷涂工艺将复合疏水粉末喷涂到已用导电环氧树脂覆盖的铝基板表面,经过中温固化,制得了铝合金疏水复合涂层。采用扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)、接触角测量仪(CA)、百格刀附着力测试仪等,对疏水复合涂层进行测试表征。结果 SEM结果表明涂层表面构建了微米-纳米的阶层粗糙结构,经CA测试,该表面具有较好的疏水性。当混合粉末中聚二甲基硅氧烷改性二氧化硅的比例占到20%时,环氧基疏水涂层的接触角最高可达到140°,滚动角最低可达5°,附着力的等级为0级,同时疏水涂层的耐磨性和耐腐蚀性良好。结论采用简单、易于工业化的静电喷涂工艺制备了高附着力的疏水涂层,具有广泛的应用前景。     

耐久超疏水涂层的制备及其防冰防腐自清洁性能

超疏水涂层在防结冰、防腐蚀等领域具有广阔的应用前景,然而目前仍无法大规模制备稳定的超疏水表面。提出一种操作简单、成本低廉的方法,在铝合金基材上通过一步喷涂法制备出耐磨超疏水涂层。首先在铝合金基体表面涂覆环氧树脂粘结层,待其达到半固化状态时,喷涂硬脂酸修饰的微米 SiO₂ 和纳米 TiO₂ 粒子混合悬浮液,固化后该涂层与水的接触角为~ 155.4°,滚动角为~3°,实现了超疏水性。试验结果表明,该超疏水涂层具有较好的耐磨耐久性,在胶带剥离、砂纸摩擦、 紫外光长时间照射以及不同 pH 液滴等多种测试条件下仍具有良好的超疏水性。此外,此超疏水涂层在极端寒冷的天气下可以显著延缓水的冻结时间。环氧树脂和疏水颗粒的协同防腐作用使超疏水涂层在海水中表现出良好的防腐蚀性能。所制备的超疏水涂层还具有优异的自清洁特性,且因 TiO₂ 粒子本身的光降解性能,该涂层还可用于光降解污染物和净化水质。这种简单、环保的超疏水涂层在防结冰、防腐蚀等方面具有潜在的应用前景,可为克服传统超疏水表面使用耐久性差的问题提供解决思路。     

镁合金表面沉积铜钨复合涂层工艺及涂层性能研究

目的提高镁合金表面的耐蚀耐磨性。方法采用冷喷涂与化学气相沉积(CVD)相结合的方法在镁合金表面制备出Cu/W复合涂层,并对复合涂层的结构、成分、组织形貌、耐磨性、耐蚀性、结合力进行分析。结果镁合金基体沉积Cu/W复合涂层后,表面硬度提高了687.1HV,磨损率从0.032%降到0.020%,腐蚀电位正移了1.3 V,临界载荷相比直接化学气相沉积W涂层提高了120.5 N。结论Cu/W复合涂层显著提高了镁基体的耐磨、耐蚀性,涂层与基体结合力较高。     

镁合金表面冷喷涂层防护研究进展

镁合金作为最轻质的金属结构材料,由于其密度低和比强度高等优良的物理和力学性能,在航空、航天、汽车以及电子等领域引起广泛关注。然而,镁合金化学性质活泼、耐腐蚀和耐磨损性差等缺点严重制约其进一步应用。近些年发展起来的冷喷涂技术,在固态下制备涂层,涂层致密且与基体结合良好,因此可为镁合金表面防护提供一种新的有效方法。主要综述了镁合金表面冷喷涂耐腐蚀涂层(纯铝、铝合金和复合材料涂层)和耐磨损涂层(合金和复合材料涂层),论述了影响冷喷涂层耐腐蚀、耐磨损以及其他力学性能(硬度和涂层/基体结合强度)的主要因素,包括杂质元素含量、合金种类以及复合材料涂层中陶瓷颗粒含量、尺寸和形貌等。对比了几种常用表面处理技术制备的纯铝涂层的耐腐蚀性能,并阐述了冷喷涂技术在镁合金表面防护方面的优势。此外,还分析了热处理对冷喷涂纯铝和复合材料涂层耐蚀性的影响。最后提出了目前冷喷涂技术在镁合金防护方面的局限性以及发展难题,对未来研究趋势进行了展望。     

NH4F浓度对镁合金表面微弧氧化制备氟化物膜层结构和性能的影响

目的 考察乙二醇-氟化铵电解液中氟化铵浓度对镁合金表面微弧氧化制备氟化物膜层结构和性能的影响,提高镁合金氟化物膜层的耐腐蚀性能。方法 在含不同浓度NH4F的EG-NH4F电解液中,采用微弧氧化的方法制备氟化物膜层,NH4F质量浓度分别为40、60、80、100、120 g/L。通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线能量色散谱仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD),对膜层表面微观形貌和成分组成进行分析,并通过电化学测试表征了膜层的腐蚀防护性能,通过盐雾试验评估了膜层长效防腐蚀行为,通过SEM和EDS表征了腐蚀形貌和腐蚀产物。结果 在EG-NH4F中制备膜层的物相组成主要是MgF2。随着NH4F浓度的提高,微弧氧化的起弧电压与工作电压均逐渐减小,膜层中氟含量逐渐增加,膜层的孔径减小,孔数量分布更加均匀,膜层表面粗糙度降低。质量浓度为100 g/L NH4F的膜层自腐蚀电流密度(Jcorr)为2.226×10^‒7 A/cm²,较镁合金基材降低了1个数量级,极化电阻Rp增大到90.156 kΩ.cm²,其阻抗模量|Z|f=0.01 Hz=8.55×10⁵ Ω.cm²,与镁合金基材的阻抗模量|Z|f=0.01 Hz=8.86×10² Ω.cm²相比,提高了3个数量级。结论 微弧氧化处理能够显著改善AZ31镁合金的腐蚀防护性能。NH4F浓度的增加有利于提高膜层的耐腐蚀性能,质量浓度为100 g/L NH4F的膜层耐腐蚀性能最优。     

Enhanced corrosion resistance of micro-arc oxidation coated magnesium alloy by superhydrophobic Mg−Al layered double hydroxide coating

To further enhance the corrosion resistance of the porous micro-arc oxidation (MAO) ceramic layers on AZ31 magnesium alloy, superhydrophobic Mg−Al layered double hydroxide (LDH) coating was fabricated on MAO-coated AZ31 alloy by using in-situ growth method followed by surface modification with stearic acid. The characteristics of different coatings were investigated by XRD, SEM and EDS. The effect of the hydrothermal treatment time on the formation of the LDH coatings was studied. The results demonstrated that the micro-pores and cracks of MAO coating were gradually sealed via in-situ growing LDH with prolonging hydrothermal treating time. Electrochemical measurement displayed that the lowest corrosion current density, the most positive corrosion potential and the highest impedance modulus were observed for superhydrophobic LDH/MAO coating compared with those of MAO coating and LDH/MAO coating. Immersion experiment proved that the superhydrophobic LDH/MAO coating with the active anti-corrosion capability significantly enhanced the long-term corrosion protection for MAO coated alloy.     

镁合金表面超声微弧氧化载氟生物涂层耐磨性和耐蚀性

目的提高医用镁合金微弧氧化涂层的耐蚀性、耐磨性,并赋予涂层抗菌性和生物活性。方法镁合金表面采用超声微弧氧化技术,在镀液中加入0.4、1.4、2.4、3.4 g/L的Na F,制备载氟生物涂层。通过SEM观察载氟对涂层表面形貌的影响,分析涂层的主要元素变化,进行了涂层厚度、孔隙率、拉伸强度的测定,并进行了摩擦磨损实验、电化学腐蚀实验、覆膜抗菌实验,评价了不同载氟生物涂层的结合性能、耐磨性能、耐蚀性和抗菌性。结果适量载氟生物涂层表面分布了均匀的孔隙。随着NaF浓度的增加,涂层中氟元素的含量升高,涂层厚度也随之增加,且涂层的结合强度提高了3.5~10.0 MPa。氟元素可促进涂层表面氧化物反应膜的形成,有利于减轻粘着磨损,使摩擦系数降低了0.17~0.35。载氟涂层的自腐蚀电位提高了95~170 m V,而自腐蚀电流降低约两个数量级,涂层抗菌率为61%~76%。结论超声微弧氧化镀液中添加Na F,提高了涂层结合强度、耐磨性、耐腐蚀性,涂层具有一定的抗菌性,实现了生物涂层的多功能性。     

Electroplated super-hydrophobic Zn-Fe coating for corrosion protection on magnesium alloy

A superhydrophobic Zn-Fe alloy coating was prepared on the surface of a reactive magnesium alloy using a simple, low-cost, eco-friendly method. Firstly, the Zn-Fe coating was obtained in a neutral glycerol Zn-Fe plating solution, which is green, compositionally stable, and non-corrosive to the equipment. And then the superhydrophobic surface with a flower-like microstructure was obtained by grafting myristic acid onto the Zn-Fe coating via a chelation reaction. The water contact angle was >150° and the rolling angle was 3°-4°. The corrosion rate of the two groups of superhydrophobic magnesium alloy samples with electrodeposition time of 30 and 50 min, respectively, was reduced by about 87% compared to that of the bare magnesium alloy. The prepared superhydrophobic coatings exhibit high performance in self-cleaning, abrasion resistance, and corrosion resistance.     

High-speed wire electrical discharge machining to create superhydrophobic surfaces for magnesium alloys with high corrosion and wear resistance

Herein, a superhydrophobic surface of AZ31B magnesium alloy prepared by high-speed wire electrical discharge machining and modification with stearic acid is reported. The surface morphology and wettability of the superhydrophobic surface were investigated by scanning electron microscopy and optical contact angle measurement, respectively. A uniform micro-/nanopetal-like structure was shown within the superhydrophobic surface, resulting in a contact angle of 151 ± 0.5° and a sliding angle of 4 ± 0.5°. Notably, the superhydrophobic surface had better corrosion resistance than the bare magnesium alloy, and its corrosion current density was reduced by nearly one order of magnitude. Under both dry and wet friction conditions, the friction coefficient of the superhydrophobic surface was lower than that of the bare magnesium alloy surface, with a much lower wear loss. In addition, the friction coefficient of the superhydrophobic sample was lower than that of the bare magnesium alloy sample under both the dry and wet friction conditions. Thus, the superhydrophobic sample experienced reduced wear and had a low wear rate.